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PLC的行业应用及发展趋势

　　PLC的行业应用

　　冶金作为大型PLC大的应用行业，占据了大约1/4的市场。冶金行业各控制环节要求精度高，控制点数多，故而是大中型PLC应用的主要行业。就中国而言，我们的冶金行业的现状比较落后、装备技术水平低，相信随着下游市场要求的提高和竞争的加剧，将带来大量的技术改造项目和高端生产线的投资。中国已有6000多家冶金企业，有大量在用的PLC产品和众多升级换代及备品备件市场。

　　汽车业是有潜力的PLC行业之一，主要对各生产线的工位进行控制，PLC的应用数量多，但控制点数并不高，多在300个I/O左右，以中型PLC为主。

　　电力行业本身的自动化水平很高，对PLC的应用规模基数很大，是大中型PLC应用的又一大行业。PLC系统在电力施工机械中得到广泛应用，并有良好的市场和空间。

　　在化工行业，PLC市场保持着稳定增长。未来化工行业在合成材料和有机化工领域投资应该会增大，这些领域项目对于自动化产品的需求量比较大。同时，由于对化工行业环保要求的提高，化工厂需要对周边的水处理和循环系统进行改造，会对自动化产品产生一些新增要求。

　　PLC在诸多行业得到了应用，国内已有具有较强实力的公司开始拓展PLC业务，并在中国PLC市场有了一定声音，例如深圳地区奥越信科技公司08年创立的OYES国产品牌，PLC-200 PLC-300 各类型号，生产已经规模化，市场占有率逐年稳步提高，给市场做出了巨大的回应。

　　PLC的未来发展趋势

　　许多年前就有人预言，PLC将要被PC-baseD控制系统取代。但PLC的销售仍以十分稳定的增长率逐年上升。目前的PLC已经与十年前大不相同，十年后的PLC与如今的PLC也势必不同；但有两个方面是不变的：其一，PLC会提供稳定的控制响应；其二，高度的可靠性。可以预见的PLC发展趋势如下：

　　一是向高速度、大容量方向发展。

　　为提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。存储容量方面，有的PLC高可达几十兆字节。为扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。

　　二是向超大型、超小型两个方向发展。

　　当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器。小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要。

　　三是PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力。

　　PLC厂商不断开发出许多功能模块，如：奥越信的高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。

　　四是增强外部故障的检测与处理能力。

　　根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前两项共20%故障属于PLC的内部故障；其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此，PLC生产厂商都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，以期进一步提高系统的可靠性。

　　五是编程语言多样化。

　　在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，陆续出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的语言等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势

   plc种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用可编程序控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。PLC的结构框图如图1所示。

 
图1 PLC的结构框图
1． 中央处理器
    中央处理单元(CPU)一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入输出接口电路相连接。与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作。用户程序和数据事先存入存储器中，当PLC处于运行方式时，CPU按循环扫描方式执行用户程序。
    CPU的主要任务有：控制用户程序和数据的接收与存储；用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据。并存人输入映像寄存器或数据存储器中；诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通讯等功能。
    不同型号的PLC其CPU芯片是不同的，有采用通用CPU芯片的，有采用厂家自行设计的专用CPU芯片的。CPU芯片的性能关系到PLC处理控制信号的能力与速度，CPU位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快。PLC的功能是随着CPU芯片技术的发展而提高和增强的。
2． 存储器
    PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。
    系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，系统程序固化在ROM内，用户不能直接更改，它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分。部分为系统管理程序，它主要控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作。第二部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令。第三部分为标准程序模块与系统调用，它包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等的子程序。PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少也决定了PLC性能的高低。
    用户存储器包括用户程序存储器(程序区)和功能存储器(数据区)两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的plc编程语言编写的各种用户程序，以及用户的系统配置。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同，可以是RAM(有掉电保护)、EPROM或EEPROM存储器，其内容可以由用户任意修改或增删。用户功能存储器是用来存放(记忆)用户程序中使用器件的ON/OFF状态／数值数据等。用户存储器容量的大小，关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。
3． 输入单元
    可编程序控制器的输入信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入单元从广义上分包含两部分：一是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输入映像寄存器。
    输入单元接收来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果存放到输出映像寄存器。
    为防止各种干扰信号和高电压信号进入PLC，影响其可靠性或造成设备损坏，现场输入接口电路一般由光电耦合电路进行隔离。光电耦合电路的关键器件是光耦合器，一般由发光二极管和光电三极管组成。
    通常PLC的输入类型可以是直流（DC24V）、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供给。有的也可由PLC内部提供。
    对于直流输入，根据现场输入接口电路形式的不同，分为源型输入和漏型输入两种形式。极大部分的欧美品牌的PLC采用漏型输入，而极大部分的亚洲品牌的PLC采用源型输入。
    PLC通过输入/输出端子与控制对象取得联系的，PLC的输入/输出端子的组织形式通常有三种，即汇点式、分组式和分隔式。极大部分的PLC的输入端子采用汇点式，也有的PLC为了增加使用的灵活性采用分组式。图2和图3所示分别为采用汇点式的源型和漏型直流输入电路图。

图2 PLC源型输入电路图
 
图3 PLC漏型输入电路图
3． 输出单元
    可编程序控制器的输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输出单元从广义上分包含两部分：一是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输出的映像寄存器。
    PLC运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点相对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行元件。
    输出接口电路通常有三种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出则。每种输出电路都采用电气隔离技术，电源由外部提供，输出电流一般为1.5—2A，输出电流的额定值与负载的性质有关。
    为使PLC避免受瞬间大电流的作用而损坏，输出端外部接线必须采用保护措施：一是输出公共端接熔断器；二是采用保护电路，对交流感件负载，一般用阻容吸收回路；对直流感性负载用续流二极管。
    极大部分的PLC的输出端子采用分组式和分隔式。对于晶体管输出型还有源型输出和漏型输出两种形式。极大部分的欧美品牌的PLC采用源型输出，而极大部分的亚洲品牌的PLC采用漏型输出。图4所示为采用分组式的PLC继电器输出电路图，图5和图6所示分别为采用分组式的PLC源型和漏型晶体管直流输出电路图。
 
图4 PLC继电器输出电路图

图5 PLC漏型晶体管直流输出电路图

图6 PLC源型晶体管直流输出电路图
4． 通讯接口
    现代PLC一个显著的特点就是具有通讯功能，目前主流的PLC一般都具有RS485（或RS232）通讯接口，以便连接编程设备、监视器、打印机等外围设备，或连接诸如变频器、温控仪等简单控制设备进行简单的主从式通讯，实现“人一机”或“机—机’’之间的对话。一些先进的PLC上还具有工业网络通讯接口，可以与其他的PLC或计算机相连，组成分布式工业控制系统，实现更大规模的控制，另外还可以与数据库软件相结合，实现控制与管理相结合的综合控制。
5． 编程设备
    编程器的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。
    编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符(指令表)后，才能输入。它—般由简易键盘和发光二极管或其他显示器件组成。智能型的编程器又称图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有LCD或CRT图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。
    还可以利用微机(如IBM—PC)作为编程器，PLC生产厂家配有相应的软件包，使用微机编程是PLC发展的趋势。现在已有些PLC不再提供编程器，而只提供微机编程软件了，并且配有相应的通讯连接电缆