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新一代PLC的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

?在中大型PLC控制系統(tǒng)中，需要多個(gè)I/O以及智能儀器儀表連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行信息的交換。PLC通信聯(lián)網(wǎng)功能的增強(qiáng)使它更容易與PC和其他智能控制設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。現(xiàn)在許多小型甚至微型PLC的通信功能也十分強(qiáng)大。PLC控制系統(tǒng)通信的介質(zhì)一般有雙絞線或光纖，具備常用的串行通信功能。在提供網(wǎng)絡(luò)接口方面，PLC向兩個(gè)方向發(fā)展∶一是提供直接掛接到現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中的接口(如PROFIBUS、ASi等)∶二是提供Ethernet接口，使PLC直接接入以太網(wǎng)。

??軟PLC的概念

??所謂軟PLC就是在PC機(jī)的平臺(tái)上，在Windows操作環(huán)境下，用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC的功能。這個(gè)新概念是在20世紀(jì)90年代中期提出的。安裝有組態(tài)軟件的PC機(jī)既然能完成人機(jī)界面的功能，為何不能把PLC的功能也用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)呢?PC機(jī)價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互的功能。如果軟件功能完善，則利用這些軟件可以方便地進(jìn)行工業(yè)控制流程的實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)監(jiān)控，完成報(bào)警、歷史趨勢(shì)和各種復(fù)雜的控制功能，同時(shí)節(jié)約控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)間。配上遠(yuǎn)程I/O和智能I/O后，軟PLC也能完成復(fù)雜的分布式的控制任務(wù)。在隨后的幾年，軟PLC的開(kāi)發(fā)也呈現(xiàn)了上升的勢(shì)頭。但后來(lái)軟PLC并沒(méi)有出現(xiàn)人們希望的那樣占據(jù)相當(dāng)市場(chǎng)份額的局面，這只是因?yàn)檐汸LC本身存在的一些缺陷：

??a.軟PLC對(duì)維護(hù)和服務(wù)人員的要求較高;

??b.電源故障對(duì)系統(tǒng)影響較大;

??c.在占絕大多數(shù)的低端應(yīng)用場(chǎng)合，軟PLC沒(méi)有優(yōu)勢(shì)可言;

??d.在可靠性方面和對(duì)工業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性方面，和PLC無(wú)法比擬;

??e.PC機(jī)發(fā)展速度太快，技術(shù)支持不容易。

??隨著生產(chǎn)廠家的努力和技術(shù)的發(fā)展，軟PLC肯定也能在其適合的地方得到認(rèn)可。⑨PAC的概念在工控界，對(duì)PLC的應(yīng)用情況有一個(gè)"80-20"法則，即∶a.80%的PLC應(yīng)用場(chǎng)合都是使用簡(jiǎn)單的低成本的小型PLC;b.78%(接近80%)的PLC都是使用開(kāi)關(guān)量(或數(shù)字量);c.80%的PLC應(yīng)用使用20個(gè)左右的梯形圖指令就可解決問(wèn)題。

??其余20%的應(yīng)用要求或控制功能要求使用PLC無(wú)法輕松滿足，而需要使用別的控制手段或PLC配合其他手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。于是，一種能結(jié)合PLC的高可靠性和PC機(jī)的軟件功能的新產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，這就是PAC(ProgrammableAutomation Controller)，或基于PC機(jī)架構(gòu)的控制器。它包括了PLC的主要功能以及PC-based控制中基于對(duì)象的、開(kāi)放的數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)絡(luò)能力。其主要特點(diǎn)是使用標(biāo)準(zhǔn)的IEC61131-3編程語(yǔ)言，具有多控制任務(wù)處理功能，兼具PLC和PC機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。PAC主要用來(lái)解決那些所謂的剩余的20%的問(wèn)題，但現(xiàn)在一些PLC也具備了解決這些問(wèn)題的能力，加之PAC是一種較新的控制器，所以其應(yīng)用市場(chǎng)還有待于進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和推動(dòng)。

??PLC在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的位置

??現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)，標(biāo)志著自動(dòng)化技術(shù)步入了一個(gè)新的時(shí)代。現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)是"安裝在制造和過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線”，是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化的熱點(diǎn)之一。隨著3C(ComputerControl andCommunication)技術(shù)的迅猛發(fā)展，解決自動(dòng)化信息孤島的問(wèn)題成為可能。采用開(kāi)放化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，把不同廠家遵守同一協(xié)議規(guī)范的自動(dòng)化設(shè)備連接成控制網(wǎng)絡(luò)并組成系統(tǒng)已成為可能?，F(xiàn)場(chǎng)總線采用總線通信的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)處在全開(kāi)放、全數(shù)字、全分散的控制平臺(tái)上。從某種意義上說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)給自動(dòng)控制領(lǐng)域所帶來(lái)的變化是革命性的。到今天，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已基本走向成熟和實(shí)用化?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：

