可编程控制器实验设备,让理论教学结出实践之果-上海硕博公司

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可编程控制器的分类

“可编程控制器”（PLC）是高职高专机电类专业中应用性很强的专业课。近年来随着计算机技术，自动控制技术，现代制造技术的迅速发展，电气控制技术已由继电器，接触器硬接线的常规控制转向以计算机为核心的软件控制，PLC和CNC（计算机数字控制）系统是典型的现代电气控制装置，它们具有抗干扰能力强，可靠性和性价比高，编程方便，结构模块化，易于网络化等技术特点，可与多种智能化电气传动产品相连接，实现各种生产设备或工业过程的自动控制。随着微电子技术、计算机技术、通信技术、容错控制技术、数字控制技术的飞速发展，可编程控制器的数量、型号、品种以异乎寻常的速度发展。目前，可编程控制器的生产厂家众多，产品型号、规格不可胜数，但主要分为欧、日、美三大块。在中国市场上，欧洲的代表是西门子公司，日本的代表是三菱和欧姆龙公司，美国的代表是AB与GE公司。各大公司在中国均推出自己的从微型到大型的系列化产品。
“可编程控制器”在中国市场上最具竞争力的西门子公司、三菱公司、欧姆龙公司、AB公司所推出的PLC，它们均为从小到大全系列产品，可以满足各种各样的要求。下面对其系列产品进行简单介绍。
西门子公司的主要产品有：
S7-200：微型PLC，单机最大容量为256点；
S7-300：小到中型PLC，单机最大容量为1　K点；
S7-400：大到超大型PLC，单机可组态点数过万点。
三菱公司的主要产品有：
FX系列：小型PLC，单元式，单机最大容量为256点；
A系列、AnS系列、Q系列、QnA系列等：模块式大型PLC，最大容量为8　K点。
欧姆龙公司的主要产品有：
Mini　SK20、SRM1、CPM1A、CPM2A等：微型PLC，单机最大容量为256点； C200、SYSMAC、CQM1等：小到中型PLC，单机最大容量为1　K点；
CVM1、CV500～2000等：大到超大型PLC，单机可组态点数过5000点。
AB公司的主要产品有：
Micrologix：微型PLC，单机最大容量为256点；
SCL500：小到中型PLC，单机最大容量为1K点；
PLC5：大到超大型PLC，单机可组态点数过万点。
由上可见PLC的类型多，型号各异，各生产厂家的规格也各不相同。因此如何进行分类存在不少困难，一般按以下原则考虑。
PLC的容量主要是指PLC的输入/输出（I/O）点数。按容量可将PLC分为以下三类：
（1）小型PLC：I/O总点数在256点以下，有的将64点及64点以下的称为微型PLC。
（2）中型PLC：I/O总点数在256～2048点之间。
（3）大型PLC：I/O总点数在2048点以上。
一般而言，处理的I/O点数比较多时，控制关系也比较复杂，用户要求的程序存储器容量也比较大，要求PLC指令及其他功能也比较多，指令执行的过程也较快等。功能和容量存在一定的关系，但不是绝对的。
值得注意的是，大、中、小型PLC的划分并无严格的界限，各厂家也存在不同的看法。PLC的输入/输出点数可按需要灵活配置。不同类型PLC的指令及功能还在不断增加。故用户选用时应针对不同厂商的产品进行具体分析。
2、按结构形式分类
按结构形式的不同，PLC主要可分为箱体式和模块式两类。
（1）箱体式结构。箱体式结构又称为整体式结构。它的特点是将PLC的基本部件，如CPU板、输入板、输出板、电源板等很紧凑地安装在一个标准机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元（主机）或扩展单元。基本单元上设有扩展端子，通过电缆与扩展单元相连，以构成PLC不同的配置。箱体式结构PLC体积小，成本低，安装方便。微型PLC采用这种结构形式的比较多。
（2）模块式结构。这种结构的PLC由一些标准模块单元构成。这些标准模块如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等，插在框架上或基板上即可组装而成各种PLC。各模块功能是独立的，外型尺寸是统一的，插入什么模块可根据需要灵活配置。目前，中、大型PLC和一些小型PLC多采用这种结构形式。
二、可编程序控制器的应用
随着PLC功能的不断完善和性能价格比的不断提高，PLC的应用面也越来越广泛。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、石油、水泥、化工、电子、机械制造、汽车、船舶、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等行业。PLC的应用范围通常可分为如下五种类型。
1、顺序控制
这是当今PLC应用最广泛的领域。它取代了传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制。例如：注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、包装生产线、电镀流水线及电梯控制等等。
2、运动控制
PLC制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据送给模块，模块移动一轴或数轴到达目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。运动的编程可用PLC的编程语言完成。操作员用手动方式把轴移动到某个目标位置，模块就得知了位置和运动参数，之后可用编辑程序来改变速度和加速度等运动参数，使运动平滑。相对来说，位置控制模块比CNC装置体积更小，价格更低，速度更快，操作更方便。
3、过程控制
PLC能控制大量的物理参数，例如温度、压力、速度和流量。PID（Proportional　Integral　Derivative）模块的提供使PLC具有闭环控制功能，即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当控制过程中某个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上。PID算法一旦适应了工艺，就不管工艺混乱与否而会保持设定值。
4、数据处理
机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数字控制（CNC）设备紧密结合的趋向。著名的日本FANUC公司推出的System10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据的自由传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，然后由PLC送至CNC设备使用。同样，美国GE公司的NC设备新机种也使用了具有数据处理的PLC。东芝公司的TOSNUC600也将CNC和PLC组合在一起，预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。
5、通信和联网
为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散系统等发展的需要，首先必须发展PLC之间、PLC和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电、故障时的对策等。日本三菱公司开发的CC-Link系列就是一例。PLC之间、PLC和上级计算机之间都采用光纤通信，多级传递。I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络联接构成集中管理信息的分布式网络系统。
PLC具有如下基本性能：
（1）基本的控制功能
基本的控制功能包括顺序控制、定时、计数、逻辑运算和四则运算等。
（2）存储器
多数采用CMOS　RAM存储器，有保护电源（多数用锂电池）。也可采用可擦写的EPROM存储器。
（3）输入/输出（I/O）。关于输入/输出组件，一般都提供有交流115　V、220　V的功率输入/输出组件；　直流24　V、48　V和115　V以及TTL电平输入/输出组件；　有的还提供继电器触点（常开或常闭）输出组件。
（4）编程语言。最常用的是继电器梯形图编程方式，美国把它定为国家标准。国际电工委员会颁布的标准草案中规定，除用梯形图编程方式外，还可采用功能块、指令表或布尔代数等编程语言。
（5）扫描时间。扫描时间是指执行一次解读用户逻辑程序所需的时间。一般1000条指令执行时间为10　ms左右，小型和超小型的机器扫描时间可能大于40　ms。
（6）诊断功能。一般提供通电检查和指示故障软件。
（7）通信接口。一般都提供RS-232C串行通信接口，以便连接打印机或其他类型的机器，如管理计算机等。
（8）电源。机器动力电源既可用115　V交流电源，也可用220　V交流电源，可通过跨接短路片进行选择。
（9）工作环境。一般都能在下列环境条件下工作：温度为0～60℃；　湿度小于95％（无结霜）。
（10）编程器。PLC采用的编程器有下面三种类型：
①简易编程器。用于小型和超小型的PLC。
②CRT编程器。用于中、大规模的PLC，可显示逻辑阶梯图、数据信息和报警信息指示等。

