- 艾寶物聯(lián)IOBOV? ─ 工業(yè)無線測控專家
1．PLC概念
PLC問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，國際電工委員會(IEC)先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通過了對它的定義：
“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?/span>
為了避免與個人計(jì)算機(jī)PC（Personal Computer）相混淆，所以改為PLC（Programmable Logic Controller）即可編程邏輯控制器，但從功能上講，現(xiàn)在的PLC早已不是原來意義上的“PLC”了。
總之，可編程控制器是一臺計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入、輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。
2.PLC特點(diǎn)
(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)
工業(yè)生產(chǎn)一般對控制設(shè)備要求很高，應(yīng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力和高的可靠性，能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，平均故障間隔時間長，故障修復(fù)時間短。這是PLC控制優(yōu)于微機(jī)控制的一大特點(diǎn)。例如日本的三菱公司F1、F2系列平均故障間隔時間長達(dá)30萬h，而A系列的可靠性比F1、F2系列更高。
PLC控制系統(tǒng)的故障通常有兩種：一種是偶發(fā)性故障，即由于惡劣環(huán)境（電磁干擾、超高溫、過電壓、欠電壓）引起的，這類故障只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復(fù)正常，系統(tǒng)本應(yīng)隨之恢復(fù)正常，但因PLC受外界影響后，內(nèi)部存儲的信息被破壞，必須從初始狀態(tài)重新起動。另一類是永久性故障，是由于元器件不可恢復(fù)的損壞引起的。
在PLC設(shè)計(jì)中，可以從硬件和軟件兩方面采取措施，防止以上故障的發(fā)生，以提高其可靠性。主要措施有：
①硬件措施有：
屏蔽:對電源變壓器、CPU編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。
濾波:對供電系統(tǒng)及輸入/輸出線路采用多種形式的濾波，如LC式π型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除高頻干擾和削弱各種模塊之間的相互影響。
電源的調(diào)整與保護(hù):對微處理器這個核心部件所需的+5V電源，采用多級濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓影響。
隔離:在微處理器與輸入/輸出電路之間，采用光電隔離，有效地隔離輸入/輸出間電的聯(lián)系，減少故障和誤動作的可能。
聯(lián)鎖:所有輸出模塊都受開門信號控制，而這個信號只在規(guī)定的各種條件都滿足時才有效，這樣就有效地防止了產(chǎn)生不正常輸出的可能性。
采用模塊式結(jié)構(gòu):這種結(jié)構(gòu)有助于故障情況下短時修復(fù)。
設(shè)置環(huán)境檢測和診斷電路:這種分電路與軟件配合，可以實(shí)現(xiàn)靈活保護(hù)與故障指示等功能。
②軟件措施有：
故障檢測:軟件定期地檢測外界環(huán)境，對諸如掉電、強(qiáng)干擾信號等情況能及時進(jìn)行處理。
信息保護(hù)和恢復(fù):對偶發(fā)性故障只要故障條件出現(xiàn)時，不破壞PLC內(nèi)部的信息，一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的工作。
設(shè)置了警戒時鐘WDT:如果程序每循環(huán)執(zhí)行時間超過了WDT規(guī)定時間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報警。
加強(qiáng)對程序的檢查和檢驗(yàn):一旦程序有錯，立即報警并停止執(zhí)行。
對程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備:停電后，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會因此而丟失。
這樣，PLC的可靠性、抗干擾能力大大提高。例如美國通用電氣公司制成的PC控制模塊平均無故障率可達(dá)1千萬小時之多，組成系統(tǒng)后的平均無故障率可達(dá)4至5千萬小時。
（2）編程簡單，使用方便
這是PLC優(yōu)于微機(jī)的另一個特點(diǎn)。目前大多數(shù)PLC采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”，即有傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又適合電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和微機(jī)應(yīng)用水平，易于接受，與常用的匯編語言相比，更受歡迎。
這了進(jìn)一步簡化編程，當(dāng)今的PLC還針對具體問題設(shè)計(jì)了諸如步進(jìn)梯形指令、功能指令等。PLC是為車間操作人員而設(shè)計(jì)的，一般只要很短時間的訓(xùn)練即能學(xué)會使用。而微電腦控制系統(tǒng)則要求具有一定知識的人員操作。當(dāng)然，PLC的功能開發(fā)，需要有軟件專家的幫助。
（3）控制程序可變，具有很好的柔性
在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)線設(shè)備更新的情況下，不必改變PLC的硬設(shè)備，只要改變程序就可以滿足要求。所以PLC取代繼電器控制，而且具有繼電器所不具備的無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS），以至工廠自動化（FA）中也被大量采用。
（4）功能完善
現(xiàn)代PLC具有數(shù)字和模擬量輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時、計(jì)數(shù)、順序控制、功率驅(qū)動、通信、人機(jī)對話、自檢、記錄和顯示功能，使用設(shè)備水平大提高。
（5）擴(kuò)充方便，組合靈活
PLC產(chǎn)品具有各種擴(kuò)充單元，可以方便地適應(yīng)不同工業(yè)控制需要的不同輸入輸出點(diǎn)及不同輸入輸出方式的系統(tǒng)。
（6）減少了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的工作量
由于PLC采用軟件編程來達(dá)到控制功能，而不同于繼電器控制采用接線來達(dá)到控制功能，同時PLC又能率先進(jìn)行模擬調(diào)試，并且操作化功能和監(jiān)視化功能很強(qiáng)，這些都減少了許多的工作量。
（7）體積小、重量輕，是“機(jī)電一體化”特有的產(chǎn)品
一臺收錄機(jī)大小的PLC具有相當(dāng)于1.8m高的繼電器控制柜的功能，一般節(jié)電50％以上。
由于PLC是工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固、體積小巧，并由于具備很強(qiáng)的抗干擾能力，使之易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，因而成為實(shí)現(xiàn)“機(jī)電一體化”較理想的控制設(shè)備。
由于PLC具備了以上特點(diǎn)，它把微計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器控制技術(shù)很好地融合在一起，最新發(fā)展的PLC產(chǎn)品，還把直接數(shù)字控制（DDC）技術(shù)加進(jìn)去，并具有監(jiān)控計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的功能。因而它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有的工業(yè)企業(yè)，既能改造傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品成為機(jī)電一體化的新一代產(chǎn)品，又適用于生產(chǎn)過程控制，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、節(jié)能與降低成本。
總之，PLC技術(shù)代表了當(dāng)前電氣控制的世界先進(jìn)水平，PLC與數(shù)控技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人已成為機(jī)械工業(yè)自動化的三大支柱。