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可編程控制器的分類(lèi)

“可編程控制器”（PLC）是高職高專(zhuān)機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)中應(yīng)用性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)，現(xiàn)代制造技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣控制技術(shù)已由繼電器，接觸器硬接線(xiàn)的常規(guī)控制轉(zhuǎn)向以計(jì)算機(jī)為核心的軟件控制，PLC和CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)字控制）系統(tǒng)是典型的現(xiàn)代電氣控制裝置，它們具有抗干擾能力強(qiáng)，可靠性和性?xún)r(jià)比高，編程方便，結(jié)構(gòu)模塊化，易于網(wǎng)絡(luò)化等技術(shù)特點(diǎn)，可與多種智能化電氣傳動(dòng)產(chǎn)品相連接，實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)過(guò)程的自動(dòng)控制。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、容錯(cuò)控制技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程控制器的數(shù)量、型號(hào)、品種以異乎尋常的速度發(fā)展。目前，可編程控制器的生產(chǎn)廠(chǎng)家眾多，產(chǎn)品型號(hào)、規(guī)格不可勝數(shù)，但主要分為歐、日、美三大塊。在中國(guó)市場(chǎng)上，歐洲的代表是西門(mén)子公司，日本的代表是三菱和歐姆龍公司，美國(guó)的代表是AB與GE公司。各大公司在中國(guó)均推出自己的從微型到大型的系列化產(chǎn)品。
“可編程控制器”在中國(guó)市場(chǎng)上最具競(jìng)爭(zhēng)力的西門(mén)子公司、三菱公司、歐姆龍公司、AB公司所推出的PLC，它們均為從小到大全系列產(chǎn)品，可以滿(mǎn)足各種各樣的要求。下面對(duì)其系列產(chǎn)品進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
西門(mén)子公司的主要產(chǎn)品有：
S7-200：微型PLC，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)；
S7-300：小到中型PLC，單機(jī)最大容量為1　K點(diǎn)；
S7-400：大到超大型PLC，單機(jī)可組態(tài)點(diǎn)數(shù)過(guò)萬(wàn)點(diǎn)。
三菱公司的主要產(chǎn)品有：
FX系列：小型PLC，單元式，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)；
A系列、AnS系列、Q系列、QnA系列等：模塊式大型PLC，最大容量為8　K點(diǎn)。
歐姆龍公司的主要產(chǎn)品有：
Mini　SK20、SRM1、CPM1A、CPM2A等：微型PLC，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)； C200、SYSMAC、CQM1等：小到中型PLC，單機(jī)最大容量為1　K點(diǎn)；
CVM1、CV500～2000等：大到超大型PLC，單機(jī)可組態(tài)點(diǎn)數(shù)過(guò)5000點(diǎn)。
AB公司的主要產(chǎn)品有：
Micrologix：微型PLC，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)；
SCL500：小到中型PLC，單機(jī)最大容量為1K點(diǎn)；
PLC5：大到超大型PLC，單機(jī)可組態(tài)點(diǎn)數(shù)過(guò)萬(wàn)點(diǎn)。
由上可見(jiàn)PLC的類(lèi)型多，型號(hào)各異，各生產(chǎn)廠(chǎng)家的規(guī)格也各不相同。因此如何進(jìn)行分類(lèi)存在不少困難，一般按以下原則考慮。
PLC的容量主要是指PLC的輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)。按容量可將PLC分為以下三類(lèi)：
（1）小型PLC：I/O總點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以下，有的將64點(diǎn)及64點(diǎn)以下的稱(chēng)為微型PLC。
（2）中型PLC：I/O總點(diǎn)數(shù)在256～2048點(diǎn)之間。
（3）大型PLC：I/O總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上。
一般而言，處理的I/O點(diǎn)數(shù)比較多時(shí)，控制關(guān)系也比較復(fù)雜，用戶(hù)要求的程序存儲(chǔ)器容量也比較大，要求PLC指令及其他功能也比較多，指令執(zhí)行的過(guò)程也較快等。功能和容量存在一定的關(guān)系，但不是絕對(duì)的。
值得注意的是，大、中、小型PLC的劃分并無(wú)嚴(yán)格的界限，各廠(chǎng)家也存在不同的看法。PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)可按需要靈活配置。不同類(lèi)型PLC的指令及功能還在不斷增加。故用戶(hù)選用時(shí)應(yīng)針對(duì)不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品進(jìn)行具體分析。
