PLC原理淺談

第一講：PLC的基本概念
   
    可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工
    業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。
   
    一. PLC的由來
    在60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當時汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置
    就需要經(jīng)常地重新設(shè)計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標指標，即：
    1. 編程方便，現(xiàn)場可修改程序；
    2. 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；
    3. 可靠性高于繼電器控制裝置；
    4. 體積小于繼電器控制裝置；
    5. 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；
    6. 成本可與繼電器控制裝置競爭；
    7. 輸入可以是交流115V；
    8. 輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；
    9. 在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；
    10. 用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。
    1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC) 研制出第一臺PLC，在美國通用汽車
    自動裝配線上試用，獲得了成功。
    這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用
    到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。
   
    這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971
    日本從美國引進了這項新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺PLC。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺PLC。我國從1974年開始研制。于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。
    二. PLC的定義
    PLC問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標準化，美國電氣制造商協(xié)會NEMA(National Electrical Manufactory Association) 經(jīng)
    過四年的調(diào)查工作，于1984年首先將其正式命名為PC(Programmable Controller),并給PC作了如下定義：
    “PC是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。一部數(shù)字電子計算機若是從事執(zhí)行PC之功能著，亦被視為PC，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器。"
    以后國際電工委員會(IEC)又先后頒布了PLC標準的草案第一稿，第二稿,
    并在1987年2月通過了對它的定義：
    “可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,
    順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。"
    總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設(shè)計編制。
    三. PLC的特點
    一. PLC的主要特點
    (一) 高可靠性
    1. 所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。
    2. 各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10~20ms.
    3. 各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。
    4. 采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。
    5. 對采用的器件進行嚴格的篩選。
    6. 良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。
    7. 大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高。
    (二)豐富的I/O接口模塊
    PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：
    • 交流或直流；
    • 開關(guān)量或模擬量；
    • 電壓或電流；
    • 脈沖或電位；
    • 強電或弱電等。
    有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：
    • 按鈕
    • 行程開關(guān)
    • 接近開關(guān)
    • 傳感器及變送器
    • 電磁線圈
    • 控制閥
    直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口
    模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。
   
   
   
    (三) 采用模塊化結(jié)構(gòu)
    為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模