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可編程序控制器,英文稱Programmable Controller,簡稱PC。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)混淆,故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置,專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì),它采用可編程序的存儲(chǔ)器,用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令,并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn),充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn),又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣,特別是PLC的程序編制,不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識,而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式,使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué);調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購到所需的PLC后,只需按說明書的提示,做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作,就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。
可編程序控制器一直在發(fā)展中,所以至今尚未對其下后的定義。國際電工學(xué)會(huì)(IEC)曾先后于1982.11;1985.1和1987.2發(fā)布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案的,二,三稿。
在第三稿中,對PLC作了如下定義:可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器,用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并通過數(shù)字的,模擬的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程??删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。
定義強(qiáng)調(diào)了PLC是:1 數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)——也是一種計(jì)算機(jī)
2 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)
3 面向用戶指令——編程方便
4 邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)計(jì)算和算術(shù)操作
5 數(shù)字量或模擬量輸入輸出控制
6 易與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體
7 易于擴(kuò)充
可編程序控制器(PLC)的特點(diǎn)
為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用,與一般控制裝置相比較,PLC機(jī)有以下特點(diǎn):
1. 可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)
工業(yè)生產(chǎn)對控制設(shè)備的可靠性要求:
①平均故障間隔時(shí)間長
②故障修復(fù)時(shí)間(平均修復(fù)時(shí)間)短
任何電子設(shè)備產(chǎn)生的故障,通常為兩種:
①偶發(fā)性故障。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動(dòng)等引起的故障。這類故障,只要不引起系統(tǒng)部件的損壞,一旦環(huán)境條件恢復(fù)正常,系統(tǒng)也隨之恢復(fù)正常。但對PLC而言,受外界影響后,內(nèi)部存儲(chǔ)的信息可能被破壞。
②永久性故障。由于元器件不可恢復(fù)的破壞而引起的故障。
如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件,如果能使PLC在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在范圍,使PLC在惡劣條件消失后自動(dòng)恢復(fù)正常,這樣就能提高平均故障間隔時(shí)間;如果能在PLC上增加一些診斷措施和適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)手段,在永久性故障出現(xiàn)時(shí),能很快查出故障發(fā)生點(diǎn),并將故障限制在局部,就能降低PLC的平均修復(fù)時(shí)間。為此,各PLC的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施,使PLC除了本身具有較強(qiáng)的自診斷能力,能及時(shí)給出出錯(cuò)信息,停止運(yùn)行等待修復(fù)外,還使PLC具有了很強(qiáng)的抗干擾能力。
·硬件措施:
主要模塊均采用大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路,大量開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器完成,I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)和信號調(diào)理電路。
① 屏蔽——對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件,采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽,以防外界干擾。
② 濾波——對供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波,如LC或π型濾波網(wǎng)絡(luò),以消除或高頻干擾,也削弱了各種模塊之間的相互影響。
