可编程控制器_PLC_综述.pdf

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1、可编程控制器综述临海市中等职业技术学校陆运华可编程序 控制器英文 称,简称尸。随着技术的进步尸的功能已经不再仅仅局限于逻辑控制,因而在国外其英文名 称也随之更改匕一,简称为但由于在国内容 易和个人计 算机 混淆,故人们仍习惯地用户作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装皿,专为在工业现场的应用而设计它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术运算等操作的指令 并通过数字式或模拟式的输入、输出接口控制各种类型的机械或生产过程。尸是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性

2、低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是户的程序编制,不僻要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学调试与查错也都很方便。用户在购到所姗的后只祷按说明书的提示,做少的接线和简易的用户程序编制工作,就可灵活方便地将户应用于生产实践。可编程序控制器技术一直在发展之中所 以至今尚未对其下最后的定义。国际电工学会【任曾先后于和发布了可编程序控制器标准草案的第一二,三稿。在第三稿中,对户作了如下定义 可编程序控制器是一种数字运算操咋电子系统,专为在工业环境下应用而设

3、计。它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令 并通过数字的、模拟的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备,都应按普易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则来设计。在定义特别强调了是们数字运算操作的电子系统也是一种计算机专为在工业环境下的应用而设计面向用户寸爵卜一嘴暇简单方便逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作数字且或模拟且的输入输出控制易与控制系统联成一体,以便形成机电一体化【易于扩充。户产品种类繁多,其规格和性能也各不相同。对户的分类,通常根据其结构形式的不同、功能的差异和点数的多少等进

4、行大致分类。按结构形式分类根据跳的结构形式,可将吼分为整体式和模块式两大类。整体式代整体式是将电源、户、接口等部件都集中装配在一个机箱内,具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型一般采用这种整体式结构。整体式尸由不同点数的基本单元又称主机和扩展单元组成。基本单元内有户、接口、与扩展单元相连的扩展口,以及与编程器或尸写入器相连的接口等。扩展单元内只有接口和电源等,没有。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式户一般还可配备特殊功能单元,如模拟,单元、位盆控制单元等,使其功能得以扩展。模块式模块式户是将的各组成部分,分别作成若干个单独的模块,如尸模块、模块、电源模块 有的含在模块中以及各种

5、功能模块。模块式由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式户的特点是配里灵活,可根据僻要选配不 同规模的系统,而且装配方便便于扩展和维修。大、中型一般采用模块式结构。还有一些尸将整体式和模块式的特点结合起来,构成所谓 盛装式。扭装式其、电源、接口等也是各自独立的模块,但它们之间是靠电缆进行联接,并且各模块可以一层层地盛装。这样,不但系统可以灵活配置,还可做得体积小巧。按功能分类根据所具有的功能不同,可将只分为低档、中档、高档三类。低档具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能,还可有少模拟输入翰出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺

6、序控制或少模拟控制的单机控制系统。中档氏除具有低档的功能外,还具有较强的模拟输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、控制等功能适用于复杂控制系统。高档除具有中档机的功能外,还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档机具有更强的通信联网功能,可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。按点数分类根据代的点数的多少,可将分为小型、中型和大型三类。小型氏点数点单户、位或位处理器、用户存储器容字以下。如一型美国通用电气【公司美国德洲仪器公司、日本三菱电气公司日本

7、立石公司欧姆龙一德国西门子公司日本东芝公司一中外合资无锡华光电子工业有限公司中型氏点数点双,用户存储器容如一德国西门子公司一礴中外合资无锡华光电子工业有限公司一、一德国西门子公司一日本立石公司一目公司大型点数点及以上多、位、位处理器,用户存储器容一,如一德国西门子公司一公司一立石公司三菱公司等另外我们还可 以从生产厂商的地域区位来将户分为三大流派因为同一地区的尸技术开发人 员和市场用户的思维习惯比较接近,从而致使操作应用起来更容易上手 市场更容易推广普及,即 一个流派是美国产品简称美系户,一个流派是欧洲产品简称欧系一个流派是日本产品简称日系尸。美国和欧洲的户技术是在相互隔离的情况下独立研究开发

8、的,因此美国和欧洲的户产品有明显的差异性。而日本的户技术是由美国引进的,对美国的产品存在一定程度的继承性,但日本的主推产品定位在小型尸上。美国和欧洲以大中型而闻名,而日本则以小型户著称。美国氏产品美国是尸生产大国,有多家户厂商,著名的有一公司、通用电气公司、莫迪康公司、德州仪器公司、西屋公司等。其中一公司是美国最大的制造商,其产品约 占美国尸市场的一半。一公司产品规格齐全、种类丰富,其主推的大、中型产品是户一系列。该系列为模块式结构,户模块为一门、一、一、户一时,属于中型,点配皿范围为一点当模块为一、一、一、一、一、一、户一时,属于大型,点最多可 配到点。该系列 中户一功能最强,最多可配到个点

