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PLC的主要使用情况简介

目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化等各个行业。在运城电厂主要有化学制水、生活污水处理、工业废水处理、凝结水精处理等。有关PLC的使用情况主要分为如下几类。

1 开关

开关是常见的电子元件，功能就是电路的接通和断开。接通则电流可以通过，反之电流无法通过。在各种电子设备、家用电器中都可以见到开关。 PLC可以方便地实现逻辑控制取代传统的继电器。

继电器是我们生活中常用的一种控制设备，通俗的意义上来说就是开关，在条件满足的情况下关闭或者开启。继电器的开关特性在很多的控制系统尤其是离散的控制系统中得到广泛的应用。从另一个角度来说，由于为某一个用途设计使用的电子电路，终或多或少都需要和某一些机械设备相交互，所以继电器也起到电子设备和机械设备的接口作用。

   电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机。如水泵的启停、阀门的开关、制水系统顺控、干除灰系统等。

2 工业过程控制

在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量量(即模拟量)，PLC采用相应的A／D和D／A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID

3 运动控制

PLCC

4 数据处理

PLCC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表等功能，可以完成数据的采集,

5 通信及联网

PLCC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

 1. PLC市场增长点 

区域增长点：由于华东、华南地区PLC应用较为普遍，市场规模接近饱和，除了PLC新影响因素外，新的PLC市场增长点不明显；而华中、华北、东北地区国家区域经济、城市战略的确定，武汉城市圈等的兴起，以及经济增长中加注重环保、节能，工业领域对于PLC应用需求将随之增长，同时南昌、合肥、郑州、太原等地大规模建设城市轨道交通，PLC市场规模也将水涨船高，这些区域未来PLC应用市场潜力。 

行业增长点：由于我国城镇化进程的加快，城市水处理对于PLC应用需求也随之增长，另外国家加大对于铁路、轨道交通建设的投入力度，未来对于大型PLC的应用需求必然有所提高，是大型PLC应用的市场增长点。

        2.PLC市场格局变化趋势 

在我国应用的PLC，几乎涵盖了世界所有的，呈现八国联军的态势，但从行业，有各自的势力范围。大中型系统采用欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。具体的市场格局是西门子、罗克韦尔、施耐德在大型PLC市场三分；中型PLC市场西门子一枝秀；小型PLC则是日系，西门子紧追——大的市场格局未曾改变，但是需要注意一些潜在发生的趋势和力量。 

在中国市场上很多都是在中国市场上传统的供应商，在很多领域占得了先机，相对应的是施耐德和LS这些后来者虽然市场快速增长，但是距离者仍有一定的差距。某些会侧重于一些行业。 

中型PLC是各家追逐的战略。几乎每家都在加强在中型PLC方面的产品缺失，以期在西门子大的这个分治区得一杯羹。不过在短期内，还未看到改变格局的力量。

在小型PLC市场，需要关注本土力量。士别三日，当刮目相看。几年前，我们还经常形容，纯粹本地的PLC销售不足千万。但是到今天，即使不论台达的成功，越来越多的国内企业开始进入PLC市场，并且采用一种加有效的进攻方式——往往已经在变频器领域了成功，开始策划整体的FA方案，进入PLC、HMI和伺服领域，以北京和利时为代表的本土厂商就是这样。这比以往单纯投入PLC业务，加容易被市场接纳。相信，如果未来格局发生变革，则波就在小型PLC，发起者就是本土厂商

