文档 3(2)

2019-01-12 13:15

控制向现场控制拓展。此外,PLC的体积大幅度缩小,出现了各类微型化PLC。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品,AIS/A2US/Q2A系列中,大型PLC系列产品等。

2000年至今:PLC的高性能与网络化阶段。在本阶段,为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要,PLC的各种功能不断进步。一方面,PLC在继续提高CPU运算速度,位数的同时,开发了适用于过程控制,运动控制的特殊功能与模块,使PLC的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。与此同时,PLC的网络与通信功能得到迅速发展,PLC不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备,还可以通过各种总线构成网络,为工厂自动化奠定了基础。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品(包括最新的FX3u系列产品),Qn,QnPH系列中,大型PLC系列产品等。

2.3 PLC的发展趋势

从当前产品技术性能来看,PLC发展趋势仍然主要体现在体积的缩小与性能的提高两大方面。

①体积小型化。电子产品体积的小型化是微电子技术发展的必然结果。现代PLC无论从内部元件组成还是硬件、软件结构都已经与早期的PLC有了很大的不同,PLC体积被大幅度缩小。

②性能的提高。PLC的性能主要包括CPU性能与I/O性能两大方面。 可编程序控制器在我国的发展状况如下:

(1) 我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同,国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用,而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段:

①可编程序控制器的初级认识阶段(70 年代后期到 80 年代初期)国际上可编程序控制器的发展,首先引起了国内工程技术界的极大兴趣,所以我国对可编程序控制器的认识始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套设备引进中,当时的上海宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约 200 多台可编程序控制器。这些可编程序控制器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生产线上,取代了传统的继电器逻辑系统,并部分取代了模拟量控制和小型 DDC 系统。继宝钢一期工程后,国内许多厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器,其应用范围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。正是在成套设备引进过程中,我们打开了眼界,了解认识了可编程序控制器,这也促进了可编程序控制器在我国的发展。

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②可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段(80 年代初期到90年代初期)80年代初期开始,随着我国改革开放的不断深入,在成套设备引进的同时,国外原装的可编程序控制器开始涌入国内市场。许多部门和单位相继引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统,其应用范围也扩大到建材、轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。

③ 可编程序控制器的广泛发展阶段(90 年代初期到现在) 进入90年代,我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段,主要表现在以下几个方面:

(2)政府重视

可编程序控制器的发展得到了政府的高度重视,在当时机械电子工业部的领导下,于 1991 年成立了可编程序控制器行业协会。可编程序控制器行业协会在政府和企事业之间起到了桥梁作用,沟通了情况,为做出决策提供了依据。同时可编程序控制器的标准化工作也受到了有关部门的重视,于 1993 年成立了可编程序控制器标准化技术委员会,为我国可编程序控制器的进一步发展打下了基础。

2.4 PLC的特点及应用领域、分类及程序语言

1 PLC的特点

(1).可靠性高,抗干扰强 (2).功能强大,性价比高 (3).编程简易,现场可修改 (4).配套齐全,使用方便 (5).寿命长,体积小,能耗低

(6).系统的设计、安装、调试、维修工作量少,维修方便。 2 PLC的应用领域

PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置,使得其应用受到限制。但最近十多年来,PLC的应用面越来越广,其主要原因是:一方面由于微处理器芯片几有关元件的价格大大下降,使得PLC的成本下降;另一方面PLC的功能大大增强,它也能解决复杂的计算和通信问题。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、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC的应用范围通常可分成以下5种类型:

(1)顺序控制 这是PLC应用最广泛的领域,也是最适合PLC使用的领域。它用来取代传统的 继电器顺序控制。PLC应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。例如:注塑机械、印刷机械、、包装机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。

(2)运动控制 PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或

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多轴位置控制模块,在多数情况下,PLC把描述目标位置的数据送给模块,其输出移动一轴或数据到目标位置。每个轴移动时,位置控制模块保持适当的位置和加速度,确保运动平滑。

(3)过程控制 PLC还能控制大量的过程参数,例如:温度、流量、压力、液位和速度。PID模块提供了使PLC具有闭环控制的功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定植上。

(4)数据处理 在机械加工中,PLC作为主要的控制和管理系统用于CNC和NC系统中,可以完成大量的数据处理工作。

(5)通信网络 PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC和其他智能控制设备(如计算机、变频器、数控装置)之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起,可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。

2 PLC在我国的应用

虽然我国在PLC生产方面比较弱,但在PLC应用方面,我国是很活跃的,近年来每年约新投入10万台套PLC产品,年销售额30多亿人民币,应用的行业也很广。

在我国,一般按I/O点数将PLC分为以下级别(但不绝对,国外分类有些区别):