③ 電源調(diào)整與保護(hù)——對微處理器這個(gè)核心部件所需的+5V電源,采用多級濾波,并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整,以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、欠電壓的影響。
④ 隔離——在微處理器與I/O電路之間,采用光電隔離措施,有效地隔離I/O接口與CPU之間電的聯(lián)系,減少故障和誤動(dòng)作;各I/O口之間亦彼此隔離。
⑤ 采用模塊式結(jié)構(gòu)——這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時(shí)修復(fù)。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障,能迅速更換,使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作;同時(shí)也有助于加快查找故障原因。
·軟件措施:
有極強(qiáng)的自檢及保護(hù)功能。
①故障檢測——軟件定期地檢測外界環(huán)境,如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強(qiáng)干擾信號等。以便及時(shí)進(jìn)行處理。
②信息保護(hù)與恢復(fù)——當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時(shí),不破壞PLC內(nèi)部的信息。一旦故障條件消失,就可恢復(fù)正常,繼續(xù)原來的程序工作。所以,PLC在檢測到故障條件時(shí),立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲(chǔ)器,軟件配合對存儲(chǔ)器進(jìn)行封閉,禁止對存儲(chǔ)器的任何操作,以防存儲(chǔ)信息被沖掉。
③設(shè)置警戒時(shí)鐘WDT(看門狗)——如果程序每循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了WDT規(guī)定的時(shí)間,預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán),立即報(bào)警。
④加強(qiáng)對程序的檢查和校驗(yàn)——一旦程序有錯(cuò),立即報(bào)警,并停止執(zhí)行。
⑤對程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備——停電后,利用后備電池供電,有關(guān)狀態(tài)及信息就不會(huì)丟失。
PLC的出廠試驗(yàn)項(xiàng)目中,有一項(xiàng)就是抗干擾試驗(yàn)。它要求能承受幅值為1000V,上升時(shí)間1nS,脈沖寬度為1μS的干擾脈沖。一般,平均故障間隔時(shí)間可達(dá)幾十萬~上千萬小時(shí);制成系統(tǒng)亦可達(dá)4~5萬小時(shí)甚至更長時(shí)間。
2 .通用性強(qiáng),控制程序可變,使用方便
PLC品種齊全的各種硬件裝置,可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng),用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后,在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下,不必改變PLC的硬設(shè)備,只需改編程序就可以滿足要求。因此,PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外,在工廠自動(dòng)化中也被大量采用。
3.功能強(qiáng),適應(yīng)面廣
現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能,還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線,又可控制一個(gè)生產(chǎn)過程。
4.編程簡單,容易掌握
目前,大多數(shù)PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀,又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平,所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過閱讀PLC的用戶手冊或短期培訓(xùn),電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制控制程序。同時(shí)還提供了功能圖、語句表等編程語言。
PLC在執(zhí)行梯形圖程序時(shí),用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行(PLC內(nèi)部增加了解釋程序)。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比,執(zhí)行梯形圖程序的時(shí)間要長一些,但對于大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來說,是微不足道的,完全可以滿足控制要求。
5.減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量
由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件,控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。同時(shí),PLC的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試,更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。并且,由于PLC的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能,模塊化等等,使維修也極為方便。
6.體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便
PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品,其結(jié)構(gòu)緊湊,堅(jiān)固,體積小,重量輕,功耗低。并且由于PLC的強(qiáng)抗干擾能力,易于裝入設(shè)備內(nèi)部,是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。以三菱公司的F1-40M型PLC為例:其外型尺寸僅為305×110×110mm,重量2.3kg,功耗小于25VA;而且具有很好的抗振、適應(yīng)環(huán)境溫、濕度變化的能力?,F(xiàn)在三菱公司又有FX系列PLC,與其超小型品種F1系列相比:面積為47%,體積為36%,在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活,輸入輸出可達(dá)24~128點(diǎn)。
可編程序控制器PLC的分類
PLC產(chǎn)品種類繁多,其規(guī)格和性能也各不相同。對PLC的分類,通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和I/O點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。
1.按結(jié)構(gòu)形式分類
根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式,可將PLC分為整體式和模塊式兩類。
(1)整體式PLC 整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi), 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元(又稱主機(jī))和擴(kuò)展單元組成?;締卧獌?nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口,以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電源等,沒有CPU?;締卧蛿U(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元,如模擬量單元、位置控制單元等,使其功能得以擴(kuò)展。
(2)模塊式PLC 模塊式PLC是將PLC各組成部分,分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊,如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊(有的含在CPU模塊中)以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點(diǎn)是配置靈活,可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng),而且裝配方便,便于擴(kuò)展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。
還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來,構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨(dú)立的模塊,但它們之間是靠電纜進(jìn)行聯(lián)接,并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣,不但系統(tǒng)可以靈活配置,還可做得體積小巧。
2.按功能分類
根據(jù)PLC所具有的功能不同,可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。
(1)低檔PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能,還可有少量模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。
(2)中檔PLC 除具有低檔PLC的功能外,還具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能,適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。
(3)高檔PLC 除具有中檔機(jī)的功能外,還增加了帶符號算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能,可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。
3.按I/O點(diǎn)數(shù)分類
根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少,可將PLC分為小型、中型和大型三類。
(1).小型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)< 256點(diǎn);單CPU、8位或16位處理器、用戶存儲(chǔ)器容量4K字以下。
如:GE-I型 美國通用電氣(GE)公司
TI100 美國德洲儀器公司
F、F1、F2 日本三菱電氣公司
C20 C40 日本立石公司(歐姆龍)
S7-200 德國西門子公司
EX20 EX40 日本東芝公司
SR-20/21 中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司
(2). 中型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)256~2048點(diǎn);雙CPU,用戶存儲(chǔ)器容量2~8K
如:S7-300 德國西門子公司
SR-400 中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司
SU-5、SU-6 德國西門子公司
C-500 日本立石公司
GE-Ⅲ GE公司
(3). 大型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)> 2048點(diǎn);多CPU,16位、32位處理器,用戶存儲(chǔ)器容量8~16K
可編程序控制器PLC的發(fā)展概況及發(fā)展方向
一、國外PLC發(fā)展概況
PLC自問世以來,經(jīng)過40多年的發(fā)展,在美、德、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。世界總銷售額不斷上升、生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)、品種不斷翻新。產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價(jià)格則不斷下降。
