自动化系统可编程控制器应用技术综述

1  引言

1969 年，美国数字设备公司（DEC）研制出了第一台可编程控制器，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器由此诞生。可编程控制器自问世以来，发展极为迅速。1971 年，日本开始生产可编程控制器。1973年，欧洲开始生产可编程控制器。可编程控制器( P L C ) 是以自动控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，其硬件结构基本上与微型计算机相同，随着微处理器技术的发展，PLC得到了迅速的发展。在过程控制和需要高可靠性的工业控制中，PLC及现场总线仍占据着主导地位，PLC以其结构紧凑，可靠性高，功能强，速度快，价格低等优点在工业自动化系统中发挥着不可替代的作用，推动整个工业领域的发展。本文概述了P L C 的特点，行业应用情况，最后探讨了PLC 的技术发展趋势。

2  可编程控制器技术特点

2.1 PLC编程简单

PLC编程语言易学易用，接口容易，深受工程技术人员欢迎。PLC采用软件编程来实现控制要求，梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，但是只用少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。另外，编程时使用的各种元件可提供无数个常开触点和常闭触点，这使得整个控制系统大为简单，能方便地编制程序，灵活组合要求不同的控制系统。

2.2 PLC结构紧凑

体积小，重量轻，能耗低，结构紧凑，开发周期短，安装维护工作量小。以超小型PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦，由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备，因而PLC在实践中能够得到了广泛的推广和应用。

2.3 PLC维护方便

PLC 用存储逻辑代替接线逻辑， 大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是经过改变程序使同一设备改变生产过程成为可能，这很适合多品种、小批量的生产场合。

2.4 PLC适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

2.5PLC可靠性高

(1) 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用优质的电子元件与合理的系统结构设计，内部电路采取光电隔离、数字滤波、故障诊断等先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC 平均无故障时间高达30 万小时。

(2) 一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

(3) PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护，使得整个系统具有极高的可靠性。

(4) 特别设立警戒时钟WDT，PLC 系统对警戒时钟进行定时刷新，一旦出现死循环，PLC能自动重新启动，对软件程序和硬件进行检查，给出错误报警，避免了个人电脑和单片机经常出现的死机现象。

3  PLC应用现状及发展

3.1应用现状

如今，大、中、甚至小型PLC都配有A/D，D/A转换及算术运算功能，有的还具有PID功能。这些功能使PLC 在模拟量闭环控制、运动控制、速度控制等方面具有了硬件基础；许多PLC具有输出和接收高速脉冲的功能，配合相应的传感器及伺服设备，PLC可实现数字量的智能控制；PLC 配合可编程终端设备，可实时显示采集到的现场数据及分析结果。PLC 具有较强的通信功能，可以与计算机或其它智能装置通信联网，以满足现代化大生产管理的需要。现在，PLC 不仅能进行逻辑控制，在模拟量闭环控制、数字量智能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制系统等各方面都得到了广泛应用。

3.2应用领域

目前，PLC 的应用领域包括：通用和专用机械，机床与工具，汽车制造，立体仓库，过程控制，控制与装置仪表，控制设备制造，环保及文化娱乐等各个行业，并且还在向其它领域延伸。在PLC 的应用中，机械控制占87%，过程控制占58%，运动控制占40%，批量控制占26%，自诊断占18%。典型行业应用如：多层电梯控制，烟草行业自动化，自来水及污水处理，变频器调速恒压供水系统中的应用，智能交通信号控制，舞台灯光及音乐喷泉控制等等。