可編程控制器的英文名稱是Programmable Controller,早期簡稱PC,后來為了與個人計算機(PC)區(qū)分,在行業(yè)中多稱之為Programmable Logic Controller,即可編程邏輯控制器,簡
稱PLC,而這種稱呼又與可編程控制器的起源及其自身的特點有關。
在制造業(yè)和過程工業(yè)中,除了以模擬量為被控對象的反饋控制外,還存在著大量的以開關量(數字量)為主的邏輯順序控制,這一點在以改變幾何形狀和機械性能為特征的制造工業(yè)中顯得
尤為突出。它要求控制系統(tǒng)按照邏輯條件和一定的順序、時序產生控制動作,并能夠對來自現場的大量開關量、脈沖、計時、計數及模擬量的越限報警等數字信號進行監(jiān)視和處理。這些工作
在早期是由繼電一接觸器電路來實現的,其缺點是體積龐大、故障率高、功耗大、不易維護、不易改造和升級等。
對于傳統(tǒng)的繼電一接觸器控制系統(tǒng)的一系列缺點,1968年,美國通用汽車公司(GM)提出了研制新型控制器的設想,總結出新型控制器應當具備的10項指標,并以此公開在社會上招標,這
10項指標是:
①編程方便,可在現場修改程序;
②維護方便,最好是插件式;
③可靠性高于繼電一接觸器控制柜;
④體積小于繼電一接觸器控制柜;
⑤可將數據直接送人管理計算機;
⑥在成本上可與繼電一接觸器控制柜競爭;
⑦輸人為交流115V;
⑧輸出為交流115V/2A以上,能直接驅動電磁閥、接觸器等;
⑨在擴展時,原有系統(tǒng)改變最少;
⑩用戶程序存儲器至少可擴展到4KB。
美國數字設備公司(DI℃)根據這10項指標,于1969年研制出第一臺控制器,型號為PI)P一14,它的開創(chuàng)性意義在于引入了程序控制功能,為計算機技術在工業(yè)控制領域的應用開辟了空間。
至20世紀70年代,PLC技術已經進人成熟期。推動PLC技術發(fā)展的動力主要來自兩個方面,其一是企業(yè)對高性能、高可靠性自動控制系統(tǒng)的客觀需要,如關于PLC最初的性能指標就是由用戶提出的。其次,大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術的飛速發(fā)展,微處理器性能的不斷提高,為PLc技術的發(fā)展奠定了基礎并開拓了空間。這兩個因素的結合,使得當今的PLc控制器已經在所有性能上都大大超越了前述的10項指標。
目前,PLC控制器的程序存儲容量多以.MB為單位,隨著超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展,微處理器的性能大幅提高,指令執(zhí)行速度達到微秒級,從而極大提高了PI。c的數據處理能力,高檔的PI。c可以進行復雜的浮點數運算粘塵墊 , 粘塵滾筒,并增加了許多特殊功能,如高速計數、脈寬調制變換、PID閉環(huán)控制、定位控制等,從而在以模擬量為主的過程控制領域也占有了一席之地,在一定程度上具備了組建DCS系統(tǒng)的能力。此外,PLC的通信功能和遠程I/O能力非常強大,可以組建成分布式通信網絡系統(tǒng)。
在組成結構上,PLC具有一體化結構和模塊式結構兩種模式。一體化結構的PLC追求功能的完善,性能的提高,體積越來越小,有利于安裝。而模塊式結構的PLC則利用單一功能的各種模塊拼裝成一臺完整的PLC,用戶在設計自己的PLC控制系統(tǒng)時擁有極大的靈活性,并使設備的性價比達到最優(yōu)。同時,模塊式結構也有利于系統(tǒng)的維護、換代和升級,并使系統(tǒng)的擴展能力大大加強。
在控制規(guī)模上,PLC向小型化和大型化兩個方向發(fā)展。大型PLC是基于滿足大規(guī)模、高性能控制系統(tǒng)的要求而設計的,在規(guī)模上,可帶的I/O點數(通道數量)達到數千點乃至上萬點。在對高性能的追求上,主要體現在以下幾點:
①增強網絡通信功能。這是PLc的一個重要發(fā)展趨勢,伴隨著現場總線(Field bus)技術的應用,由多個PLC、多個分布式I/O模塊粘塵墊 , 粘塵滾筒、人機界面、編程設備相互連接成的網絡,與工業(yè)計算機和以太網等構成整個工廠的自動控制系統(tǒng)。PLC采用了計算機信息處理技術、網絡通信技術和圖形顯示技術,使得PLC系統(tǒng)的生產控制功能和信息管理功能融為一體。
②發(fā)展智能模塊。智能模塊以微處理器為核心,與PLC的CPU并行工作,完成專一功能,大量節(jié)省主CPu的時間和資源,對提高用戶程序的掃描速度和完成特殊的控制要求非常有利。如通信模塊、位置控制模塊、模糊邏輯控制模塊、高速計數器模塊等。
③高可靠性。PLC廣泛采用自診斷技術,向用戶提供故障分析的信息和提示。同時,大力發(fā)展冗余技術、容錯技術及模塊的熱插拔功能,保障PLC能夠長時間地可靠運行。
④編程軟件標準化。長期以來,PLC的生產廠家各自為戰(zhàn),各產品在硬件結構和軟件體系上都是封閉的,不對外開放,因而導致硬件互不通用、軟件互不兼容,為用戶帶來很大的不便。為此,國際電工委員會(IEC)制定了IEC 1131標準,以引導PLC向標準化方向發(fā)展。該標準包含5個部分:PLC的定義等一般信息、裝備與測試、編程語言、用戶導則、通信規(guī)范等,力圖通過一系列的標準來規(guī)范各個廠家的產品。目前,有很多廠家都推出了符合IE(:1131—3標準的軟件系統(tǒng),如西門子公司的STEP 7軟件包等。
⑤編程軟件和語言向高層次發(fā)展。PLC的編程語言在原有的梯形圖、順序功能圖、指令表語言的基礎上,不斷豐富并向高層次發(fā)展。大部分廠商都提供可在個人計算機上運行的開發(fā)軟件包粘塵墊 , 粘塵滾筒,開發(fā)環(huán)境完備且友好,可向開發(fā)人員提供豐富的幫助信息及調試、診斷、模擬仿真等功能。例如,西門子公司的STEP 7軟件包,運行在windows環(huán)境下,在編程的過程中可隨時查詢指令,其內容與詳細程度與編程手冊相同。
小型化PLc的發(fā)展方向是體積減小、成本下降、功能齊全、性能提高、簡單易用。其針對目標是取代廣泛分布在企業(yè)和民用領域的小規(guī)模繼電器系統(tǒng),以及需要采用邏輯順序控制的小規(guī)模
場合。其特點是安裝方便、可靠性高、開發(fā)和改造周期短。