从PLC的控制功能来分,PLC的发展经历了以下四个阶段。
第一阶段,第一台PLC问世到20世纪70年代中期,是PLC的初创阶段。
该时期的PLC产品主要用于逻辑运算、定时和计数,它的CPU由中小规模的数字集成电路组成,它的控制功能比较简单。该阶段的代表产品有莫迪康(Modicon)公司(现在属于施耐德电气旗下的一个品牌)的084、艾伦-布拉德利(Allen-Bradley,AB)公司(Allen-Bradley现属于罗克韦尔自动化旗下重要的品牌)的PDQII、DEC的PDP-14和日立(HITACHI)公司的SCY-022等。
第二阶段,20世纪70年代中期到末期,是PLC的实用化发展阶段。
该时期PLC产品的主要控制功能得到了较大的发展。随着多种8位微处理器的相继问世,PLC技术产生了飞跃发展。在逻辑运算功能的基础上,增加了数值运算、闭环调节功能,提高了运算速度,扩大了输入/输出规模。该阶段的代表产品有Modicon公司的184、284、384,西门子公司的SYMATIC S3系列,富士电机公司的SC系列等。
第三阶段,20世纪70年代末期到20世纪80年代中期,是PLC通信功能的实现阶段。
与计算机通信的发展相联系,PLC也在通信方面有了很大的发展,初步形成了分布式的通信网络体系。但是,由于生产厂家各自为政,通信系统自成系统,因此不同生产厂家的产品互相通信是较困难的。在该阶段,由于生产过程控制的需要,对PLC的需求大大增加,产品的功能也得到了发展,数学运算的功能得到了较大的扩充,产品的可靠性进一步提高。该阶段的代表产品有富士电机公司的MI-CREX和德州仪器(Texas Instruments,TI)公司的TI530等。
第四阶段,20世纪80年代中期至今,是PLC的开放阶段。
由于开放系统的提出,使PLC得到了较快的发展。主要表现为通信系统的开放,使各生产厂家的产品可以互相通信,通信协议的标准化使用户得到了好处。在这一阶段,产品的规模增大,功能不断完善,大、中型产品多数有CRT屏幕的显示功能,产品的扩展也因通信功能的改善而变得方便,此外,产品还采用了标准的软件系统,增加了**编程语言等。该阶段的代表产品有西门子公司的SYMATIC S5和S7系列和AB公司的PLC-5等。
西门子HMI操作面板的应用
IM 151-7 CPU接口模块用于SIMATIC ET 200S,带有集成CPU,可以增强整套设备和机器的有效性和系统的可用性。IM 151-7 CPU接口模块通过PROFIBUS DP总线进行编程,并提供全新的SIMATIC微存储卡,由于没有电池,因此免维护。另外,IM 151-7 CPU接口模块与S7-314的CPU功能一致。
ET 200S CPU脱网运行模式时,IM 151-7 CPU作为PLC单独运行,功能与S7-314一致。ET 200S CPU联网运行模式时,IM 151-7 CPU作为智能型从站运行,CPU快速响应处理现场I/O信号,并与PROFIBUS主站交换数据。
如果使用用于IM 151-7 CPU接口模块的主站接口模块(订货号MLFB 6ES7 151-7AA10-0AB0),则可将IM 151-7 CPU接口模块升级为PROFIBUS主站,即在一个IM 151-7 CPU上扩展一个新的PROFIBUS子网,功能相当于S7-314 CPU中的DP主站组态接口。通过主站接口模块,可以低成本地实现多层PROFIBUS系统,从而提高整个系统的可用性,并在PROFIBUS子网上实现高速响应(*高速率为12 Mbit/s,*远传输距离为1000m)
传统的生产机械多采用继电器、接触器控制,这种控制系统通常称为继电器控制系统。继电器控制系统具有结构简单、价格低廉、容易操作等优点,但它同时又具有体积庞大、生产周期长、接线复杂、故障率高、可靠性及灵活性差等缺点,比较适用于工作模式固定、控制逻辑简单的工业应用场合。
随着工业生产的迅速发展,生产规模不断扩大,控制技术不断提高,传统的继电器控制系统越来越不适应现代工业发展的需要,迫切需要设计一种先进的自动控制装置。于是,1968年美国通用汽车公司(GM)便提出一种设想:把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,制成一种通用控制装置。这种通用控制装置把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化,采用面向控制过程、面向对象的语言编程。
1969年,美国数字设备公司(Digital Equipment Corporation,DEC)根据这一设想,研制成功了世界上第一台可编程序控制器PDP-14,并在汽车自动装配线上成功试用。该设备用计算机作为核心设备,其控制功能是通过存储在计算机中的程序来实现的,这就是人们常说的存储程序控制。由于当时主要用于顺序控制,只能进行逻辑运算,故称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)。
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随着控制技术的发展,PLC的结构和功能得到了不断改进,各生产厂家不断推出功能更强的PLC产品,平均3~5年更新换代一次。PLC的发展可归纳为以下几个方面。1.小型化、专用化、低成本
随着微电子技术的发展,新型电子器件的广泛应用,PLC的功能大幅度地提高,而成本大幅度地降低。PLC的功能不断加强,将原来大、中型PLC才有的功能移植到小型PLC上。PLC结构更加紧凑、小巧,体积更小,安装和操作使用十分简便。由于PLC价格不断下降,使其真正成为继电器控制系统的替代产品。2.系列化、标准化、模块化
每个生产PLC的厂家都有自己的系列产品,同一系列的产品指令及使用向上兼容,以满足新机型的推广和使用。为了推动技术标准化的进程,一些国际性组织,如国际电工委员会(IEC),不断为PLC的发展制定一些新的标准,对各种类型的产品做一定的归纳或定义,对PLC未来的发展制定一种方向(或框架)。模块式结构使系统的构成更加灵活、方便;功能明确化、专用化的复杂功能由专门模块来完成。一般的PLC可分为主模块、扩展模块、I/O模块及各种高性能模块等,每种模块的体积都较小,相互连接方便,使用更简单,通用性更强。主机仅通过通信设备向模块发布命令和测试状态,这样使得PLC的系统功能进一步增强,控制系统设计进一步简化。3.高速化、大容量化和高性能化
大型PLC采用多微处理器系统,如有的采用了32位微处理器,可同时进行多任务操作,处理速度提高,存储容量大大增加。PLC的功能进一步加强,以适应各种控制的需要,使计算、处理功能进一步完善,特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外,PLC可以代替计算机进行管理、监控。智能I/O组件也将进一步发展,用来完成各种专门的任务(如位置控制、PID调节、远程通信等)