③计算机编程。随着个人计算机的大力普及，有些中、大规模的PLC已采用计算机编程，多数用IBM-PC或类似的个人计算机。这种场合下，计算机除用作编程外，还兼有管理和操作指导功能。
PLC的高级功能
一般超小规模和小规模的PLC只具有基本性能，下面介绍的高级功能只有中型机以上的机型才有。
（1）数据传送和矩阵处理功能。可适应工厂管理的需要。
（2）PID调节功能。备有模拟量输入/输出组件和PID调节软件包，以满足化工等部门批量控制的要求。
（3）ASCLL
一般超小规模和小规模的PLC只具有基本性能，下面介绍的高级功能只有中型机以上的机型才有。
（1）数据传送和矩阵处理功能。可适应工厂管理的需要。
（2）PID调节功能。备有模拟量输入/输出组件和PID调节软件包，以满足化工等部门批量控制的要求。
（3）ASCLL代码操作功能。可适应连接多种终端设备，且可用ASCLL代码直接编程。
（4）远程I/O功能。I/O通道可以分散安装在被控设备附近，以减少现场电缆布线和系统成本。
（5）智能I/O组件。目前高档机提供的智能I/O组件有：高速计数器、热电偶或热电阻直接输入组件、PID调节功能组件、BCD码输入组件、高温控制组件、阀门控制组件、位置控制组件等。
（6）图形显示功能。借助于图形显示软件包和计算机CRT屏幕显示，可方便和直观地显示被控机械或过程的运行工况。
（7）联网功能。通过数据高速公路（Data　Highway）连接多台PLC，或将PLC和管理计算机连接，以构成控制网络。