同计算机的发展类似,目前,可编程序控制器正朝着两个方向发展。
一是朝着小型、简易、价格低廉的方向发展。如 OMRON 公司的 CQM1、SIEMENS公司的S7-200一类可编程序控制器,2009年又推出了S7-1200,SIEMENS公司将会把较新的通信和控制技术应用在S7-1200这款产品上,同样,SIEMENS也将会用S7-1200这款产品强力打造**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64位RISC芯片,多CPU并行、分时、分任务处理,这样速度可以达到ns级。2013年西门子推出SIMATIC S7-1500,该系列专为中**设备和工厂自动化设计。
大中型CPU的扫描速度在0.2ms/K步。
目前PLC较大容量是几百千字节(KB),较大是几兆字节(MB)。
1.3 PLC的工作原理
在讲述PLC工作原理之前我们先来看看继电器控制的例子,如图1-5所示。1.采用继电器控制
图 1-5(a)是它的控制原理图,图 1-5(b)是一个电动机主电路图,也就是它的接线图。上面接的是电源,这个符号是熔丝标志,电源可以得到过滤,不会出现过载现象。虚线表示是联动开关,表明这三个开关一起动作。通过接线连接下面面两个电动机M1和M2。KM1 和 KM2 也是联动开关,在实际中就是强电开关,就是我们平时见到的闸开关,是手动方式操作的。如果采用继电器控制的话,KM1 和 KM2 作为被控对象,用一个线圈的通和断,也就是1和0来决定开关KM1的通和断。从这个图中我们可以设计两个线圈KM1和KM2,通过线圈的吸合作用来实现对该电路的控制。这就是继电器控制。
图 1-5(a)并不是一个完整的控制电路图,只是一个电路控制原理图。看到的并不是它的实际摆放图。先看图中的几个符号,SB1、SB2是按钮,SB1表示常开,SB2表示常闭,这都是在初始状态下的状况。KM1、KM2 是接触器,KT 是时间继电器。从图 1-5(a)中可以看到,有两个KM1,右边的KM1表示一个线圈,通过它的吸合作用来决定左边的KM1的通和断,也就是右边的KM1起主动作用,左边的是被控对象。同样,KT也是一样的,只不过它是在一定的时间延时之后才可以导通,图中显示的是10s,也就是在KT通电10s时间后,开关KT才可以闭合。下面看它是如何工作的。按下SB1,因为SB2是常闭的,KM1是通的,开关KM1被吸合,所以电动机M1就转动了。这个时候KT也是通的,但是开关KT是在10s之后才会被吸合,这个时候KM2才是通的,所以M2才会转动。从上面的过程中我们可以看出,通过一个开关SB1实现了两个电动机的启动。
从上面的过程中可以看出SB2好像没有用。其实它可以在这里实现两个电动机的停止。当我们按下SB2时,图1-5(a)中右边的支路是断的,所以M1就停止了。那么这个时候M2会不会在10s之后停止?不会。因为支路一断电后,开关KT马上就断开了,并不像通电时的吸合过程要在10s之后。不过,也可以这样理解,SB2是放在主干路上,当然可以同时实现对M1和M2的停止。
从这个简单的例子中,我们可以看到使用一个开关实现对两个电动机的启动,使用另外一个开关实现对两个电动机的停止。
既然PLC控制比继电器控制优越,那么怎么用PLC进行控制呢?下面我们来一一介绍。2.采用PLC控制
从图1-6中我们可以看到,比刚才的图1-5简单了不少。我们知道PLC控制是继电器控制和计算机控制的结合。继电器控制是负责外围的设备,计算机是负责里面的程序。在图1-6中,左边是输入,右边是输出,**部分是里面的程序。这里强调一点就是上面仅仅显示的是输入/输出的连线问题,并不代表输入/输出的联系,它们之间的联系是通过中间的程序体现出来的。刚才我们知道SB1可以控制KM1和KM2来实现两个电动机的启动,SB2实现两个电动机的停止。这个是留给我们的程序来做的,下面来看看我们的程序是如何设计的?