2、按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)
按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC主要可分為箱體式和模塊式兩類(lèi)。
（1）箱體式結(jié)構(gòu)。箱體式結(jié)構(gòu)又稱(chēng)為整體式結(jié)構(gòu)。它的特點(diǎn)是將PLC的基本部件，如CPU板、輸入板、輸出板、電源板等很緊湊地安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成PLC的一個(gè)基本單元（主機(jī)）或擴(kuò)展單元�；締卧显O(shè)有擴(kuò)展端子，通過(guò)電纜與擴(kuò)展單元相連，以構(gòu)成PLC不同的配置。箱體式結(jié)構(gòu)PLC體積小，成本低，安裝方便。微型PLC采用這種結(jié)構(gòu)形式的比較多。
（2）模塊式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的PLC由一些標(biāo)準(zhǔn)模塊單元構(gòu)成。這些標(biāo)準(zhǔn)模塊如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等，插在框架上或基板上即可組裝而成各種PLC。各模塊功能是獨(dú)立的，外型尺寸是統(tǒng)一的，插入什么模塊可根據(jù)需要靈活配置。目前，中、大型PLC和一些小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)形式。
二、可編程序控制器的應(yīng)用
隨著PLC功能的不斷完善和性能價(jià)格比的不斷提高，PLC的應(yīng)用面也越來(lái)越廣泛。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、石油、水泥、化工、電子、機(jī)械制造、汽車(chē)、船舶、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保、娛樂(lè)等行業(yè)。PLC的應(yīng)用范圍通常可分為如下五種類(lèi)型。
1、順序控制
這是當(dāng)今PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。它取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線(xiàn)控制。例如：注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書(shū)機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線(xiàn)、包裝生產(chǎn)線(xiàn)、電鍍流水線(xiàn)及電梯控制等等。
2、運(yùn)動(dòng)控制
PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。在多數(shù)情況下，PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，模塊移動(dòng)一軸或數(shù)軸到達(dá)目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋_保運(yùn)動(dòng)平滑。運(yùn)動(dòng)的編程可用PLC的編程語(yǔ)言完成。操作員用手動(dòng)方式把軸移動(dòng)到某個(gè)目標(biāo)位置，模塊就得知了位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，之后可用編輯程序來(lái)改變速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，使運(yùn)動(dòng)平滑。相對(duì)來(lái)說(shuō)，位置控制模塊比CNC裝置體積更小，價(jià)格更低，速度更快，操作更方便。
3、過(guò)程控制
PLC能控制大量的物理參數(shù)，例如溫度、壓力、速度和流量。PID（Proportional　Integral　Derivative）模塊的提供使PLC具有閉環(huán)控制功能，即一個(gè)具有PID控制能力的PLC可用于過(guò)程控制。當(dāng)控制過(guò)程中某個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí)，PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出，把變量保持在設(shè)定值上。PID算法一旦適應(yīng)了工藝，就不管工藝混亂與否而會(huì)保持設(shè)定值。
4、數(shù)據(jù)處理
機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的System10、11、12系列，已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實(shí)現(xiàn)PLC和CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)的自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過(guò)窗口軟件，用戶(hù)可以獨(dú)自編程，然后由PLC送至CNC設(shè)備使用。同樣，美國(guó)GE公司的NC設(shè)備新機(jī)種也使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。東芝公司的TOSNUC600也將CNC和PLC組合在一起，預(yù)計(jì)今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。
