可編程控制器介紹

可編程控制器介紹可編程控制器是60年代末在美國(guó)首先出現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC(ProgrammableLogicController),目的是用來(lái)取代繼電器。以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。提出PLC概念的是美國(guó)通用汽車(chē)公司。PLC的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易憧、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫(xiě)入控制器的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器內(nèi),使控制器和被控對(duì)象連接方便。70年代中期以后，PLC己廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外困電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的PLC已不再是僅有邏?(Logic)判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)可編程控制器作了如卜.的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外困設(shè)備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破鲗?duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，是一種無(wú)觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝。目前，可編程控制器己成為工廠(chǎng)自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的普及推廣應(yīng)用?？删幊炭刂破魇敲嫦蛴脩?hù)的專(zhuān)用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有許多明顯的特點(diǎn)。①可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；②編程直觀(guān)、簡(jiǎn)單；③適應(yīng)性好；④功能完善，接口功能強(qiáng)?？删幊踢壿嬁刂破?PLC)的計(jì)算模塊是由理查德.e.莫雷在1968年發(fā)明的，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于工業(yè)中的制造系統(tǒng)，運(yùn)輸系統(tǒng)，化工過(guò)程控制，以及許多其他領(lǐng)域。PLC使用軟連線(xiàn)邏輯或所謂的梯形圖取代硬接線(xiàn)邏輯，采用編程語(yǔ)言和可視化的模擬硬接線(xiàn)邏輯設(shè)計(jì)，這樣使的系統(tǒng)的配置時(shí)間從以前的6個(gè)月減少到了6天。雖然現(xiàn)在基于PC的控制系統(tǒng)己經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域，但是基于PLC的控制系統(tǒng)憑借其高性能，低廉的價(jià)格，優(yōu)越的可靠性以及適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，仍占領(lǐng)工業(yè)控制系統(tǒng)的大片領(lǐng)域。此外，一項(xiàng)關(guān)于PLC市場(chǎng)的研究報(bào)告中指出，當(dāng)時(shí)的PLC硬件市場(chǎng)價(jià)值己超過(guò)8億美元，并且億年銷(xiāo)侈增長(zhǎng)量15萬(wàn)美元的速度快速發(fā)展。PLC的發(fā)明者理查德.e.莫雷當(dāng)時(shí)己經(jīng)預(yù)言，盡管硬件價(jià)格在不斷地下降，但是客觀(guān)地估計(jì)PLC產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到50億美元。