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箱体式的PLC还有I/O扩展箱体,它不含CPU,仅有电源及I/O单元的功能。扩展箱体也是按I/O点数的多少划分有不同的规格。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。
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(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。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到目前为止,PLC的发展经历了五个阶段: