可編程控制器技術(shù)討論與未來(lái)發(fā)展-中文翻譯

可編程控制器技術(shù)討論與未來(lái)發(fā)展隨著時(shí)代的發(fā)展,當(dāng)今的技術(shù)也日趨完善、競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈;單靠人工的操作已不能滿足于目前的制造業(yè)前景,也無(wú)法保證更高質(zhì)量的要求和高新技術(shù)企業(yè)的形象.人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中看到,自動(dòng)化給人們帶來(lái)了極大的便利和產(chǎn)品質(zhì)量上的保證,同時(shí)也減輕了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,減少了人員上的編制.在許多復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)控制、整體優(yōu)化、最佳決策等,熟練的操作工、技術(shù)人員或?qū)＜?、管理者卻能夠容易判斷和操作,可以獲得滿意的效果.人工智能的研究目標(biāo)正是利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)、模擬這些智能行為,通過(guò)人腦與計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)工作,以人機(jī)結(jié)合的模式,為解決十分復(fù)雜的問(wèn)題尋找最佳的途徑 .我們?cè)诟鞣N場(chǎng)合看到了繼電器連接的控制，那已經(jīng)是時(shí)代的過(guò)去，如今的繼電器只能作為低端的基層控制模塊或者簡(jiǎn)單的設(shè)備中使用到；而 PLC 的出現(xiàn)也成為了劃時(shí)代的主題，通過(guò)極其穩(wěn)定的硬件穿插靈活的軟件控制，使得自動(dòng)化走向了新的高潮。PLC 的最大特點(diǎn)在于：電氣工程師已不再電氣的硬件上花費(fèi)太多的心計(jì)，只要將按鈕開(kāi)關(guān)或感應(yīng)器的輸入點(diǎn)連接到 PLC 的輸入點(diǎn)上就能解決問(wèn)題，通過(guò)輸出點(diǎn)連接接觸器或繼電器來(lái)控制大功率的啟動(dòng)設(shè)備，而小功率的輸出設(shè)備直接連接就可以。PLC 的內(nèi)部包含了具有中央處理器的 CPU，并帶有外部 I/O 口擴(kuò)展的 I/O 接口地址和存儲(chǔ)器三大塊組成，CPU 的核心是由一個(gè)或者多個(gè)累加器組成，它們具有邏輯的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，并能讀取程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容通過(guò)計(jì)算后去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的存儲(chǔ)器和 I/O 接口；I/O 口將內(nèi)部累加器和外部的輸入和輸出系統(tǒng)連接起來(lái)，并將相關(guān)的數(shù)據(jù)存入程序存儲(chǔ)器或者數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；存儲(chǔ)器可以將 I/O 口輸入的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器中，并在工作時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)到累加器和 I/O 接口上，存儲(chǔ)器分程序存儲(chǔ)器 ROM 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM,ROM 可以將數(shù)據(jù)永久的存入存儲(chǔ)器中，而 RAM 只能作為 CPU 計(jì)算時(shí)臨時(shí)計(jì)算使用的緩沖空間。PLC 的抗干擾是極其優(yōu)秀的，我們根本不用去關(guān)心它的使用壽命和工作場(chǎng)合的惡劣，這些所有的問(wèn)題已不再成為我們失敗的主題，而留給我們的是關(guān)心如何來(lái)利用 PLC 的內(nèi)部資源為我們加強(qiáng)設(shè)備的控制能力，使我們的設(shè)備更加的柔性。 PLC 的語(yǔ)言并不是我們所想象的匯編語(yǔ)言或 C 語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編程，而是采用原有的繼電器控制的梯形圖，使得電氣工程師在編寫(xiě)程序時(shí)很容易就理解了PLC 的語(yǔ)言，而且很多的非電氣專(zhuān)業(yè)人士也對(duì) PLC 很快認(rèn)識(shí)并深入。以上僅僅是 PLC 的優(yōu)點(diǎn)之一，這也是人們比較容易理解的一部分，在很多的設(shè)備中，人們已不再希望看到太多的控制按鈕，它們不但容易損壞而且極易產(chǎn)生人為的失誤，小的并不是主要的失誤也許你還能夠接受；但過(guò)大的甚至是致命的失誤是我們無(wú)法容忍的。新的技術(shù)總是為了給我們帶來(lái)更安全和便捷的操作，使得我們面臨的一大堆問(wèn)題一掃而光，你有了解過(guò) HMI 嗎？這里說(shuō) HMI你根本不清楚它是什么，也沒(méi)有興趣了解，換一個(gè)中文把它說(shuō)明為觸摸屏或者人機(jī)界面你就知道了，它和 PLC 的結(jié)合給了我們更大的空間。HMI 控制不僅僅是減少了控制按鈕，增加控制的靈活性，更主要的它是可順序性的，而且在能夠改變數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出反饋，在溫度控制曲線的模擬也能直觀的顯示出來(lái)。并且能夠通過(guò)編寫(xiě)功能幫助程序來(lái)提供各種力所能及的幫助，使得操作者減少不必要的失誤。HMI 的廠商目前也越來(lái)越多，功能也越來(lái)越強(qiáng)，價(jià)格也越來(lái)越低，使用的面越來(lái)越廣。HMI 的前景可以說(shuō)十分的看好。在很多場(chǎng)合，單靠單機(jī)的控制是無(wú)法保證設(shè)備的順暢運(yùn)行，而通過(guò)設(shè)備與設(shè)備的信息交流達(dá)到我們想要的效果。比如在前包裝和后工序的檢測(cè)，我們就要將包裝的信息反饋到檢測(cè)處，而檢測(cè)處的信息也要反饋到包裝來(lái)。這樣通過(guò)信息共享來(lái)使得兩者之間鏈接起來(lái)，形成一個(gè)共體，從而使的兩者間的配合更加的緊密，在彼此間達(dá)到映影相揮的效果。PLC 的通信已經(jīng)愈來(lái)愈體現(xiàn)它的價(jià)值，在 PLC 與 PLC 之間的通信，能夠通過(guò)信息的溝通和數(shù)據(jù)的共享來(lái)保證設(shè)備之間的相互協(xié)調(diào)，已達(dá)到互補(bǔ)的效果。PLC 之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采用 RS232 接口來(lái)傳送數(shù)據(jù)，而 RS232 接口只能保證 10 米的傳輸距離，如果在 1000 米的距離內(nèi)我們可以通過(guò) RS485 來(lái)進(jìn)行通信，更長(zhǎng)的距離只能通過(guò) MODEL 來(lái)進(jìn)行傳輸。PLC 的數(shù)據(jù)傳送只是將內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送到對(duì)方的一塊連續(xù)的地址中，我們把它稱(chēng)為一個(gè)表，對(duì)方的 PLC 通過(guò)讀取表中的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行操作。如果表中的數(shù)據(jù)是一個(gè)一般設(shè)置的數(shù)據(jù)的話，那只是一般的數(shù)據(jù)傳送，比如今天的油價(jià)上升了，我要把油價(jià)的價(jià)格傳送到所有的輸油機(jī)上，那就是數(shù)據(jù)的共享；而當(dāng)表中的數(shù)據(jù)是一段控制 PLC 的指令程序，那就很有難度了，比如你要控制一臺(tái)機(jī)器人來(lái)按你想象的動(dòng)作工作，你會(huì)給它編制一段程序并以數(shù)據(jù)的形式發(fā)送過(guò)去。信息輸送的形式有單工位、半雙工位和全雙工位的分別。單工位的意義也就是說(shuō)兩者之間，一個(gè)只能發(fā)送，而一個(gè)只能接收，比如一個(gè)特務(wù)他只能接收上司的指示，而無(wú)法給上司回復(fù)；半雙工位也就是兩個(gè)能都能發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，但不能同時(shí)發(fā)送和接受，比如你打電話時(shí)是不能接電話,對(duì)方也一樣；而全雙工位是兩者之間都能發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，并可同時(shí)發(fā)送和接受。像互聯(lián)網(wǎng)就是典型的例子。