雖然現(xiàn)在PLC己經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，但是PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展仍然處于不斷摸索階段。就好像軟件工程一樣，PLC的軟件設(shè)計(jì)目前也面臨著類(lèi)似于軟件危機(jī)一樣的兩難境地。莫雷用自己的一句話(huà)非常形象地說(shuō)明了這個(gè)危機(jī):“如果把一個(gè)軟件項(xiàng)目比作一個(gè)樓房的話(huà),那么一只啄木鳥(niǎo)就可以毀掉它?！庇绕鋰?yán)重的問(wèn)題是，只有不斷地在實(shí)際中遇到問(wèn)題，才能有效地限制程序中的錯(cuò)誤和維護(hù)原有的梯形圖程序的成本。雖然PLC的硬件成本在不斷地下降，但是如何有效地減少梯形圖執(zhí)行的掃描時(shí)間仍然是一個(gè)問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，PLC的生產(chǎn)制造的發(fā)簪速度是落后于其他領(lǐng)域的。例如VLSI(超大規(guī)模集成電路)的設(shè)計(jì)，就可以依靠計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，高效率地進(jìn)行。但是現(xiàn)有的軟件工程設(shè)計(jì)方法，卻不一定適用于PLC的軟件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，因?yàn)镻LC的編程需要同時(shí)考慮硬件和軟件因素。因此，PLC軟件設(shè)計(jì)中就被加入越來(lái)越多的主觀(guān)成分。在許多工業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，在整個(gè)PLC程序系統(tǒng)的測(cè)試和調(diào)試人員中，有超過(guò)50%的人力是用于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝的。此外，面對(duì)日益增長(zhǎng)的彈性的和可重塑性的需求，當(dāng)前很多PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都不夠適合。PLC的基本概念PLC周而復(fù)始地執(zhí)行程序中的控制邏輯和讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。FX2N將程序和物理輸入輸出點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)FX2N的基本操作非常簡(jiǎn)單：CPU讀輸入狀態(tài)CPU中存儲(chǔ)的程序利用輸入執(zhí)行控制邏輯。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，CPU刷新有關(guān)數(shù)據(jù)。CPU將數(shù)據(jù)寫(xiě)到輸出。FX2N在掃描循環(huán)中完成它的任務(wù)FX2N周而復(fù)始地執(zhí)行一系列任務(wù)。任務(wù)循環(huán)執(zhí)行一次稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。在一個(gè)掃描周期中，F(xiàn)X2N將執(zhí)行部分或全部下列操作：⑴讀輸入：FX2N將物理輸入點(diǎn)上的狀態(tài)復(fù)制到輸入過(guò)程映象寄存器中。⑵執(zhí)行邏輯控制程序：FX2N執(zhí)行程序指令并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在各種存儲(chǔ)區(qū)中o(3)處理通訊請(qǐng)求：FX2N執(zhí)行通訊任務(wù)。變化很快，不應(yīng)該選用模擬量濾波。不要對(duì)在模擬量字中傳遞數(shù)字信息或者報(bào)警指示的模塊使用模擬量輸入濾波。對(duì)于RTD、TC和ASI主站模塊，不能使用模擬量輸入濾波。執(zhí)行程序在掃描周期的執(zhí)行程序階段，CPU從頭至尾執(zhí)行應(yīng)用程序。