9、,具有强大的控制和信息管理功能。大型机户一最多可配皿到个点。一公司的小型产品有系列等。公司的代表产品是小型机一、一、一等,除一外,均采用模块结构。一用于开关控制系统,最多可配里到个点。一是更小型化的产品,其点最多可配皿到点。一户是一的增强型产品,增加了部分功能指令数据操作指令、功能模块周、等、远程功能等,其点最多可配里到,点。中型机一川,它比一尸增加了中断、故障诊断等功能,最多可配皿到个,点。大型机一,它比一增加了部分数据处理、表格处理、子程序控制等功能,并具有较强的通信功能,最多可配到个点。一尸最多可配到个点。德州仪器公司的小型户新产品有引、和等,中型新产品有、等,大型户产品有、等系列。除刀

10、,和引无联网功能外其它户都可实现通信,构成分布式控制系统。莫迪康公司有系列户。其中是小型机,具有模拟控制、与上位机通信功能,最多点为,点。是中型机,其运算功能较强,可与上位机通信,也可与多台户联网,最多可扩展点为点。是大型机其容大、数据处理和网络能力强,多可扩展点为。为增强型中型机,它具有小型机的结构、大型机的控制功能主机模块配个一接口,可方便地进行组网通信。日本产品日本的小型户最具特色,在小型机领域中颇具盛名,某些用欧、美的中型机或大型机才能实现的控制,日本的小型机就可以解决。在开发较复杂的控制系统方面 明显优干欧美的小型机所 以格外受用户欢迎。日本有许多户制造商,如三菱、欧姆龙、松下、富士

11、、日立、东芝等,在世界小型户市场上,日本产品约占有的份额。三菱公司的是较早进入中国市场的产品。其小型机下系列是系列的升级产品,早期在我国的销也不小。下系列加强了指令系统,增加了特殊功能单元和通信功能比系列有了更强的控制能力。继系列之后,世纪年代末三葵公司又推出系列,在容、速度、特殊功能、网络功能等方面都有了全面的加强。系列是在年代开发的整体式高功能小型机,它配有各种通信适配器和特殊功能单元。是近几年推出的高功能整体式小型机,它是的换代产品,各种功能都有了全面的提升。近年来还不断推出满足不同要求的徽型户,如以、及“系列等产品。三菱公司的大中型机有系列、系列、系列具有丰宫的网络功能,点数可达点。其

12、中系列德甄西获蛋洲口卜具有超小的体积、丰富的机型、灵活的安装方式、双协同处理、多存储器、远程口令等特点 是三菱公司现有户中谧高性能的。欧姆龙公司的户产品,大、中、小、微型规格齐全。微型机以户系列为代表,其体积极小,速度极快。、型机有型、型、系列、系列、等。型机现已被性价比更高的户系列所取代,周、系列 内里一接口和实时时钟,并具有软功能,是的升级产品。中型机 有、系列。日是前些年畅销的高性能中型机配皿齐全的模块和高功能模块,具有较强的通信和网络功能。日是的升级产品指令系统更丰富、网络功能更强。日冷日是日的升级产品,有个点,其容是日的倍,速度是日的倍,有品种齐全的通信模块,是适应信息化的户产品。系

13、列具有中型机的规模、大型机的功能,是一种极具推广价值的新机型。大型机有、等。日、可单机或双机热备运行,安装带电插拔模块,日可在线更换模块系列中除外,均可采用结构化编程,易读、易调试,并具有更强大的通信功能。松下公司的户产品中,为微型机,为整体式小型机,为中型机,、的改进型、为大型机 其中是最新产品。松下公司近几年产品的主要特点是指令系统功能强有的机型还提供可以用尸一语言编 程的户及多种智能模块,为复杂系统的开发提供了软件手段户系列各种都配通信机制由于它们使用的应用层通信协议具有一致性,这给构成多级尸网络和开发户网络应用程序带来方便。欧州代产品德国的西门子公司、公司、法国的公司是欧洲著名的户制造

14、商。德国西门子的电子产品以性能精良而久负盛名。在中、大型产品领域与美国的一公司齐名。西门子主要产品是、系列。在系列中,一、一属于微型整体式一是小型模块式,最多可配里到个点一,是中型最多可配盆到个点一是中型机,它是由两台一组成的双机冗余系统一为大型机最多可配到个点模拟可达多路一日是大型机 它是由两台一组成的双机冗余系统。而系列是西门子公司在系列尸基础上近年推出的新产品,其性能价格比高,其中一系列属于微型、一系列属于 于中小型、一系列属于于中高性能 的大型。我国跳产品改革开放以来随普技术市场的开放和引进我国有许多厂家、科研院所开始从事尸的研制与开发,如中国科学院 自动化 研究所的一北京联想计算机集

