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可編程控制器的分類

“可編程控制器”（PLC）是高職高專機電類專業(yè)中應用性很強的專業(yè)課。近年來隨著計算機技術，自動控制技術，現(xiàn)代制造技術的迅速發(fā)展，電氣控制技術已由繼電器，接觸器硬接線的常規(guī)控制轉向以計算機為核心的軟件控制，PLC和CNC（計算機數(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，可靠性和性價比高，編程方便，結構模塊化，易于網(wǎng)絡化等技術特點，可與多種智能化電氣傳動產(chǎn)品相連接，實現(xiàn)各種生產(chǎn)設備或工業(yè)過程的自動控制。隨著微電子技術、計算機技術、通信技術、容錯控制技術、數(shù)字控制技術的飛速發(fā)展，可編程控制器的數(shù)量、型號、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)廠家眾多，產(chǎn)品型號、規(guī)格不可勝數(shù)，但主要分為歐、日、美三大塊。在中國市場上，歐洲的代表是西門子公司，日本的代表是三菱和歐姆龍公司，美國的代表是AB與GE公司。各大公司在中國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”在中國市場上最具競爭力的西門子公司、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，可以滿足各種各樣的要求。下面對其系列產(chǎn)品進行簡單介紹。
西門子公司的主要產(chǎn)品有：
S7-200：微型PLC，單機最大容量為256點；
S7-300：小到中型PLC，單機最大容量為1　K點；
S7-400：大到超大型PLC，單機可組態(tài)點數(shù)過萬點。
三菱公司的主要產(chǎn)品有：
FX系列：小型PLC，單元式，單機最大容量為256點；
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。
歐姆龍公司的主要產(chǎn)品有：
Mini　SK20、SRM1、CPM1A、CPM2A等：微型PLC，單機最大容量為256點； C200、SYSMAC、CQM1等：小到中型PLC，單機最大容量為1　K點；
CVM1、CV500～2000等：大到超大型PLC，單機可組態(tài)點數(shù)過5000點。
AB公司的主要產(chǎn)品有：
Micrologix：微型PLC，單機最大容量為256點；
SCL500：小到中型PLC，單機最大容量為1K點；
PLC5：大到超大型PLC，單機可組態(tài)點數(shù)過萬點。
由上可見PLC的類型多，型號各異，各生產(chǎn)廠家的規(guī)格也各不相同。因此如何進行分類存在不少困難，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）點數(shù)。按容量可將PLC分為以下三類：
（1）小型PLC：I/O總點數(shù)在256點以下，有的將64點及64點以下的稱為微型PLC。
（2）中型PLC：I/O總點數(shù)在256～2048點之間。
（3）大型PLC：I/O總點數(shù)在2048點以上。
一般而言，處理的I/O點數(shù)比較多時，控制關系也比較復雜，用戶要求的程序存儲器容量也比較大，要求PLC指令及其他功能也比較多，指令執(zhí)行的過程也較快等。功能和容量存在一定的關系，但不是絕對的。
值得注意的是，大、中、小型PLC的劃分并無嚴格的界限，各廠家也存在不同的看法。PLC的輸入/輸出點數(shù)可按需要靈活配置。不同類型PLC的指令及功能還在不斷增加。故用戶選用時應針對不同廠商的產(chǎn)品進行具體分析。
2、按結構形式分類
按結構形式的不同，PLC主要可分為箱體式和模塊式兩類。
（1）箱體式結構。箱體式結構又稱為整體式結構。它的特點是將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標準機殼內(nèi)，構成一個整體，組成PLC的一個基本單元（主機）或擴展單元�；�本單元上設有擴展端子，通過電纜與擴展單元相連，以構成PLC不同的配置。箱體式結構PLC體積小，成本低，安裝方便。微型PLC采用這種結構形式的比較多。
（2）模塊式結構。這種結構的PLC由一些標準模塊單元構成。這些標準模塊如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多采用這種結構形式。
二、可編程序控制器的應用��
隨著PLC功能的不斷完善和性能價格比的不斷提高，PLC的應用面也越來越廣泛。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、采礦、石油、水泥、化工、電子、機械制造、汽車、船舶、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保、娛樂等行業(yè)。PLC的應用范圍通�？煞譃槿缦挛宸N類型。
1、順序控制
這是當今PLC應用最廣泛的領域。它取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應用于單機控制、多機群控制、生產(chǎn)自動線控制。例如：注塑機、印刷機械、訂書機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產(chǎn)線、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等等。
2、運動控制
