plc的定义及主要特点

admin

    plc 一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。国际电工学会(IEC)曾先后于1982年11月、1985年1月和1987年2月发布了可编程序控制器标准草案的第一、第二、第三稿。在第三稿中，对PLC作了如下定义：PLC是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

    定义强调了PLC是：

    (1)数字运算操作的电子系统——也是一种计算机。

    (2)专为在工业环境下应用而设计。

    (3)面向用户指令——编程方便。

    (4)逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作。

    (5)数字量或模拟量输入／输出控制。

    (6)易与控制系统连成一体。

    (7)易于扩充。

    为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC有以下特点。

    1．可靠性高，抗干扰能力强

    工业生产对控制设备的可靠性要求有以下几个方面。

    (1)平均故障间隔时间长。

    (2)故障修复时间（平均修复时间）短。任何电子设备产生的故障，通常为两种。一种是偶发性故障，指由于外界环境恶劣如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件。恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。另一种是永久性故障，指由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。如果能限制偶发性故障的发生条件，使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能延长平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能缩短PLC的平均修复时间。为此，PLC的各生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。

    硬件措施：主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。

    ①屏蔽——对电源变压器、CPU、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。

    ②滤波——对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或π型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也降低了各种模块之间的相互影响。

    ③电源调整与保护——对微处理器所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。

    ④隔离——在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之间电的联系，减少故障和误动作；各I/O口之间亦彼此隔离。

    ⑤采用模块式结构——这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常；同时也有助于加快查找故障原因。

    软件措施：有极强的自检及保护功能。

    ①故障检测——软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等，以便及时进行处理。

    ②信息保护与恢复——当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC在检测到故障条件时，立即把现有状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。

    ③设置警戒时钟WDT(看门狗)——如果程序每循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示着程序进入死循环，立即报警。

    ④加强对程序的检查和校验——一旦程序有错，立即报警，并停止执行。

    ⑤对程序及动态数据进行电池后备——停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。

    PLC的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。它要求能承受幅值为1 000V，上升时间1 ns，脉冲宽度为1μs的干扰脉冲。一般情况下，平均故障间隔时间可达几十万至上千万小时，制成系统亦可达4万~5万小时甚至更长时间。

    2．通用性强，控制程序可变，使用方便

    PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬件设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。

    3．功能强，适应面广

    现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入／输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。

    4．编程简单，容易掌握

    目前，大多数PLC仍采用继电器控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时，用户手册还提供了功能图、语句表等编程语言。

    PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。

    5．减少了控制系统的设计及施工的工作量

    由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计、安装、接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实训室模拟调试，更减少了现场调试的工作量。并且，由于PLC的低故障率，很强的监视功能和模块化等，使维修也极为方便。

  6．体积小、质量轻、功耗低、维护方便

  PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑、坚固，体积小、质量轻，功耗低。以三菱公司的F1 - 40M型PLC为例，其外型尺寸仅为305 mm×110 mm x110 mm，质量2.3 kg，功耗小于25 W；而且具有很好的抗振能力和适应环境温度、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比，面积为47%，体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入／输出可达2.4~128点。