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PLC是Programmable Logic Controller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,所以称为可编程逻辑控制器。但是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,而且可以进行模拟量的控制。所以在1980年美国电器制造协会(NEMA)又重新命名为可编程控制器(Programmable Controller),但是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。
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。
(2)单片机技术含量高,使用灵活但是工作量很大,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。好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,但是到了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,但是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。
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,但是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台PLC,型号称为PDP-14
S7-1200这款产品强力打造全球PLC中低端市场。这种可编程序控制器可以广泛地取代继电器控制系统,用于单机控制和规模比较小的自动化生产线控制。
二是朝着大型、高速、多功能和多层分布式全自动网络化方向发展。这类可编程序控制器一般为多处理器系统,有较大的存储能力和功能很强的输入/输出接口。系统不仅具有逻辑运算、计时、计数等功能,还具备数值运算、模拟调节、实时监控、记录显示、计算机接口、数据传送等功能,还能进行中断控制、智能控制、过程控制、远程控制等。通过网络可以与上位机通信,配备数据采集系统、数据分析系统、彩色图像系统的操纵台,可以实现自动化工厂的全面要求。它会向高速度、大容量方向发展。目前很多已经使用64bitRISC芯片,多CPU并行、分时、分任务处理,这样速度可以达到ns级。
大中型CPU的扫描速度在0.2ms/K步。
目前PLC大容量是几百千字节(KB),大是几兆字节(MB)。
PLC的主要应用1.开关量的控制
开关量的逻辑控制是PLC控制基本的控制。目前,PLC控制的首先目标就是开关量的控制。它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可以用于单台设备的控制,也可以用于多机控控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.模拟量的闭环控制
PLC厂家都生产配套的A/D、D/A转换模块,可以处理模拟量(温度、压力、流量、液位和速度等),从而实现对模拟量的控制。3.数据采集和监控
PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。4.通信联网和集散控制
随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。新生产的PLC具有RS-232、RS-422、RS-485或现场总线等通信接口,可进行远程I/O控制,实现多台PLC联网和通信。
在系统构成时,可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络,以便完成较大规模的复杂控制。
浔之漫智控技术(上海)有限公司
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1.5 PLC的生产厂家
德国西门子公司SS系列的产品,有SS-95U、100U、115U、135U及155U。135U、155U为大型机,控制点数可达6000多点,模拟量可达300多路。还推出了S7系列机,有S7-200(小型)、S7-300(中型)及S7-400机(大型)。
日本OMRON公司的CPM1A型机,P型机,H型机,CQM1、CVM、CV型机,Ha型、F型机等,大、中、小、微均有,特别在中、小、微方面更具特长,在中国及世界市场,都占有相当的份额。
PLC(即Programmable Logic Controller的简称),又称可编程逻辑控制器,是以微处理器、嵌入式芯片为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展而来的一种新型工业控制装置,是工业控制的主要手段和重要的基础设备之一。
国际电工委员会(IEC)于1982年11月和1985年1月颁布了PLC标准的稿和第二稿,对PLC作了如下的定义:“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命令,并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关设备,都应以易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充功能的原则而设计。”
在西门子工厂自动化系统中,核心的就是PLC,它通过在现场层、控制层和管理层分别部署PLC的硬件产品和对应软件,实现了管理、控制一体化。西门子目前主流的PLC产品为S7系列PLC,包括S7-200SMART、S7-1200 PLC、S7-300 PLC、S7-400 PLC、S7-1500 PLC等,具有外观轻巧、速度敏捷、标准化程度高等特点,同时借助的网络通信能力和标准,可以构成复杂多变的控制系统。
了S7-1200/1500系列PLC,共用博途软件平台。与S7-1200 PLC相比,S7-1500 PLC的应用更具复杂性且系统性能更高,从这个角度上看,S7-1500 PLC是控制器,S7-1200 PLC则是基本控制器