PLC原理淺談

第一講：PLC的基本概念
   
    可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工
    業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(jiǎn)稱PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)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(guò)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(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC。
   
    一. PLC的由來(lái)
    在60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時(shí)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(jì)和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號(hào)更新的周期愈來(lái)愈短，這樣，繼電器控制裝置
    就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安裝，十分費(fèi)時(shí)，費(fèi)工，費(fèi)料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國(guó)通用汽車公司在1969年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)，即：
    1. 編程方便，現(xiàn)場(chǎng)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(jì)算機(jī)；
    6. 成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；
    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(dòng)電磁閥，接觸器等；
    9. 在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更；
    10. 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。
    1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC) 研制出第一臺(tái)PLC，在美國(guó)通用汽車
    自動(dòng)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(jiǎn)單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國(guó)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(guó)家的高度重視。1971
    日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)PLC。1973年，西歐國(guó)家也研制出它們的第一臺(tái)PLC。我國(guó)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(wèn)世以來(lái)，盡管時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)NEMA(National Electrical Manufactory Association) 經(jīng)
    過(guò)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(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲(chǔ)存指令。用來(lái)執(zhí)行諸如邏輯，順序，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)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(jī)械式順序控制器?！?/span>
    以后國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)又先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿,
    并在1987年2月通過(guò)了對(duì)它的定義：
    “可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)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(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,
    順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?/span>
    總之，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。
    三. PLC的特點(diǎn)
    一. PLC的主要特點(diǎn)
    (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(chǎng)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(shí)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(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)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(kuò)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(jìn)一步提高。
    (二)豐富的I/O接口模塊
    PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，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(qiáng)電或弱電等。
    有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)對(duì)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(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模