1.3.3 用于數(shù)字量控制
實際的物理量,除了開關(guān)量、模擬量,還有數(shù)字量。如機床部件的位移,常以數(shù)字量表示。
數(shù)字量的控制,有效的辦法是NC,即數(shù)字控制技術(shù)。這是50年代誕生于美國的基于計算機的控制技術(shù)。當(dāng)今已很普及,并也很完善。目前,先進**的金屬切削機床,數(shù)控化的比率已超過40%~80%,有的甚至更高。
PLC也是基于計算機的技術(shù),并日益完善。故它也完全可以用于數(shù)字量控制。
PLC可接收計數(shù)脈沖,頻率可高達幾k到幾十k赫茲。可用多種方式接收這脈沖,還可多路接收。有的PLC還有脈沖輸出功能,脈沖頻率也可達幾十k。有了這兩種功能,加上PLC有數(shù)據(jù)處理及運算能力,若再配備相應(yīng)的傳感器(如旋轉(zhuǎn)編碼器)或脈沖伺服裝置(如環(huán)形分配器、功放、步進電機),則完全可以依NC的原理實現(xiàn)種種控制。
高、中檔的PLC,還開發(fā)有NC單元,或運動單元,可實現(xiàn)點位控制。運動單元還可實現(xiàn)曲線插補,可控制曲線運動。所以,若PLC配置了這種單元,則完全可以用NC的辦法,進行數(shù)字量的控制。
新開發(fā)的運動單元,甚至還發(fā)行了NC技術(shù)的編程語言,為更好地用PLC進行數(shù)字控制提供了方便。
1.3.4 用于數(shù)據(jù)采集
隨著PLC技術(shù)的發(fā)展,其數(shù)據(jù)存儲區(qū)越來越大。如OMRON公司的PLC,前期產(chǎn)品C60P的DM區(qū)僅64個字,而后來的C60H達到1000個字;到了CQMI可多達6000個字。這樣龐大的數(shù)據(jù)存儲區(qū),可以存儲大量數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)采集可以用計數(shù)器,累計記錄采集到的脈沖數(shù),并定時地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去。
數(shù)據(jù)采集也可用A/D單元,當(dāng)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后,再定時地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去。
PLC還可配置上小型打印機,定期把DM區(qū)的數(shù)據(jù)打出來。
PLC也可與計算機通訊,由計算機把DM區(qū)的數(shù)據(jù)讀出,并由計算機再對這些數(shù)據(jù)作處理。這時,PLC即成為計算機的數(shù)據(jù)終端。
電業(yè)部門曾這么使用PLC,用以實時記錄用戶用電情況,以實現(xiàn)不同用電時間、不同計價的收費辦法,鼓勵用戶在用電低谷時多用電,達到合理用電與節(jié)約用電的目的。
1.3.5 用于進行監(jiān)控
PLC自檢信號很多,內(nèi)部器件也很多,多數(shù)使用者未充分發(fā)揮其作用。
其實,完全可利用它進行PLC自身工作的監(jiān)控,或?qū)刂茖ο筮M行監(jiān)控。
這里介紹一種用PLC定時器作看門狗,對控制對象工作情況進行監(jiān)控的思路。
如用PLC控制某運動部件動作,看施加控制后動作進行了沒有,可用看門狗辦法實現(xiàn)監(jiān)控。具體作法是在施加控制的同時,令看門狗定時器計時。如在規(guī)定的時間內(nèi)動作完成,即定時器未超過*戒值的情況下,已收到動作完成信號,則說明控制對象工作正常,無需報*。
若超時,說明不正常,可作相應(yīng)處理。
如果控制對象的各重要控制環(huán)節(jié),都用這樣一些看門狗"看"著,那系統(tǒng)的工作將了如指掌,出現(xiàn)了問題,卡在什么環(huán)節(jié)上也很好查找。
還有其它一些監(jiān)控工作可做。對一個復(fù)雜的控制系統(tǒng),特別是自動控制系統(tǒng),監(jiān)控以至進一步能自診斷是非常必要的。它可減少系統(tǒng)的故障,出了故障也好查找,可提高累計平均無故障運行時間,降低故障修復(fù)時間,提高系統(tǒng)的可靠性。
l.3.6 用于聯(lián)網(wǎng)、通訊
PLC聯(lián)網(wǎng)、通訊能力很強,不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)推出。
