PLC可编程序控制器的应用及发展趋势探析解析

-117 -前言可编程序控制器(P r o g r a m m a b l e Logic Controller简称PLC ,其定义是:专门为在工业环境应用而设计的一种数字运算操作的电子系统。它采用一类可编程的存储器,用于存储用户程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟量输入,输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。随着科学技术的进步和可编程序控制器的不断发展,功能不断增强,其定义也会发生变化。可编程控制器(以下简称PLC 从其产生到现在,实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃;其功能从弱到强,实现了逻辑控制到数字控制的进步;其应用领域从小到大,实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC 在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高,成为工业控制领域的主流控制设备,在各行各业发挥着越来越大的作用。一、PLC 可编程序控制器的组成可编程控制器实质上是一种工业控制专用计算机,其系统的实际组成与微机PLC 可编程序控制器的应用及发展趋势探析李青云济南国际机场基本相同,一般由以下五个部分组成:1.中央处理器。进行逻辑和数学运算,控制整个系统,使之协调地工作;2.存储器。用于存放系统的监控程序、用户程序、逻辑变量和一些其他信息;3.接口电路。它是PLC 与现场设备以及外围设备的联系通道,如输入/输出接口、键盘/显示接口、通信接口和扩展接口等等;4.输入,输出电路。输入电路用来对输入信号进行隔离和电平转换;输出电路用来对PLC 的输出结果进行放大和电平转换,驱动现场设备;5.电源。包括系统电源、备用电源和掉电保护电源等。二、PLC 可编程序控制器的工作原理PLC 首先用户根据控制要求编制好程序并输入到P L C 的用户程序存储器中,PLC 工作的时候,CPU 对用户程序做周期性的循环扫描的方式来完成,在没有跳转指令的情况下,CPU 即输入采样、用户程序执行和输出刷新3个阶段。完成上述3个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC 的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述3个阶段,一个周期所用时间为:T=(读入时间*输入点数+(运算速度*程序步数+(输出时间*输出点数+自诊断时间 ,在每次的扫描过程中,还要完成对输入信号的采集和对输出状态的刷新等工作,成为可编程序控制器的实际输出。三、PLC 可编程序控制器在工业自动化领域中的利用目前,PLC 技术已在国内外被广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,目前主要是用于以下几类:1.开关量逻辑控制取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.工业过程控制在工业生产过程当中,存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量,PLC 采用相应的A/D 和D/A 转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。3.运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块,如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4.数据处理P L C 具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5.通信及联网PLC 通信含PLC 间的通信及PLC 与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展,现在的PLC 都具有通信接口,通信非常方便。6、 用于远程控制远程控制是指对系统的远程部分的行为及其效果实施检测与控制。PLC 有多种通信接口,有很强的联网、通信能力,并不断有新的联网模块与结构推出。所以PLC 远程控制是很方便的。PLC 与PLC 可组成控制网。可通信、交换数据、相互操作。参与通信的PLC 可多达几十、几百个。网与网还可互连。这样,参与通信的PLC 就更多,甚至不受限制。PLC 与智能传感器、智能执行装置(如变频器,也可连成设备网。也可通信、交换数据、相互操作。可连接成远程控制系统,系统范围面可大到几十、几百米或更远。这种远程控制,既提高了控制能力,又简化了硬件接线及维护。PLC 于可编程DOI :10.3969/j.issn.1001-8972.2010.16.055 - 终端也可联网、通信。PLC的数据可在它上面显示,也可通过它向PLC写数据,使它成为人们操作PLC的界面。PLC可与计算机通信,加进信息网。利用计算机强大的信息处理及信息显示功能,可实现计算机对控制系统的监控与数据采集S C A D A (S u p e r v i s o r y C o n t r o l a n d D a t a A c a q u i s i t i o n。同时,还可以用计算机进行P L C编程、监控及管理。PLC还有以太网模块,可用其使PLC 加入互联网。也可设置自己的网址和网页。有这样PLC控制的工厂,有人称之为透明工厂。在地球上任何可上网的计算机,只要权限允许,就可直接对其进行访问。远程控制威力是无比的,可提升PLC 的控制能力和控制领域。在战争中远程控制对提高控制效益也是很明显的。总之,远程控制也已是PLC应用的重要方面。四、PLC可编程序控制器的特点1.可靠性高,抗干扰能力强由于工业生产的环境条件远比通用计算机所处的环境差,因此要求PLC具有很强的抗干扰能力,并且应能在比较恶劣的运行环境中(如高温、过电压、强电磁干扰和高湿度等长期可靠地运行。2.配套齐全,功能完善,适用性强PLC发展到今天,已经形成了各种规模的系列化产品,可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外, PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3.易学易用,深受工程技术人员欢迎PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设计,工作量小,维护方便,容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时日常维护也变得容易起来,更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。五、PLC可编程序控制器的发展趋势21世纪,PLC会有更大的发展。从技术上看,计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现;从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展;从产品的配套性上看,产品的品种会更丰富、规格更齐全,完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求;从市场上看,各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破,会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面,会出现国际通用的编程语言;从网络的发展情况来看,可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS(Distributed Control System中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展,可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分,将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。目前的各个公司都在满足用户需求开发多功能集成的PLC,针对不同行业的不同要求,应该从软硬件方面着手。硬件上针对一体型PLC,应该集成多种特殊应用功能,同时增加扩展单元的特殊功能。而模块型PLC,应该增加具备特殊功能的模块。软件上应该具备程序打包功能,能够针对相应的控制系统,使用相应的指令,使原本复杂的程序集成为一条指令和一些参数设置就可以实现,这样,使用者可以按照自己的设计思路,控制系统独特性