可編程邏輯控制器PLC的歷史發(fā)展及詳細(xì)種類介紹

每個(gè)控制系統(tǒng)都可以分為三個(gè)通用部分：輸入設(shè)備（傳感器），控制器和輸出設(shè)備（執(zhí)行器）。輸入設(shè)備感知過(guò)程中發(fā) 生的事情，控制器決定如何處理，而輸出設(shè)備操縱過(guò)程以達(dá)到期望的結(jié)果。 甲可編程邏輯控制器或PLC是一個(gè)通用控制器，適用于許多不同類型的過(guò)程控制應(yīng)用。名稱中的“可編程”一詞揭示了 PLC之所以如此有用的原因：最終用戶能夠?qū)LC進(jìn)行編程或指令，以執(zhí)行實(shí)際上可以想象的任何控制功能。 與PID回路控制器不同，PID回路控制器是旨在執(zhí)行單一類型控制功能的專用設(shè)備，可以指示PLC對(duì)從輸入設(shè)備接收到的 信號(hào)進(jìn)行幾乎任何操作。 PLC作為機(jī)電繼電器控制的電子替代品被引入工業(yè)。在繼電器通常控制電動(dòng)機(jī)和其他離散輸出設(shè)備的啟動(dòng)和停止的應(yīng)用 中，電子PLC的可靠性意味著更少的系統(tǒng)故障和更長(zhǎng)的使用壽命。 PLC的可重新編程性也意味著，必須比繼電器電路更容易實(shí)施對(duì)控制系統(tǒng)策略的更改，在繼電器電路中，重新布線是改變 系統(tǒng)功能的唯一方法。 另外，PLC的基于計(jì)算機(jī)的特性意味著過(guò)程控制數(shù)據(jù)現(xiàn)在可以由PLC通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，從而可以在遙遠(yuǎn)的位置和多個(gè)操 作員站監(jiān)視過(guò)程狀態(tài)。 PLC作為繼電器替換的傳統(tǒng)可能在其傳統(tǒng)編程語(yǔ)言中最為明顯：一種稱為梯形圖的圖形約定。 梯形圖PLC程序類似于梯形電氣原理圖，其中垂直電源“導(dǎo)軌”將控制電源傳輸?shù)揭唤M包含開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)和繼電器線圈的并聯(lián) “梯級(jí)”電路。 對(duì)PLC進(jìn)行編程的人員實(shí)際上是在屏幕上繪制該圖，使用繼電器觸點(diǎn)符號(hào)表示讀取PLC存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)位的指令，使用繼電 器線圈符號(hào)表示將數(shù)據(jù)位寫(xiě)入PLC存儲(chǔ)器的指令。 開(kāi)發(fā)這種編程風(fēng)格是為了使工業(yè)電工更容易適應(yīng)PLC的新技術(shù)。盡管與其他計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言相比，梯形圖編程肯定有局限 性，但它相對(duì)容易學(xué)習(xí)和診斷，這就是為什么它今天仍作為PLC編程語(yǔ)言流行的原因。 連接到PLC輸入的典型設(shè)備包括手動(dòng)開(kāi)關(guān)，過(guò)程開(kāi)關(guān)，傳感器，模擬變送器（4-20 mA），熱電偶，熱敏電阻和應(yīng)變 儀。連接到PLC輸出的典型設(shè)備包括電燈，螺線管，繼電器線圈，電動(dòng)機(jī)接觸器，模擬最終控制元件（例如節(jié)流控制閥， 變速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器）和蜂鳴器。 PLC最初是為離散（開(kāi)/關(guān)）控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，例如傳送帶管理，批處理排序和裝配線控制，而現(xiàn)代PLC同樣也具有輸 入和輸出模擬信號(hào)的能力。因此，現(xiàn)在找到執(zhí)行PID回路控制的PLC就像找到打開(kāi)和關(guān)閉離散設(shè)備的PLC一樣可能。 PLC實(shí)例 可編程邏輯控制器本質(zhì)上只不過(guò)是專用的工業(yè)計(jì)算機(jī)。 因此，它們的構(gòu)建要比普通的個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）更堅(jiān)固耐用，并且可以運(yùn)行非常可靠的操作系統(tǒng)軟件1。PLC通常不包含 磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，冷卻風(fēng)扇或任何其他活動(dòng)部件。 這是一個(gè)有意的設(shè)計(jì)決策，旨在使惡劣的工業(yè)環(huán)境中的PLC機(jī)箱可能經(jīng)受極端溫度，振動(dòng)，濕度和空氣傳播的微粒（灰 塵，纖維和/或煙霧）的影響，從而最大程度地提高硬件的可靠性。大號(hào) arge PLC系統(tǒng)由一個(gè)機(jī)架組成，電路“卡”插入其中。這些卡包括處理器，輸入和輸出（I / O）點(diǎn)，通信端口以及完整 PLC系統(tǒng)操作所需的其他功能。 這種“模塊化” PLC可以根據(jù)應(yīng)用程序的特定需求進(jìn)行不同配置。單個(gè)卡故障在模塊化系統(tǒng)中也更容易修復(fù)，因?yàn)閮H需 要更換發(fā)生故障的卡，而不是更換所有卡或整個(gè)卡架。