15、团公司的一,上海机床电器厂的一,上海起重电器的一苏州电子计算机厂的丫一户一,原机电部北京机械工业自动化研 究所的一、一之归,杭州机床电器厂的,天津中环自动化仪表公司的一一旧,上海自立电子设备厂的系列,上海香岛机电制造有限 公 司的一、一,无锡华光电子工业有限公司合资 的一、一等。自年以来,先后有天津、厦门、大连、上海等地相关企业与国外著名制造厂商进行合资或引进技术、生产线等,这将促进我国的户技术在赶超世界先进水平的道路上快速发展。可编程序控制器比的应用领域目前,在国内外尸已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业,随粉性能价格比的不断提高,其应用领域

16、不断扩大。从应用类型看尸的应用大致可归纳为以下几个方面开关,逻辑控制利用最墓本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制,可以取代传统的继电器控制,用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等,例如机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是户最基本的应用,也是尸最广泛的应用领域。运动控制大多数户都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。过程控制大、中型户都具有多路模拟模块和控制功能,有的小型尸也具有模拟输入输出。所以可实现模拟控制,而且具有控制功能的尸可构成闭环控制,用于过程控制。这一功能已广

17、泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭环位皿控制和速度控制等方面。数据处理现代的尸都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能,可进行数据的采集、分析和处理,同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装皿,如计算机数值控制设备 进行处理。通信联网的通信包括户与尸、户与上位计算机、户比与其它智能设备之间的通信,尸系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络以实现信息的文换,并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统,满足工厂自动化】系统发展的需要。下转第页鹰马忍匡度苦洲口卜单片机制乍在一条半圆弧上,还要将钮扣按键、放皿到线路板的边缘区域,待放好发光二极管后撤销辅

18、助线即可。已设计好的图见图所示。本电路对元件参数没有苛刻要求,只要元器件选择正确无损坏,电路板制作工艺良好,把所有电子元件正确焊接装配后即可进入程序下载和调试工作阶段。制作与调试时,在的位皿应安装脚的座,以便使单片机可以从电路板中拿下去烧写程序。已装配好的产品实物如图所示。后,准备一台可以烧写丁的编程器并与电脑主机硬件连接后即可对芯片进行程序烧录下载,然后,将烧录好程序的引单片机装入到脚的座上,通电即可调试和运行,由于本例电路对元件参数的要求不是很高,只要元件较好参数基本符合要求 焊接装配后即可正常工作。,表注完整的程序请到下载籍要注意 由于单片机的时钟高达,日,如果因程序设计原因导致个发光与

19、熄灭的交替时间很短,凭我们的肉眼是看不到流水效果的程序烧录与调试在完成编写程序的编译和仿真之本例采用汇编语言进行设计程序如下近年来,由于半导体新材料技术进展迅速,已采用新材料涅分别制造出蓝光、绿光、白光以及多色二极管,如果本例电子设计采用这种新型二极管的话 则会产生绚丽多彩的光学效果。另外还可以按照自己的需要随时刷新芯片程序内容,从而感受到单片机设计的魅力所在。向高速度、大容工方向发展为了提高的处理能力,要求户具有更好的响应速度和更大的存储容。目前,有的的扫描速度可达,尔步左右。户的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容方面有的户最高可达几十兆字节。为了扩大存储容有的公司已使用了磁泡存储

20、器或硬盘。向超大型、超小型两个方向发展当前中小型比较多,为适应市场的多种籍要今后要向多品种方向发展,特别是向超大型和超小型两个方 向发展。现已有点数达点的超大型户,其使用位微处理器,多户并行工作和大容存储器,功能强。小型由整体结构向小型模块化结构发展,使配皿更加灵活,为了市场豁要已开发了各种简易、经济的超小型微型户,最小配里的点数为一,点,以适应单机及小型自动控制的豁要,如三菱公司“系列户。大力开发智能模块,加强联网通信能力为满足各种自动化控制系统的要求,近年来不断开发出许多功能模块如高速计数模块、温度控制模块、远程模块、通信和人机接口模块等。这些带尸和存储器的智能模块,既扩展了尸功能又使用灵

21、活方便,扩大了应用范围。加强联网通信 的能力,是尸技术进步的潮流。户的联网通信有两类一类是之间联网通信,各户生产厂家都有自己的专有联网手段另一类是与计算机之间的联网通信,一般尸都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力,尸生产厂家之间也在协商制订通 用的通信标准,以构成更大的网络系统,户已成为集散控制系统不可缺少的重要组成部分。增强外部故陈的检测与处理能力根据统计资料表明在户控制系统的故障中,占接口占,输入设备占,输出设备占,线路占。前二项共故障属于户的内部故障它可通过户本身的软、硬件实现检测、处理而其余的故障属于的外部故障。因此,生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块,进一步提高系统的可靠性。编程语言多样化在户系统结构不断发展的同时,的编程语言也越来越丰富,功能也不断提高。除了大多数户使用的梯形图语言外,为了适应各种控制要求,出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言日、语言等等。多种编程语言的并存、互补与发展是进步的一种趋势。可以预见随着近年来我国先进制造业的兴起,户这 门实用的先进控制技术将越来越多地深入渗透到各行各业的加工生产中去,为推动我国工业制造再次出现质的飞跃做出应有的贡献。