目前,世界上有200多個(gè)廠家生產(chǎn)PLC,較有名的:美國:AB通用電氣、莫迪康公司;日本:三菱、富士、歐姆龍、松下電工等;德國:西門子公司;法國:TE 施耐德公司;韓國:三星、LG公司等。
二、技術(shù)發(fā)展動(dòng)向
1. 產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個(gè)方向發(fā)展
大: I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲(chǔ)器、掃描
速度高速化。
?。?/strong> 由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展,增加了配置的靈活性,降低了成本。
2. PLC在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛
3. 不斷加強(qiáng)通訊功能
4. 新器件和模塊不斷推出
高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外,還有帶處理器的EPROM或RAM的智能I/O模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊等專用化模塊。
5. 編程工具豐富多樣,功能不斷提高,編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化
有各種簡單或復(fù)雜的編程器及編程軟件,采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言,亦有高檔的PLC指令系統(tǒng)。
6. 發(fā)展容錯(cuò)技術(shù)
采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。
7.追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。
三、國內(nèi)發(fā)展及應(yīng)用概況
我國的PLC產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)經(jīng)歷了三個(gè)階段:順序控制器(1973~1979)——一位處理器為主的工業(yè)控制器(1979~1985)——8位微處理器為主的可編程序控制器(1985以后)。在對外開放政策的推動(dòng)下,國外PLC產(chǎn)品大量進(jìn)入我國市場,一部分隨成套設(shè)備進(jìn)口。如寶鋼一、二期工程就引進(jìn)了500多套,還有咸陽顯象管廠、秦皇島煤碼頭、汽車廠等?,F(xiàn)在,PLC在國內(nèi)的各行各業(yè)也有了極大的應(yīng)用,技術(shù)含量也越來越高。
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PLC可編程序控制器的歷史和展望
1 引言
可編程序控制器的英文為Programmable Controller,在二十世紀(jì)70-80年代一直簡稱為PC。由于到90年代,個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來,也簡稱為PC;加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大,所以美國AB公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器(PLC-Programmable Logic Controller),為了方便,仍簡稱PLC為可編程序控制器。有人把可編程序控制器組成的系統(tǒng)稱為PCS可編程序控制系統(tǒng),強(qiáng)調(diào)可編程序控制器生產(chǎn)廠商向人們提供的已是完整的系統(tǒng)了。
2 PLC的發(fā)展和市場情況
2.1 PLC的發(fā)展歷史
1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電器控制裝置的要求,第二年美國數(shù)字公司研制出了代可編程序控制器,滿足了GM公司裝配線的要求。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在已有第五代PLC產(chǎn)品了。
在以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征的制造工業(yè)和以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征的過程工業(yè)中,除了以連續(xù)量為主的反饋控制外,特別在制造工業(yè)中存在了大量的開關(guān)量為主的開環(huán)的順序控制,它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作號按照時(shí)序動(dòng)作;另外還有與順序、時(shí)序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制;以及大量的開關(guān)量、脈沖量、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、模擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量為主的—離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求,所以PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品。在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中,逐漸形成了PLC、DCS與IPC三足鼎立之勢,還有其它的單回路智能式調(diào)節(jié)器等在市場上占一定的百分比。
在80年代至90年代中期,是PLC發(fā)展快的時(shí)期,年增長率一直保持為30~40%。由于PLC機(jī)聯(lián)系處理模擬能力和網(wǎng)絡(luò)方面功能的進(jìn)步,擠占了一部分DCS的市場(過程控制)并逐漸壟斷了污水處理等行業(yè),但是由于工業(yè)PC(IPC)的出現(xiàn),特別是近年來現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展,IPC和FCS也擠占了一部分PLC市場,所以近年來PLC增長速度,總的說是漸緩。目前全世界有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品,主要應(yīng)用在汽車(23%)、糧食加工(16.4%)、化學(xué)/制藥(14.6%)、金屬/礦山(11.5%)、紙漿/造紙(11.3%)等行業(yè)。
