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  哈哈哈哈去* 2013-10-23 00:00:00

  實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制

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  crystallyne 2018-03-08 20:31:08

  1、PLC的基本概念 PLC （Programmable Logic Controller），中文名稱為可編程控制器，是一種電氣自動(dòng)化控制裝置，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）將PLC定義為：是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它使用可編程存儲(chǔ)器內(nèi)部?jī)?chǔ)存用戶設(shè)計(jì)的指令，這些指令用來實(shí)現(xiàn)特殊的功能，諸如邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算和通過數(shù)字或模擬輸入/輸出來控制各種類型的機(jī)械或過程。可編程序控制器及其有關(guān)的設(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)。 2、PLC的發(fā)展背景 在PLC發(fā)明之前，在工業(yè)控制的順序控制領(lǐng)域內(nèi)，常常采用諸如繼電器、鼓式開關(guān)、紙帶閱讀器等機(jī)械、電氣式器件作為控制元件，尤其是控制繼電器，在離散制造過程控制領(lǐng)域內(nèi)，成為“開關(guān)控制系統(tǒng)”中Z廣泛使用的器件。但是，隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模越來越大，勞動(dòng)生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量的要求在不斷提高，對(duì)于控制系統(tǒng)的可靠性也提出了更高的要求，原有“繼電器控制系統(tǒng)”已不適應(yīng)需要，究其原因是： 動(dòng)作緩慢；壽命短、可靠性差；體積大、耗電多；設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng)、程序修改費(fèi)時(shí)；不能實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)對(duì)話。 到20世紀(jì)60年代，由于美國(guó)汽車工業(yè)需要進(jìn)行大規(guī)模的技術(shù)改造和設(shè)備更新，由傳統(tǒng)的繼電器控制裝置來進(jìn)行控制，不僅體積龐大、故障率高、柔性差、不靈活、耗能，而且調(diào)試?yán)щy，可靠性也差。雖然小型計(jì)算機(jī)已日趨完善，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，但小型計(jì)算機(jī)用于開關(guān)控制系統(tǒng)，又顯然存在著“大馬拉小車”的情況，這是由于小型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)決定的：編程復(fù)雜，要求有較高水平的編程人員和操作人員； 需要配套非標(biāo)準(zhǔn)的外部接口，對(duì)環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)條件的要求過高； 功能過剩，機(jī)器資源未能充分利用；造價(jià)高昂。需要與可能性，促使人們尋求新的出路，PLC應(yīng)運(yùn)而生。 1968年美國(guó)通用汽車公司提出使用新一代控制器的設(shè)想，從用戶的角度考慮，該公司對(duì)新一代控制器提了10點(diǎn)要求，為各大公司提供了明確的開發(fā)目標(biāo)。第二年（1969年），美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置PDP-14，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是diyi代可編程控制器。這時(shí)的PLC用固態(tài)（集成）電路來代替繼電器邏輯電路，用存儲(chǔ)器電路中的存儲(chǔ)數(shù)位（程序）來代替繼電器系統(tǒng)的布線，以程序來規(guī)定邏輯關(guān)系；用固態(tài)I/ O電路來檢測(cè)按鈕和限位開關(guān)的信號(hào)，給出輸出以控制電機(jī)和其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這時(shí)的PLC系統(tǒng)已開始具有如下一些特點(diǎn)：環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，可以使用于車間現(xiàn)場(chǎng)；有較高的可靠性和診斷 能力，維修容易；基本能適應(yīng)不同的制造過程所需，柔性度有 了較大提高，只要改變系統(tǒng)中的程序即可改變控制“邏輯”，而無需改造或更換控制硬件等。差不多同時(shí)，美國(guó)MODICON公司也研制出084控制器。