PLC可與個人計算機相連接進行通訊,可用計算機參與編程及對PLC進行控制的管理,使PLC用起來更方便。
為了充分發(fā)揮計算機的作用,可實行一臺計算機控制與管理多臺PLC,多的可達32臺。也可一臺PLC與兩臺或更多的計算機通訊,交換信息,以實現(xiàn)多地對PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)控。
PLC與PLC也可通訊。可一對一PLC通訊。可幾個PLC通訊。可多到幾十、幾百。
PLC與智能儀表、智能執(zhí)行裝置(如變頻器),也可聯(lián)網(wǎng)通訊,交換數(shù)據(jù),相互操作。
可聯(lián)接成遠程控制系統(tǒng),系統(tǒng)范圍面可大到10公里或更大。
可組成局部網(wǎng),不僅PLC,而且高檔計算機、各種智能裝置也都可進網(wǎng)。可用總線網(wǎng),也可用環(huán)形網(wǎng)。網(wǎng)還可套網(wǎng)。網(wǎng)與網(wǎng)還可橋接。聯(lián)網(wǎng)可把成千上萬的PLC、計算機、智能裝置組織在一個網(wǎng)中。
網(wǎng)間的結(jié)點可直接或間接地通訊、交換信息。
聯(lián)網(wǎng)、通訊,正適應(yīng)了當(dāng)今計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)及智能化工廠發(fā)展的需要。它可使工業(yè)控制從點(Point)、到線((Line)再到面(Aero),使設(shè)備級的控制、生產(chǎn)線的控制、工廠管理層的控制連成一個整體,進而可創(chuàng)造更高的效益。這個無限美好的前景,已越來越清楚地展現(xiàn)在我們這一代人的面前。
以上幾點應(yīng)用是著重從質(zhì)上講的。從量上講,PLC有大、有小。所以,它的控制范圍也可大、可小。小的只控制一個設(shè)備,甚至一個部件,一個站點;大的可控制多臺設(shè)備,一條生產(chǎn)線,以至于整個工廠。可以說,工業(yè)控制的大小場合,都離不開PLC。
一般講,工業(yè)生產(chǎn)過程可分為兩種類型;連續(xù)型生產(chǎn)過程(如化學(xué)工業(yè))及非連續(xù)型,即離散型生產(chǎn)過程(如機械制造業(yè))。前者生產(chǎn)對象是連續(xù)的,分不出件的;后者為離散的,一件件的。由于PLC有上述幾個方面的應(yīng)用,而且,控制的規(guī)模又可大、可小,所以,這兩種類型的生產(chǎn)過程都有其用武之地。
事實上,PLC已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。從行業(yè)看,冶金、機械、化工、輕工、食品、建材等等,幾乎沒有不用到它的。不僅工業(yè)生產(chǎn)用它,一些非工業(yè)過程,如樓宇自動化、電梯控制也用到它。農(nóng)業(yè)的大棚環(huán)境參數(shù)調(diào)控,水利灌溉也用到它。
PLC能有上述幾個范圍廣泛的應(yīng)用,是PLC自身特點決定的,也是PLC技術(shù)不斷完善的結(jié)果。
1.4 可編程控制器基本類型
可編程控制器類型很多,可從不同的角度進行分類:
1.4.1 按控制規(guī)模分
控制規(guī)模主要指控制開關(guān)量的入、出點數(shù)及控制模擬量的模入、模出,或兩者兼而有之(閉路系統(tǒng))的路數(shù)。但主要以開關(guān)量計。模擬量的路數(shù)可折算成開關(guān)量的點,大致一路相當(dāng)于8~16點。
依這個點數(shù),PLC大致可分為微型機、小型機、中型機及大型機、超大型機。
微型機控制點僅幾十點,為OMRON公司的CPM1A系列PLC,西門子的Logo僅10點。
小型機控制點可達100多點。如OMRON公司的C60P可達148點,CQM1達256點。德國西門子公司的S7-200機可達64點。
中型機控制點數(shù)可達近 500點,以至于千點。如 OMRON公司 C200H機普通配置最多可達700多點,C200Ha機則可達1000多點。德國西門子公司的S7300機最多可達512點。
大型機:控制點數(shù)一般在1000點以上。如OMRON公司的C1000H、CV1000,當(dāng)?shù)嘏渲每蛇_1024點。C2000H、CV2000當(dāng)?shù)嘏渲每蛇_2048點。
