可编程序控制器

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[外文]：programmablecontroller采用可编程序的存储器并具有逻辑、顺序和数值运算等功能的顺序控制器,也称可编程序式控制器,英文缩写PC。利用它可以方便地编制程序，使工业设备实现顺序控制。美国在1969年研制成世界上第一台可编程序控制器。此后可编程序控制器的发展经历了三个阶段：（1）采用固定（硬）布线方式，以代替电磁继电器盘；（2）以逻辑控制为主，采用不固定（软）布线方式，在此之前这类控制器又称可编程序逻辑控制器；（3）采用内部装有程序的存储器，程序变动十分容易。1985年生产的可编程序控制器已普遍采用计算机技术，它除了存储容量小、输入输出通道以开关量为主和编程语言不同外，与一般微型计算机系统已十分相似。结构原理可编程序控制器的一般硬件结构由6个基本部分组成（图1）：（1）通用微处理机（中央处理单元）。它用来实现算术和逻辑运算，是可编程序控制器的核心部分,通常采用8位、16位通用微处理机或单片微处理机。（2）存储器。它一般配置随机存储器(RAM)存储数据和配置可编程序只读存储器(EPROM)存储程序。（3）输入输出接口。（4）功能选择开关。（5）运行指示器。（6）编程器。它既可与可编程序控制器组成一体也可独立于外。控制程序通过编程器转换为二进制指令代码存入可编只读存储器中。控制器运行时，机器内部不断循环“扫描“,在每次“扫描”中,中央处理单元的运算器按指令计数器加1的顺序逐条读取程序存储器中的指令，并予以执行。处理一条指令时，一方面对所有输入开关量采样,并存入输入接口的输入寄存器中,另一方面根据指令规定的操作内容，对相应的输入输出开关量和中间变量进行逻辑运算，然后按照运算结果控制相应输出接口寄存器或中间变量寄存器，再由输出寄存器控制输出单元的通、断状态。一条指令执行完毕，运算器立即取出并执行下一条指令。“扫描”一遍全部指令通常只需要几毫秒至几十毫秒。可编程序控制器编制程序比计算机容易得多，不需要很高的编程技术。程序调试完毕后可通过写入装置写入可编程序只读存储器内。只要将其插入控制器的插座内，控制器便能按其中的程序工作。可编程序控制器还常备有不同的选件，供用户按控制对象的不同需要选用。主要特点可编程序控制器在硬件配置上与单板微型机类似，但为了适应在工业环境中应用，一般具有以下四个特点：（1）可靠性高。采用固态器件，输入和输出均经光电耦合与继电器隔离,有较高的抗干扰能力,能在环境恶劣的生产现场使用，并有停电保护和自诊断等功能。（2）输入输出模块化。具有多种输入和输出类型，可直接驱动近百瓦交直流负载。输入输出点数,常以8、16、32为一模块单元，根据控制规模和类型进行组合和扩充。（3）有独立的编程器。大多数可编程序控制器沿用了过去继电器顺序控制的设计方法，采用继电器梯形图符编程，且有字符或图形显示。只要修改程序，即可对不同的控制对象进行控制。（4）有较强的控制功能和较大的控制规模。通常以存储容量和输入输出点数来划分档次。小型可编程控制器只具有顺序控制功能，存储容量不大于1K字，输入输出不大于64点。中型可编程控制器增加了算术运算、中断处理、通信接口、故障诊断和模拟量输入输出等功能，并能使用高级语言BASIC或PASCAL编程,存储容量为1～4K字，输入输出不大于512点。大型可编程控制器具有更强的控制功能，存储容量大于8K字，输入输出大于1024点。应用可编程序控制器已广泛用于电力、钢铁、石油、化工、机械加工、轻工业等领域的生产过程顺序控制，并从取代小型顺序控制设备的继电器盘发展成大型多功能控制设备的重要控制手段。工业生产中的非连续生产过程、复杂设备的起停、紧急情况的处理，例如高炉装料、机械加工自动线和电站设备的安全起停等，都要求断续的开关量控制。顺序控制器在这类非连续生产过程中应用很广。但是许多生产过程常常需要顺序控制和连续控制相结合的综合控制。图2是应用这种控制器实现制糖生产过程自动控制的例子，系统中的顺序控制器控制生产过程中各程序段的阀门开闭，而电导率气动调节器则根据电导率检测信号与给定值的偏差，在装料期间对给水和给料的比率进行控制。图3是用顺序控制器组成的多级分布式系统，它可与化工、石油等生产过程、生产自动线、自动化仓库、输送设备、工业机器人等受控、监视对象直接连接。顺序控制器可以分散设置在系统的终端，直接处理生产过程中的一些问题，从而减轻和分散大型计算机的负担。多级分布式系统不仅能减少大量的长距离电缆，同时还能大大提高系统处理的速度、灵活性和可靠性。发展趋势新型可编程序控制器的发展表现在小型化、多功能化和大型化三个方面。小型化可编程序控制器的输入、输出仅16～32点，其目的是降低价格，以便在小型设备中取代固定式顺序控制器。另一方面，为了适应过程控制(见过程控制系统)的需要，在可编程序控制器中增加了PID控制(见PID调节器)，伺服定位控制用的智能输入输出模块和相应的处理功能。采用多处理机技术,就能一面进行顺序控制,一面进行输入信号的预处理和各种数值控制（如机械定位、速度、流量、压力的控制等）。可编程控制器可与计算机数值控制(CNC)设备紧密结合起来。用户可以通过窗口软件独立编程，由可编程控制器送到计算机数值控制设备，使计算机数值控制系统变成以可编程序控制器为主体的控制和管理系统。可编程序控制器还可以用来直接控制机器人。80年代,为了适应工厂自动化发展的需要，出现大型可编程序控制器,输入输出点数达几千个，采用BASIC等高级语言编程，多处理机并行处理,能协调梯形图符程序和BASIC程序之间的同步关系，适用于位处理、字处理和I/O中断处理，具有联机文件管理功能和纠错功能，可适应多任务实时控制。利用主计算机将多台可编程序控制器联成网络,在可编程序控制器之间和可编程序控制器与主机之间均采用光纤通信，把输入输出模块置于生产现场进行分散控制,这样就可以构成一个集中管理信息的分布式系统。可编程序控制器在实现工厂自动化方面起着重要作用，它对现有的电气控制设备、模拟调节器、工业控制用计算机和通信网络等都有深远的影响。有人认为，在工业生产自动化中，可编程序控制器、机器人和CAD/CAM是三项核心技术。可编程序控制器是微型计算机技术、控制技术和通信技术相结合的产物。廉价的超小型可编程序控制器可用于单机和简单的控制过程，多功能的大型可编程序控制器在工厂生产自动化中具有广阔的前景。参考书目易传禄著：《工业程序控制装置》，机械工业出版社，北京，1978。