2.2 PLC的市場情況
國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠約30家,但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品,還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn),因此可以說PLC在我國未形成制造產(chǎn)業(yè)。作為原理、技術(shù)和工藝均無尖端技術(shù)難度的產(chǎn)品,只要努力,是能形成制造產(chǎn)業(yè)的。
在PLC應(yīng)用方面,我國是很活躍的,近年來每年約新投入10萬臺(tái)套PLC產(chǎn)品,年銷售額30億元人民幣,應(yīng)用的行業(yè)也很廣。但是與其它國家相比,在機(jī)械加工及生產(chǎn)線方面的應(yīng)用,還需要加大投入。我國市場上流行的有如下幾家PLC產(chǎn)品:
(1) 施耐德公司,包括早期天津儀表廠引進(jìn)莫迪康公司的產(chǎn)品,目前有Quantum、Premium、Momentum等產(chǎn)品;
(2) 羅克韋爾公司(包括AB公司)PLC產(chǎn)品,目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等產(chǎn)品;
(3) 西門子公司的產(chǎn)品,目前有SIMATIC S7-400/300/200系列產(chǎn)品;
(4) GE公司的產(chǎn)品;日本歐姆龍、三菱、富士、松下等公司產(chǎn)品。
PLC的市場的潛力是巨大的,不僅在我國,即使在工業(yè)發(fā)達(dá)的日本也有調(diào)查表明,PLC配套的機(jī)電一體化產(chǎn)品的比例占42%,采用繼電器、接觸器控制尚有24%。所以說,需要應(yīng)用PLC的場合還很多,在我國就更是如此了。
從技術(shù)創(chuàng)新的角度看,我國大中型企業(yè)還要大力發(fā)展CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)),在機(jī)械制造廠要形成FMS柔性制造系統(tǒng),PLC是基礎(chǔ),所以PLC市場是廣闊的。
PLC具有穩(wěn)定可*、價(jià)格便宜、功能齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn),這是它能持久的占有市場的根本原因,我們下面重點(diǎn)闡述幾個(gè)問題,并研究其發(fā)展趨勢。
3 PLC的硬件和軟件
3.1 PLC的分類
PLC在90年代已經(jīng)形成微、小、中、大、巨型多種PLC。按I/O點(diǎn)數(shù)分,可分為:
l 微型PLC: 32 I/O
l 小型PLC: 256 I/O
l 中型PLC: 1024 I/O
l 大型PLC: 4096 I/O
l 巨型PLC: 8195 I/O
近年來有單機(jī)支持300回路和65000點(diǎn)I/O的大型系統(tǒng)對應(yīng)中型PLC以上,均采用16位~32位CPU,微、小型PLC原采用8位CPU,現(xiàn)在根據(jù)通訊等方面要求,有的也改用16位~32位CPU。由于I/O
64點(diǎn)以下PLC銷售額占整個(gè)PLC的47%,64點(diǎn)~256點(diǎn)的占31%,合計(jì)位整個(gè)PLC銷售額的78%,所以對微、小型PLC應(yīng)多加研究。
3.2 PLC的硬件
PLC控制器本身的硬件采用積木式結(jié)構(gòu),各廠家產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大同小異。以日本歐姆龍C200HE為例,為總線模板框式結(jié)構(gòu),基本框架(CPU母板)上裝有CPU模板,其它槽位裝有I/O模板;如果I/O模板多時(shí),可由CPU母板經(jīng)I/O擴(kuò)展電纜連接I/O擴(kuò)展母板,在其上裝I/O模板;另一種方法是配備遠(yuǎn)程I/O從站等。這些都說明了PLC廠家將硬件各部件均向用戶開發(fā),便于用戶選用,配置成規(guī)模不等的PLC,而且這種硬件配置的開放性,為制造商、分銷商()、系統(tǒng)集成商、終用戶帶來很多方便,為營銷供應(yīng)鏈帶來很大便利,這是一大成功經(jīng)驗(yàn)。
PLC內(nèi)的I/O模板,除一般的DI/DO、AD/DA模板外,還發(fā)展了一系列特殊功能的I/O模板,這為PLC用于各行各業(yè)打開了出路,如用于條形碼識別的ASCII/BASIC模板,用于反饋控制的PID模板,用于運(yùn)行控制、機(jī)械加工的高速計(jì)數(shù)模板、單軸位置控制模板、雙軸位置控制模板、凸輪定位器模板、射頻識別接口模板等,這在以后還會(huì)有很大發(fā)展。另外在輸入、輸出的相關(guān)元件、強(qiáng)干擾場合的輸入、輸出電隔離、地隔離等方面也會(huì)更加完善。
PLC中的CPU與存儲(chǔ)器配合,完成控制功能。它與DCS系統(tǒng)處理溫度、壓力、流量等參數(shù)的系統(tǒng)不同,采用快速的巡回掃描周期,一般為0.1~0.2s,更快的則選用50ms或更小的掃描周期。它是一個(gè)數(shù)字采樣控制系統(tǒng)。
3.3 PLC的軟件
為了完成控制策略,為了替代繼電器,使用戶等完成類似繼電器線路的控制系統(tǒng)梯形圖,而編制了一套控制算法功能塊(或子程序),稱為指令系統(tǒng),固化在存貯器ROM中,用戶在編制應(yīng)用程序時(shí)可以調(diào)用。指令系統(tǒng)大致可以分為兩類,即基本指令和擴(kuò)展指令。細(xì)分一般PLC的指令系統(tǒng)有:基本指令、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器指令、移位指令、傳送指令、比較指令、轉(zhuǎn)換指令、BCD運(yùn)算指令、二進(jìn)制運(yùn)算指令、增量/減量指令、邏輯運(yùn)算指令、特殊運(yùn)算指令等,這些指令多是類似匯編語言。另外PLC還提高了充足的計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、內(nèi)部繼電器、寄存器及存貯區(qū)等內(nèi)部資源,為編程帶來極大方便。
