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可编程序控制器在机电设备中的应用
发布时间: 2012-09-30 10:53:00 来源: 编辑: 周文煜

  可编程序控制器简称PLC(如图1所示),是20世纪60年代以来发展极为迅速、应用极为广泛的工业控制装置,是现代工业自动控制的首选产品,与机器人、CAD/CAM(计算机辅助设计/计算机辅助制造)并称为生产自动化的三大支柱。

  

  1三菱FX2N系列PLC外部结构图

  PLC出现前,生产线的控制主要采用继电器。控制一条生产线,需要许多硬件设备,进行复杂的接线,既浪费了许多硬件,又大大拖延了施工周期,增加了产品的成本。

  111 PLC应用领域

  PLC的应用非常广泛。目前,在国内外已广泛应用于钢铁、冶金、化工、轻工、食品、电力、机械、交通运输、汽车制造、建筑、环保、公用事业等各行业。

  PLC按不同的控制类型,已成功应用于以下几个方面:

  1.开关量顺序控制

  这是PLC最广泛的应用领域,也是PLC最基本的控制功能,可用来取代继电器控制系统,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控制和自动化生产线控制。如电动机控制、机床电气控制、电梯自动控制、自动化生产线、数控机床、交通灯等。

  2.模拟量过程控制

  除开关量外,PLC还能控制连续变化的模拟量,如压力、速度、流量、液位、电压和电流等模拟量。通过各种传感器将相应的模拟量转化为电信号,然后通过A/D模块将它们转换为数字量,送到PLC处理,处理后的数字量再通过D/A的转换为模拟量进行输出控制,如通过专用的智能PID模块实现模拟量的闭环过程控制。这一功能主要应用于恒压供水系统、锅炉温度控制等控制系统中。

  3.运动控制

  PLC提供了驱动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块,通过这些模块可实现直线运动或圆周运动的控制。这一功能主要用于各类机床、机器人、装配机械等进行运动控制。

  4.数据处理

  PLC提供了各种数据运算、数据传送、数据转换、数据排序以及位操作等功能,可以实现数据采集、分析和处理。这些数据可通过通信系统传送到其他智能设备,也可利用它们与存储器中的参考值进行比较,或利用它们制作各种要求的报表。数据处理功能一般用于各种行业的大、中型控制系统。

  5.通信功能

  为适应现代工业自动化控制系统的需要——集中及远程管理,PLC可实现与PLC、单片机、打印机及上级计算机互相交换信息的通信功能。

  112 PLC控制与其他控制方式比较

  1PLC与继电器控制比较

  传统的继电器控制只能进行开关量的控制,而PLC既或进行开关量控制,又可进行模拟量控制,还能与计算机联成网络,实现分级控制。

  PLC编程语言中,梯形图是使用最广泛的语言。梯形图与继电器控制原理十分相似,沿用了继电器控制电路的元件符号,仅个别地方有些不同。PLC控制与继电器控制系统相比主要有以下几点区别:

  1)组成器件不同。继电器控制线路是由许多硬件继电器组成,而PLC则是由许多“软继电器”组成。传统的继电器控制系统本来有很强的抗干扰能力,但由于使用了大量的机械触头,因物理性能疲劳、尘埃的隔离性及电弧的影响,系统可靠性大大降低。PLC采用无机械触头的逻辑运算微电子工业技术,复杂的控制由PLC内部运算器完成,故寿命长、可靠性高。

  2)触头的数量不同。继电器的触头数较少,一般只有48对;而“软继电器”可供编程的触头数有无限对。

  3)控制方法不同。继电器控制系统是通过元件间的硬接线来实现的,控制功能就固定在线路中。PLC控制功能是通过软件编程来实现的,只要改变程序,功能即可改变,控制非常灵活。

  4)工作方式不同。在继电器控制线路中,当电源接通时,线路中各继电器处于受制约状态。在PLC中,各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中,每个“软继电器”受制约接通的时间是短暂的。

  2PLC与单片机比较

  可编程序控制器的核心就是一台单片机,在单片机外围配置了相应的接口电路(硬件),在单片机中配置了监控程序(软件),但它又和单片机控制系统有所不同:

  1PLC具有高可靠性。可以说,到目前为止没有任何一个工业控制设备可以达到可编程序控制器的可靠性。PLC在硬件和软件两个方面来解决可靠性的问题,如采用光电隔离、数字滤波、电磁屏蔽等措施来提高PLC的可靠性。单片机与之相比在这方面比较逊色,它在运行过程中很容易受到外界环境的干扰。

  2PLC编程方便,易于使用。PLC可以采用梯形图编程,而梯形图就是从实际电路接线图演变来的,因此这种图形编程方式易懂易编。但单片机采用专门的编程语言,指令多,关系复杂,要求使用者具有较高计算机编程能力和接口技术。

  3PLC与其他装置配置连接方便。PLC的接口原则就是使用外部接线,电平转换尽量少,一般PLC的输出有继电器型、晶体管型和晶闸管型三种,它们直接与相关的电器元件相连。另外PLC还配置了A /DD /ARS232等接口元件,不需用户来考虑具体的设置问题,大量的问题在PLC内部解决。但用单片机构成一个控制系统时,则需要用户考虑电子转换、滤波、功率放大等问题。

  4PLC多用于过程控制,而单片机多用于实时控制系统。

  113PLC的特点

  PLC以其高抗干扰能力、高可靠性、高性价比且编程简单而广泛地应用在现代自动生产设备中,担负着生产线的大脑——微处理单元的角色。

  PLC是由工业专用微型计算机、输入/输出继电器、保护及抗干扰隔离电路等组成的微机控制装置。由于它具有可编程的功能,且基本输入/输出端口全部使用开关量,因而完全可以替代继电器控制系统和由分立元件构成的控制系统。从应用角度来看,可编程序控制器具有如下特点:

  1.可靠性高:可编程序控制器的输入/输出端口均采用继电器或光耦合器件,即基本输入/输出点均为开关量,同时附加有隔离和抗干扰措施,具有很高的抗干扰能力,因而能在比较恶劣的环境下可靠工作。

  2.体积小:在制造时采用了大规模集成电路和微处理器,用软件编程替代硬连线,达到了小型化,便于安装。

  3.通用性好:可编程序控制器采用了模式化结构,一般有CPU模块、电源模块、通讯模块、PID模块、模拟输入/输出模块等。用这些模块可以灵活地组成各种不同的控制系统。对不同的控制系统,只需选取不同的模块设计相应的程序即可。

  4.使用方便、灵活:对于不同的控制系统,当控制对象及输入/输出硬件结构选定后,若要改变控制方式或对控制对象作一些改动,只需修改相应程序即可,无须对系统连线作较大的修改。从而减少了现场调试的工作量,提高了工作效率。

    

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