可编程控制器的特点及主要功能
(—)可编程控制器的一般特点,
可编程控制器的种类千差万别,为了在恶劣的工业环境中使用,它们却有许多共同的特点。
1 抗干扰能力强,可靠性极高
工业生产对电器控制设备的可靠行的要求非常高,需具有很强的抗干扰能力强,能在很恶劣的环境下(如温度高、湿度大、金属粉尘多、距离高压设备近、有较强的高频电磁干扰等)长期连续可靠地工作,平均无故障时间(MTBF)长,故障修复时间短。能适应工业现场的恶劣环境。可以说,没有任何一种工业控制设备能够达到可编程控制器的可靠性。在PLC的设计和制造过程中,采取了精选元器件及多层次抗干扰等措施,使PLC的平均无故障时间MTBF通常在10万小时以上,有些PLC的平均无故障时间可以达到几十万小时以上,如三菱公司的F1,F2系列的MTBF可达到30万小时,有些高档的MTBF还要高得多,绝这是其他电气设备根本做不到的。
绝大多数的用户将可靠性作为选取控制装置的首要条件,PLC在硬件和软件方面均采取了一系列的抗干扰措施。
硬件方面,首先选用优质器件,采用合理的系统结构,加固、简化安装,使它能抗震动冲击。对印刷电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施。对与工业生产过程中最常见的瞬间干扰,采取的措施主要是采用隔离和滤波技术。PLC的输入和输出电路一般都用光用点耦合器传递信号,做到电浮空,使CPU与外部电路完全切断了电的联系,有效地仰制了外部干扰对PLC的影响。在PLC的电源电路和I/O接口中,还设置多种耦波电路,除了采用常规的模拟耦波器(如LC耦波和n型耦波)外,还加上了数字耦波,消除和仰制高频干扰信号,消弱各种模板之间的相互干扰。用集成电压调整器对微处理器的+5V电源进行调整,以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。在PLC内部还采用了电磁屏蔽措施,对电源变压器、CPU、存储器、编程器等主要部件采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽,以防外界干扰。
软件方面,PLC采取了很多特殊措施,设置了警戒时钟WDT(WatchingDogTuner),系统运行时对WDT定时刷新,一旦程序出现死循环,使之能立即跳出,重新启动并发出报警信号。设置了故障检测及诊断程序,检测系统硬件是否正常,用户程序是否正常,自动地做出相应的处理。如报警、封锁输出、保护数据等。PLC检测到故障时,立即将现场信息存储器,系统软件配合对存储器进行封闭,禁止对存储器的任何操作,防存储信息被破坏。检
测到外界环境正常后,恢复到故障发生前的状态,继续原来的程序工作。PLC特有的循环扫描工作方式,有效地屏蔽了绝大多数的干扰信号。
2编程方便
可编程控制器的设计是面向工业企业中一般电气工程计算人员的。它采用易与理解和掌握的梯形图语言,以及面向工业控制的简单指令。梯形图语言继承了传统继电器控制线路的表达型式(如线圈、触点、动合、动断),考虑到工业中的电气技术人员的看图习惯和微机应用水平,形象、直观,简单、易学。小型PLC,不需专门的计算机知识,只需几天甚至几小时的培训,掌握编程方法。使用PLC深受电气工程技术人员欢迎。
3使用方便
产品系列化和模板化,配有品种齐全的各种软件,用户可灵活组合成各种规模和要求不同的控制系统,在硬件设计方面,确定PLC的硬件配件和I/O通道的外部接线。在PLC构成的控制系统中,只需在PLC的端子上接入相应的输入、输出信号,不需诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬接线电路。在生产工艺流程改变,或生产线设备更新、或系统控制需改变,需变
更控制系统的功能时,一般不需改变或很少改变I/O道的外部接线,只需改变存储器中的控制程序,PLC的输入、输出端子可直接与220V AC,24VDC等强电相连,有较强的带负载能力。
在PLC运行过程中,PLC的面板上(或显示器上)可显示生产过程中用户感兴趣的各种状态和数据,使操作人员做到心中有数,在出现故障甚至发生故时,能及时处理。
4 维护方便