4 基于WINOOWs的編程語言標(biāo)準(zhǔn)—IEC61131-3
由于各PLC廠家產(chǎn)品在指令系統(tǒng)上的差異及編程方法上用戶要求不同,近年來IEC制訂了基于WINOOWs的編程語言標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3(1993年IEC頒布可編程序控制器的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC1131),它規(guī)定了指令表(IL)、梯形圖(LD)、順序功能圖(SFC)、功能塊圖(FBD)、結(jié)構(gòu)化文本(ST)五種編程語言。這包括了文本化編程(IL、ST)和圖形編程(LD、FBD)兩個(gè)方面,而SFC則在兩類編程語言中均可使用。IEC技術(shù)委員會(huì)(TC65)進(jìn)來開展了 IEC61499項(xiàng)目,將IEC61131-3進(jìn)行了擴(kuò)展,它是針對通過通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的模塊化分布系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn),將對IEC61131-3有所改善。這是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開放性的標(biāo)準(zhǔn)化文件,是PLC發(fā)展的一大趨勢。
5 PLC的網(wǎng)絡(luò)及發(fā)展趨勢
一個(gè)或若干PLC與PC機(jī)聯(lián)出系統(tǒng),PC機(jī)起到原編程器及人機(jī)界面操作站的作用,這20世紀(jì)90年代的新潮流,這樣為系統(tǒng)集成帶來了商機(jī),同時(shí)編程軟件和人機(jī)界面軟件(監(jiān)控軟件或稱組態(tài)軟件)及軟件接口(或稱驅(qū)動(dòng)軟件)也得到了發(fā)展。
近年來,PLC廠家在原來CPU模板上提供物理層RS232/422/485接口的基礎(chǔ),逐漸增加了各種通訊接口,而且提供完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。由于近來數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快,用戶對開放性要求很強(qiáng)烈,現(xiàn)場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展,所以PLC構(gòu)成的PCS系統(tǒng)比DCS的開放性所處的現(xiàn)狀稍好一些。目前羅克韋爾AB公司已形成了多層結(jié)構(gòu)體系,即Ether Net、Control Net、Device Net及Asi等現(xiàn)場總線(原DH+網(wǎng)也可兼容)。西門子公司在Profibus-DP通訊網(wǎng)絡(luò)及Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò)以外,提出了S7 Routing網(wǎng)絡(luò),即Profibus-DP和Industrial Enternet兩層結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)還在發(fā)展,我國應(yīng)已積極的姿態(tài)投入其中。
2001年我國機(jī)械工業(yè)成為工業(yè)發(fā)展新亮點(diǎn),總產(chǎn)值比上年增長17.15%,汽車產(chǎn)量為世界前10位,機(jī)床產(chǎn)量為世界第5位。機(jī)械工業(yè)利潤增長33.35%,占整個(gè)工業(yè)新增利潤六成多。出口同樣出現(xiàn)可喜的增長?,F(xiàn)在機(jī)械工業(yè)提出要實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化,對這一點(diǎn),PLC從業(yè)人員應(yīng)有清醒的認(rèn)識,應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)化的開放性、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的性能/價(jià)格比和網(wǎng)絡(luò)的可*性、性、先進(jìn)性上特別下功夫。
網(wǎng)絡(luò)向上連是互聯(lián)網(wǎng)問題,向下連是現(xiàn)場總線問題,另外現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能否用以太網(wǎng)“e網(wǎng)到底”方式、網(wǎng)絡(luò)采用客戶器/服務(wù)器方式、瀏覽器/服務(wù)器方式、生產(chǎn)者/消費(fèi)者方式、接口軟件采用OPC方式等問題都有待進(jìn)一步落實(shí)。PLC與智能MCC馬達(dá)控制中心、與數(shù)控機(jī)床配套的NC/CNC數(shù)控設(shè)備,以及與其它運(yùn)行控制系統(tǒng)、電控設(shè)備、變頻器和軟起動(dòng)器等連成系統(tǒng);PLC要與DCS分工合作,充當(dāng)DCS的遠(yuǎn)程I/O站等;PLC要與IPC分工合作,除用IPC作人機(jī)界面外,作軟件PLC的I/O部件也是可行的;此外還有PLC與緊急停車系統(tǒng)(ESD,Emergency Shut Down Systems)的關(guān)系、與立體倉庫、機(jī)器人、CAD/CAM等等都要處理好關(guān)系??傊?,PLC要兼容各種新技術(shù),使PLC成為真正意義上的“電腦”。
PLC的應(yīng)用領(lǐng)域是寬闊的,還有許多領(lǐng)域急待開拓,如用于海關(guān)過境車輛認(rèn)證(深圳鹽田)、自動(dòng)售藥(若干中藥店)在我國已有實(shí)例。另外,在離散事件系統(tǒng)中,如公路網(wǎng)交通流(車輛計(jì)數(shù)、乘客計(jì)數(shù)及停留時(shí)間計(jì)量)、物流系統(tǒng)、柔行制造系統(tǒng)(敏捷制造系統(tǒng))及一切非標(biāo)準(zhǔn)隨服務(wù)系統(tǒng)中,均可以采用PLC,進(jìn)而建模和采取對策并優(yōu)化。PLC的前途一片美好,一切悲觀的論點(diǎn)是站不住腳的。至于技術(shù)進(jìn)步,PLC與其它技術(shù)融合以至消失,那還需要一定的時(shí)間!
