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可编程序控制器(PLC)的现状与发展趋势

lapsible  发表于 2006/12/26 23:58:09    精华  3459 查看 5 回复  [上一主题]  [下一主题]

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[详细说明]工业控制计算机(简称工控机)是以计算机技术为基础的新型工业控制装置,目前已成为工业控制的标准设备,被广泛地应用于各行各业,工控机是实现生产自动化的最佳配套产品,而工业可编程序控制器(plc)则在工控领域中占有主要的地位。plc具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
plc的定义有许多种。国际电工委员会(iec)对plc的定义是:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、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。可编程序控制器及其有关设备,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。
  从结构上,plc分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式plc包括cpu板、i/o板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式plc包括cpu模块、i/o模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。
  一、我国工业控制计算机的发展
  20世纪40年代末50年代初,我国的流程工业规模很小,设备陈旧,必要的调节主要靠最简单的测量仪表由人工操作运行。50年代末60年代初,我国研制生产的传感器、变送器、调节器、执行器等,基本上能显示过程状态,实现调节意图,最终命令执行器完成对工艺流程的调节要求。70年代初,我国自行研制的工控机开始应用于工业过程控制,它部分地取代了原来控制室内的仪表。但由于受当时电子器件性能的限制,工控机本身的可靠性远不如现在,工控机带来的控制集中引起“危险”集中。70年代末,分散型控制系统(dcs)进入工控领域,解决了“危险”集中的问题,还解决了一些复杂的控制。dcs可建立通信网络,为大工厂生产带来许多方便,但其价格一直居高不下。80年代初,适应性较强的总线型工控机(std)应运而生,std总线技术的推广和应用,使工控机的功能更加强化。
  二、工业可编程序控制器(plc)发展趋势
  plc作为工控机的一员,在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。据统计,当今世界plc生产厂家约150家,生产300多个品种。2000年销售额约为86亿美元,占工控机市场份额的50%,plc将在工控机市场中占有主要地位,并保持继续上升的势头。
  plc在60年代末引入我国时,只用作离散量的控制,其功能只是将操作接到离散量输出的接触器等,最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。新一代的plc具有pid调节功能,它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域,广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。但plc也面临着其它行业工控产品的挑战,各厂家正采取措施不断改进产品,主要表现为以下几个方面:
  1.微型、小型plc功能明显增强
  很多有名的plc厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的plc。三菱的fxos14点(8个24vdc输入,6个继电器输出),其尺寸仅为58mm×89mm,仅大于信用卡几个毫米,而功能却有所增强,使plc的应用领域扩大到远离工业控制的其它行业,如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等,甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。
  2.集成化发展趋势增强
  由于控制内容的复杂化和高难度化,使plc向集成化方向发展,plc与pc集成、plc与dcs集成、plc与pid集成等,并强化了通讯能力和网络化,尤其是以pc为基的控制产品增长率最快。plc与pc集成,即将计算机、plc及操作人员的人—机接口结合在一起,使plc能利用计算机丰富的软件资源,而计算机能和plc的模块交互存取数据。以pc机为基的控制容易编程和维护用户的利益,开放的体系结构提供灵活性,最终降低成本和提高生产率。
  3.向开放性转变
 
 plc曾存在严重的缺点,主要是plc的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的,绝大多数的plc是专用总线、专用通信网络及协议,编程虽多为梯形图,但各公司的组态、寻址、语文结构不一致,使各种plc互不兼容。国际电工协会(iec)在1992年颁布了iec1131-3《可编程序控制器的编程软件标准》,为各plc厂家编程的标准化铺平了道路。现在开发以pc为基、在windows平台下,符合iec1131-3国际标准的新一代开放体系结构的plc正在规划中。

三、plc主要厂家及产品介绍
  在全球plc制造商中,根据美国automation research corp(arc)调查,世界plc领导厂家的五霸分别为siemens(西门子)公司、allen-bradley(a-b)公司、schneider(施耐德)公司、mitsubishi(三菱)公司、omrom(欧姆龙)公司,他们的销售额约占全球总销售额的三分之二。从西门子公司的simatic s7-400的性能可对plc窥见一斑:
  simatic s7-400是匣式封装模块,可卡在导轨上安装,由i/o总线和通信总线建立电气连接,模块可在工作或加电时替换或插、拔,可快速安装维护,修改方便,其主要性能为:
  ?cpu存储器容量64k字节,可扩展到1.6m字节;
  ?位和字处理速度80ns至200ns;
  ?最高系统计算能力可以有4个cpu同时计算;
  ?一个中央框(cr)可扩展直到21个扩展框;
  ?每个cpu上多点接口(mpi)能力,如可同时连接文字显示或操作员以及编程器件;
  ?cpu上的sinec-l2-dp附加有分散i/o的集成性能;
  ?提供与计算机和其它siemens产品或系统的连接接口;
  ?高可靠性,完善的自诊断和清除故障功能。
  我国的plc生产目前也有一定的发展,小型plc已批量生产;中型plc已有产品;大型plc已开始研制。国内plc形成产品化的生产企业约30多家,国内产品市场占有率不超过10%,主要生产单位有:苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海兰星电气有限公司、天津市自动化仪表厂、杭州通灵控制电脑公司、北京机械工业自动化所和江苏嘉华实业有限公司等。国内产品在价格上占有明显的优势。
随着微处理器、网络通信、人—机界面技术的迅速发展,工业自动化技术日新月异,各种产品竞争激烈,新产品不断涌现。plc也由最初的只能处理开关量而发展到可以处理模拟量和数据,加之与dcs、pid调节器、工业pc等技术相结合,使之不再是一种简单的控制设备,而且必将随着自动控制技术的不断发展而发展生存下去。
plc在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的。

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