小型PLC系統(tǒng)由包含所有處理器，I / O和通信功能的整體“磚”組成。這些PLC通常比它們的模塊化表親便宜得多，但是 I / O功能也受到更多限制，并且在發(fā)生故障時(shí)必須整體上替換。 下圖顯示了實(shí)際PLC系統(tǒng)的一些示例，其中一些是模塊化的，一些是整體的。這些選擇絕不是全面的，因?yàn)镻LC的制造商 和型號(hào)比我拍攝的要多。但是，它們確實(shí)代表了當(dāng)前工業(yè)用途中一些較常見(jiàn)的品牌和型號(hào)。 第一張照片是西門(mén)子（Texas Instruments）505系列PLC的安裝在市政廢水處理廠的控制面板中。 這是模塊化PLC的示例，其中單個(gè)處理器，I / O和通信卡插入機(jī)架。這張照片中出現(xiàn)了三個(gè)架子（兩個(gè)完全裝滿了卡 片，第三個(gè)僅部分裝滿了）：

每個(gè)機(jī)架的電源和處理器卡位于左側(cè)，I / O卡插入其余機(jī)架的插槽中。 輸入設(shè)備（例如開(kāi)關(guān)和傳感器）通過(guò)電線連接到輸入卡上的端子，而輸出設(shè)備（例如燈，螺線管和電動(dòng)機(jī)接觸器線圈） 通過(guò)電線連接到輸出卡上的端子。 模塊化PLC構(gòu)造的好處之一是可以根據(jù)需要更換I / O卡，從而根據(jù)需要更改PLC的I / O配置。 例如，如果需要將PLC配置為監(jiān)視更多的傳感器，則可以將更多的輸入卡插入機(jī)架，然后將其連接到這些傳感器。 或者，如果需要更改傳感器的類型（例如，從24伏直流傳感器更改為以120伏交流電運(yùn)行的傳感器），則可以替換另一 種類型的輸入卡以匹配新傳感器。 在此特定應(yīng)用中，PLC用于對(duì)自清潔“垃圾架”的操作進(jìn)行排序，該“垃圾架”用于在處理之前從市政廢水中篩選出大塊 碎片，例如抹布，木棍和其他不可降解的物品。 這些垃圾架由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，將捕獲的碎屑刮掉并輸送到固體廢物處理系統(tǒng)。這些PLC負(fù)責(zé)管理垃圾架的運(yùn)動(dòng)，廢水液位和 壓力的檢測(cè)以及任何人為操作的超控控件的監(jiān)視。 這些PLC的編程涉及計(jì)時(shí)器，計(jì)數(shù)器，定序器和其他功能，以正確管理垃圾桶的連續(xù)運(yùn)行。 下一張照片顯示了Allen-Bradley（Rockwell）PLC-5系統(tǒng)，用于監(jiān)視和控制大型天然氣壓縮機(jī)的運(yùn)行。第一張照片中出 現(xiàn)兩個(gè)機(jī)架，每個(gè)機(jī)架中插入了不同類型的I / O卡：

PLC提供的自動(dòng)控制可確保安全，有效地啟動(dòng)，關(guān)閉和處理緊急事件。PLC的聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)記錄功能可確保適當(dāng)人員查看壓 縮機(jī)單元上的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。 對(duì)于該特定的壓縮機(jī)站，數(shù)據(jù)從壓縮機(jī)所在的華盛頓州一直到主要運(yùn)營(yíng)中心所在的猶他州進(jìn)行通信。操作員能夠監(jiān)視壓 縮機(jī)的運(yùn)行狀況，并通過(guò)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)向壓縮機(jī)發(fā)出命令。 西門(mén)子（以前的德州儀器）505和艾倫-布拉德利（羅克韋爾）PLC-5系統(tǒng)都被現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)視為“舊式” PLC系統(tǒng)，上一張 照片中的這兩個(gè)系統(tǒng)分別具有大約20年的歷史。 不過(guò)，發(fā)現(xiàn)“過(guò)時(shí)的” PLC仍在運(yùn)行并不罕見(jiàn)。鑒于其極其堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)和可靠的設(shè)計(jì)，這些控制系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行數(shù)十 年而不會(huì)造成重大麻煩。 Allen-Bradley制造的PLC的較新型號(hào)是SLC 500系列（通常稱為“ Slick 500”），盡管SLC的機(jī)架和模塊也像以前的 PLC-5系統(tǒng)一樣采用模塊化設(shè)計(jì)。 500設(shè)計(jì)更緊湊。 下一張照片所示的SLC 500機(jī)架有7個(gè)“插槽”，用于插入處理器和I / O卡，編號(hào)為0到6（從左到右）：

此特定SLC 500機(jī)架的前三個(gè)插槽（0、1和2）分別被處理器卡，模擬輸入卡和離散輸入卡占用。 插槽3和4空閑（露出背板電路板和用于接收新卡的連接器）。插槽5和6分別容納離散輸出卡和模擬輸出卡。 該系統(tǒng)中所有卡上可見(jiàn)的功能是多個(gè)LED指示燈，旨在顯示每個(gè)卡的狀態(tài)。 處理器卡具有用于“運(yùn)行”模式，“故障”狀態(tài)，“強(qiáng)制”狀態(tài)（當(dāng)出于測(cè)試目的而將輸入或輸出位強(qiáng)制進(jìn)入某些狀態(tài) 時(shí)）的LED指示器以及通信網(wǎng)絡(luò)指示器。 每個(gè)離散I / O卡都有指示每個(gè)I / O位的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)的LED指示燈，而模擬卡有一個(gè)LED指示燈，表示該卡已通電。 下一張照片顯示了九槽SLC 500系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制著生物制藥生產(chǎn)設(shè)施的高純度水處理系統(tǒng)。 如您在這張照片中所看到的，該特定機(jī)架中的所有插槽都不是由I / O卡占用的：