??a.節(jié)約硬件數(shù)量與投資;

??b.節(jié)省安裝費(fèi)用;

??c.節(jié)省維護(hù)費(fèi)用;

??d.提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性;

??e.提高了用戶的自主選擇權(quán)。

??在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS(Field bus ControlSystem)中，增加了相關(guān)通信協(xié)議接口的PLC，既可以作為主站成為FCS的主控制器，也可以作為智能化的從站實(shí)現(xiàn)分散式的控制。一些軟PLC配合通信板卡也可以作為FCS的主站。

??，將來(lái)的新一代PLC將要實(shí)現(xiàn)：

??a.CPU處理速度進(jìn)一步加快;

??b.控制系統(tǒng)分散化;

??c.可靠性進(jìn)一步提高;

??d.控制與管理功能一體化

??e.向兩極化(大型化和小型化)方向發(fā)展;

??f. 編程語(yǔ)言和編程工具向標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化發(fā)展;

??g. I/O組件標(biāo)準(zhǔn)化、功能組件智能化;

??h.通信網(wǎng)絡(luò)化;

??i.向大記憶容量，快處理速度發(fā)展;

??j.發(fā)展故障診斷技術(shù)和容錯(cuò)技術(shù)。

??PLC的新發(fā)展還可概括為以下幾個(gè)方面∶

??a.在系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模上，向超大型、超小型方向發(fā)展;

??b.在增強(qiáng)控制能力和擴(kuò)大應(yīng)用范圍上，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)各種智能I/O模塊;

??c.在系統(tǒng)集成方面進(jìn)一步提高安全性、可靠性;

??d.在控制與管理功能一體化方面，進(jìn)一步增強(qiáng)通信聯(lián)網(wǎng)能力;

??e.在編程語(yǔ)言與編程工具方面，達(dá)到多樣化、化、標(biāo)準(zhǔn)化。

??目前，世界上有200多個(gè)廠家生產(chǎn)300多種PLC產(chǎn)品，比較的廠家有美國(guó)的A-B(被Rockwell收購(gòu))、GE、MODICON(被Schneider收購(gòu))，日本的MITSUBISHI、OMRON、FUJI、松下電工，德國(guó)的SIEMENS和法國(guó)的Schneider公司等。在PLC制造商中，根據(jù)美國(guó)AutomationResearchCorp(ARC)調(diào)查，世界PLC主導(dǎo)廠家的五霸分別為日本的MITSUBISHI(三菱)公司、OMRON(歐姆龍)公司，德國(guó)的SIEMENS(西門(mén)子)公司，美國(guó)的Allen-Bradley(A-B)公司，法國(guó)的Schneider(施耐德)公司;他們的銷(xiāo)售額約占總銷(xiāo)售額的三分之二。我國(guó)的PLC產(chǎn)品市場(chǎng)目前也還被外國(guó)產(chǎn)品壟斷著。

??我國(guó)的PLC生產(chǎn)目前也有一定的發(fā)展，小型PLC已批量生產(chǎn)，中型PLC已有產(chǎn)品，大型PLC已開(kāi)始研制。國(guó)內(nèi)PLC形成產(chǎn)品化的生產(chǎn)企業(yè)約30多家，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率不超過(guò)10%，主要生產(chǎn)單位有∶蘇州電子計(jì)算機(jī)廠、蘇州機(jī)床電器廠、上海蘭星電氣有限公司、天津市自動(dòng)化儀表廠、杭州通靈控制電腦公司、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化所和江蘇嘉華實(shí)業(yè)有限公司等。目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在價(jià)格上占有明顯的優(yōu)勢(shì)，而在質(zhì)量上還稍有欠缺和不足。隨著新一代開(kāi)放式PLC走向市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家，如和利時(shí)、浙大中控等生產(chǎn)的基于IEC61131-3編程語(yǔ)言的PLC有可能會(huì)在未來(lái)的PLC市場(chǎng)中占有一席之地。

?電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)與連續(xù)運(yùn)行的PLC控制

??利用PLC設(shè)計(jì)控制回路，使三相異步電動(dòng)機(jī)既可點(diǎn)動(dòng)又可連續(xù)運(yùn)行。

??相關(guān)知識(shí)