通信
SIMATIC S7-1200 支持各種通信機(jī)制:
- 集成 PROFINET IO 控制器接口
- 帶 PROFIBUS DP 主站接口的通信模塊
- 帶 PROFIBUS DP 從站接口的通信模塊
- GPRS 模塊,用于連接到 GSM/G 移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)
- LTE 模塊,用于在第四代 LTE(長期演進(jìn))移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信。
- 通信處理器,可通過以太網(wǎng)接口連接到 TeleControl Server Basic 控制中心軟件,并借助于基于 IP 的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。
- 通信處理器,可連接到服務(wù)應(yīng)用的控制中心。
- RF120C,可連接到 SIMATIC Ident 系統(tǒng)。
- 模塊 SM1278,用于連接 IO-link 傳感器和執(zhí)行器。
- 通過通信模塊實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)連接。
PROFINET 接口
通過集成 PROFINET 接口,可與以下設(shè)備通信:
- 編程設(shè)備
- HMI 設(shè)備
- 其它 SIMATIC 控制器
- PROFINET IO 自動(dòng)化組件
支持以下協(xié)議:
- TCP/IP
- ISO-on-TCP
- S7 通信
可連接以下設(shè)備:
-
通過標(biāo)準(zhǔn) 5 類電纜連接現(xiàn)場編程器和 PC。
在編程器和 SIMATIC S7-1200 的 CPU 之間建立連接
- SIMATIC HMI 精簡面板
在精簡面板和 SIMATIC S7-1200 的 CPU 之間建立連接
- 其它 SIMATIC S7-1200 控制器
通過 CSM 1277 以太網(wǎng)交換機(jī)連接多臺(tái)設(shè)備
點(diǎn)到點(diǎn)接口,可自由編程的接口模式
通信模塊可通過點(diǎn)到點(diǎn)連接進(jìn)行通信。采用 RS232 和 RS485 物理傳輸介質(zhì)。在 CPU 的“自由口 (Freeport)”模式下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。采用面向位的用戶特定通信協(xié)議(例如,ASCII 協(xié)議、USS 或 Modbus)。
可以連接任何具有串行接口的終端設(shè)備,如驅(qū)動(dòng)、打印機(jī)、條碼讀碼器、調(diào)制解調(diào)器等。
在可編程接口模式下,通過 CM 1241 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)連接
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功能
S7-1200 具有以下特點(diǎn):
-
易于上手:
專門的入門套件(其中包括仿真器和文檔),便于熟悉設(shè)備的使用。 -
操作簡單:
功能強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)指令,易于使用,用戶友好的編程軟件,可限度降低編程成本。 -
實(shí)時(shí)性能:
特殊中斷功能、高速計(jì)數(shù)器和脈沖輸出,適用于對時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用。
SIMATIC S7-1200 符合以下國內(nèi)和國際標(biāo)準(zhǔn):
- UL 508
- CSA C22.2 No. 142
- FM Class I, Div 2, Groups A, B, C, D; T4A Class I, Zone 2, IIC, T4
- VDE 0160
- EN 61131-2
- 符合標(biāo)準(zhǔn) EN 50081-1、50081-2 和 50082-2 電磁兼容性要求
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技術(shù)規(guī)范
通用技術(shù)數(shù)據(jù) |
|
防護(hù)等級 |
IP20,符合 IEC 529 |
環(huán)境溫度 |
|
|
|
|
-20 ... +60 °C |
|
-20 ... +50 °C |
|
-40 ... +70 °C |
|
25 ... 55 °C |
絕緣 |
|
|
500 V 交流測試電壓 |
|
1500 V 交流測試電壓 |
|
1500 V 交流測試電壓 |
|
1500 V 交流測試電壓 |
|
1500 V 交流測試電壓 |
電磁兼容性 |
EMC 指示要求 |
|
測試符合 |
|
測試依據(jù) |
機(jī)械強(qiáng)度 |
|
|
IEC 68, Part 2-6: |
|
IEC 68, Part 2-27/半正弦: |
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手冊
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概述
- 5 個(gè)控制器,具有不同類型的分級性能
- 3 個(gè)故障控制器,通過不同型號提供各種性能
- 緊湊型控制器,帶有集成電源,可作為寬范圍交流或直流電源
- 具有不同的性能等級,滿足不同的應(yīng)用要求