它們的問世，引起了全世界的矚目，美國(guó)的其他公司和西歐、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，也相繼研究開發(fā)出類似的產(chǎn)品。 diyi代可編程控制器Z早是用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，功能上只有邏輯計(jì)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)以及順序控制等，而且只能進(jìn)行開關(guān)量控制。所以diyi代可編程控制器取名為可編程邏輯控制器，英文名稱為Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱PLC。 后來，隨著電子科技之發(fā)展及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用之需要，其控制功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制的范疇，PLC的功能也日益強(qiáng)大，在PLC中加入了模擬量、位置控制及網(wǎng)路等功能，其名稱也就改為可編程控制器（Programmable Controller），稱PC。但PC易與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱PC產(chǎn)生混淆，所以使用PLC這一簡(jiǎn)稱，中文仍然稱“可編程控制器”。 自1976年以來，微處理器開始引入PLC領(lǐng)域，大大加強(qiáng)了PLC的作用，使PLC由簡(jiǎn)單地代替繼電器電路，而發(fā)展為先 進(jìn)的控制裝置。當(dāng)今PLC具有采集與處理大量數(shù)據(jù)、完成數(shù)學(xué)運(yùn)算、與其它智能器件通信的能力，以及具有先進(jìn)的人－機(jī)對(duì) 話手段（如鍵盤、CRT和語(yǔ)音對(duì)話），近年來由于現(xiàn)場(chǎng)總線理念的出現(xiàn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立，以及產(chǎn)品的迅速發(fā)展，PLC成為 現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)重要組成部分，進(jìn)一步擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。 由于PLC同時(shí)提高了功能和柔性度，使其應(yīng)用迅速增長(zhǎng)，并普及到許多其它離散零件制造工業(yè)領(lǐng)域。隨后又?jǐn)U展到與批量生產(chǎn)和連續(xù)生產(chǎn)過程有關(guān)的工業(yè)領(lǐng)域。隨著CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))的發(fā)展，PLC當(dāng)前還被人們應(yīng)用于工廠通信網(wǎng)絡(luò)、柔性制造系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人到大型分散型控制系統(tǒng)，之中，與其它智能控制器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一起成為計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)中的重要組成部分，特別是單元級(jí)和工作站級(jí)。 3、PLC的發(fā)展階段及前景 從1969年diyi臺(tái)PLC問世至今，可編程控制器大約經(jīng)歷了三個(gè)階段： diyi階段：開發(fā)的PLC容量較小，I/O點(diǎn)數(shù)小于120點(diǎn)。用戶存儲(chǔ)區(qū)容量在2KB左右，掃描速度為20~50ms/KB，指令較為簡(jiǎn)單，只有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等，編程語(yǔ)言采用簡(jiǎn)單的語(yǔ)句表語(yǔ)言。使用上，主要用來作開關(guān)量控制。 第二階段：PLC 的容量有所擴(kuò)展，I/O點(diǎn)數(shù)從 512點(diǎn)至1024點(diǎn)，用戶程序存儲(chǔ)區(qū)擴(kuò)展到8KB以上，速度也有提高，掃描速度達(dá)到5~6ms/KB，指令功能除了基本的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)外，還增加了算術(shù)運(yùn)算指令、比較指令，以及模擬量處理指令等，輸入／輸出類型也由純開關(guān)量I/O，擴(kuò)展為帶模擬量的I/O。編程語(yǔ)言除了使用語(yǔ)句表外，還可以使用梯形圖編程語(yǔ)言。 第三階段：進(jìn)入80年代以來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的PLC得到驚人的發(fā)展，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了上述兩階段的產(chǎn)品。使PLC在概念，設(shè)計(jì)，性價(jià)比以及應(yīng)用方面都有了新的突破。