超大型機:控制點數(shù)可達萬點,以至于幾萬點。如美國GE公司的90-70機,其點數(shù)可達24000點,另外還可有8000路的模擬量。再如美國莫迪康公司的 PC-E984 --785機,其開關(guān)量具總數(shù)為32k(32768),模擬量有2048路。西門子的SS-115U-CPU945,其開關(guān)量總點數(shù)可達8k,另外還可有512路模擬量。等等。
以上這種劃分是不嚴(yán)格的,只是大致的,目的是便于系統(tǒng)的配置及使用。
一般講,根據(jù)實際的I/O點數(shù),凡落在上述不同范圍者,選用相應(yīng)的機型,性能價格比必然要高;相反,肯定要差些。
自然,也有特殊情況。如控制點數(shù)不是非常之多,不是非用大型機不可,但因大型機的特殊控制單元多,可進行熱備配置,因而采用了大型機。
1.4.2 按結(jié)構(gòu)劃分
PLC可分為箱體式及模塊式兩大類。微型機、小型機多為箱體式的,但從發(fā)展趨勢看,小型機也逐漸發(fā)展成模塊式的了。如OMRON公司,原來小型機都是箱體式,現(xiàn)在的CQM1則 為模塊式的。
箱體的 PLC把電源、CPU、內(nèi)存、I/O系統(tǒng)都集成在一個小箱體內(nèi)。一個主機箱體就 是一臺完整的PLC,就可用以實現(xiàn)控制。控制點數(shù)不符需要,可再接擴展箱體,由主箱體及若干擴展箱體組成較大的系統(tǒng),以實現(xiàn)對較多點數(shù)的控制。
模塊式的PLC是按功能分成若干模塊,如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等等。大型機的模塊功能更單一一些,因而模塊的種類也相對多些。這也可說是趨勢。目前一些中型機,其模塊的功能也趨于單一,種類也在增鄉(xiāng)。如同樣OMRON 公司C20系列PLC,H機的CPU單元就含有電源,而Ha機則把電源分出,有單獨的電源模塊。
模塊功能更單一、品種更多,可便于系統(tǒng)配置,使PLC更能物盡其用,達到更高的使用效益。
由模塊聯(lián)結(jié)成系統(tǒng)有三種方法:
①無底板,靠模塊間接口直接相聯(lián),然后再固定到相應(yīng)導(dǎo)軌上。OMRON公司的CQM1機就是這種結(jié)構(gòu),比較緊湊。
②有底板,所有模塊都固定在底板上。OMRON公司的C200Ha機,CV2000等中、大型機就是這種結(jié)構(gòu)。它比較牢固,但底板的槽數(shù)是固定的,如3、5、8、10槽等等。槽數(shù)與實際的模塊數(shù)不一定相等,配置時難免有空槽。這既浪費,又多占空間,還得占空單元把多余的槽作填補。
③用機架代替底板,所有模塊都固定在機架上。這種結(jié)構(gòu)比底板式的復(fù)雜,但更牢靠。一些特大型的PLC用的多為這種結(jié)構(gòu)。
1.4.3 按生產(chǎn)廠家分
目前生產(chǎn)PLC的廠家較多。但能配套生產(chǎn),大、中、小、微型均能生產(chǎn)的不算太多。較有影響的,在中國市場占有較大份額的公司有:
德國西門子公司:它有SS系列的產(chǎn)品。有SS-95U、100U、115U、135U及155U。135U、155U為大型機,控制點數(shù)可達6000多點,模擬量可達300多路。最近還推出S7系列機,有S7-200(小型)、S7-300(中型)及S7-400機(大型)。性能比S5大有提高。
日本OMRON公司:它有CPM1A型機,P型機,H型機,CQM1、CVM、CV型機,Ha型、F型機等,大、中、小、微均有,特別在中、小、微方面更具特長,在中國及世界市場,都占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。
美國GE公司、日本FANAC合資的GE-FANAC的90-70機也是很吸引人的。據(jù)介紹。它具有25個特點。諸如,用軟設(shè)定代硬設(shè)定,結(jié)構(gòu)化編程,多種編程語言,等等。它有914、781/782、771/772、731/732等多種型號。另外,還有中型機90-30系列,其型號有344、331、323、321多種;還有90-20系列小型機,型號為211。
美國莫迪康公司(施奈德)的984機也是很有名的。其中E984-785可安31個遠程站點,總控制規(guī)模可達63535點。