微型:32 I/O 小型:256 I/O 中型:1024 I/O 大型:4096 I/O 巨型:8192 I/O

在我国应用的PLC系统中,I/O64点以下PLC销售额占整个PLC的47%,64点~256点的占31%,合计占整个PLC销售额的78%。

3 PLC的分类

PLC按结构可分为整体式和模块式。整体式的PLC具有结构紧凑、体积小、价格低的优势,适合常规电气控制。整体式的PLC也称为PLC的基本单元,在基本单元的基础上可以加装扩展模块以扩大使用范围。模块式是把CPU、输入接口、输出接口等做成独立的单元块,具有配置灵活、组装方便的优势,适合输入/输出点数差异较大的控制系统。

PLC按输入/输出接口(I/O接口)总数的多少可分为微型机、小型机、中型机和大型机。I/O点数小于64点为微型机;I/O点数在64至128点为小型机;

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I/O点数在129至512点为中型机;I/O点数在512点以上为大型机。PLC的I/O接口数越多,其储容量也越大,价格也越贵,因此,在设计程序时应尽量减少使用I/O接口的数量。

4 PLC的程序语言与编程工具

PLC程序可以用梯形图语言或指令表语言编写。由于梯形图与继电器电路原理图非常接近,因此直观易学。指令表语句类似于计算机的汇编语言,梯形图语言需要转换为指令表语句后才能执行,这个转换可由编程软件自动完成。

PLC常用的编程工具如下。

(1)手持编程器。不同类型或型号的PLC只能使用专业的手持编程器,一般供现场调试程序用。优势是携带方便,缺点是一般手持编程器只能编写指令表语句。编程软件。计算机配套相应的软件后,便可以对不同类型或型号的PLC进行编程。程序软件可以使用梯形图或指令表语言编程,还可以对程序进行仿真测试或运行监控存储和修改程序也非常方便。 PLC编程语言与编程结构

现代的PLC一般备有多种编程语言,供用户使用。但不同厂家的PLC的编程语言有很大的区别,用户不得不学习多种编程语言和查找故障的方法。因此,IEC(国际电工委员会)1994年5月公布了可编程序控制器标准(IEC1131)。该标准由以下5部分组成:通用信息、设备与测试要求、PLC的编程语言、用户指南和通讯。由其制定的编程语言即满足目前市场的要求,又适应未来技术的发展。同时,IEC1131—3详细说明了句法、语义和下述5种PLC编程语言(见图4)的表达方式:

顺序功能图 梯形图 功能块图 指令表 文本结构

标准中有两种图形语言——梯形图(LD)和功能块图(FBD),还有两种文字语言——指令表(IL)和结构文本(ST),可以认为顺序功能图(SFC)是一种结构块控制程序流程图。

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顺序功能图(SFC)

SFC提供了一种组织程序的图形方法,在SFC中可以用别的语言嵌套编程。步、转换和动作(Action)是SFC中的三种主要元件(见图5)。步是一种逻辑块,即对应于特定的控制任务的编程逻辑;动作是控制任务的独立部分;转换是从一个任务到另一个任务的原因。

作为梯形图语言,SFC提供用户了以上三种基本结构(见图5)。在顺序结构中,CPU首先反复执行1中的动作,直到转换1变为“1”状态,CPU才处理第2步。在选择支路中,取决于哪一个转换是活动的,CPU只执行一条支路。在并行支路中,所有的支路被同时执行。

对于目前大多数PLC来说,SFC还仅仅作为组织编程的工具使用,尚需用其它的编程语言(如梯形图)将它转换为PLC可执行的程序。因此,通常只是将SFC作为PLC的辅助编程工具,而不是一种独立的编程语言。 梯形图(LD)

梯形图是使用得最多的PLC图形编程语言,有时又被称为电路或程序。它是一种软件信息,是一种反映PLC的输入输出控制逻辑关系的程序软件,它与传统的继电器控制系统的梯形图(硬件)电路不同,不是真正的物理(硬件)电路,一定不能把它们当作硬件电路来看待。由于梯形图与继电器控制系统的电路图很相似,具有直观易懂的优点,因此很容易被工厂熟悉继电器控制的电气技术人员掌握,特别适用于开头量逻辑控制。

IEC1131-3的梯形图中除了线圈、常开触点和常闭触点外,还允许增加功能和功能块。

1、梯形图的主要特点

(1)PLC梯形图是的某些编程元件沿用了继电器这一名称,如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等。但是它们不是真实物理继电器(即硬件继电器),而是在软件中使用的编程元件。

(2)梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线(Bus bar)。在分析梯形图的逻辑关系时,为了借用继电器电路图的分析方法,可以想象左右两侧母线之间有一个左正右负的直流电源电压。当图6中的触点1、2接通时,可假设“概念电流”或“能流”(Power flow)从左向右流动,这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序一致。能流的方向只能从左向右流动,因此图6中(a)图应改为图(b)所示的等效电路。

(3)根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系,求出与图中各线圈对应的编程元件的状态,称为梯形图的逻辑解算。逻辑运算是按梯形图中从上到下、从左到右的顺序进行的。解算的结果立即可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑结算是

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