??點(diǎn)動(dòng)，即按下啟動(dòng)按鈕時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，松開(kāi)按鈕時(shí)電動(dòng)機(jī)停止，常用于生產(chǎn)中的試車(chē)和定位。長(zhǎng)動(dòng)，即持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，按下啟動(dòng)按鈕時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，松開(kāi)啟動(dòng)按鈕后電動(dòng)機(jī)依然轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)一般采用這種運(yùn)行方式。除非按下停止按鈕，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。長(zhǎng)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，是在PLC的編程程序中電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)按鈕下并聯(lián)輸出線圈的常開(kāi)開(kāi)關(guān)，形成“自鎖”。

??PLC編寫(xiě)控制程序是對(duì)其編程元件進(jìn)行各種運(yùn)算。編程元件就是PLC的存儲(chǔ)器，稱(chēng)之為“軟繼電器”，而它們的號(hào)碼即為計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)單元的地址。FX系列PLC編程軟件的編號(hào)由字母和數(shù)字組成，其中輸入繼電器(X)、輸出繼電器(Y)用八進(jìn)制數(shù)字編號(hào)，即X000～X007、X010～X017、X020～X027、Y000～Y007、Y010～Y017……其余均采用十進(jìn)制數(shù)字編號(hào)，編程元件都有線圈、常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)，線圈得電，對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)動(dòng)作。

??輸入繼電器是PLC與外部設(shè)備連接的接口，必須由外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)；程序中不能出現(xiàn)線圈，只能有觸點(diǎn)，觸點(diǎn)可無(wú)限次使用。輸出繼電器用來(lái)將PLC內(nèi)部信號(hào)輸出給外部負(fù)載;程序中相應(yīng)的線圈得電，對(duì)應(yīng)的輸出觸點(diǎn)動(dòng)作。注意，在經(jīng)驗(yàn)法的編程中，輸出繼電器線圈不可重復(fù)輸出，因?yàn)镻LC的工作方式為掃描式，集中采樣，集中輸出，可利用輔助繼電器解決某個(gè)設(shè)備需重復(fù)輸出的問(wèn)題。

??輔助繼電器是PLC中數(shù)量Zui多的一種繼電器，其作用相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器。其線圈由程序指令驅(qū)動(dòng)，每個(gè)輔助繼電器都有無(wú)限多對(duì)常開(kāi)常閉觸點(diǎn)，但其觸點(diǎn)不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，要借助輸出繼電器才能實(shí)現(xiàn)。

??控制方案

??(1)接線圖

??圖2-1為點(diǎn)動(dòng)、長(zhǎng)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主回路及控制回路接線圖。

??主回路由斷路器 QF、熔斷器 FU、接觸器 KM 主觸點(diǎn)、熱繼電器 FR、三相交流 380V電源和三相交流電動(dòng)機(jī)組成。控制回路由PLCFX~64MR、按鈕SB、中間繼電器KA、交流220V和直流24V電源組成。PLC和外部設(shè)備的接線如控制回路所示。

??(2)I/O分配表

??具體PLC的I/O定義如表2-1所示。

??(3)PLC控制梯形圖

??PLC控制梯形圖如圖2-2所示。

??(4)控制過(guò)程分析

??控制回路中通過(guò)按鈕控制中間繼電器線圈的得電，使KA對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)閉合，從而使接在交流220V回路的接觸器KM線圈得電。KM主觸點(diǎn)閉合后，交流380V電源引入，交流電動(dòng)機(jī)M定子繞組通電，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。該控制方案通過(guò)PLC接通直流24V的回路，借以接通交流220V回路，Zui后驅(qū)動(dòng)交流380V回路，實(shí)現(xiàn)低電壓控制高電壓，安全可靠。

??PLC程序的含義是：按下長(zhǎng)動(dòng)啟動(dòng)按鈕(即輸入信號(hào)X0接通)時(shí)，輔助繼電器線圈得電，對(duì)應(yīng)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，形成“自鎖”，按下停止按鈕(即X2接通)時(shí)，輔助繼電器M1線圈失電，為典型的啟、保、停回路。按下點(diǎn)動(dòng)按鈕(即信號(hào)X1接通)時(shí)，輔助繼電器M2線圈得電，松開(kāi)按鈕則M2失電。M1、M2得電則輸出信號(hào)Y0接通，電動(dòng)機(jī)M1運(yùn)行。該電路既實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制，又實(shí)現(xiàn)了其長(zhǎng)動(dòng)控制。