可編程邏輯控制器PLC的歷史發(fā)展及詳細種類介紹

每個控制系統(tǒng)都可以分為三個通用部分：輸入設備（傳感器），控制器和輸出設備（執(zhí)行器）。輸入設備感知過程中發(fā) 生的事情，控制器決定如何處理，而輸出設備操縱過程以達到期望的結(jié)果。 甲可編程邏輯控制器或PLC是一個通用控制器，適用于許多不同類型的過程控制應用。名稱中的“可編程”一詞揭示了 PLC之所以如此有用的原因：最終用戶能夠?qū)LC進行編程或指令，以執(zhí)行實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(zhí)行單一類型控制功能的專用設備，可以指示PLC對從輸入設備接收到的 信號進行幾乎任何操作。 PLC作為機電繼電器控制的電子替代品被引入工業(yè)。在繼電器通常控制電動機和其他離散輸出設備的啟動和停止的應用 中，電子PLC的可靠性意味著更少的系統(tǒng)故障和更長的使用壽命。 PLC的可重新編程性也意味著，必須比繼電器電路更容易實施對控制系統(tǒng)策略的更改，在繼電器電路中，重新布線是改變 系統(tǒng)功能的唯一方法。 另外，PLC的基于計算機的特性意味著過程控制數(shù)據(jù)現(xiàn)在可以由PLC通過網(wǎng)絡進行通信，從而可以在遙遠的位置和多個操 作員站監(jiān)視過程狀態(tài)。 PLC作為繼電器替換的傳統(tǒng)可能在其傳統(tǒng)編程語言中最為明顯：一種稱為梯形圖的圖形約定。 梯形圖PLC程序類似于梯形電氣原理圖，其中垂直電源“導軌”將控制電源傳輸?shù)揭唤M包含開關觸點和繼電器線圈的并聯(lián) “梯級”電路。 對PLC進行編程的人員實際上是在屏幕上繪制該圖，使用繼電器觸點符號表示讀取PLC存儲器中數(shù)據(jù)位的指令，使用繼電 器線圈符號表示將數(shù)據(jù)位寫入PLC存儲器的指令。 開發(fā)這種編程風格是為了使工業(yè)電工更容易適應PLC的新技術。盡管與其他計算機編程語言相比，梯形圖編程肯定有局限 性，但它相對容易學習和診斷，這就是為什么它今天仍作為PLC編程語言流行的原因。 連接到PLC輸入的典型設備包括手動開關，過程開關，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，螺線管，繼電器線圈，電動機接觸器，模擬最終控制元件（例如節(jié)流控制閥， 變速電動機驅(qū)動器）和蜂鳴器。 PLC最初是為離散（開/關）控制應用而設計的，例如傳送帶管理，批處理排序和裝配線控制，而現(xiàn)代PLC同樣也具有輸 入和輸出模擬信號的能力。因此，現(xiàn)在找到執(zhí)行PID回路控制的PLC就像找到打開和關閉離散設備的PLC一樣可能。 PLC實例 可編程邏輯控制器本質(zhì)上只不過是專用的工業(yè)計算機。 因此，它們的構(gòu)建要比普通的個人計算機（PC）更堅固耐用，并且可以運行非?？煽康牟僮飨到y(tǒng)軟件1。PLC通常不包含 磁盤驅(qū)動器，冷卻風扇或任何其他活動部件。 這是一個有意的設計決策，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，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(tǒng)由一個機架組成，電路“卡”插入其中。這些卡包括處理器，輸入和輸出（I / O）點，通信端口以及完整 PLC系統(tǒng)操作所需的其他功能。 這種“模塊化” PLC可以根據(jù)應用程序的特定需求進行不同配置。單個卡故障在模塊化系統(tǒng)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卡架。

小型PLC系統(tǒng)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)生故障時必須整體上替換。 下圖顯示了實際PLC系統(tǒng)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，它們確實代表了當前工業(yè)用途中一些較常見的品牌和型號。 第一張照片是西門子（Texas Instruments）505系列PLC的安裝在市政廢水處理廠的控制面板中。 這是模塊化PLC的示例，其中單個處理器，I / O和通信卡插入機架。這張照片中出現(xiàn)了三個架子（兩個完全裝滿了卡 片，第三個僅部分裝滿了）：

每個機架的電源和處理器卡位于左側(cè)，I / O卡插入其余機架的插槽中。 輸入設備（例如開關和傳感器）通過電線連接到輸入卡上的端子，而輸出設備（例如燈，螺線管和電動機接觸器線圈） 通過電線連接到輸出卡上的端子。 模塊化PLC構(gòu)造的好處之一是可以根據(jù)需要更換I / O卡，從而根據(jù)需要更改PLC的I / O配置。 例如，如果需要將PLC配置為監(jiān)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。 這些垃圾架由電動機驅(qū)動，將捕獲的碎屑刮掉并輸送到固體廢物處理系統(tǒng)。這些PLC負責管理垃圾架的運動，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(jiān)視。 這些PLC的編程涉及計時器，計數(shù)器，定序器和其他功能，以正確管理垃圾桶的連續(xù)運行。 下一張照片顯示了Allen-Bradley（Rockwell）PLC-5系統(tǒng)，用于監(jiān)視和控制大型天然氣壓縮機的運行。第一張照片中出 現(xiàn)兩個機架，每個機架中插入了不同類型的I / O卡：

PLC提供的自動控制可確保安全，有效地啟動，關閉和處理緊急事件。PLC的聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)記錄功能可確保適當人員查看壓 縮機單元上的關鍵數(shù)據(jù)。 對于該特定的壓縮機站，數(shù)據(jù)從壓縮機所在的華盛頓州一直到主要運營中心所在的猶他州進行通信。操作員能夠監(jiān)視壓 縮機的運行狀況，并通過數(shù)字網(wǎng)絡向壓縮機發(fā)出命令。 西門子（以前的德州儀器）505和艾倫-布拉德利（羅克韋爾）PLC-5系統(tǒng)都被現(xiàn)代標準視為“舊式” PLC系統(tǒng)，上一張 照片中的這兩個系統(tǒng)分別具有大約20年的歷史。 不過，發(fā)現(xiàn)“過時的” PLC仍在運行并不罕見。鑒于其極其堅固的結(jié)構(gòu)和可靠的設計，這些控制系統(tǒng)可以繼續(xù)運行數(shù)十 年而不會造成重大麻煩。 Allen-Bradley制造的PLC的較新型號是SLC 500系列（通常稱為“ Slick 500”），盡管SLC的機架和模塊也像以前的 PLC-5系統(tǒng)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“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(tǒng)中所有卡上可見的功能是多個LED指示燈，旨在顯示每個卡的狀態(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入某些狀態(tài) 時）的LED指示器以及通信網(wǎng)絡指示器。 每個離散I / O卡都有指示每個I / O位的開/關狀態(tài)的LED指示燈，而模擬卡有一個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(tǒng)，該系統(tǒng)控制著生物制藥生產(chǎn)設施的高純度水處理系統(tǒng)。 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：