工業(yè)可編程序控制器PLC的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

本文論述了在工業(yè)控制領(lǐng)域占主要地位的工業(yè)可編程序控制器(PLC)的發(fā)展趨勢,簡單介紹了國際、國內(nèi)PLC的主要廠家及產(chǎn)品。

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(簡稱工控機(jī))是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置,目前已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè),工控機(jī)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化的最佳配套產(chǎn)品,而工業(yè)可編程序控制器(PLC)則在工控領(lǐng)域中占有主要的地位。

一、我國工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的發(fā)展

20世紀(jì)40年代末50年代初,我國的流程工業(yè)規(guī)模很小,設(shè)備陳舊,必要的調(diào)節(jié)主要靠最簡單的測量儀表由人工操作運(yùn)行。50年代末60年代初,我國研制生產(chǎn)的傳感器、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器等,基本上能顯示過程狀態(tài),實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)意圖,最終命令執(zhí)行器完成對工藝流程的調(diào)節(jié)要求。70年代初,我國自行研制的工控機(jī)開始應(yīng)用于工業(yè)過程控制,它部分地取代了原來控制室內(nèi)的儀表。但由于受當(dāng)時(shí)電子器件性能的限制,工控機(jī)本身的可靠性遠(yuǎn)不如現(xiàn)在,工控機(jī)帶來的控制集中引起“危險(xiǎn)”集中。70年代末,分散型控制系統(tǒng)(DCS)進(jìn)入工控領(lǐng)域,解決了“危險(xiǎn)”集中的問題,還解決了一些復(fù)雜的控制。DCS可建立通信網(wǎng)絡(luò),為大工廠生產(chǎn)帶來許多方便,但其價(jià)格一直居高不下。80年代初,適應(yīng)性較強(qiáng)的總線型工控機(jī)(STD)應(yīng)運(yùn)而生,STD總線技術(shù)的推廣和應(yīng)用,使工控機(jī)的功能更加強(qiáng)化。

二、工業(yè)可編程序控制器(PLC)發(fā)展趨勢

PLC作為工控機(jī)的一員,在主要工業(yè)國家中成為自動化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價(jià)格適宜等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì),當(dāng)今世界PLC生產(chǎn)廠家約150家,生產(chǎn)300多個(gè)品種。預(yù)計(jì)到2000年,銷售額約為86億美元,占工控機(jī)市場份額的50%,PLC將在工控機(jī)市場中占有主要地位,并保持繼續(xù)上升的勢頭。

PLC在60年代末引入我國時(shí),只用作離散量的控制,其功能只是將操作接到離散量輸出的接觸器等,最早只能完成以繼電器梯形邏輯的操作。新一代的PLC具有PID調(diào)節(jié)功能,它的應(yīng)用已從開關(guān)量控制擴(kuò)大到模擬量控制領(lǐng)域,廣泛地應(yīng)用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。但PLC也面臨著其它行業(yè)工控產(chǎn)品的挑戰(zhàn),各廠家正采取措施不斷改進(jìn)產(chǎn)品,主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:

1.微型、小型PLC功能明顯增強(qiáng)
很多有名的PLC廠家相繼推出高速、高性能、小型、特別是微型的PLC。三菱的FXOS14點(diǎn)(8個(gè)24VDC輸入,6個(gè)繼電器輸出),其尺寸僅為58mm×89mm,僅大于信用卡幾個(gè)毫米,而功能卻有所增強(qiáng),使PLC的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大到遠(yuǎn)離工業(yè)控制的其它行業(yè),如快餐廳、醫(yī)院手術(shù)室、旋轉(zhuǎn)門和車輛等,甚至引入家庭住宅、娛樂場所和商業(yè)部門。

2.集成化發(fā)展趨勢增強(qiáng)
由于控制內(nèi)容的復(fù)雜化和高難度化,使PLC向集成化方向發(fā)展,PLC與PC集成、PLC與DCS集成、PLC與PID集成等,并強(qiáng)化了通訊能力和網(wǎng)絡(luò)化,尤其是以PC為基的控制產(chǎn)品增長率最快。PLC與PC集成,即將計(jì)算機(jī)、PLC及操作人員的人—機(jī)接口結(jié)合在一起,使PLC能利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源,而計(jì)算機(jī)能和PLC的模塊交互存取數(shù)據(jù)。以PC機(jī)為基的控制容易編程和維護(hù)用戶的利益,開放的體系結(jié)構(gòu)提供靈活性,最終降低成本和提高生產(chǎn)率。

