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可编程序控制器

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可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC),是一种用于自动化实时控制的微型计算机,广泛应用于目前的工业控制领域。国际电工委员会(IEC)在其标准中将PLC定义为:「可程式邏輯控制器是一種數位運算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可程式邏輯控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。」

在可程式邏輯控制器出现之前,一般要使用成百上千的继电器以及齿轮定时器才能组成具有相同功能的自动化系统,而现在,经过编程的简单的可程式邏輯控制器模块基本上已经代替了这些大个头的装置。可程式邏輯控制器的系统程序一般在出厂前已经初始化完毕,用户可以根据自己的需要自行编辑相应的用户程序来满足不用的自动化生产要求。

最初的可程式邏輯控制器只有逻辑控制的功能,所以被命名为可程式邏輯控制器,后来随着不断的发展,这些当初功能简单的计算机模块已经有了包括逻辑控制,时序控制、模拟控制、多机通信等许多的功能,名称也改为可程式控制器(Programmable Controller),但是由于它的简写也是PC与个人电脑(Personal Computer )的简写相冲突,也由于多年来的使用习惯,人们还是经常使用可程式邏輯控制器这一称呼,并在术语中仍沿用PLC这一缩写。

目录

[编辑] 历史

可程式邏輯控制器的应用最早出现在美国,它的興起,是與美國現代工業自動化生產發展的要求密不可分的。在可程式邏輯控制器出现之前,汽车制造业中的一般控制、顺序控制以及安全互锁逻辑控制必须完全依靠众多的继电器、定时器以及专门的閉迴路控制器来实现。它们体积庞大、有着严重的噪音,不但每年的维护工作要耗费大量的人力物力,而且继电器-接触器系统的排线检修等工作对维护人员的熟练度也有着很高的要求。针对这些问题,美国通用汽车公司在1968年向社会公开招标,要求设计一种新的系统来替换继电器系统,并提出了著名的“通用十条”招标指标。

随后,美国数字设备公司(DEC)根据这一设想,于1969年研制成功了第一台PDP-14可程式邏輯控制器,并在汽车自动装配线上使用并获得成功。由于当时系统主要用于顺序控制、职能进行逻辑运算,所以被命名为可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)。

这项新技术的使用,在工业界产生了巨大的反响。日本在1971年从美国引进了这项技术,并很快研制成功了自己的DCS-8可程式邏輯控制器,在1973年至1974年间也相继有了自己的该项技术。中国则于1977年研制成功自己的第一台可程式邏輯控制器,但是使用的微处理器核心为MC14500。

其他历史细节参考这里(英文)

[编辑] 可程式邏輯控制器的具体功能

PLC以CUP執行順序控制,它具有記憶體可進行儲存各輸入,輸出點狀態,使用者可進行編寫的邏輯控制程式,PLC本身功能即包含傳統的繼電器、計數器、計時器等硬體元件相同的功能,且體積小、重量輕、功耗低,不僅可縮小控制系統空間,配線容易,維修方便。其程式撰寫方法簡單,容易掌握,可經由更改控制程式修改原本執行工作的動作,具備模組化架構及彈性化工作能力。

由於具有使用容易,節省配線人力,設計彈性等優點,已廣泛的應用於各種控制系統中,在工廠自動化、監視控制中擔任核心控制任務。

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,在工業用途非常廣範,如半導體晶圓廠的各種自動化設備的控制、大樓電梯、機械停車設備、路邊的紅綠燈變換控制、自動化生產線...等



[编辑] 结构

可程式控制器(Programable Logic Controller)簡稱PLC,是一種具有微處理機的數位電子設備,可以將控制指令隨時載入記憶體內儲存與執行.

可程式控制器由內部CPU,指令及資料記憶體,輸入輸出單元,電源模組,數位類比...等單元所模組化組合成.

以下大概會做一個說明

 1.CPU中央處理單元

包含CU.ALU.暫存器三大部分/

CU:(控制單元-指令解碼器) 負責將儲存在記憶體內的程式解碼成控制信號,用以決定各單元模組的工作狀態,是PLC的指揮部.

ALU:(算數及邏輯運算單元)專門負責做加減乘除的算術運算及AND,OR,NOT邏輯運算

暫存器:CPU內部記憶體可以暫時存放運算的結果,等待下一次運算.

 2.記憶體

存放程式指令及資料的地方,可以使用RAMEEPROM.

 3.輸入/輸出單元(IO單元)

輸入單元是用來連結擷取輸入元件的信號動作並透過內部匯流排將資料送進記憶體由CPU處理驅動程式指令部分

輸出單元是用來驅動外部負載的介面主要原理是由CPU處理以書寫在PLC 裡的程式指令判斷驅動輸出單元在進而控制外部負載,如 指示燈,電磁接觸器,繼電器,氣(油)壓閥..

