一、PLC的發(fā)展歷程
在工業(yè)生產過程中,大量的開關量順序控制,它按照邏輯條件進行順序動作,并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制,及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上,這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電氣控制裝置的要求,第二年,美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置,首次采用程序化的手段應用于電氣控制,這就是第一代可編程序控制器,稱Programmable Controller(PC)。
個人計算機(簡稱PC)發(fā)展起來后,為了方便,也為了反映可編程控制器的功能特點,可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC),現(xiàn)在,仍常常將PLC簡稱PC。
PLC的定義有許多種。國際電工委員會(IEC)對PLC的定義是:可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器,用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令,并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產過程??删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備,都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴充其功能的原則設計。
上世紀80年代至90年代中期,是PLC發(fā)展最快的時期,年增長率一直保持為30~40%。在這時期,PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高,PLC逐漸進入過程控制領域,在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。
PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位,在可預見的將來,是無法取代的。
二、PLC的構成
從結構上分,PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等,這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架,這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。
三、CPU的構成
CPU是PLC的核心,起神經中樞的作用,每套PLC至少有一個CPU,它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù),用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù),并存入規(guī)定的寄存器中,同時,診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后,從用戶程序存貯器中逐條讀取指令,經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號,去指揮有關的控制電路。
CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成,CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù),是PLC不可缺少的組成單元。
在使用者看來,不必要詳細分析CPU的內部電路,但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作,由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算,在控制器指揮下工作。寄存器參與運算,并存儲運算的中間結果,它也是在控制器指揮下工作。
CPU速度和內存容量是PLC的重要參數(shù),它們決定著PLC的工作速度,IO數(shù)量及軟件容量等,因此限制著控制規(guī)模。
四、I/O模塊
PLC與電氣回路的接口,是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路,其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài),輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng),輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入(DI),開關量輸出(DO),模擬量輸入(AI),模擬量輸出(AO)等模塊。
開關量是指只有開和關(或1和0)兩種狀態(tài)的信號,模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下:
開關量:按電壓水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。
模擬量:按信號類型分,有電流型(4-20mA,0-20mA)、電壓型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外,還有特殊IO模塊,如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。
按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量,I/O模塊可多可少,但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。
五、電源模塊
PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時,有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有:交流電源(220VAC或110VAC),直流電源(常用的為24VAC)。
六、底板或機架
大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架,其作用是:電氣上,實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系,使CPU能訪問底板上的所有模塊,機械上,實現(xiàn)各模塊間的連接,使各模塊構成一個整體。
七、PLC系統(tǒng)的其它設備
1、編程設備:編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件,用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況,但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器,目前一般由計算機(運行編程軟件)充當編程器。
2、人機界面:最簡單的人機界面是指示燈和按鈕,目前液晶屏(或觸摸屏)式的一體式操作員終端應用越來越廣泛,由計算機(運行組態(tài)軟件)充當人機界面非常普及。
3、輸入輸出設備:用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù),如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器,輸入模擬量的電位器,打印機等。
八、PLC的通信聯(lián)網