在程序或中斷服務(wù)中，直接I/O指令允許您對(duì)I/O點(diǎn)直接進(jìn)行存取。如果在程序中使用了中斷，與中斷事件相關(guān)的中斷服務(wù)程序作為程序的一部分被存儲(chǔ)。中斷程序并不作為正常掃描周期的一部分來(lái)執(zhí)行，而是當(dāng)中斷事件發(fā)生時(shí)才執(zhí)行(可能在掃描周期的任意點(diǎn))。處理通訊請(qǐng)求在掃描周期的信息處理階段，CPU處理從通訊端II或智能I/O模塊接收到的任何信息。⑼執(zhí)行CPU自診斷測(cè)試FX2N為系統(tǒng)中的所有擴(kuò)展模塊提供5V直流邏輯電源。必須格外注意您的系統(tǒng)配置，要確保CPU所提供的5V電源，能夠滿(mǎn)足您所選擇的所有擴(kuò)展模塊的需要。如果您的配置要求超出了CPU的供電能力，您只有去掉一些模塊或者選擇一個(gè)供電能力更強(qiáng)的CPUoFX2N的所有CPU也提供24V直流傳感器供電，此24VDC可以為輸入點(diǎn)、擴(kuò)展模塊上的繼電器線(xiàn)圈或者其它設(shè)備供電。如果設(shè)備用電量超過(guò)了傳感器供電定額，必須為系統(tǒng)另配一個(gè)外部24VDC供電電源。對(duì)于特定的FX2NCPU,可以在中查到其24VDC傳感器供電電源定額。如果您使用了外部24VDC供電電源，要確保該電源沒(méi)有與FX2NCPU上的傳感器電源并聯(lián)使用。為了加強(qiáng)電子噪音保護(hù)，建議將不同電源的公共端連在一起接地和接線(xiàn)指南對(duì)所有電器設(shè)備進(jìn)行合理的接地和接線(xiàn)是非常重要的，它能夠確保您的系統(tǒng)具備最優(yōu)的操作特性，同時(shí)能夠?yàn)槟膽?yīng)用和FX2N提供更好的電子噪聲保護(hù)。先決條件在接地和接線(xiàn)之前，必須先確保設(shè)備的電源己被切斷。同樣，也要確保與該設(shè)備相關(guān)聯(lián)的設(shè)備的供電己被切斷。隔離指南FX2N的交流供電和I/O點(diǎn)與交流電路之間的隔離為1500VACo這些隔離被檢驗(yàn)和證明可以作為交流線(xiàn)和低壓電路之間的安全隔離。所有與FX2N相連的低壓電路，例如24V供電，必須與交流線(xiàn)和其它高壓之間有安全隔離，符合各種安全標(biāo)準(zhǔn)。這些電源具有國(guó)際電氣安全標(biāo)準(zhǔn)里所定義的雙層絕緣保護(hù)，其輸出符合SELV、PELV、等級(jí)2標(biāo)準(zhǔn)或者根據(jù)各種標(biāo)準(zhǔn)的限定電源輸出。FX2N接地指南對(duì)于您的應(yīng)用，最佳的接地方案應(yīng)該確保FX2N及其相關(guān)設(shè)備的所有接地點(diǎn)在一點(diǎn)接地。這個(gè)單獨(dú)的接地點(diǎn)應(yīng)該直接連接到大地。為了提高抗電子噪聲保護(hù)特性，建議將所有直流電源的公共點(diǎn)連接到同一個(gè)單一接地點(diǎn)上。同樣建議將24VDC傳感器供電的公共點(diǎn)接地。所有的接地線(xiàn)應(yīng)該盡量短并旦用較粗的線(xiàn)徑(2mm2或者14AWG)。當(dāng)選擇接地點(diǎn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮安全接地要求和對(duì)隔離器件的適當(dāng)保護(hù)。FX2N接線(xiàn)指南在設(shè)計(jì)FX2N的接線(xiàn)時(shí)，應(yīng)該提供一個(gè)單獨(dú)的開(kāi)關(guān)，能夠同時(shí)切斷FX2NCPU.輸入電路和輸出電路的所有供電。提供熔斷器或斷路器等過(guò)流保護(hù)裝置來(lái)限制供電線(xiàn)路中的電流。您也可以為每一輸出電路都提供熔斷器或其它限流設(shè)備作為額外的保護(hù)。在有可能遭受雷擊浪涌的線(xiàn)路上安裝浪涌抑制器件。避免將低壓信號(hào)線(xiàn)和通訊電纜與交流線(xiàn)和高能量快速開(kāi)并的直流線(xiàn)設(shè)計(jì)在同一個(gè)走線(xiàn)槽中。使用雙絞線(xiàn)并旦用中性線(xiàn)或者公共線(xiàn)與能量線(xiàn)或者信號(hào)線(xiàn)相配對(duì)。導(dǎo)線(xiàn)盡量短并且保證線(xiàn)粗能夠滿(mǎn)足電流要求。