可編程邏輯控制器PLC的歷史發(fā)展及詳細種類(lèi)介紹

每個(gè)控制系統都可以分為三個(gè)通用部分：輸入設備（傳感器），控制器和輸出設備（執行器）。輸入設備感知過(guò)程中發(fā) 生的事情，控制器決定如何處理，而輸出設備操縱過(guò)程以達到期望的結果。 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(lèi)型的過(guò)程控制應用。名稱(chēng)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(hù)能夠對PLC進(jìn)行編程或指令，以執行實(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行單一類(lèi)型控制功能的專(zhuān)用設備，可以指示PLC對從輸入設備接收到的 信號進(jìn)行幾乎任何操作。 PLC作為機電繼電器控制的電子替代品被引入工業(yè)。在繼電器通?？刂齐妱?dòng)機和其他離散輸出設備的啟動(dòng)和停止的應用 中，電子PLC的可靠性意味著(zhù)更少的系統故障和更長(cháng)的使用壽命。 PLC的可重新編程性也意味著(zhù)，必須比繼電器電路更容易實(shí)施對控制系統策略的更改，在繼電器電路中，重新布線(xiàn)是改變 系統功能的唯一方法。 另外，PLC的基于計算機的特性意味著(zhù)過(guò)程控制數據現在可以由PLC通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信，從而可以在遙遠的位置和多個(gè)操 作員站監視過(guò)程狀態(tài)。 PLC作為繼電器替換的傳統可能在其傳統編程語(yǔ)言中最為明顯：一種稱(chēng)為梯形圖的圖形約定。 梯形圖PLC程序類(lèi)似于梯形電氣原理圖，其中垂直電源“導軌”將控制電源傳輸到一組包含開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)和繼電器線(xiàn)圈的并聯(lián) “梯級”電路。 對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)符號表示讀取PLC存儲器中數據位的指令，使用繼電 器線(xiàn)圈符號表示將數據位寫(xiě)入PLC存儲器的指令。 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PLC的新技術(shù)。盡管與其他計算機編程語(yǔ)言相比，梯形圖編程肯定有局限 性，但它相對容易學(xué)習和診斷，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，熱敏電阻和應變 儀。連接到PLC輸出的典型設備包括電燈，螺線(xiàn)管，繼電器線(xiàn)圈，電動(dòng)機接觸器，模擬最終控制元件（例如節流控制閥， 變速電動(dòng)機驅動(dòng)器）和蜂鳴器。 PLC最初是為離散（開(kāi)/關(guān)）控制應用而設計的，例如傳送帶管理，批處理排序和裝配線(xiàn)控制，而現代PLC同樣也具有輸 入和輸出模擬信號的能力。因此，現在找到執行PID回路控制的PLC就像找到打開(kāi)和關(guān)閉離散設備的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(zhuān)用的工業(yè)計算機。 因此，它們的構建要比普通的個(gè)人計算機（PC）更堅固耐用，并且可以運行非?？煽康牟僮飨到y軟件1。PLC通常不包含 磁盤(pán)驅動(dòng)器，冷卻風(fēng)扇或任何其他活動(dòng)部件。 這是一個(gè)有意的設計決策，旨在使惡劣的工業(yè)環(huán)境中的PLC機箱可能經(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 arge PLC系統由一個(gè)機架組成，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系統操作所需的其他功能。 這種“模塊化” PLC可以根據應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中也更容易修復，因為僅需 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，因為PLC的制造商 和型號比我拍攝的要多。但是，它們確實(shí)代表了當前工業(yè)用途中一些較常見(jiàn)的品牌和型號。 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(chǎng)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和通信卡插入機架。這張照片中出現了三個(gè)架子（兩個(gè)完全裝滿(mǎn)了卡 片，第三個(gè)僅部分裝滿(mǎn)了）：

每個(gè)機架的電源和處理器卡位于左側，I / O卡插入其余機架的插槽中。 輸入設備（例如開(kāi)關(guān)和傳感器）通過(guò)電線(xiàn)連接到輸入卡上的端子，而輸出設備（例如燈，螺線(xiàn)管和電動(dòng)機接觸器線(xiàn)圈） 通過(guò)電線(xiàn)連接到輸出卡上的端子。 模塊化PLC構造的好處之一是可以根據需要更換I / O卡，從而根據需要更改PLC的I / O配置。 例如，如果需要將PLC配置為監視更多的傳感器，則可以將更多的輸入卡插入機架，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(lèi)型（例如，從24伏直流傳感器更改為以120伏交流電運行的傳感器），則可以替換另一 種類(lèi)型的輸入卡以匹配新傳感器。 在此特定應用中，PLC用于對自清潔“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)機驅動(dòng)，將捕獲的碎屑刮掉并輸送到固體廢物處理系統。這些PLC負責管理垃圾架的運動(dòng)，廢水液位和 壓力的檢測以及任何人為操作的超控控件的監視。 這些PLC的編程涉及計時(shí)器，計數器，定序器和其他功能，以正確管理垃圾桶的連續運行。 下一張照片顯示了Allen-Bradley（Rockwell）PLC-5系統，用于監視和控制大型天然氣壓縮機的運行。第一張照片中出 現兩個(gè)機架，每個(gè)機架中插入了不同類(lèi)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)和數據記錄功能可確保適當人員查看壓 縮機單元上的關(guān)鍵數據。 對于該特定的壓縮機站，數據從壓縮機所在的華盛頓州一直到主要運營(yíng)中心所在的猶他州進(jìn)行通信。操作員能夠監視壓 縮機的運行狀況，并通過(guò)數字網(wǎng)絡(luò )向壓縮機發(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系統都被現代標準視為“舊式” PLC系統，上一張 照片中的這兩個(gè)系統分別具有大約20年的歷史。 不過(guò)，發(fā)現“過(guò)時(shí)的” PLC仍在運行并不罕見(jiàn)。鑒于其極其堅固的結構和可靠的設計，這些控制系統可以繼續運行數十 年而不會(huì )造成重大麻煩。 Allen-Bradley制造的PLC的較新型號是SLC 500系列（通常稱(chēng)為“ Slick 500”），盡管SLC的機架和模塊也像以前的 PLC-5系統一樣采用模塊化設計。 500設計更緊湊。 下一張照片所示的SLC 500機架有7個(gè)“插槽”，用于插入處理器和I / O卡，編號為0到6（從左到右）：

此特定SLC 500機架的前三個(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“運行”模式，“故障”狀態(tài)，“強制”狀態(tài)（當出于測試目的而將輸入或輸出位強制進(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，該系統控制著(zhù)生物制藥生產(chǎn)設施的高純度水處理系統。 如您在這張照片中所看到的，該特定機架中的所有插槽都不是由I / O卡占用的：