 4.AD/DA 類比/數位 單元(線性控制)

AD-類比訊號轉數位訊號,主要是把外部微電壓微電流以及0與1的資料, 透過專用模組接面接收,再以專用指令轉換運算給程式運用.

DA-數位訊號轉類比訊號,主要是把PLC內部數學數值及專用指令以CPU做運算,並透過專用模組將數學術值轉微電壓微電流信號再加以控制外部設備,如變頻器,溫控器包含其他具有數位類比收送的介面設備.

通常在使用AD/DA模組時我們都會去考慮到設備的解析度, 因為解析度會影響到精準度所以我門通常會選用高解析度的設備使用,並遵照期線性比例做數學運算.

[编辑] 外部鏈接

  • [參考資料]

http://home.kimo.com.tw/pipifishpeter/index2.htm

[编辑] 可程式邏輯控制器的使用與控制迴路

[编辑] 模拟信号和数字信号的处理

PLC是一種監控設備, 為了監視及控制各項機電等設備, 當然必須與那些設備有相互溝通的方式.

在這些機電設備的世界裡, 人類發明了各種形式的訊號, 以作為它們之間的溝通媒介.

目前來說, 人們研發出來的各種偵測如: 溫度, 濕度, 壓力等自然現象的偵測元件, 都是將所測得的數據轉換為線性對應的電流信號, 通常是4~20mA.

PLC接受這樣的信號, 就可依據電流的大小而知道偵測器偵得的目前狀況.

Pulse(脈衝)信號是一種形式的接點信號. 它的意思是每"達到條件"時, 接點會閉合一次. 例如: 某個轉輪式的流量計, 可能被設計成--當它計算出水流累計量達到一度時, 就將輸出接點閉合一次.

至於所謂的RS232訊號, 乃是指一種"通訊"的方式(RS232是一種電氣規格). 以上所提的各種信號都是電氣形式的訊號. 而且每個信號都需要獨立的線路來作傳遞.

通訊的方式, 則可以把它當作設備用"交談"的方式來做溝通. 它們彼此間以一串列的數值信號來組成所要傳遞的資料, 使得多樣化的資料能夠藉由一組通訊線路來達成.

4~20mA算是通用規格. 另外常見的還有 0~20mA.

另外還有電壓式的: 0~5V, 1~5V, 0~10V, 等等.

當然還有以其他形式來表達自然環境中各種"連續性"數值的方式, 像是: 電阻式, 以及其他變化應用.

總之呢, 4~20mA的規格最多.

但是, 事實上, 4~20mA的電流信號, 在進入電路板時, 還是會串上一個250或500歐姆的電阻, 而獲得一個1~5V或2~10V的電壓, 然後再由A/D(類比/數位)轉換IC得到一個對應的數值.

這個"5V"或"10V"的原因, 乃是人們研發出來的A/D IC最容易且廉價的關係而已. 至於為何以電流的方式較多, 因為4~20mA控制電流不易因傳送距離較長而導致訊號衰減。

[编辑] 程式编辑

程式語言及階梯圖

Image:PLCformat.jpg

PLC工作過程及硬體功能的實現,則要靠軟體的支援。PLC的軟體提供了各種邏輯模組(軟體),經程式撰寫來完成邏輯控制功能。

PLC常用的程式語言主要有三種:語句表、階梯圖、流程。

1. 語句表(STL):類似於組合語言,由指令語句系列構成

2. 階梯圖(Ladder Programming,LAD):類似於傳統上以繼電控制接觸器的線路

3. 順序功能流程圖(Sequential Function Chart,SFC):類似於流程設計常用的步進式控制線路

階梯圖程式目前依然是應用最廣泛的撰寫語言,因為它與繼電—接觸器控制線路非常相像,容易學習,使用方便。

另外還有功能圖(Function Chart Programming,FBD)一種較新的編程方法,是各種PLC編程語言規範化的方向。

[编辑] 通信單元及通信協定

PLC的通信單元主要可以區分為程式書寫通信PORT、及外部資料控制擷取PORT。

程式書寫通信PORT,我們通常只會拿來做資料書寫或者是給外部PC設備做讀取用。

外部資料控制擷取PORT,我們通常會拿來做外部資列擷取及送出資料控制用,通常再做這方面的程式編寫時,須具備通信觀念的專業人士才能夠容易上手。一般順序控制的程式設計師會比較不容易上手。在FA業界中的人機介面及圖控程式也是由此延伸出來的。

PLC通信規格可分為: RS-232RS-422、RS-432、RS-485IEEE 1394、IEEE-488(GPIB),其中RS-432最為少見。

其資料格式長度大部份為10筆或11筆,相關格式請參閱各設備說明,因為各設備皆為不同所以在此無法說明很詳細。

目前國際中最常用的通信協定為MODBUS-ASII模式及MODBUS-RTU模式,此為MODCON公司所制定的通訊協定。PROFIBUS則為西門子公司所制定。

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