這一階段的產(chǎn)品向大型和小型兩個(gè)方向發(fā)展: A、 大型產(chǎn)品的I/O點(diǎn)數(shù)，超過4 000點(diǎn)，有些產(chǎn)品達(dá)到8 000個(gè)I/O點(diǎn)，用戶存儲(chǔ)區(qū)容量超過32KB，配置有各種智能模塊（例如溫度控制模塊、軸定位模塊、過程控制模塊等）和通信模塊，掃描速率也大大提高，達(dá)到0.47ms/KB，指令功能除了基本的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制外，還有算術(shù)浮點(diǎn)運(yùn)算指令、PID調(diào)節(jié)功能指令、圖形組態(tài)功能指令、網(wǎng)絡(luò)和通信指令等。編程語(yǔ)言普遍采用梯形語(yǔ)言，同時(shí)也使用語(yǔ)句表和順序功能圖語(yǔ)言（典型的有GRAFCET語(yǔ)言）。為了提高系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計(jì)上考慮了容錯(cuò)技術(shù)和冗余技術(shù)等。這一階段的小型產(chǎn)品向超小型化和加強(qiáng)型功能發(fā)展，有16點(diǎn)I/O，24點(diǎn)I/O的整體型小型PLC在小型PLC上配置模擬量I/O、通信口、高速計(jì)數(shù)，指令上也設(shè)置有算術(shù)運(yùn)算、比較指令以及PID調(diào)節(jié)指令。 B、 小型PLC使用的手握式編程器使用大面積液晶顯示器，也可以用梯形圖和GRAFCET語(yǔ)言進(jìn)行編程。 這一階段PLC的軟件設(shè)計(jì)也有很大改進(jìn)，普遍實(shí)現(xiàn)了軟件模塊化設(shè)計(jì)，在PLC產(chǎn)品上提供大量的通用和專用軟件功能模塊，用戶通過簡(jiǎn)單的功能調(diào)用就可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制任務(wù)給使用帶來極大的方便。使用的編程器越來越完善，專用編程器實(shí)際上已經(jīng)是一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)離線編程或在線編程及監(jiān)控，程序打印以及程序固化，實(shí)現(xiàn)圖形組態(tài)，可以聯(lián)網(wǎng)（即掛在PLC網(wǎng)絡(luò)上），有些編程器還可以使用高級(jí)語(yǔ)言除了專用編程器外，很多PLC可以使用通用的筆記本電腦實(shí)現(xiàn)編程，開發(fā)一些專用軟件，充分利用個(gè)人計(jì)算機(jī)的能力，完成各種高級(jí)的編程功能，省卻了專用編程器，既便于推廣又節(jié)省投資。隨著技術(shù)的進(jìn)步，PLC的功能越來越強(qiáng)，應(yīng)用范疇越來越廣，與其它工業(yè)控制機(jī)，如分散型控制系統(tǒng)（DCS）的界限已經(jīng)不十分明顯，很多以往必須由分散型控制系統(tǒng)來完成的控制，現(xiàn)在用PLC都能實(shí)現(xiàn)，因此在應(yīng)用上“交錯(cuò)”已經(jīng)成為普遍現(xiàn)象。 PLC技術(shù)代表了當(dāng)今電氣程序控制的Z先進(jìn)水平。通過PLC與各種單元自動(dòng)化裝置（如智能儀表、數(shù)字化傳單裝置、智能的液壓和氣動(dòng)閥組等）以及現(xiàn)場(chǎng)總線、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，構(gòu)成了車間和工廠自動(dòng)化的完整體系。 PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 6、PLC的特點(diǎn) 1、 控制程序可變，具有很好的柔性：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，只需改變程序就可滿足要求。因此，除單機(jī)控制外，PLC在柔性制造單元（FMC），柔性制造系統(tǒng)（FMS），以致工廠自動(dòng)化（FA）中也被大量采用。 2、 具有高度可靠性，適用于工業(yè)環(huán)境：PLC產(chǎn)品的平均故障間隔時(shí)間（MTBF）一般可達(dá)到5年以上，因此是一種高度可靠的工業(yè)產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行效率。PLC不要求專用設(shè)備的機(jī)房，這為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的大量直接使用提供了方便。 3、 功能完善：現(xiàn)代PLC具有數(shù)字和模擬量輸入/輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、PID調(diào)節(jié)、各種智能模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信、人－機(jī)對(duì)話，自診斷，記錄和圖形顯示、組態(tài)等功能。除了適用于離散型開關(guān)量控制系統(tǒng)外，現(xiàn)在也能應(yīng)用于連續(xù)的流程控制系統(tǒng)，從而使設(shè)備的控制水平大大提高。 4、 易于掌握，便于維修：由于PLC使用編程器進(jìn)行編程和監(jiān)控，使用人員只需掌握工程上通用的梯形圖語(yǔ)言（或語(yǔ)句表、流程圖）就可進(jìn)行用戶程序的編制和測(cè)試。