PLC是如何产生的？PLC与汽车生产线的不解之缘

在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：

(1）编程方便，现场可修改程序；

(2）维修方便，采用模块化结构；

(3）性继电器控制装置；

(4）体积小于继电器控制装置；

(5）数据可直接送入管理计算机；

(6）成本可与继电器控制装置竞争；

(7）输入可以是交流115V；

(8）输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；

(9）在扩展时，原系统只要很小变；

(10）用户程序存储器容量至少能扩展到4K。

1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。

dcs和plc的设计原理区别较大，plc是由继电器控制原理发展起来的，它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入plc的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。plc的cpu内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到终步（通常为end指令），然后再返回起始步循环运算。plc每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的plc，循环扫描周期在1微几十微秒之间。程序计数器这样的循环操作，这是dcs所没有的。这也是使plc的冗余不如dcs的原因。dcs是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数和过程变量之间的关系都做成功能块（有的dcs系统称为膨化块）。dcs和plc的表现的主要差别是在开关量的逻辑解算和模拟量的运算上，即使后来两者相互有些渗透，但是还是有区别。80年代以后，plc除逻辑运算外，控制回路用的算法功能已经大大加强，但 plc用梯形图编程，模拟量的运算在编程时不太直观，编程比较麻烦。但在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1k逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。而dcs把所有输入都当成模拟量，1位就是开关量。解算一个逻辑是在几百微秒至几毫秒量级。对于plc解算一个pid运算在几十毫秒，这与dcs的运算时间不相上下。

在接地电阻方面，对plc也许要求不高，但对dcs一定要在几欧姆以下（通常在4欧姆以下）。模拟量隔离也是非常重要的。

相同i/o点数的系统，用plc比用dcs，其成本要低一些（大约能省40%左右）。plc没有操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比dcs要低很多。如果被控对象主要是设备连锁、回路相对很少，采用plc较为合适。如果主要是模拟量控制、并且函数运算很多，采用dcs。dcs在控制器、i/o板、通讯网络等的冗余方面，一些运算、行业的特殊要求方面都要比plc好的多。plc由于采用通用软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。

PLC可编程序控制器的主要性能指标

1．存储容量

存储容量是指用户程序存储器的容量。用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。一般来说，小型PLC的用户存储器容量为几千字，而大型机的用户存储器容量为几万字。

2．I/O点数

输入/输出（I/O）点数是PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量PLC性能的重要指标。I/O点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。

3．扫描速度

扫描速度是指PLC执行用户程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。一般以扫描1K字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以ms/K字为单位。 PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。

4．指令的功能与数量

指令功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。

5．内部元件的种类与数量

在编制PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些元件的种类与数量越多，表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。

6．特殊功能单元

特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。近年来各PLC厂商非常重视特殊功能单元的开发，特殊功能单元种类日益增多，功能越来越强，使PLC的控制功能日益扩大

7．可扩展能力

PLC的可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。在选择PLC时，经常需要考虑PLC的可扩展能力。

PLC的特点 可编程序控制器(PLC)的特点

为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：

1. 性高，抗干扰能力强

工业生产对控制设备的性要求：

①平均故障间隔时间长

②故障修复时间（平均修复时间）短

任何电子设备产生的故障，通常为两种：

①偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、高温、低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。

②性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。

如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均修复时间。为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。

·硬件措施：

主要模块均采用大规模或大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。

① 屏蔽——对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。

② 滤波——对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或π型滤波网络，以或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。

③ 电源调整与保护——对微处理器这个部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。

④ 隔离——在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之间电的联系，减少故障和误动作；各I/O口之间亦彼此隔离。

⑤ 采用模块式结构——这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。

·软件措施：

有强的自检及保护功能。

①故障检测——软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等。以便及时进行处理。

②信息保护与恢复——当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。

③设置警戒时钟WDT（）——如果程序每循环执行时间过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。

④加强对程序的检查和校验——一旦程序有错，立即报警，并停止执行。

⑤对程序及动态数据进行电池后备——停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。

PLC的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。它要求能承受幅值为1000V，上升时间1nS，脉冲宽度为1μS的干扰脉冲。一般，平均故障间隔时间可达几十万～上千万小时；制成系统亦可达4～5万小时甚至长时间。

2 .通用性强，控制程序可变，使用方便

PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。

3.功能强，适应面广

现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。

4.编程简单，容易掌握

目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。

PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，可以满足控制要求。

5.减少了控制系统的设计及施工的工作量

由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也为方便。

6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便

PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M型PLC为例：其外型尺寸仅为305×110×110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其小型品种F1系列相比：面积为47%,体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24～128点。