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[分享] 什么是PLC(可编程控制器)?

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发表于 2019-10-23 13:22:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
  可编程控制器(PLC),或可编程控制器是一种工业数字计算机,它已经过了坚固和适应,以控制生产过程,如装配线,或机器人设备,或任何需要高可靠性控制和易于编程和过程故障诊断的活动。
  它们最初是在汽车工业中发展起来的,它提供了灵活、耐用、易于编程的控制器来代替硬连接的继电器、定时器和序列器。自那以后,它们被广泛采用为适合恶劣环境的高可靠性自动化控制器。PLC是一个“硬”实时系统的例子,因为必须在有限的时间内对输入条件产生输出结果,否则会导致意外的操作。
  PLCs可以从小型的“建筑砖”设备,包括几十个输入和输出(I/O),在一个与处理器的外壳集成中,到大型的rack-安装模块设备,包含数千个I/O,这些设备通常与其他PLC和SCADA系统联网。
  它们可以被设计成多种形式的数字和模拟I/O,扩展温度范围,对电气噪音的免疫力,以及对振动和冲击的抵抗。控制机器操作的程序通常存储在电池备份或非易失性存储器中。
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  它来自美国的汽车工业。生产汽车的PLC、控制、定序、安全联锁逻辑主要由继电器、凸轮定时器、鼓式定序器、专用闭环控制器组成。由于这些设备可以在数百甚至数千的范围内进行,因此,为每年的模型转换更新这些设施的过程非常耗时和昂贵,因为电工需要对继电器进行单独的重新连接,以改变其操作特性。
  当数字计算机成为可用的通用可编程设备时,它们很快被应用于工业过程中的顺序和组合逻辑。然而,这些早期的计算机需要专业的编程人员和严格的环境控制来控制温度、清洁度和电能质量。为了应对这些挑战,PLC开发了几个关键的属性。它将容忍车间的环境,它将支持离散(位形式)的输入和输出,以易于扩展的方式,它不需要多年的培训使用,并且它将允许它的操作被监控。由于许多工业过程的时间跨度很容易通过毫秒响应时间来处理,现代(快速、小型、可靠的)电子产品极大地促进了建立可靠的控制器,并且性能可以被用于可靠性。
  1968年,通用汽车公司(通用汽车公司的自动变速器部门)发布了一份关于电子替代品的申请,该提议是基于由工程师爱德华·r·克拉克(Edward R. Clark)编写的一份白皮书提出的。获胜的提案来自马萨诸塞州贝德福德的贝德福德协会。第一个PLC被命名为084,因为它是Bedford Associates的第84个项目。贝德福德协会成立了一个新公司,致力于开发、制造、销售和服务这一新产品:Modicon,它代表模块化的数字控制器。在这个项目上工作的人之一是Dick Morley,他被认为是PLC的“父亲”。Modicon品牌在1977年被出售给Gould Electronics,后来被德国AEG公司收购,然后由法国施耐德电气,目前的所有者。
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  在施耐德电气位于马萨诸塞州北安多佛的工厂里。这是通用汽车公司在经过近20年的不间断服务后退休后,被通用汽车公司提出的。Modicon在其产品系列的最后,使用了84个名字,直到984的名字出现。汽车工业仍然是最大的PLCs用户之一。
  早期的PLCs被设计用来取代继电器逻辑系统。这些PLCs是在“梯形逻辑”中编写的,它非常类似于继电器逻辑的原理图。选择这个程序符号是为了减少对现有技术人员的培训需求。其他早期的PLCs使用了一种基于堆栈的逻辑求解器的指令列表编程形式。
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  现代的PLCs可以通过多种方式编程,从底层的阶梯逻辑到编程语言。另一种方法是状态逻辑,一种非常高级的编程语言,它设计基于状态转换图的PLCs。目前,大多数PLC系统都遵循IEC 61131/3控制系统编程标准,定义了5种语言:梯形图(LD)、结构化文本(ST)、函数框图(FBD)、指令列表(IL)和顺序流程图(SFC)。
  许多早期的PLCs并没有相应的编程终端,它们能够对逻辑进行图形化的表示,因此,逻辑在某种形式的布尔格式中表示为一系列逻辑表达式,类似于布尔代数。随着编程终端的不断发展,基于上述原因的梯形逻辑变得越来越常见,因为它是一种常见的用于机电控制面板的格式。新的格式,如状态逻辑和功能块(类似于使用数字集成逻辑电路时所描述的逻辑),但它们仍然不像梯形逻辑那样受欢迎。这其中的一个主要原因是,PLCs在可预测和重复序列中解决了逻辑问题,而梯形逻辑允许程序员(编写逻辑的人)更容易地看到逻辑序列的时间问题,而不是其他格式的问题。
  早期的PLCs,直到上世纪90年代中期,使用专用编程面板或专用编程终端编程,这些终端通常有专用的功能键,代表PLC程序的各种逻辑元素。一些专有编程终端将PLC程序的元素显示为图形符号,但普通的接触、线圈和导线的ASCII字符表示是常见的。程序存储在盒式磁带上。由于缺乏内存容量,打印和文档的设备非常少。最古老的PLCs使用非挥发性磁芯存储器。
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  最近,PLCs在个人电脑上使用应用软件编程,现在用图形代替字符符号来表示逻辑。计算机通过USB、以太网、RS-232、RS-485或RS-422电缆连接到PLC。编程软件允许对梯形逻辑进行输入和编辑。在一些软件包中,也可以在函数框图、顺序流程图和结构化文本中查看和编辑程序。一般来说,该软件提供了对PLC软件进行调试和故障排除的功能,例如,通过突出显示在操作过程中或通过模拟显示当前状态的部分逻辑。该软件将上传和下载PLC程序,用于备份和恢复。在一些可编程控制器的模型中,程序从个人电脑转到PLC,通过编程板将程序写入一个可移动的芯片,例如EPROM。
  在PLC中有两种类型的接触,它们通常是打开的,通常是关闭的开关。通常开放的接触意味着在按压/关闭时接触,而通常闭合的接触在打开/不按压时打开。触点代表真实世界输入的状态,如传感器,开关,如果零件是现在的,空的,满的等。PLC也包括线圈,它是输出,如电机,泵,灯,定时器等。它们也可以用作梯形图中其他的梯级的输入。
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