随着控制技术的发展,PLC的结构和功能得到了不断改进,各生产厂家不断推出功能更强的PLC产品,平均3~5年更新换代一次。PLC的发展可归纳为以下几个方面。1.小型化、专用化、低成本
随着微电子技术的发展,新型电子器件的广泛应用,PLC的功能大幅度提高,而成本却大幅降低。PLC的功能不断加强,将原来大、中型PLC才有的功能移植到小型PLC上。PLC结构更加紧凑、小巧,体积更小,安装和使用十分简便。由于PLC价格的不断下降,使其真正成为继电器控制系统的替代产品。2.系列化、标准化、模块化
每个生产PLC的厂家几乎都有自己的系列产品,同一系列的产品指令及使用向上兼容,以满足新机型的推广和使用。为了推动技术标准化的进程,一些国际性组织,如国际电工委员会(IEC),不断为PLC的发展制定一些新的标准,对各种类型的产品做一定的归纳或定义,对PLC的未来制定发展方向(或框架)。模块式结构使系统的构成更加灵活、方便;功能明确化,专用化的复杂功能由专门模块来完成。一般的PLC可分为主模块、扩展模块、I/O模块,以及各种高性能模块等,每种模块的体积都较小,相互连接方便,使用更简单,通用性更强。主机仅仅通过通信设备向模块发布命令和测试状态,这样使得PLC的系统功能增强,控制系统设计简化。3.高速化、大容量化和高性能化
大型PLC采用多微处理器系统,如有的采用了32位微处理器,可进行多任务操作,处理速度提高,存储容量大大增加。PLC的功能加强,以适应各种控制需要,使计算、处理功能完善,特别是增强了过程控制和数据处理的功能。PLC可以代替计算机进行管理、监控。智能I/O组件也将发展,用来完成各种专门的任务(如位置控制、PID调节、远程通信等)。4.网络化
计算机与PLC之间,以及各个PLC之间的联网和通信能力的不断增强,使工业网络可以有效地节省资源、降低成本、提高系统可靠性和灵活性,使网络的应用更加普遍化。工业控制中普遍采用金字塔结构的多级网络。与可编程序控制器硬件技术的发展相适应,工业软件的发展非常迅速,它使系统应用更加简单易行,大大方便了PLC系统开发人员和操作使用人员。
1.2 PLC的分类及特点
1.2.1 PLC的分类
PLC发展至今已经有多种形式,其功能也不尽相同,一般按以下原则进行分类。1.按结构形式分
按结构形式可以将PLC分为以下两类。
(1)紧凑型PLC
这种PLC的特点是电源、CPU、I/O接口都集成在一个机壳内。如西门子公司的S7-200系列,OMRON公司的C系列,三菱公司的F1、F2、FX0系列,东芝公司的EX20/40系列和AB公司的SLC500等。
(2)模块式PLC
这种PLC的特点是电源模块、CPU模块、开关量I/O模块、模拟量I/O模块等在结构上是相互独立的,可根据实际需要,选择合适的模块,安装在固定的机架(或导轨)上,构成一个完整的PLC系统。例如,西门子公司的S7-300/400系列,OMRON公司的C200H系列,三菱公司的FX2、FX2N、FXON、A系列,AB公司的SLC5/05系列,松下电工的FP3系列等。2.按I/O点数及内存容量分
按I/O点数及内存容量可将PLC分为以下几类。
(1)小型PLC
小型PLC的I/O点数一般在256点以下,内存容量在4KB以下,一般采用紧凑型结构,以开关量控制为主,还可以连接模拟量I/O及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通信联网及各种应用指令。适合于单机控制或小型系统的控制。例如,西门子公司的S7-200系列PLC,存储器为2KB,数字量248点,模拟量35路。
(2)中型PLC
中型PLC的I/O点数一般不大于2048点,内存容量为2~8KB,采用模块化结构。其I/O处理方式除采用一般PLC通用的扫描处理方式外,还能采用直接处理方式,即在扫描用户程序的过程中,直接读输入,刷新输出。它能连接各种特殊功能模块,通信联网功能更强,指令系统更丰富,扫描速度更快,可用于对设备进行直接控制,还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控,比较适合中型或大型控制系统的控制。例如,西门子公司的S7-300系列PLC,存储器为2KB,数字量1024点,模拟量128路,支持PROFIBUS、工业以太网、MPI等网络。
(3)大型PLC
大型PLC的I/O点数在2048点以上,内存容量达到8~16KB,采用模块化结构。软、硬件功能极强,具有极强的自诊断功能、通信联网功能等,它不仅可用于对设备进行直接控制,还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控。不仅能完成较复杂的算术运算,还能进行复杂的矩阵运算。有各种通信联网模块,可以构成三级通信网,实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三个PLC构成表决式系统,使机器的可靠性更高。例如,富士公司的F200系列PLC,存储器为32KB,数字量I/O达3200点;OMRON的CV2000系列PLC,存储器为62KB,数字量I/O达2048点;西门子公司的S7-400系列PLC,存储器为512KB,数字量I/O达12672点;德国AEG公司的A500系列PLC,存储器为64KB,数字量I/O达5088点。
PLC能迅速发展的原因,除了工业自动化的客观需要外,还有其许多独特的优点。它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。综合起来,具有以下主要特点。1.可靠性高,抗干扰能力强
高可靠性是PLC突出的特点之一。由于工业生产过程大多数是连续的,一般的生产装置要几个月、甚至几年才大修一次,这对用于工业生产过程的控制器提出了高可靠性的要求。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良,容易出现故障。PLC采用了微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路完成,用软件代替大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件,接线可减少到继电接触器控制系统时的1/10~1/100,因触点接触不良造成的故障大大减少。PLC还采取了屏蔽、滤波、隔离、故障检测与诊断等抗干扰措施,具有很强的抗干扰能力,平均无故障时间达到数万小时以上,可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。PLC已被广大用户公认为是可靠的工业控制设备之一。2.编程、操作简易方便,程序修改灵活
PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程,容易掌握。例如,目前PLC大多数均采用的梯形图语言编程方式,既继承了传统控制线路的清晰直观感,又考虑到大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机水平,很容易被技术人员所接受,易于编程,程序改变时也易于修改。近几年发展起来的其他编程语言(如功能图语言、汇编语言和BASIC等计算机通用语言)也都使编程更加方便,并且适宜于不同层次的技术人员。3.硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强