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PLC的发展及应用

来源:用户上传      作者: 秦 魏 刘 芹 周 盼

  【摘要】可编程序控制器,英文称Programmable Controller,简称PC。但由于PC容易和个人计算机(Personal Computer)混淆,故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。在工业飞速发展的今天以及对工人安全方面要求的提高,PLC被广泛的用于各种控制场合,为社会的发展和进步做出了巨大的贡献。因此对于PLC的发展及应用我们多做些了解。
  【关键词】PLC;控制;工业自动化
  
  0.引言
  PLC是20世纪60年代以来发展极为迅速的一种新型工业控制装置。在近半个世纪的旅途中,PLC从无到有,实现了工业控制领域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;随着生产技术的提高及效率要求的提高,其在产业控制中的应用越来越广泛。现代PLC应用综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术,形成了生产技术的现代化和自动化,在未来的各个领域将会做出更大的贡献。本文主要介绍了PLC的特点及应用领域,回顾了PLC的国内外发展状况,并就PLC的未来作出展望。
  1.PLC发展史
  1.1初级阶段
  可编程序控制器问世于 20 世纪 60 年代,当时的可编程序控制器功能都很简单,只有逻辑、定时、计数等功能;硬件方面用于可编程序控制器的集成电路还没有投入大规模工业化生产, CPU 以分立元件组成;存储器为磁心存储器,存储容量有限;用户指令一般只有二三十条,还没有成型的编程语言;机型单一,没有形成系列。在体积方面,与现在的可编程序控制器相比,可以说是庞然大物。
  1.2成熟阶段
  进入 70 年代,可编程序控制器功能除逻辑运算外,增加了数值运算、计算机接口、模拟量控制等;软件开发有自诊断程序,程序存储开始使用 EPROM ;可靠性进一步提高,初步形成系列,结构上开始有模块式和整体式的区分,整机功能从专用向通用过渡。
  1.3飞速发展阶段
  70 年代后期和 80 年代初期,可编程序控制器开始向多处理器发展,使可编程序控制器的功能和处理速度大为增强,并具有通信和远程 I/O 能力,增加了多种特殊功能,如浮点运算、三角函数、查表、列表等,自诊断和容错技术也迅速发展。
  1.4开放性、标准化阶段
  20世纪末期,可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说,这个时期发展了大型机和超小型机;从控制能力上来说,诞生了各种各样的特殊功能单元,用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合;从产品的配套能力来说,生产了各种人机界面单元、通信单元,使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前,可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
  2.PLC的特点
  2.1可靠性高,抗干扰能力强
  工业生产对控制设备要求很高,一般要求有很强的抗干扰能力和高的可靠性,能在恶劣的环境中可靠地工作,平均故障间隔时间长,故障修复时间短。这是PLC控制优于微机控制的一大特点。例如日本的三菱公司F1、F2系列平均故障间隔时间长达30万h,而A系列的可靠性比F1、F2系列更高。
  在PLC设计中,可以从硬件和软件两方面采取措施,防止以上故障的发生,以提高其可靠性。
  2.2编程简单,使用方便
  这是PLC优于微机的另一个特点。目前大多数PLC采用继电控制形式的“梯形图编程方式”,即有传统控制线路的清晰直观,又适合电气技术人员的读图习惯和微机应用水平,易于接受,与常用的汇编语言相比,更受欢迎。
  这了进一步简化编程,当今的PLC还针对具体问题设计了诸如步进梯形指令、功能指令等。PLC是为车间操作人员而设计的,一般只要很短时间的训练即能学会使用。而微电脑控制系统则要求具有一定知识的人员操作。当然,PLC的功能开发,需要有软件专家的帮助。
  2.3控制程序可变,具有很好的柔性
  在生产工艺流程改变或生产线设备更新的情况下,不必改变PLC的硬设备,只要改变程序就可以满足要求。所以PLC取代继电器控制,而且具有继电器所不具备的无可比拟的优点。因此PLC除应用于单机控制外,在柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS),以至工厂自动化(FA)中也被大量采用。
  2.4扩充方便,组合灵活
  PLC产品具有各种扩充单元,可以方便地适应不同工业控制需要的不同输入输出点及不同输入输出方式的系统。
  2.5减少了控制系统设计及施工的工作量
  由于PLC采用软件编程来达到控制功能,而不同于继电器控制采用接线来达到控制功能,同时PLC又能率先进行模拟调试,并且操作化功能和监视化功能很强,这些都减少了许多的工作量。
  3.PLC应用领域
  目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造等行业。
  3.1中小型单机电气控制系统
  这是PLC应用最广泛的领域,例如塑料机械、印刷机械、包装机械、电镀流水线及电梯控制等。这些设备对控制系统的要求大都属于逻辑顺序控制,所以这也是最适合PLC适用领域。在这里PLC用来取代传统的继电器顺序控制,应用于单击控制、多机控制等。
  3.2模拟量控制
  在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。
  3.3运动控制
  PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在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。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
  3.4制造业自动化
  制造业是典型的工业类型之一,在该领域主要对物体进行品质处理。形状加工、组装,以位置你、形状、力、速度等机械量和逻辑控制为主。由于PLC性能的提高和通信功能的增强,使得它在制造业领域中的大中型控制系统中也占领绝对主导的地位。
  3.5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。随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
  4.PLC未来展望
  21世纪,PLC会有更大的发展。提高PLC的可靠性是其未来发展的主要方向,其一方面要提高抗干扰能力同时在设计、安装以及使用过程中引起重视,尽量减少对其造成负面影响。网络化、 数字化。 目前用于火电系统控制系统的DCS虽技术日益成熟但近年来其发展日趋缓慢,PLC的产生及发展使其与DCS相互吸收彼此特点,逐步同化,并逐步发展成为新的控制系统――FCS系统,其既保留了原来系统的特性又实现了工业自动化技术的发展,并使数字化、 智能化控制得到进一步的发展和应用,因此其近年来在火电厂的应用日益广泛
  5.结语
  工业信息化是指在工业生产、管理、经营过程中,通过信息基础设施,在集成平台上,实现信息的采集、信息的传输、信息的处理以及信息的综合利用等。在“十五”期间,国家用信息化带动工业化的工作重点有三个方面:一是以电子信息技术应用为重点,提高传统产业生产过程自动化、控制智能化和管理信息化水平;二是以先进制造技术应用为重点,推进制造业领域的优质高效生产,振兴装备(下转第25页)(上接第110页)制造业;三是改造提升重点产业的关键技术、共性技术及其相关配套技术水平、工艺和装备水平。国家实施高技术产业化的主要目标有两个:一是发展高技术,形成新兴产业,培育新的增长点;二是利用先进技术改造和优化传统产业,提高经济增长的质量。■
  
  【参考文献】
  [1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社.
  [2]田瑞庭.可编程控制器应用技术.北京:机械工业出版社.
  [3]汤自春.PLC原理与应用技术.北京:高等教育出版社.


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