PLC的控制程序可通过编程输入到PLC的用户程序存储器中。编程器可对PLC控制程序进行写入、读出、检测、修改,可对PLC的工作进行监控,使得PLC的操作及维护都很方便。PLC有很强的自诊断能力,可随时检查出自身的故障,显示给操作人员,如FO通道的状态、RAM的后备电池的状态、数据通信的异常、PLC主机或外部的输入装置及执行机构发生故障时,操作人员能迅速检查、判断故障原因,确定故障位置,采取迅速有效的措施。如果是PLC本身故障,在维修时只需更换插入式模板或其他易损件即可完成。
在线编程和离线编程的特点5 设计、施工、调试周期短
用可编程控制器完成一项控制工程时,硬、软件齐全,设计和施工可同时进行用软件编程取代
继电器硬接线实现控制功能,使得控制柜的设计及安装接线工作量大为减少,缩短了施工周期。同时,用户程序大都可以在试验室模拟调试,模拟调试好后再将PLC控制系统在生产现场进行联机统调,使得调试方便、快捷、安全,大大缩短设计和投运周期。
6 易于实现机电一体化
可编程控制器的结构紧凑,体积小,重量轻,可靠性高,抗振防潮和耐热能力强,使之易于安装在机器设备内部。制造出机电一体化产品。随着集成电路制造水平的不断提高,可编程控制器体积将近一步缩小,工能进一步增强,与机械设备有机覅结合起来,在CNC和机器人的应用中必将更加普遍,以PLC作为控制器的CNC设备和机器人装置将成为典型的机电一体化的产品。
(二)可编程控制器的主要用途
PLC采用微电子技术来完成各种控制功能,在现场的输入信号作用下,按照预先输入的程序,控制现场的执行机构,按照一定规律进行动作。其主要功能如下。
1 顺序逻辑控制
这是PLC最基本最广泛的应用领域,用来取代继电器控制系统,实现逻辑控制和顺序控制。它即可用于单机控制或多机控制又可用于自动化生产线的控制。PLC根据操作按钮、限位开关及其他现场给出的指令信号,控制机械运动部件进行相应的操作。
2 运动控制
在机械加工行业,可编程控制器与计算机数控(CNC)集成在一起,完成机床的运动控制。很多PLC制造厂家已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴的位置控制模板。在多数情况下,PLC把描述目标位置的数据送给模板,模板移动一轴或数轴到目标位置。当每个轴移动时,位置控制模板保持适当的速度和加速度,确保运动平滑。目前已用于控制无心磨削、冲压、复杂零件分段冲裁、滚削、磨消应用当中。
3 定时控制
PLC为用户提供了一定数量的定时器,设置了定时器指令,如OMRON公司的CPM1A,,每个定时器可实现0·1~999·9s或0·01~99·9s的定时控制,SIEMENS公司S7 —200系列可提供时基单位为0·1s/0`01s及0·00s 的定时器,实现从0·001s到3276·7s的定时控制。可按一定方式进行定
时时间的扩展。定时精度高,定时设定方便、灵活。PLC还提供了高精度的时钟脉冲,用于准确的实时控制。
4记数控制
PLC为用户提供的记数器分为普通记数器,可逆记数器(增减计数器)、高速计数器等,用来完成不同用途的记数控制命令。计数器值等于计数器设定值,或在某一数值范围时,发出控制命令。计数器的记数值可在运行中被读出,也可在运行中进行修改。
5 步进控制
PLC为用户提供了一定数量的移位寄存器,用移位寄存器可方便地完成步进控制功能。在一道工序完成之后,自动进行下一道工序。一个工作周期结束后,自动进入下一个工作周期。
有些PLC还专门设有步进控制指令,使得步进控制更为方便。
6 数据处理
大部分PLC都具有不同程度的数据处理功能,如F2系列、C系列、S7系列PLC等,能完成数据
运算如;加、减、乘、除、乘方、开方等,逻辑运算如;字与、字或、字异或、求反等,移位、数据比较和传送数值的转换等操作。
7 模、数和数、模转换、
在过程控制或闭环控制系统中,存在温度、压力、流量、速度位移、电流、电压等连续变化的物理量。过去,PLC用于逻辑控制,对于这些物理量的控制主要靠仪表控制或分布式系统DCS。目前,大、中型PLC都具有物理处理功能,很多小型PLC也具有物理量处理功能,编程和使用都很方便。

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