因此，即使不太懂得計(jì)算機(jī)的操作人員，也能掌握和使用PLC。也由于PLC有完善的自診斷功能，輸入／輸出均有明顯的指示，在線監(jiān)控軟件的功能很強(qiáng)，因此，很容易進(jìn)行維修，能很快查找出故障的原因。PLC本身高可靠性也保證了故障的幾率是很低的。 5、 體積小，省電：與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，PLC的體積很小，一臺(tái)收錄機(jī)一樣大小的PLC具有相當(dāng)于三個(gè)1.8m高繼電器控制柜的功能。PLC消耗的功能只是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的三分之一至二分之一。 6、 價(jià)格低廉：隨著集成電路芯片功能的提高，價(jià)格的降低，可編程控制器硬件的價(jià)格也一直不斷地在下降。雖然PLC的軟件價(jià)格在系統(tǒng)中所占的比重在不斷提高，但由于縮短了整個(gè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，編程和投運(yùn)費(fèi)用以及縮短了整個(gè)投運(yùn)周期，因此，使用PLC的總造價(jià)是低廉的，而且還呈不斷下降的趨勢(shì)。 7、PLC的功能 A、邏輯控制：PLC設(shè)置有“與”、“或”、非等邏輯指令，能夠描述繼電器確點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。因此PLC可以代替繼電器進(jìn)行組合邏輯與順序邏輯控制。Haiwell PLC B、定時(shí)（計(jì)時(shí)）控制：PLC為用戶提供若干個(gè)定時(shí)器并設(shè)計(jì)了定時(shí)器指令。定時(shí)值可由用戶在編程時(shí)設(shè)定，并能在PLC運(yùn)行過程中被讀出或修改，使用靈活，操作方便。 C、計(jì)數(shù)控制：PLC為用戶提供若干個(gè)計(jì)數(shù)器并設(shè)計(jì)了計(jì)數(shù)器指令。計(jì)數(shù)值可由用戶在編程時(shí)設(shè)定，并能在PLC運(yùn)行過程中被讀出或修改，使用靈活，操作方便。 D、步進(jìn)控制：PLC能完成步進(jìn)控制功能。步進(jìn)控制是指在完成一道工序后，再進(jìn)行下一步工序，也就是順序控制。PLC為用戶提供了若干個(gè)移位寄存器用于控制步進(jìn)工序，或直接提供步進(jìn)指令。 E、A/D、D/A轉(zhuǎn)換：有些PLC還提供了模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）和數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）功能，能完成對(duì)模擬量輸入、輸出的控制與調(diào)節(jié)。 G、數(shù)據(jù)處理：現(xiàn)在的PLC一般都有對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力并配有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的指令，以便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送、比較、數(shù)/位或位/數(shù)轉(zhuǎn)換、四則運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)移位、算術(shù)邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)檢索等操作，并可對(duì)數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行間接尋址。 廈門海為科技有限公司（Xiamen Haiwell Technology Co.，Ltd）是一家集自主研發(fā)、生產(chǎn)銷售及服務(wù)為一體的高新技術(shù)型企業(yè)。擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Haiwell(海為)系列國(guó)產(chǎn)PLC。 海為科技以“自主創(chuàng)新”為原則，以“弘揚(yáng)民族工業(yè)，創(chuàng)造國(guó)產(chǎn)品牌”為己任，以產(chǎn)業(yè)報(bào)國(guó)為崇高目標(biāo)。愿為民族自動(dòng)化產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化而奮斗，為開創(chuàng)我國(guó)自動(dòng)化產(chǎn)品品牌，不斷擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)PLC的市場(chǎng)占有率貢獻(xiàn)微薄之力。 海為科技的目標(biāo)是成為值得客戶信賴的自動(dòng)化軟硬件產(chǎn)品的供應(yīng)商，為客戶提供自主研發(fā)的高品質(zhì)工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品。

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