新的灵巧PLC技术

    小型耐用的可编程逻辑控制器(PLC)是逻辑控制器领域发展最快的一类产品。用户在使用小型PLC时不但要考虑到控制器的功能，还需要了解PLC系统的正确使用方法、维修途径和升级手段，这些内容往往比选择控制器的种类更为重要。要评估PLC系统的处理规模，以往单纯考虑输入／输出(I/O)点数的传统方法已经不再完全适用，用户需要关注PLC的各项功能是否满足相关应用的要求，而选择输入／输出(I/O)点数能作到为系统将来的扩展稍微放大一点规模就可以了。小型PLC的CPU速度、存储器规模、输入／输出点数、内部定时器／计数器个数、编程指令都比中大型PLC少得多。但新的小型PLC应用灵活，带有LCD显示模块，现场应用调试方便，不需要大型设备支持，适应各种工业与工程环境，是应用最为广泛的PLC，例如西门子公司的灵巧PLC-LOGO。LOGO为通用逻辑控制模块，有8种基本功能和26种特殊功能，它可代替很多定时器、继电器、时钟和接触器，实现它们的功能，可取代数以万计的继电器设备。LOGO模块不需要太多的附件和放置空间，它使控制柜的体积变得更小，而且随时能够扩展功能。LOGO模块不仅降低了花费，更节省了70%的开发应用时间。LOGO易于安装，几乎不需要任何接线，编程十分简单，带有外部按钮，仅按动几下按钮就可简单编程。LOGO具有抗振性以及很强的电磁兼容性(EMC)，完全符合各项工业标准，能够应用于各种环境条件。可以省略所有的单个元件，例如时间继电器、计数器、中间继电器、接触器等，因为它们都包含在LOGO之中。西门子微型PLC-LOGO如图2-1所示，水果及蔬菜加工厂的输送和包装，PLC控制生产线如图2-2所示。
    图2-1    西门子微型PLC-LOGO    小型PLC在用户使用的容易程度方面、通信功能以及其他功能方面，继续保持其领先地位。2004年中期，ARC咨询集团就指出，“目前PLC已经成为一种使用得如此普遍的工业控制产品，以至于连PLC的制造厂商都无法知道那些通过分销商销售的小型PLC和微型PLC，它们的最终用户究竟是谁”。CONTROLENGINEERING刊物2004年11月的PLC专题研究也曾指出，“微型和中型PLC是安装、使用的最为广泛的类型”。North Eastern Ohio有限公司是一家专业生产自动油漆设备的制造商，它们的Automation系列产品提供了包括Wago I/O模块和基于以太网的微型PLC在内的自动化系统。North Eastern Ohio有限公司的微型PLC如图2-3所示，North Eastern Ohio的自动油漆设备如图2-4所示。    功能紧凑的小型化PLC在几年前还很少见。但今天，最新紧凑型模块式PLC其I/O卡槽排放在PLC的上部，配备有8个内置的高速计数器，可用于编码器、接近传感器以及光电传感器，比其他同类的只有两个相同计数器的PLC体积小，功能更强大。与其他类型的PLC一样，绝大多数微型PLC都已采用IEC 61131-3的编程标准，该标准定义了一种标准化的指令集、数据类型以及编程环境。这种标准的优点是众所周知的，比如说可重复使用的代码、独立于处理器的编程环境、可在不同品牌的PLC之间通用的编码手操器、可使用户更快地掌握等。但是如果现在不使用由IEC 61131-3编程标准所支持的微型PLC，那么在微型PLC硬件上省下的金钱，必将会花在额外的工程实施及人员培训上。
    图2-2    水果及蔬菜加工厂的PLC控制输送和包装生产线    PLC专家建议用户应该根据具体的应用场合来决定采用何种PLC。今天的控制处理过程很大程度上依赖包罗万象的信号和数据，其涵盖的范围包括模拟及数字输入输出设备、高分辨率高速的摄像机以及多轴运动控制器。很多应用场合，比如高速生产线、实时的机械状态监测、高精度控制以及复杂过程控制，往往需要在确定的时间间隔内执行完成高速的数据采集、先进的数据分析以及处理算法。
    图2-3    North Eastern Ohio有限公司的微型PLC
    图2-4    North Eastern Ohio的自动油漆设备    高级的PLC可以满足上述部分要求。然而，工程师为了能够高效地处理这些信号，需要一些可供计算的资源，如浮点处理器以及足够的内存，也可以利用其他设备构成PLC系统，将这些控制器硬件与实时操作系统集成在一起，为控制工程师的应用提供了一种低成本、高效益的工作平台。    I/O点数是用来衡量PLC规模大小的传统方法，不同的I/O点标准如表2-1所示。    表2-1    I/O点标准
    然而，现在最小型PLC的I/O处理能力也超过了过去大型PLC的处理能力。所以，有关专家表示，如今PLC最好是以提供的功能而不是I/O点数来衡量PLC的规模大小。现在一般微型PLC控制盘的安装空间非常有限，却需要适用于高产量生产线和高处理速度的操作环境。由于一体化的外形结构，这种紧凑型的PLC可以提供多达64个点的I/O处理能力，并且可以扩展到176个点。快速的系统扫描周期、坚固的编程指令集可使得编程选项倍增，扩展内存；模块化设计使得系统的硬件安装更灵活、更容易。一种带有液晶显示功能的小型PLC如图2-5所示。
    图2-5    带有液晶显示功能的小型PLC    日本松下(Panasonic)公司的FP-X型PLC带有一系列的新的特性和功能。FP-X型PLC，它的处理器速度高达0. 32μs，并且带有32KB的编程内存，可以取代处理规模小且价格昂贵的高速PLC。这种PLC还带有内置的24V传感器电源、可移动的端子排和继电器输出。该产品可以交流供电，且提供通信功能，同时还提供模拟和离散I/O信号以及相关运动控制模块的扩展。FP-X型PLC也可使用可用于FP0系列PLC上的所有扩展模块。    美国罗克韦尔自动化公司的AB MicroLogix 1100控制器是为用户提供的一种低成本、高效益、带有灵活的在线编辑功能的低端控制器。这种新型控制器能够帮助用户在线地修改程序，其中包括PID回路（即比例积分微分回路）。嵌入式的以太网/IP通信端口可通过产品提供的现成便利工具，来共享所有的数据，同时还省去了网络接线的麻烦。一台嵌入式的以太网WEB服务器可以帮助用户远程访问相关的控制信息。有些应用场合，包括了透过以太网的分散控制，如在原料处理和包装方面的应用就属此类情况，系统监控和数据采集系统可能位于一处，而控制器作为远程终端单元可能又位于另外一处。该系统内置的多用途文本LCD屏幕就可以省去在很多应用中独立的操作人机界面。    法国施耐德电气公司的Telemecanique Twido nano PLC具备了很多原先只有更大型PLC才会拥有的性能，并且体积更小，具备多种通信功能，对于每一指令逻辑，拥有最快的扫描周期。当用户在选择PLC时，主要考虑的是实际应用中的处理规模和范围。小型PLC对于复杂的机械方面的应用还比较合适，大中型PLC则更加适用于复杂的过程控制。如果初步认为一套小型的PLC可以适用于用户应用场合的话，那么下一步就可以判断该类PLC是否有足够的I/O点数（离散量和模拟量）、是否有PID回路的处理能力、是否有足够的内存和通信处理能力及是否有足够快的处理速度。如果安装空间不是很大的话，那么同样还需考虑系统硬件的物理尺寸。在实际的工程应用中，小型PLC的优势和适应性已经充分展现出来。