依靠先進的工業(yè)網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數(shù)據(jù)。因此,網絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著,甚至有人提出"網絡就是控制器"的觀點說法。
PLC具有通信聯(lián)網的功能,它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息,形成一個統(tǒng)一的整體,實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口,還有一些內置有支持各自通信協(xié)議的接口。
PLC的通信,還未實現(xiàn)互操作性,IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準,PLC各廠家均有采用。
對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)??刂葡到y(tǒng))來講,選擇網絡非常重要的。首先,網絡必須是開放的,以方便不同設備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展;其次,針對不同網絡層次的傳輸性能要求,選擇網絡的形式,這必須在較深入地了解該網絡標準的協(xié)議、機制的前提下進行;再次,綜合考慮系統(tǒng)成本、設備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等
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FOXBORO FBM04 卡件
MAXON 118783
美國 AB Allen-Bradley 68.00 1746-A13/B 機架
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ABB RV-BC 6/60 浪涌抑制器
ABB RV-BC6/60 浪涌抑制器
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SCHNEIDER ABE7-R16S210 基板
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德國 SEW 63.00 MAS51A060-503-00 伺服控制器
德國 西門子 SIEMENS 77.00 V23049-B1007-A322 繼電器
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法國 施耐德 Schneider Electric 103.00 140CPS12400 PLC 控制器
法國 施耐德 Schneider Electric 13.00 140ERT85410 PLC 控制器
法國 施耐德 Schneider Electric 35.00 140XBP01600 PLC 底板 16槽機架 背板
法國 施耐德 Schneider Electric 42.00 140ACO02000 PLC 控制器
力士樂 55.00 FWA-ECODR3-SMT-01VRS-MS 固件模塊
美國 AB Allen-Bradley 100.00 2094-BM01-S 伺服控制模塊
美國 AB Allen-Bradley 107.00 1771-P7 CPU 處理器
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美國 AB Allen-Bradley 74.00 MSR6R/T 繼電器
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美國 AB Allen-Bradley 92.00 1794-ADN 模塊
美國 AB Allen-Bradley 97.00 1769-PA4/A PLC 控制器
美國 Foxboro 111.00 CP40B 控制處理器
美國 GE 10.00 IC693CPU323P 底板 機架
美國 GE 122.00 HE693STP104AX PLC 控制器
美國 GE 128.00 IC693MDR390C PLC 控制器
美國 GE 19.00 IC693MDL655H PLC 控制器
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美國 GE 27.00 IC693PCM311N PLC 控制器
美國 GE 39.00 IC693MDL752G PLC 控制器
美國 GE 43.00 IC693MDL645E PLC 控制器
美國 GE 44.00 IC693CHS391M 底板 機架
美國 GE 52.00 IC693MDL940F PLC 控制器
美國 GE 71.00 IC693ALG222C PLC 控制器
美國 GE 73.00 IC693CHS397H 底板 機架
美國 GE 90.00 IC693MDL930E PLC 控制器
美國 GE 95.00 IC693MDL645D PLC 控制器
美國 TRICONEX 70.00 TRICONEX 3511 脈沖輸入板
日本 FANUC 1.00 A02B-0166-B531 驅動器
日本 RORZE 11.00 RD-023MS 驅動模塊
日本 安川 YASKAWA 26.00 JEPMC-MB041 SN/R10028-740-1 底板 機架
日本 安川 YASKAWA 31.00 JEPMC-IO050 SN/R10072-262-5 PLC 控制器
日本 安川 YASKAWA 51.00 JEPMC-PS050 SN/R10075-235-005 PLC 控制器
日本 基恩士 KEYENCE 69.00 OP-24027 通訊電纜
三菱 FX2N-16EX
西門子 34.00 3TJ50 00-0BB4 繼電器
西門子 53.00 OP031 6FC5247-0AA17-0AA1 77-964-2300 電源
西門子 62.00 6FC5203-0AB11-0AA2 觸摸屏
西門子 64.00 6DR2803-8P 接口模塊
ABB ACS800-04-0210-3+P901 變頻器
ABB ACS800-04-0400-3+P901 變頻器
Allen-Bradley-13 A4 1747-SN B
Allen-Bradley-43 Z7 1746-NIO4V A
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Cutler-Hammer C825KN10 接觸器
KUKA KSD1-64 伺服驅動器
NI PCI-GPIB IEEE 488.2
迪普馬 MD1D-S3/55 電磁閥
三菱 FR-E740-1.5K-CHT 驅動器
三菱 FR-E740-1.5K-CHT 驅動器
西門子 6SE7012-0TP50-Z
發(fā)那科 A16B-2201-010 記憶板
發(fā)那科 A860 A86L-0001-0298 A98L-0005-0252 操作面板薄膜健
Alpha SP 075S-MF1-10-1E1-2S 配件
西門子 6SE7023-4ES87-0FB1 電容
WAGO 750-634 模塊
WAGO 750-554 模塊
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COMPACT 864-647-9521 氣缸
西門子 4EP3700-2US 電感
西門子 4EP3700-2US 電感
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ALERTON TX-653P
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AB 1766-L32BWA AB-PLC系統(tǒng)
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施耐德 ATV-58HU54N4 變頻器