5、通信和聯(lián)網(wǎng)
為了適應(yīng)國(guó)外近幾年來(lái)興起的工廠(chǎng)自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）及集散系統(tǒng)等發(fā)展的需要，首先必須發(fā)展PLC之間、PLC和上級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，不僅PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電、故障時(shí)的對(duì)策等。日本三菱公司開(kāi)發(fā)的CC-Link系列就是一例。PLC之間、PLC和上級(jí)計(jì)算機(jī)之間都采用光纖通信，多級(jí)傳遞。I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分散控制，然后采用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接構(gòu)成集中管理信息的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
PLC具有如下基本性能：
（1）基本的控制功能
基本的控制功能包括順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、邏輯運(yùn)算和四則運(yùn)算等。
（2）存儲(chǔ)器
多數(shù)采用CMOS　RAM存儲(chǔ)器，有保護(hù)電源（多數(shù)用鋰電池）。也可采用可擦寫(xiě)的EPROM存儲(chǔ)器。
（3）輸入/輸出（I/O）。關(guān)于輸入/輸出組件，一般都提供有交流115　V、220　V的功率輸入/輸出組件；　直流24　V、48　V和115　V以及TTL電平輸入/輸出組件；　有的還提供繼電器觸點(diǎn)（常開(kāi)或常閉）輸出組件。
（4）編程語(yǔ)言。最常用的是繼電器梯形圖編程方式，美國(guó)把它定為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際電工委員會(huì)頒布的標(biāo)準(zhǔn)草案中規(guī)定，除用梯形圖編程方式外，還可采用功能塊、指令表或布爾代數(shù)等編程語(yǔ)言。
（5）掃描時(shí)間。掃描時(shí)間是指執(zhí)行一次解讀用戶(hù)邏輯程序所需的時(shí)間。一般1000條指令執(zhí)行時(shí)間為10　ms左右，小型和超小型的機(jī)器掃描時(shí)間可能大于40　ms。
（6）診斷功能。一般提供通電檢查和指示故障軟件。
（7）通信接口。一般都提供RS-232C串行通信接口，以便連接打印機(jī)或其他類(lèi)型的機(jī)器，如管理計(jì)算機(jī)等。
（8）電源。機(jī)器動(dòng)力電源既可用115　V交流電源，也可用220　V交流電源，可通過(guò)跨接短路片進(jìn)行選擇。
（9）工作環(huán)境。一般都能在下列環(huán)境條件下工作：溫度為0～60℃；　濕度小于95％（無(wú)結(jié)霜）。
（10）編程器。PLC采用的編程器有下面三種類(lèi)型：
①簡(jiǎn)易編程器。用于小型和超小型的PLC。
②CRT編程器。用于中、大規(guī)模的PLC，可顯示邏輯階梯圖、數(shù)據(jù)信息和報(bào)警信息指示等。

③計(jì)算機(jī)編程。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的大力普及，有些中、大規(guī)模的PLC已采用計(jì)算機(jī)編程，多數(shù)用IBM-PC或類(lèi)似的個(gè)人計(jì)算機(jī)。這種場(chǎng)合下，計(jì)算機(jī)除用作編程外，還兼有管理和操作指導(dǎo)功能。
PLC的高級(jí)功能
一般超小規(guī)模和小規(guī)模的PLC只具有基本性能，下面介紹的高級(jí)功能只有中型機(jī)以上的機(jī)型才有。
（1）數(shù)據(jù)傳送和矩陣處理功能�？蛇m應(yīng)工廠(chǎng)管理的需要。
（2）PID調(diào)節(jié)功能。備有模擬量輸入/輸出組件和PID調(diào)節(jié)軟件包，以滿(mǎn)足化工等部門(mén)批量控制的要求。
（3）ASCLL
一般超小規(guī)模和小規(guī)模的PLC只具有基本性能，下面介紹的高級(jí)功能只有中型機(jī)以上的機(jī)型才有。
（1）數(shù)據(jù)傳送和矩陣處理功能。可適應(yīng)工廠(chǎng)管理的需要。
（2）PID調(diào)節(jié)功能。備有模擬量輸入/輸出組件和PID調(diào)節(jié)軟件包，以滿(mǎn)足化工等部門(mén)批量控制的要求。
（3）ASCLL代碼操作功能�？蛇m應(yīng)連接多種終端設(shè)備，且可用ASCLL代碼直接編程。
（4）遠(yuǎn)程I/O功能。I/O通道可以分散安裝在被控設(shè)備附近，以減少現(xiàn)場(chǎng)電纜布線(xiàn)和系統(tǒng)成本。
（5）智能I/O組件。目前高檔機(jī)提供的智能I/O組件有：高速計(jì)數(shù)器、熱電偶或熱電阻直接輸入組件、PID調(diào)節(jié)功能組件、BCD碼輸入組件、高溫控制組件、閥門(mén)控制組件、位置控制組件等。
（6）圖形顯示功能。借助于圖形顯示軟件包和計(jì)算機(jī)CRT屏幕顯示，可方便和直觀(guān)地顯示被控機(jī)械或過(guò)程的運(yùn)行工況。
（7）聯(lián)網(wǎng)功能。通過(guò)數(shù)據(jù)高速公路（Data　Highway）連接多臺(tái)PLC，或?qū)LC和管理計(jì)算機(jī)連接，以構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)。