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什么是PLC,它的應用領域有哪些?

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    什么是PLC?
    它是一種即時系統有別於個人電腦 傳統式以繼電器為主的電機控制系統中, 每當變更設計時,整個系統幾乎都要重新製作, 不但費時又費力;同時由於繼電器還有接點接觸不良、磨損、體積大之缺點, 因此造成成本升高、可靠性低、不易檢修等問題.為了改善這些缺點, 美國DEC在1969年首度發表:可程式控制器(Programmable Controller).

    程式控制器在發表初期被稱為(Programmable Logic -Controller)簡稱PLC, 最先的目的是取代繼電器,執行繼電器邏輯及其他計時或計數等功能的順序控制為主, 所以也稱順序控制器,其結構也像一部微電腦,所以也可稱為微電腦可程式控制器(MCPC),直到1976年,美國電機製造協會正式給予命名為Programmable Controller, 即可程式控制器,簡稱PC,由於目前個人電腦(Personal Computer)極為普遍, 加上常與可程式控制器配合使用,為了區分兩者, 所以一般都稱可程式控制器為PLC 以加以分別. 目前市面上之PLC種類繁多,依照製造廠商及適用場所的不同而有所差異, 但是每種廠牌可依機組複雜度分為大、中、小型;而一般工廠及學校通常使用小型PLC, 其中以日系MITSUBISHI三菱F系列及我國士林電機所生產之A系列PLC較受國人愛用. 而本CAI將以三菱FX2 PLC 為主加以介紹,望使用者能對PLC有更深的瞭解, 在使用PLC時能更得心應手. 可程式控制器內部基本結構可用下圖來表示, 其內部處單元包括CPU、輸入模組、輸出模組三大部門, PLC的CPU 會經由輸入模組取得輸入元件所產生的訊號, 再從記憶體中逐一取出原先以程式書寫器中輸入的控制指令, 經由運算部門邏輯演算後,再將結果過輸出模組加以驅動外在的輸出元件.

    PLC的工作原理
    一. 掃描技術
       當PLC投入運行后,其工作過程一般分為三個階段,即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間,PLC的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。
    (一) 輸入采樣階段
      在輸入采樣階段,PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據,并將它們存入I/O映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后,轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中,即使輸入狀態和數據發生變化,I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此,如果輸入是脈沖信號,則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。
    (二) 用戶程序執行階段
      在用戶程序執行階段,PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時,又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路,并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算,然后根據邏輯運算的結果,刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態;或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態;或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。
      即,在用戶程序執行過程中,只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化,而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化,而且排在上面的梯形圖,其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用;相反,排在下面的梯形圖,其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。
    (三) 輸出刷新階段
      當掃描用戶程序結束后,PLC就進入輸出刷新階段。在此期間,CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路,再經輸出電路驅動相應的外設。這時,才是PLC的真正輸出。
      同樣的若干條梯形圖,其排列次序不同,執行的結果也不同。另外,采用掃描用戶程序的運行結果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結果有所區別。當然,如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略,那么二者之間就沒有什么區別了。
      一般來說,PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等,如下圖所示,即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執行、輸出刷新等所有時間的總和。

    PLC的應用領域
    目前,PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業,使用情況大致可歸納為如下幾類。

    開關量的邏輯控制
    這是PLC最基本、最廣泛的應用領域,它取代傳統的繼電器電路,實現邏輯控制、順序控制,既可用于單臺設備的控制,也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。

    模擬量控制
    在工業生產過程當中,有許多連續變化的量,如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量,必須實現模擬量(Analog)和數字量(Digital)之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊,使可編程控制器用于模擬量控制。

    運動控制
    PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說,早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執行機構,現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能,廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

    過程控制
    過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機,PLC能編制各種各樣的控制算法程序,完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC都有PID模塊,目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。

    數據處理
    現代PLC具有數學運算(含矩陣運算、函數運算、邏輯運算)、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置,或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統,如無人控制的柔性制造系統;也可用于過程控制系統,如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。

    通信及聯網
    PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發展,工廠自動化網絡發展得很快,各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能,紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的PLC都具有通信接口,通信非常方便。

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