端子排適合的線(xiàn)粗為2mm2到0.3mm2(14AWG到22AWG)。使用屏蔽電纜可以得到最佳的抗電子噪聲特性。通常將屏蔽層接地可以得到最佳效果。當(dāng)輸入電路由一個(gè)外部電源供電時(shí)，要在電路中添加過(guò)流保護(hù)器件。如果使用FX2NCPU上的24VDC傳感器供電電源，則無(wú)需額外添加過(guò)流保護(hù)器件，因?yàn)榇穗娫醇航?jīng)有限流保護(hù)。大多數(shù)的FX2N模塊有可拆卸的端子排。為了防止連接松動(dòng)，要確保端子排插接牢固，同時(shí)也要確保導(dǎo)線(xiàn)牢固地連接在端子排上。為了避免損壞端子排，螺釘不要擰得太緊。螺釘連接的最大扭矩為0.56N--m(5inch-pounds)。為了避免意想不到的電流流入系統(tǒng)，F(xiàn)X2N在合適的部分提供電氣隔離。當(dāng)您設(shè)計(jì)系統(tǒng)走線(xiàn)時(shí)，應(yīng)考慮這些隔離。級(jí)別低于1500VAC的隔離不能作為安全隔離。GTDesigner-人機(jī)界面GTDesigner是在生產(chǎn)和過(guò)程自動(dòng)化中解決可視化和控制任務(wù)的工業(yè)技術(shù)中性系統(tǒng)。它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報(bào)表的功能模板。高性能的過(guò)程耦合、快速的畫(huà)面更新、以及可靠的數(shù)據(jù)使其具有高度的實(shí)用性。除了這些系統(tǒng)功能外，GTDesigner還提供了開(kāi)放的界面用于用戶(hù)解決方案。這使得將GTDesigner集成入復(fù)雜、廣泛的自動(dòng)控制解決方案成為可能?？梢约赏ㄟ^(guò)ODBC和SQL方式的歸檔數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)，以及通過(guò)OLE2.0和ActiveX控件的對(duì)象和文檔的鏈接，這些機(jī)制使GTDesigner成為Windows世界中性能卓越、善于溝通的伙伴。GTDesigner是基于WindowsNT32位操作系統(tǒng)。WindowsNT具有的搶先多重任務(wù)的特性確保了對(duì)過(guò)程事件的快速反應(yīng)并提供了多種防止數(shù)據(jù)丟失的保護(hù)。WindowsNT同樣提供了安全方面的功能。GTDesigner軟件本身是32位的應(yīng)用程序，開(kāi)發(fā)使用調(diào)制解調(diào)器、面向?qū)ο蟮能浖幊碳夹g(shù)。如果通過(guò)開(kāi)始菜單啟動(dòng)GTDesigner將首先打開(kāi)GTDesigner資源管理器。在此可以訪(fǎng)問(wèn)各種編輯器，從中執(zhí)行操作和監(jiān)控系統(tǒng)的指定任務(wù)。GTDesigner編輯器圖形編輯器圖形編輯器是一種用于創(chuàng)建過(guò)程畫(huà)面的面向矢量的作圖程序，也可以用包含在對(duì)象和樣式選項(xiàng)板中的眾多的圖形對(duì)象來(lái)創(chuàng)建復(fù)雜的過(guò)程畫(huà)面?？梢酝ㄟ^(guò)動(dòng)作編程將動(dòng)態(tài)添加到單個(gè)圖形對(duì)象上。向?qū)峁┝俗詣?dòng)生成的動(dòng)態(tài)支持并將他們鏈接到對(duì)象。也可以在庫(kù)中存儲(chǔ)自己的圖形對(duì)象。報(bào)警記錄報(bào)警記錄提供了顯示和操作選項(xiàng)來(lái)獲取和歸檔結(jié)果?？梢匀我獾剡x擇消息塊、消息級(jí)別消息類(lèi)型、消息顯示以及報(bào)表。系統(tǒng)向?qū)Ш徒M態(tài)對(duì)話(huà)框在組態(tài)期間提供相應(yīng)的支持。為了在運(yùn)行中顯示消息，可以使用包含在圖形編輯器的對(duì)象選項(xiàng)板中的報(bào)警控件。變量記錄變量記錄被用來(lái)從運(yùn)行過(guò)程中采集數(shù)據(jù)并準(zhǔn)備將它們顯示和歸檔。可以自由地選擇歸檔、采集和歸檔定時(shí)器的數(shù)據(jù)格式?？梢酝ㄟ^(guò)GTDesigner在線(xiàn)趨勢(shì)和表格控件顯示過(guò)程值，并分別在趨勢(shì)和表格形式下顯示。