现在,PLC的程序存储容量多以MB为单位,随着超大规模集成电路技术的发展,微处理器的性能大幅提高,指令执行速度达到微秒级,从而极大提高了PLC的数据处理能力,高档的PLC可以进行复杂的浮点数运算,并增加了许多特殊功能,例如高速计数、脉宽调制变换、PID闭环控制、定位控制等,从而在以模拟量为主的过程控制领域也占有了一席之地,在一定程度上具备了组建DCS的能力。PLC的通信功能和远程I/O能力也非常强大,可以组建成分布式通信网络系统。
在组成结构上,PLC具有一体化结构和模块式结构两种模式。一体化结构的PLC追求功能的完善,性能的提高,体积越来越小,有利于安装。而模块式结构,则是利用单一功能的各种模块拼装成一台完整的PLC,用户在设计自己的PLC控制系统时拥有极大的灵活性,并使设备的性价比达到*优。模块式结构也有利于系统的维护、换代和升级,并使系统的扩展能力大大加强。
在控制规模上,PLC向小型化和大型化两个方向发展。大型PLC是基于满足大规模、高性能控制系统的要求而设计的,在规模上,可带的I/O点数(通道数量)达到数千点乃至上万点。在对高性能的追求上,主要体现在以下几点:
1)增强网络通信功能。这是PLC的一个重要发展趋势,伴随现场总线(FieldBus)技术的应用,由多个PLC、多个分布式I/O模块、人机界面、编程设备相互连接成的网络,与工业计算机和以太网等构成整个工厂的自动控制系统。PLC采用了计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术,使得PLC系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体。
2)发展智能模块。智能模块以微处理器为核心,与PLC的CPU并行工作,完成专一功能,大量节省主CPU的时间和资源,对提高用户程序的扫描速度和完成特殊的控制要求非常有利。例如通信模块、位置控制模块、模糊逻辑控制模块、高速计数器模块等。
3)高可靠性。PLC广泛采用自诊断技术,向用户提供故障分析的信息和提示。大力发展冗余技术、容错技术,以及模块的热插拔功能,保障PLC能够长时间的可靠运行。
西门子PLC现场总线
浔之漫智控技术(上海)有限公司
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控制器选型
现阶段,市场上的控制器类型有很多,其中西门子公司从2007年10月1日后投放市场的SIMATICS7模块化控制器*具有竞争力。这个系列主要包括S7-300、S7-400、S7-1200,类型丰富,可以满足用户的各种应用需求,用户可以根据实际需求,选择合适的控制器。
2.3.5 PLC分配表及外部接线图
控制系统硬件设计的一个要点就是PLC的I/O分配表和外部I/O接线图的设计,这一部分内容继承自电气控制电路分析与设计,是一个设计人员必须掌握的内容。在分配I/O端口时,应查阅相关的I/O模块以及传感器和执行器的手册资料,对其连接的方式应予以充分了解,这样在设计时才不会出现问题。还应考虑到裕量问题,即留出一部分I/O端口作备用,以便以后维修或者扩展之用。
以使用CPU312控制步进电机为例,设计时考虑到有“启动”、“停止”、“急停”、“正转”、“反转”、“快速”、“慢速”7个输入,以及方向和PWM波两个输出。
PLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的,并逐渐发展成为以微处理器为核心,把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。目前,PLC已被广泛地应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中,成为一种*重要、*普及、应用场合*多的工业控制装置,被公认为现代工业自动化的三大支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)之一。
国际电工委员会(IEC)于1987年颁布了PLC标准草案第三稿,在草案中对PLC定义如下:“PLC是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器,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,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外围设备,都应按易于与工业系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则来设计”。
编程软件标准化。长期以来,PLC的生产厂家各自为战,各产品在硬件结构和软件体系上都是封闭的,不对外开放,导致硬件互不通用、软件互不兼容,为用户带来很大的不便。为此,国际电工委员会(IEC)制定了IEC1131标准以引导PLC向标准化方向发展。这个标准包含了5个部分,从PLC的定义等一般信息,到装备与测试、编程语言、用户规则、通信规范等,力图通过一系列的标准来规范各个厂家的产品。目前,有很多厂家都推出了符合IEC1131-3标准的软件系统,例如西门子公司的STEP 7软件包就提供符合IEC 1131-3标准的指令集。
5)编程软件和语言向高层次发展。PLC的编程语言在原有的梯形图、顺序功能图、指令表语言的基础上,不断丰富并向高层次发展。大部分厂商都提供可在个人计算机上运行的开发软件包,开发环境完备且友好,可向开发人员提供丰富的帮助信息以及调试、诊断、模拟仿真等功能。例如西门子公司的STEP7软件包,运行在Windows环境下,在编程的过程中可随时查询指令,其内容与详细程度与编程手册相同。
小型化PLC的发展方向是体积减小、成本下降、功能齐全、性能提高、简单易用。其针对目标是取代广泛分布在企业和民用领域的小规模继电器系统,以及需要采用逻辑顺序控制的小规模场合。其特点是安装方便、可靠性高、开发和改造周期短
PLC的特点
PLC的产生是基于工业控制的需要,是面向工业控制领域的专用设备,它具有以下几个特点:
1)可靠性高,抗干扰能力强。用程序来实现的逻辑顺序和时序,*大限度地取代传统继电器系统中的硬件线路,大量减少机械触点和连线的数量,单从这一角度而言,PLC在可靠性上优于继电器系统是明显的。
在抗干扰性能方面,PLC在结构设计、内部电路设计、系统程序执行等方面都给予了充分的考虑。例如对主要器件和部件用导磁良好的材料进行屏蔽、对供电系统和输入电路采用多种形式的滤波、I/O回路与微处理器电路之间用光耦合器隔离、系统软件具有故障检测功能、信息保护和恢复、循环扫描时间的超时警戒等。
2)灵活性强,控制系统具有良好的柔性。当生产工艺和流程进行局部的调整和改动时,通常只需要对PLC的程序进行改动,或者配合以外围电路的局部调整即可实现对控制系统的改造。
3)编程简单,使用方便。梯形图语言是PLC的*重要也是*普及的一种编程语言,其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似,电气技术人员和技术工人可以很快地掌握梯形图语言,并用来编制用户程序。
4)控制系统易于实现,开发工作量少,周期短。由于PLC的系列化、模块化、标准化,以及良好的扩展性和联网性能,在大多数情况下,PLC系统都是一个较好的选择,它不仅能够完成多数情况下的控制要求,还能够大量节省系统设计、安装、调试的时间和工作量。