PLC制造商目前已提供了拖動步進電動機或伺服電動機的單軸或多軸位置控制模塊。在多數(shù)情況下，PLC把描述目標位置的數(shù)據(jù)送給模塊，模塊移動一軸或數(shù)軸到達目標位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當?shù)乃俣群图铀俣�，確保運動平滑。運動的編程可用PLC的編程語言完成。操作員用手動方式把軸移動到某個目標位置，模塊就得知了位置和運動參數(shù)，之后可用編輯程序來改變速度和加速度等運動參數(shù)，使運動平滑。相對來說，位置控制模塊比CNC裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作更方便。
3、過程控制
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，即一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當控制過程中某個變量出現(xiàn)偏差時，PID控制算法會計算出正確的輸出，把變量保持在設定值上。PID算法一旦適應了工藝，就不管工藝混亂與否而會保持設定值。
4、數(shù)據(jù)處理
機械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計算機數(shù)字控制（CNC）設備緊密結合的趨向。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。為了實現(xiàn)PLC和CNC設備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)的自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件，用戶可以獨自編程，然后由PLC送至CNC設備使用。同樣，美國GE公司的NC設備新機種也使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。東芝公司的TOSNUC600也將CNC和PLC組合在一起，預計今后幾年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)
為了適應國外近幾年來興起的工廠自動化（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和上級計算機之間的通信功能。作為實時控制系統(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、故障時的對策等。日本三菱公司開發(fā)的CC-Link系列就是一例。PLC之間、PLC和上級計算機之間都采用光纖通信，多級傳遞。I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場分散控制，然后采用網(wǎng)絡聯(lián)接構成集中管理信息的分布式網(wǎng)絡系統(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、計數(shù)、邏輯運算和四則運算等。
（2）存儲器
多數(shù)采用CMOS　RAM存儲器，有保護電源（多數(shù)用鋰電池）。也可采用可擦寫的EPROM存儲器。
（3）輸入/輸出（I/O）。關于輸入/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（常開或常閉）輸出組件。
（4）編程語言。最常用的是繼電器梯形圖編程方式，美國把它定為國家標準。國際電工委員會頒布的標準草案中規(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)等編程語言。
（5）掃描時間。掃描時間是指執(zhí)行一次解讀用戶邏輯程序所需的時間。一般1000條指令執(zhí)行時間為10　ms左右，小型和超小型的機器掃描時間可能大于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，以便連接打印機或其他類型的機器，如管理計算機等。
（8）電源。機器動力電源既可用115　V交流電源，也可用220　V交流電源，可通過跨接短路片進行選擇。
（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％（無結霜）。
（10）編程器。PLC采用的編程器有下面三種類型：
①簡易編程器。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)信息和報警信息指示等。

③計算機編程。隨著個人計算機的大力普及，有些中、大規(guī)模的PLC已采用計算機編程，多數(shù)用IBM-PC或類似的個人計算機。這種場合下，計算機除用作編程外，還兼有管理和操作指導功能。
PLC的高級功能
一般超小規(guī)模和小規(guī)模的PLC只具有基本性能，下面介紹的高級功能只有中型機以上的機型才有。
（1）數(shù)據(jù)傳送和矩陣處理功能�？蛇m應工廠管理的需要。
（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，以滿足化工等部門批量控制的要求。
（3）ASCLL
一般超小規(guī)模和小規(guī)模的PLC只具有基本性能，下面介紹的高級功能只有中型機以上的機型才有。
（1）數(shù)據(jù)傳送和矩陣處理功能�？蛇m應工廠管理的需要。
（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，以滿足化工等部門批量控制的要求。
（3）ASCLL代碼操作功能。可適應連接多種終端設備，且可用ASCLL代碼直接編程。
（4）遠程I/O功能。I/O通道可以分散安裝在被控設備附近，以減少現(xiàn)場電纜布線和系統(tǒng)成本。
（5）智能I/O組件。目前高檔機提供的智能I/O組件有：高速計數(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算機CRT屏幕顯示，可方便和直觀地顯示被控機械或過程的運行工況。
（7）聯(lián)網(wǎng)功能。通過數(shù)據(jù)高速公路（Data　Highway）連接多臺PLC，或?qū)�PLC和管理計算機連接，以構成控制網(wǎng)絡。