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PLC

PLC

又名:可编程逻辑控制器,平面光波导,电力线通信
分类: 工控
属性: 技术
最后修改时间: 2013年05月25日
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PLC定义分为两类: 一、可编程逻辑控制器 二、平面光波导 三、电力线通信

PLC定义分为两类:

一、可编程逻辑控制器

PLC = Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器,一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。

PLC的基本概念

  可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现,美国,日本,德国的可编程控制器质量优良,功能强大。

PLC的基本结构

  PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同,基本构成为:

a、电源

  PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的,因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

b. 中央处理单元(CPU)

  中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。

  为了进一步提高PLC的可靠性,近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的表决式系统。这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运行。

c、存储器

  存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

  存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

d、输入输出接口电路

  1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路,作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。

  2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成,作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

e、功能模块

  如计数、定位等功能模块

f、通信模块

  如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等

PLC技术发展呈现新的动向:

  1:产品规模向大、小两个方向发展 大:I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小:由整体结构向小型模块化结构发展,增加了配置的灵活性,降低了成本。

  2:PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。

  3:不断加强通讯功能。

  4:.新器件和模块不断推出 高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外,还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。

  5:编程工具丰富多样,功能不断提高,编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件,采用梯形图、功能图、语句表等编程语言,亦有高档的PLC指令系统。

  6:发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。

  7:追求软硬件的标准化。

PLC发展历史
 

  起源:1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年,美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP—14 ,在美国通用汽车公司的生产线上试用成功,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这是第一代可编程序控制器,称Programmable,是世界上公认的第一台PLC。

  1969年,美国研制出世界第一台PDP-14
 

  1971年,日本研制出第一台DCS-8

  1973年,德国研制出第一台PLC

  1974年,中国研制出第一台PLC

  发展:20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器,使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能,完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后,为了方便和反映可编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。

  20世纪70年代中末期,可编程控制器进入实用化发展阶段,计算机技术已全面引入可编程控制器中,使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

  20世纪80年代初,可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多,产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

  20世纪80年代至90年代中期,是PLC发展最快的时期,年增长率一直保持为30~40%。在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

  20世纪末期,可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元,使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

PLC主要产品类型

  1)大中型PLC

  ◆2006年,中国大型和中型PLC市场销售总额分别达到了1.68亿和1.54亿美金,较2005年分别增长约13.3%和1.6%.预计到2009年,市场规模将分别达到约2.5亿和1.75亿美金。

  ◆大中型PLC主要应用在冶金,汽车,电力,基础设施等领域内.其中在冶金行业中应用最广,约占到超过30%的市场份额。

  ◆在十一五期间,总体上大中型PLC的增长率高于小型PLC.用户端的采购情况还是供应商端的销售数据,大中型PLC都表现出更强的增长率。 

  2)小型PLC

  ◆2006年,中国小型PLC市场较上年增长约11.3%,市场规模达到2.19亿美金.预计到2009年,市场规模将超过2.8亿美金。

  ◆小型PLC主要应用于纺织,食品加工,汽车等行业,其中纺织行业是小型PLC最主要的应用行业,其2006年的市场分额约为29.7%。

  ◆随着一些主要的纺织生产厂商已完成自动化改造,未来该行业对小型PLC的需求预计将会相对降低.受此影响,2007-2009年小型PLC整体市场的增长率预计将保持在9.0%-10%之间。

二、平面光波导

  PLC是英文Planar Lightwave Circuit的缩写,翻译成中文为:平面光波导(技术)。所谓平面光波导,也就是说光波导位于一个平面内。正如大家所熟悉的单层电路板,所有电路都位于基板的一个平面内一样。因此,PLC是一种技术,它不是泛指某类产品,更不是分路器! 我们最常见的PLC分路器是用二氧化硅(SiO2)做的,其实PLC技术所涉及的材料非常广泛,如玻璃/二氧化硅(Quartz/Silica/SiO2)、铌酸锂(LiNbO3)、III-V族半导体化合物(如InP, GaAs等)、绝缘体上的硅(Silicon-on-Insulator, SOI/SIMOX)、氮氧化硅(SiON)、高分子聚合物(Polymer)等。

   基于平面光波导技术解决方案的器件包括:分路器(Splitter)、星形耦合器(Star coupler)、可调光衰减器(Variable Optical Attenuator, VOA)、光开关(Optical switch)、光梳(Interleaver)和阵列波导光栅(Array Waveguide Grating, AWG)等。根据不同应用场合的需求(如响应时间、环境温度等),这些器件可以选择不同的材料体系以及加工工艺制作而成。值得一提的是,这些器件都是光无源器件,并且是独立的。他们之间可以相互组合,或者和其他有源器件相互组合,能构成各种不同功能的高端器件。

三、电力线通信技术

  PLC的英文全称是Power Line Communication,即电力线通信。通过利用传输电流的电力线作为通信载体,使得PLC具有极大的便捷性,只要在房间任何有电源插座的地方,不用拨号,就立即可享受4.5~45Mbps的高速网络接入,来浏览网页﹑拨打电话,和观看在线电影,从而实现集数据﹑语音﹑视频,以及电力于一体的"四网合一"!另外,可将房屋内的电话﹑电视﹑音响﹑冰箱等家电利用PLC连接起来,进行集中控制,实现"智能家庭"的梦想。目前,PLC主要是作为一种接入技术,提供宽带网络"最后一公里"的解决方案,适用于居民小区,学校,酒店,写字楼等领域。

  广义电力线通信(Power Line Communication,简称PLC)技术早在六十多年前就应用在输电线路上,用于发电厂及变电站调度指挥通信。

  现在通常所说的PLC是指利用低压配电线路传输高速数据、语音、图象等多媒体业务信号的一种通信方式,主要应用于家庭Internet“宽带”接入和家电智能化联网控制,即高速数据PLC。

PLC的技术原理

  PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。在发送时,利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制,然后在电力线上进行传输,在接收端,先经过滤波器将调制信号滤出,再经过解调,就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M~45M之间。 PLC设备分局端和调制解调器,局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时,来自用户的数据进入调制解调器调制后,通过用户的配电线路传输到局端设备,局端将信号解调出来,再转到外部的Internet。

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