特點(diǎn) |
CPU 1211C |
CPU 1212C |
CPU 1214C |
CPU 1215C |
CPU 1217C |
---|---|---|---|---|---|
型號 |
DC/DC/DC、AC/DC/繼電器、DC/DC/繼電器 |
||||
工作存儲(chǔ)器,集成式 |
50 KB |
75 KB |
100 KB |
125 KB |
150 KB |
裝載存儲(chǔ)器,集成式 |
1 MB |
2 MB |
4 MB |
4 MB |
4 MB |
存儲(chǔ)卡 |
SIMATIC 存儲(chǔ)卡(可選) |
||||
數(shù)字量輸入/輸出,集成式 |
6/4 |
8/6 |
14/10 |
14/10 |
14/10 |
模擬量輸入,集成式 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
集成的模擬量輸出 |
0 |
0 |
0 |
2 |
2 |
過程映像 |
1024 字節(jié)用于輸入/1024 字節(jié)用于輸出 |
||||
通過信號板進(jìn)行擴(kuò)展 |
多 1 個(gè) |
多 1 個(gè) |
多 1 個(gè) |
多 1 個(gè) |
多 1 個(gè) |
通過信號模塊進(jìn)行擴(kuò)展 |
- |
多 2 個(gè) |
多 8 個(gè) |
多 8 個(gè) |
多 8 個(gè) |
特性 |
CPU 1212 FC |
CPU 1214 FC |
CPU 1215 FC |
---|---|---|---|
類型 |
DC/DC/DC、DC/DC/繼電器 |
DC/DC/DC、DC/DC/繼電器 |
DC/DC/DC、DC/DC/繼電器 |
主存儲(chǔ)器,集成式 |
100 KB |
125 KB |
150 KB |
裝載存儲(chǔ)器,集成式 |
2 MB |
4 MB |
4 MB |
存儲(chǔ)卡 |
SIMATIC 存儲(chǔ)卡(可選) |
SIMATIC 存儲(chǔ)卡(可選) |
SIMATIC 存儲(chǔ)卡(可選) |
標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字量輸入/輸出,集成式 |
8/6 |
14/10 |
14/10 |
標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸入,集成式 |
2 |
2 |
2 |
標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸出,集成式 |
- |
- |
2 |
過程映像 |
1024 字節(jié)用于輸入/1024 字節(jié)用于輸出 |
1024 字節(jié)用于輸入/1024 字節(jié)用于輸出 |
1024 字節(jié)用于輸入/1024 字節(jié)用于輸出 |
通過信號板進(jìn)行擴(kuò)展 |
多 1 個(gè) |
多 1 個(gè) |
多 1 個(gè) |
通過信號模塊進(jìn)行擴(kuò)展 |
多 2 個(gè) |
多 8 個(gè) |
多 8 個(gè) |
通過通信模塊進(jìn)行擴(kuò)展 |
多 3 個(gè) |
多 3 個(gè) |
多 3 個(gè) |
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-
CPU 1211C:
智能、緊湊型解決方案。 -
CPU 1212C:
卓越的緊湊型解決方案。 -
CPU 1214C:
高性能的緊湊型 CPU。 -
CPU 1215C:
高性能的緊湊型 CPU,帶 2 個(gè)端口。 -
CPU 1217C:
高性能的緊湊型 CPU,帶 2 個(gè)端口和擴(kuò)展存儲(chǔ)器。 -
CPU 1212FC:
適合標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用和故障應(yīng)用的理想緊湊型解決方案 -
CPU 1214 FC:
適用于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用和故障應(yīng)用的緊湊型 CPU -
CPU 1215 FC:
帶兩個(gè) PROFINET 端口的緊湊型 CPU,適用于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用和故障應(yīng)用
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設(shè)計(jì)
機(jī)械特點(diǎn)
- 水平或垂直安裝在 DIN 導(dǎo)軌上或使用集成的鉆孔(不是水平的)直接安裝在控制柜中
- 接線盒,用于所有 CPU 和相關(guān)組件的獨(dú)立接線
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技術(shù)規(guī)范
商品編號 |
6ES7211-1BE40-0xB0 |
6ES7211-1AE40-0xB0 |
6ES7211-1HE40-0xB0 |
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一般信息 |
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產(chǎn)品類型標(biāo)志 |
CPU 1211C AC/DC / 繼電器 |
CPU 1211C DC/DC/DC |
CPU 1211C DC/DC / 繼電器 |
西門子6SL3120-2TE21-0AD0 東莞