其实左边部分和右边部分刚才已经看到了,上面的I0.0和I0.1只是开关SB1和SB2的代号,把它转换成两个线圈了,但是编程用户并不把它当成SB1和SB2,它们只是和程序之间有个对应关系罢了。比较一下图1-5的继电器控制和图1-7的PLC控制,其实它们基本上是一样的,只不过刚才采用的是继电器控制中的常开和常闭符号,现在采用的是梯形图中的常开和常闭符号。它们的工作原理是一样的。例如,当我们按下开关SB1后,线圈I0.0导通,通过吸合作用使梯形图中的常开闭合,I0.1本来就是闭合的,Q0.0线圈是导通的,所以开关KM1吸合,M1启动。10s之后,开关T37吸合,线圈Q0.1是导通的,所以开关KM2吸合,M2启动。停止过程也一样。细心的人可以看到,图1-5的继电器控制里面SB2是常闭的,在图1-7的PLC控制里面是常开的。这是由PLC的特性所决定的,就是说,所有的开关在刚开始都是开的。看着好像逻辑有问题,但是只要在编写程序时把SB2 作为常闭就可以了,只是它的连接线是常开罢了。这样的一个好处就是把连接线和控制电路分开了。这样有三个好处:
(1)接线时就只注意哪些是输入,哪些是输出。
(2)设计程序时方便。如果它是常闭就设计成常闭,是常开就设计成常开。
(3)I0.1和常闭符号之间只差一个非。如果0代表常开,则非0就代表常闭。NOT I0.1代表常闭。
我们再来看看图1-7,SB1是启动按钮,SB2是停止按钮,现在如果把SB1作为停止按钮,SB2 是启动按钮,我们没有必要管外面的连线,只需要修改里面的程序就可以了。这就是它比继电器控制有优势的地方了。如果对于比较复杂的系统来说,要重新换一种方法时,如果是继电器控制的话,要拔掉的结合)。
(3)接线(对于接线不管是常开还是常闭,只有在控制程序里面才给予考虑)。
(4)控制程序(是按照一定的流程进行的。对于一个程序编写得好坏、能不能运行关键是对程序的流程理解得对不对)。
1.4 PLC的主要应用1.开关量的控制
开关量的逻辑控制是PLC控制较基本的控制。目前,PLC控制的*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。较产的 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。
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*具特长,在中国及世界市场,都占有相当的份额。
美国通用电气公司的GE-Ⅱ系列PLC。GE公司的代表产品是小型机:GE-1、GE-1/J、GE-1/P;中型机:GE-Ⅲ;大型机:GE-V。
美国莫迪康公司(施耐德)的984机也是很**的。其中,E984-785可安装31个远程站点,总控制规模可达63535点。小的为紧凑型,如984-120,控制点数为256点,在较大与较小之间,共20多个型号。美国AB(Alien-Bradley)公司创建于1903年,在世界各地有20多个附属机构,10多个生产基地。可编程控制器也是它的重要产品。它的PLC-5系列是很**的,有PLC-5/10~PLC-5/250多种型号。另外,也有微型PLC,SLC-500即为其中一种。有三种配置,有20、30及40I/O配置选择,I/O点数分别为12/8、18/12及24/16三种。
日本三菱公司的PLC也是较早推广到我国来的。其小型机F1\F2\FX系列在国内用得很多,它的大中型机为A系列、QnA系列、Q系列等。
日本日立公司也生产PLC,其E系列为箱体式的。基本箱体有E-20、E-28、E-40、E-64。其I/O点数分别为12/8、16/12、24/16及40/24。另外,还有扩展箱体,规格与主箱体相同,其EM系列为模块式,可在16~160之间组合。
日本公司也生产PLC,其EX小型机及EX-PLUS小型机在国内也用得很多。它的编程语言是梯形图,其*的编程器用梯形图语言编程。另外,还有EX100系列模块式PLC,点数较多,也是用梯形图语言编程。