可編程控制器、PLC的發(fā)展概況及發(fā)展方向

可編程控制器(PLC)的特點(diǎn)

摘要：為適應工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，PLC機有以下特點(diǎn)：
1. 可靠性高，抗干擾能力強 工業(yè)生產(chǎn)對控制設備的可靠性要求：
①平均故障間隔時(shí)間長(cháng)
②故障修復時(shí)間（平均修復時(shí)間）短任何電子設備產(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(guò)電壓、欠電壓、振動(dòng)等引起的故障。這類(lèi)故障，只要不引起系統部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復正常，系統也隨為適應工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，PLC機有以下特點(diǎn)：
1. 可靠性高，抗干擾能力強
工業(yè)生產(chǎn)對控制設備的可靠性要求：
①平均故障間隔時(shí)間長(cháng)
②故障修復時(shí)間（平均修復時(shí)間）短任何電子設備產(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(guò)電壓、欠電壓、振動(dòng)等引起的故障。這類(lèi)故障，只要不引起系統部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復正常，系統也隨之恢復正常。但對PLC而言，受外界影響后，內部存儲的信息可能被破壞。
②永久性故障。由于元器件不可恢復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最小范圍，使PLC在惡劣條件消失后自動(dòng)恢復正常，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的保護手段，在永久性故障出現時(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的平均修復時(shí)間。為此，各PLC的生產(chǎn)廠(chǎng)商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使PLC除了本身具有較強的自診斷能力，能及時(shí)給出出錯信息，停止運行等待修復外，還使PLC具有了很強的抗干擾能力。
硬件措施：
主要模塊均采用大規�；虺�大規模集成電路，大量開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲器完成，I/O系統設計有完善的通道保護和信號調理電路。
① 屏蔽——對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導電、導磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。
② 濾波——對供電系統及輸入線(xiàn)路采用多種形式的濾波，如LC或π型濾波網(wǎng)絡(luò )，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。
③ 電源調整與保護——對微處理器這個(gè)核心部件所需的 5V電源，采用多級濾波，并用集成電壓調整器進(jìn)行調整，以適應交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過(guò)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 采用模塊式結構——這種結構有助于在故障情況下短時(shí)修復。一旦查出某一模塊出現故障，能迅速更換，使系統恢復正常工作；同時(shí)也有助于加快查找故障原因。
軟件措施：
有極強的自檢及保護功能。
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(guò)低及強干擾信號等。以便及時(shí)進(jìn)行處理。
②信息保護與恢復——當偶發(fā)性故障條件出現時(shí)，不破壞PLC內部的信息。一旦故障條件消失，就可恢復正常，繼續原來(lái)的程序工作。所以，PLC在檢測到故障條件時(shí)，立即把現狀態(tài)存入存儲器，軟件配合對存儲器進(jìn)行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。
③設置警戒時(shí)鐘WDT（看門(mén)狗）——如果程序每循環(huán)執行時(shí)間超過(guò)了WDT規定的時(shí)間，預示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報警。
④加強對程序的檢查和校驗——一旦程序有錯，立即報警，并停止執行。
⑤對程序及動(dòng)態(tài)數據進(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(chǎng)試驗項目中，有一項就是抗干擾試驗。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)間可達幾十萬(wàn)～上千萬(wàn)小時(shí)；制成系統亦可達4～5萬(wàn)小時(shí)甚至更長(cháng)時(shí)間。
2 .通用性強，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(mǎn)足各種要求的控制系統，用戶(hù)不必自己再設計和制作硬件裝置。用戶(hù)在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設備更新的情況下，不必改變PLC的硬設備，只需改編程序就可以滿(mǎn)足要求。因此，PLC除應用于單機控制外，在工廠(chǎng)自動(dòng)化中也被大量采用。
3.功能強，適應面廣現代PLC不僅有邏輯運算、計時(shí)、計數、順序控制等功能，還具有數字和模擬量的輸入輸出、功率驅動(dòng)、通信、人機對話(huà)、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產(chǎn)機械、一條生產(chǎn)線(xiàn)，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。
4.編程簡(jiǎn)單，容易掌握，目前，大多數PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統控制線(xiàn)路的清晰直觀(guān)，又考慮到大多數工廠(chǎng)企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語(yǔ)言的編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當接近。通過(guò)閱讀PLC的用戶(hù)手冊或短期培訓，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(yǔ)句表等編程語(yǔ)言。
PLC在執行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序將它翻譯成匯編語(yǔ)言然后執行（PLC內部增加了解釋程序）。與直接執行匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的用戶(hù)程序相比，執行梯形圖程序的時(shí)間要長(cháng)一些，但對于大多數機電控制設備來(lái)說(shuō)，是微不足道的，完全可以滿(mǎn)足控制要求。
5.減少了控制系統的設計及施工的工作量，由于PLC采用了軟件來(lái)取代繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計數器等器件，控制柜的設計安裝接線(xiàn)工作量大為減少。同時(shí)，PLC的用戶(hù)程序可以在實(shí)驗室模擬調試，更減少了現場(chǎng)的調試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強的監視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。
6.體積小、重量輕、功耗低、維護方便PLC是將微電子技術(shù)應用于工業(yè)設備的產(chǎn)品，其結構緊湊，堅固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于PLC的強抗干擾能力，易于裝入設備內部，是實(shí)現機電一體化的理想控制設備。以三菱公司的F1-40M型PLC為例：其外型尺寸僅為305X110X110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、適應環(huán)境溫、濕度變化的能力�，F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%，在系統的配置上既固定又靈活，輸入輸出可達24～128點(diǎn)。