西门子S7-1200 PLC编程技术
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1.1 PLC介绍

在PLC问世以前,工业控制领域是以继电器控制占主导地位的。这种由继电器构成的控制系统存在明显的缺点:体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢,尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差。如果生产任务和工艺发生变化,就必须重新设计并改变硬件结构,不仅影响了产品更新换代的周期,而且对于比较复杂的控制系统来说,设计制造困难、可靠性不高,查找和排除故障也往往是费时和困难的。

1968年,美国通用汽车公司根据市场形势与生产发展的需要,提出了“多品种、小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略。为了尽可能地减少重新设计和重新接线的工作,降低成本、缩短周期,提出了研制新型逻辑顺序控制装置来取代继电器控制装置。通用汽车公司对该新型控制装置的研制提出了以下10项技术指标要求:编程方便,现场可修改程序;维修方便,采用模块化结构;可靠性高于继电器控制装置;体积小于继电器控制装置;数据可直接送入管理计算机;成本可与继电器控制装置竞争;可直接用115V交流输入;输出为115V、2A以上,能直接驱动电磁阀、接触器等;通用性强,易于扩展;用户程序存储器容量可扩展到4KB。

这10项技术指标也就是当今可编程序控制器最基本的功能。1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出了第一台PLC,将其应用于美国通用汽车公司自动装配生产线上,并取得了极大的成功。

PLC产生初期,由于价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来,随着PLC性能价格比的不断提高,PLC的应用面越来越广,其主要原因是,一方面,由于微处理器芯片及有关元器件的价格大大下降,使PLC的成本下降;另一方面,PLC的功能大大增强,使其能解决复杂的计算和通信问题。目前,PLC已广泛应用于工业控制的各个领域,包括从单机自动化到工厂自动化,从机器人、柔性制造系统到工业局部网络。

从功能来分,PLC的应用领域主要有以下几方面。

1.开关量逻辑控制

开关量逻辑控制是PLC最基本、最广泛的应用领域,完全取代了传统继电接触器等顺序控制装置。开关量逻辑控制可以代替继电器完成组合逻辑控制、定时与顺序逻辑控制,既可用于单机控制,又可用于多机群控、生产线的自动控制。PLC广泛应用于电力、机械制造、钢铁、石油、化工、采矿、汽车、造纸、纺织等各行各业,如机床电气控制、包装机械的控制、输送带与电梯的控制、汽车装配生产线及自动生产线中各种泵和电磁阀的控制等。

2.运动控制

PLC利用配合使用的专用智能模块,可以对步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴系统实现位置控制。在多数情况下,PLC把描述目标位置的数据传送给模块,模块驱动轴系统到目标位置。当每个轴转动时,位置控制模块使其保持适当的速度和加速度,确保运动平滑。例如,对具有多轴的机器人进行控制,可自动地处理它的机械运动。随着工厂自动化网络的形成,机器人的使用领域越来越广。

3.过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量实现的闭环控制。现在的PLC一般都有PID闭环控制功能。当控制过程中某一个输出变量出现偏差时,PLC按照PID控制算法计算出正确的输出,使输出变量保持在设定值上。PLC的过程控制功能已经广泛应用于化工、机械、轻工、冶金、电力、建材等行业。

4.机械加工机床的数字控制

PLC和计算机数控(CNC)装置组合成一体,可以实现数值控制,组成数控机床。PLC具有数字运算、数据传送、转换、排序、查表和位操作等功能,可以完成数据的采集、分析和处理。预计今后几年,CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。

5.通信、网络化

近年来,随着计算机网络和计算机控制技术的发展,工厂自动化(FA)网络系统正在兴起。通过该网络系统,PLC可与远程IO进行通信,多台PLC之间及PLC和其他智能设备(如计算机、变频器、数控装置等)之间也可相互交换数字信息,形成一个统一的整体,实现分散控制或集中控制。近年来开发的PLC都增强了通信功能,即使是小型PLC,也具备了PLC与主计算机通信联网的功能。