在20世纪60年代到70年代,计算机系统也得到了发展,它优点就是功能完备、灵活性、通用性好。特别是计算机的计算能力特别强。在这个时候,有人就会想到把继电器系统和计算机系统二合一,计算机系统编程容易、计算速度快,就内置在继电器系统上,而继电器系统操作方便就负责外围的设备。提出这种设想的是1968年美国的通用汽车公司,当时主要是为它生产汽车而考虑的,他们对计算机不是很了解。到了1969年,美国数字设备公司研制出了世界上第一台PLC,型号称为PDP-14
(1)模式选择器。用于手动选择操作模式:
STOP=停机模式;不执行程序
TERM=运行程序;可以通过编程器进行读/写访问
RUN=运行程序;通过编程器仅能进行读操作
状态指示器 SF=系统错误;CPU内部错误
(LED)RUN=运行模式;绿灯
STOP=停机模式;黄灯
DP=分布式I/O(仅对CPU 215)
(2)存储器卡。存储器卡的插槽。存储器卡用来在没有供电的情况下不需要电池就可以保存用户程序。
(3)PPI连接。编程设备、文本显示器或其他的CPU通过这里连接。
到目前为止,PLC的发展经历了五个阶段:
第一阶段:从第一台PLC到20世纪70年初期,CPU是采用中小规模集成电路,存储器为磁芯存储器(抗电磁干扰能力差)。
第二阶段:20世纪70年代初期到70年代末期。CPU是采用微处理器,存储器是EPROM。
第三阶段:20世纪70年代末期到80年代中期。CPU采用8位和16位微处理器,有些还采用多微处理器。存储器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM。
第四阶段:20世纪80年代中期到90年代中期。PLC全面采用8位、16位的微处理芯片的位片式芯片,处理速度达到1ns/步。
第五阶段:20世纪90年代中期到现在。PLC采用16位和32位微处理芯片,有的已经使用RISC芯片。
单片机技术含量高,使用灵活工作量很大,对于抗干扰、模块化要求低,成本低廉,应用广泛。特别适合开发消费电子、商业应用的电子、玩具、家电等。
(3)PLC是建立在单片机之上的产品,单片机是一种集成电路,两者不具有可比性。
(4)单片机可以构成各种各样的应用系统,从微型、小型到中型、大型都可以,PLC是单片机应用系统的一个特例。
(5)不同厂家的PLC有相同的工作原理,类似的功能和指标,有一定的互换性,质量有保证,编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。而单片机应用系统则是八仙过海,各显神通,功能千差万别,质量参差不齐,学习、使用和维护都很困难。
*后,从工程的角度,谈谈PLC与单片机系统的选用。
(1)对单项工程或重复数极少的项目,采用PLC方案是明智、快捷的途径,成功率高,可靠性好,但成本较高。
(2)对于量大的配套项目,采用单片机系统具有成本低、效益高的优点,但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。**的方法是将单片机系统嵌入PLC,这样可大大简化单片机系统的研制时间,使性能得到保障,效益也就有保证。
那么,PLC到底是哪里来的呢?下面就看本章的第二个问题。
1.2 PLC的产生和发展
早期的控制系统都是继电器控制系统,到了20世纪60年代和70年代,继电器控制的缺点就暴露出来了。当然它是有很多优点的,简单易懂、操作方便、价格便宜(例如,一些常开常闭触点、线圈,就这些简单的符号就能表达一个系统,让别人一看简单易懂。在操作方面都是些按钮,操作简便,继电器价格也便宜)。到现在为止并不是说继电器已经完全抛弃了或者不用了,主要是用在一些小的系统上。
如果是在一些比较大的系统,对于继电器控制来说,就存在明显的缺点,如接线比较复杂(见图1-1)、生产工艺变化的适应性较差等,特别是它是靠硬连线逻辑构成的系统(硬连线就是一般的导线)。对于这些情况大家会想到如果能用程序来修改不就更好了吗?这就是后来的PLC。
PLC是Programmable LogicController的缩写,意思就是可编程逻辑控制器。其实这是早期的PLC,由于它仅仅是用来进行逻辑控制的,称为可编程逻辑控制器。随着微电子技术的发展,开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元,使PLC不仅可以进行逻辑控制,可以进行模拟量的控制。在1980年美国电器制造协会(NEMA)又重新命名为可编程控制器(ProgrammableController),为了避免和个人计算机(PC,Personal Computer)混淆,继续沿用PLC。
上面只是对它的字面意思的解释,那到底什么是可编程控制器呢?它的定义是可编程控制器是一种数字运算的电子系统,是专为工业环境下应用而设计的。它采用可编程的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种机械或生产过程。
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对于这个定义有几点说明。
(1)PLC是一种数字运算的电子系统。这样就限制了它的范围,是在数字运算范围内的电子系统,和其他的电子系统就分开了。也许大家会想到个人计算机也是数字运算的电子系统,为什么不能用呢?这就是它定义的第二部分。
(2)专为工业环境应用而设计的。个人计算机一般是在室温下应用的,而PLC是在工业环境下应用的,它的抗恶劣环境能力强,可以应用在高温下、沙漠中和海洋里等。
(3)控制各种机械或生产过程。PLC并不能做什么**的工作,主要是做些机械的、生产性的活动。
(4)它采用可编程的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令(这里主要是讲PLC的运行,主要是运行这些指令)。
通过上面对这个定义的理解,头脑中一定会形成这样一个印象,PLC并不是一个简单的器件,而是一个软件加硬件的结合,它的程序(软件)是核心部分,硬件主要是在外部用来控制机械或者生产过程。可以想像为PLC就是放在某个地方能够用来做控制的东西就可以了。
PLC与单片机有什么区别呢?
(1)PLC更注重于工业应用,对于防干扰、设备接口、联网、模块化都有完善的技术支撑,使用更简单,但成本高。