3.向開放性轉(zhuǎn)變
PLC存在嚴(yán)重的缺點(diǎn),主要是PLC的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的,絕大多數(shù)的PLC是專用總線、專用通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議,編程雖多為梯形圖,但各公司的組態(tài)、尋址、語文結(jié)構(gòu)不一致,使各種PLC互不兼容。國際電工協(xié)會(IEC)在1992年頒布了IEC1131-3《可編程序控制器的編程軟件標(biāo)準(zhǔn)》,為各PLC廠家編程的標(biāo)準(zhǔn)化鋪平了道路。現(xiàn)在開發(fā)以PC為基、在WINDOWS平臺下,符合IEC1131-3國際標(biāo)準(zhǔn)的新一代開放體系結(jié)構(gòu)的PLC正在規(guī)劃中。

三、PLC主要廠家及產(chǎn)品介紹

在全球PLC制造商中,根據(jù)美國Automation Research Corp(ARC)調(diào)查,世界PLC領(lǐng)導(dǎo)廠家的五霸分別為Siemens(西門子)公司、Allen-Bradley(A-B)公司、Schneider(施耐德)公司、Mitsubishi(三菱)公司、Omrom(歐姆龍)公司,他們的銷售額約占全球總銷售額的三分之二。從西門子公司的SIMATIC S7-400的性能可對PLC窺見一斑:

SIMATIC S7-400是匣式封裝模塊,可卡在導(dǎo)軌上安裝,由I/O總線和通信總線建立電氣連接,模塊可在工作或加電時(shí)替換或插、拔,可快速安裝維護(hù),修改方便,其主要性能為:
·CPU存儲器容量64K字節(jié),可擴(kuò)展到1.6M字節(jié);
·位和字處理速度80ns至200ns;
·最高系統(tǒng)計(jì)算能力可以有4個(gè)CPU同時(shí)計(jì)算;
·一個(gè)中央框(CR)可擴(kuò)展直到21個(gè)擴(kuò)展框;
·每個(gè)CPU上多點(diǎn)接口(MPI)能力,如可同時(shí)連接文字顯示或操作員以及編程器件;
·CPU上的SINEC-L2-DP附加有分散I/O的集成性能;
·提供與計(jì)算機(jī)和其它Siemens產(chǎn)品或系統(tǒng)的連接接口;
·高可靠性,完善的自診斷和清除故障功能。

我國的PLC生產(chǎn)目前也有一定的發(fā)展,小型PLC已批量生產(chǎn);中型PLC已有產(chǎn)品;大型PLC已開始研制。國內(nèi)PLC形成產(chǎn)品化的生產(chǎn)企業(yè)約30多家,國內(nèi)產(chǎn)品市場占有率不超過10%,主要生產(chǎn)單位有:蘇州電子計(jì)算機(jī)廠、蘇州機(jī)床電器廠、上海蘭星電氣有限公司、天津市自動化儀表廠、杭州通靈控制電腦公司、北京機(jī)械工業(yè)自動化所和江蘇嘉華實(shí)業(yè)有限公司等。國內(nèi)產(chǎn)品在價(jià)格上占有明顯的優(yōu)勢。

江蘇嘉華實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的JH 120系列產(chǎn)品主要性能有:
·輸入輸出從20點(diǎn)到120點(diǎn)任意配置;
·內(nèi)置32個(gè)定時(shí)器、31個(gè)計(jì)數(shù)器、幾百個(gè)中間繼電器和數(shù)據(jù)寄存器,可方便地完成邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)控制、高速計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理、模擬量控制等功能;
·編程簡便,108條指令功能齊全;
·DIN標(biāo)準(zhǔn)卡槽安裝,可拆端子排接線;
·高可靠性,強(qiáng)抗干擾,用于各種工業(yè)環(huán)境。

隨著微處理器、網(wǎng)絡(luò)通信、人—機(jī)界面技術(shù)的迅速發(fā)展,工業(yè)自動化技術(shù)日新月異,各種產(chǎn)品競爭激烈,新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。PLC也由最初的只能處理開關(guān)量而發(fā)展到可以處理模擬量和數(shù)據(jù),加之與DCS、PID調(diào)節(jié)器、工業(yè)PC等技術(shù)相結(jié)合,使之不再是一種簡單的控制設(shè)備,而且必將隨著自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展生存下去。