翟玉澎 代鎖蕾
摘 要:PLC(中文:可編程邏輯控制器),又稱為可編程控制器,是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要部分,出現(xiàn)于20世紀(jì)中期。自PLC出現(xiàn)以來,一直處于快速發(fā)展中,更是被稱為20世紀(jì)70年代的一場工業(yè)革命,其重要性不言而喻。IEC(國際電工委員會)于1982年11月發(fā)布了可編程邏輯控制器草案的第一稿,第二稿發(fā)布于1985年1月,第三稿發(fā)布于1987年2月,其中對可編程邏輯控制器做出了如下定義:“可編程序控制器屬于電子系統(tǒng)的一種,也是一種數(shù)字運(yùn)算系統(tǒng),致力于解決工業(yè)應(yīng)用的實(shí)際問題。它使用的存儲器是可編程的,可以解決數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯控制,此外,它的輸入和輸出包括數(shù)字量與模擬量的形式,可以控制機(jī)械生產(chǎn)過程。”
關(guān)鍵詞:PLC
1 PLC發(fā)展的進(jìn)程
最初PLC的出現(xiàn)要?dú)w功于美國通用汽車公司(GM),由于當(dāng)時(shí)的汽車生產(chǎn)線是由繼電器控制的,而繼電器系統(tǒng)耗電大、體積大、靈活性差,已不能適應(yīng)快速發(fā)展的需求。為了減少生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率,通用公司決定招標(biāo)新一代的工業(yè)控制器,并提出了10條控制標(biāo)準(zhǔn)。第二年,DEC(中文:美國數(shù)字設(shè)備公司)根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)出了世界上第一臺可編程序控制器PDP-14,并投入了實(shí)際生產(chǎn)。之后PLC得到了快速發(fā)展,日本、德國、法國等相繼研發(fā)出了自己的PLC。到了20世紀(jì)70年代中期,微處理器被用于PLC中,使其在原來邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)上,增加了數(shù)據(jù)處理、數(shù)值運(yùn)算等很多新功能,運(yùn)算速度的到了提高。之后PLC進(jìn)入快車道發(fā)展,特別是模擬量處理、數(shù)字運(yùn)算與I/O接口等方面取得了巨大進(jìn)步,并在過程控制方面逐步發(fā)展。目前,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,16位和32位微處理器的PLC 得到了快速發(fā)展,PLC的控制功能不斷增強(qiáng),可靠性不斷提高,功耗和體積逐步降低。隨著智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特殊模塊的開發(fā),PLC不僅能完成順序控制,也可以對模擬量控制和位置控制進(jìn)行更好的控制。此外還可以實(shí)現(xiàn)FMS(柔性制造),應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。 現(xiàn)在,大多數(shù)用于執(zhí)行系統(tǒng)邏輯的控制元素都被PLC替代。
2 PLC的基本結(jié)構(gòu)
PLC內(nèi)部的存儲器是可用于編程的,除了可以存儲程序之外,還可以用來進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算、順序控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制等指令的操作,并通過數(shù)字量或模擬量的輸入輸出來控制各種機(jī)械生產(chǎn)過程。我們在應(yīng)用PLC之前,應(yīng)該首先了解PLC的基本結(jié)構(gòu)和原理。市場上的PLC種類繁多,但PLC的基本組成是大致相同的。PLC(可編程邏輯控制器)在本質(zhì)上是一種工業(yè)控制領(lǐng)域的專用計(jì)算機(jī),在系統(tǒng)組成方面雖然與微型計(jì)算機(jī)稍有不同,但總體上是相似的。所有PLC系統(tǒng)都包含檢測輸入數(shù)據(jù),處理和控制各種輸出的相同基本構(gòu)建塊,它包括CPU中央處理器模塊、存儲器、輸入/輸出模塊、電源模塊與編程器(編程軟件)五個(gè)部分。
PLC是用微處理器作為核心的電子系統(tǒng),盡管各廠家的產(chǎn)品種類繁多,功能系統(tǒng)和指令系統(tǒng)也存在著一定的差異,但他們的結(jié)構(gòu)和工作原理大體上相同。PLC包括CPU中央處理器模塊、存儲器、輸入/輸出模塊、電源模塊與編程器等,如下圖1所示。我們?nèi)绻麑LC看成是一個(gè)系統(tǒng),與輸入接口相連接的各種開關(guān)信號作為PLC的輸入變量,之后它們經(jīng)過PLC的輸入接口輸入到PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器中,然后PLC內(nèi)部對其進(jìn)行邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理,再將處理后的信號送到輸出接口,進(jìn)而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。
3 PLC的工作原理
PLC工作原理與工業(yè)計(jì)算機(jī)大致相同,但在說到應(yīng)用時(shí),沒有必要用計(jì)算機(jī)的知識去對PLC做深入的分析,我們只需將PLC看成是由繼電器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等等組成的一個(gè)控制系統(tǒng),之后我們就可以將PLC等效成三部分,分別是輸入部分、邏輯控制部分與輸出部分。
輸入部分需要把輸入的開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部可以接受的電平信號,也就是要添加輸入模塊。而邏輯控制部分是由CPU與存儲器等組成的,在經(jīng)過數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算后,邏輯部分會輸出電平信號。輸出部分要將其轉(zhuǎn)換為外部部件所需要開關(guān)量信號,因此輸出部分需要添加輸出模塊。在這個(gè)過程中,PLC按照原先由編程器編寫好的控制程序,掃描各輸入接口的狀態(tài),并逐條掃描用戶程序。經(jīng)過PLC內(nèi)部處理后,會輸出最后的信號,并用該信號驅(qū)動(dòng)外部的器件,以此達(dá)到控制的要求。
PLC是通過掃描的方式工作的,也就是使用的是順序掃描和循環(huán)不斷的方法。在PLC運(yùn)行的時(shí)候,CPU會根據(jù)事先編寫好的程序(這些程序按照控制要求編寫好并存放于用戶存儲器中),依照地址號(或指令步序號)作循環(huán)的周期性的掃描。在這個(gè)過程中,跳轉(zhuǎn)指令不出現(xiàn)的情況下,程序會從第一條指令開始并逐條依次執(zhí)行,一直到程序完結(jié)。結(jié)束后,程序會再次返回到第一條指令,并重新開始下一輪的掃描。在每次工作的過程中,PLC還要收集輸入信號以及及時(shí)的刷新輸出情況等工作。
在PLC開始使用后,我們可以將它的工作過程分為三個(gè)階段,分別是輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。一個(gè)掃描周期包括這三個(gè)階段,在PLC運(yùn)行的過程中,PLC的CPU會重復(fù)掃描這三個(gè)階段,完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。
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