報(bào)表編輯器報(bào)表編輯器是為消息、操作、歸檔內(nèi)容和當(dāng)前或巳歸檔的數(shù)據(jù)的定時(shí)器或事件控制文檔的集成的報(bào)表系統(tǒng)，可以自由選擇用戶(hù)報(bào)表或項(xiàng)目文檔的形式。提供了舒適的帶工具和圖形選項(xiàng)板的用戶(hù)界面，同時(shí)支持各種報(bào)表類(lèi)型。具有多種標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)布局和打印作業(yè)全局腳本全局腳本是C言函數(shù)和動(dòng)作的通稱(chēng)，根據(jù)其不同的類(lèi)型，可用于一個(gè)給定的項(xiàng)目或眾多項(xiàng)目中。腳本被用于給對(duì)象組態(tài)動(dòng)作并，通過(guò)系統(tǒng)-內(nèi)部C言編譯器來(lái)處理。全局腳本動(dòng)作用于過(guò)程執(zhí)行的運(yùn)行中。一個(gè)觸發(fā)可以開(kāi)始這些動(dòng)作的執(zhí)行。文本庫(kù)可以在文本庫(kù)中編輯多種模塊在運(yùn)行中使用的文本。在文本庫(kù)中為組態(tài)的文本定義了外語(yǔ)輸出文本。隨后輸出在選擇的運(yùn)行語(yǔ)言中。用戶(hù)管理器用戶(hù)管理器用于分配和控制用戶(hù)的單個(gè)組態(tài)和運(yùn)行系統(tǒng)編輯器的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限。每當(dāng)建立了一個(gè)用戶(hù)，就設(shè)置GTDesigner功能的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)力并獨(dú)立地分配給此用戶(hù)。至多可分配999不同的授權(quán)。用戶(hù)授權(quán)可以在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)分配。交叉索引交叉索引用于為對(duì)象尋找和顯示所有使用處，例如變量、畫(huà)面和函數(shù)等。使用“鏈接”功能可以改變變量名稱(chēng)而不會(huì)導(dǎo)致組態(tài)不一致。GTDesigner基本選項(xiàng)客戶(hù)機(jī)服務(wù)器使用客戶(hù)機(jī)服務(wù)器功能GTDesigner4以用來(lái)在一般與連網(wǎng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的互連中操作幾個(gè)并列的操作和監(jiān)控站。理論上，至多64個(gè)客戶(hù)機(jī)可以集成在單一項(xiàng)目中。冗余GTDesigner冗余提供了并行操作一對(duì)服務(wù)器的可能，因此兩臺(tái)機(jī)器間可以相互監(jiān)控。如果一臺(tái)失敗，另一臺(tái)接管整個(gè)系統(tǒng)的控制。在服務(wù)器恢復(fù)繼續(xù)服務(wù)后，全部消息和過(guò)程歸檔就復(fù)制到先前不能服務(wù)的服務(wù)器上。用戶(hù)歸檔GTDesigner用戶(hù)歸檔是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，用戶(hù)自己可以對(duì)其組態(tài)。這樣，來(lái)于技術(shù)處理的數(shù)據(jù)可持續(xù)存儲(chǔ)在服務(wù)器上并在運(yùn)行時(shí)在線(xiàn)顯示。而且被連接控制的配方和設(shè)定值的賦值也可以存儲(chǔ)在用戶(hù)歸檔中并且在需要時(shí)傳遞到控件。GTDesigner過(guò)程控制選項(xiàng)存儲(chǔ)存儲(chǔ)功能支持硬盤(pán)與長(zhǎng)期數(shù)據(jù)介質(zhì)自動(dòng)地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同樣也可以在硬盤(pán)上將數(shù)據(jù)刪除。畫(huà)面樹(shù)管理器畫(huà)面樹(shù)管理器用來(lái)管理系統(tǒng)、子系統(tǒng)、函數(shù)名稱(chēng)和圖形編輯器畫(huà)面體系。設(shè)