信息輸送的過(guò)程也有同步和異步之分：同步的意義在于發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線是同步的，也就是數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)同時(shí)由 CPU 進(jìn)行發(fā)送，這需要彼此都要專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)進(jìn)行傳送和接送，并且是強(qiáng)制性的，這種方法的特點(diǎn)在于它的速度極快、但相應(yīng)占用 CPU 的工作時(shí)間也相對(duì)的要長(zhǎng)、同時(shí)技術(shù)難度也非常的大。它的要求在于在一幀的數(shù)據(jù)傳送中不能有一位的誤差，不然的話整個(gè)數(shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤，這在硬件上是一個(gè)比較大的難度。在一些專(zhuān)用的設(shè)備中應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，像專(zhuān)用的醫(yī)療設(shè)備、數(shù)字信號(hào)設(shè)備等，在比較單一數(shù)據(jù)的傳輸中，它的效果非常的好。而異步是應(yīng)用范圍最廣泛的，這得益于它的技術(shù)難度相對(duì)要小、同時(shí)不需要配制專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘信號(hào)、它的特點(diǎn)在于，它的數(shù)據(jù)是間隔性的，離散性的發(fā)送和接受，當(dāng) CPU 太忙的時(shí)候可以停頓性去工作，在硬件上也減少了難度，同時(shí)數(shù)據(jù)的丟失相對(duì)要少，我們可以通過(guò)數(shù)據(jù)的檢測(cè)來(lái)觀察我們發(fā)送的數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤，像奇偶法、累加法和八位效驗(yàn)法等，都可以用來(lái)幫助我們檢測(cè)發(fā)送的數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤發(fā)生，通過(guò)反饋來(lái)進(jìn)行辨別。信息的傳送口線有串口和并口之分：通常的 PLC 是 8 位機(jī)，當(dāng)然也有 16 位機(jī)。我們?cè)诎l(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候可以是一位一位的發(fā)送給對(duì)方，也可以 8 位 8 位的將數(shù)據(jù)發(fā)送到對(duì)方，一位和 8 位區(qū)別也就是我們所說(shuō)的串口發(fā)送數(shù)據(jù)和并口發(fā)送數(shù)據(jù)。串口速度比較慢，但只要兩條或者三條口線就能解決問(wèn)題，并能借用電話線來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。而并口的傳送速度是極快的，它是串口的 256 倍，在短距離占有優(yōu)勢(shì)，由于是 TTL 電平，一般限于 1 米的范圍，它并不適用于長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳送，這樣成本太昂貴了。很多的情況下我們總喜歡采用串并轉(zhuǎn)換芯片來(lái)進(jìn)行傳輸，這種情況下不需要我們進(jìn)行過(guò)于復(fù)雜的寄存器設(shè)置了，而直接通過(guò)數(shù)據(jù)傳送指令進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，但在通信中并不是一個(gè)十分可行的辦法，因?yàn)樵诎l(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)Ψ降?PLC 必須一直等待你的數(shù)據(jù)輸出，它不能去做其他的工作。當(dāng)你在看書(shū)的時(shí)候，你聽(tīng)到有人敲門(mén)、你停下手上的事情、去打開(kāi)門(mén)、并同敲門(mén)者對(duì)話、這個(gè)時(shí)候電話響了、你示意接個(gè)電話、在接完電話后、回過(guò)頭來(lái)同敲門(mén)者繼續(xù)對(duì)話、對(duì)話完畢后、你再繼續(xù)看你的書(shū)，這種情況我們把它稱(chēng)為中斷，它具有權(quán)威性，也具有優(yōu)先性，PLC 具備了這樣的功能。它的特點(diǎn)在于我們?cè)谠O(shè)備的操作過(guò)程中可能會(huì)遇到緊急的突發(fā)事件，我們要立刻的停下手上的工作，去處理更重要的事情，這種情況是我們經(jīng)常所遇到的，PLC 在去執(zhí)行緊急的任務(wù)時(shí)，總會(huì)先保存目前的狀態(tài)，比如程序的地址，CPU 的累加器數(shù)據(jù)等，就像我們?nèi)ラ_(kāi)門(mén)時(shí)要記下我們看的書(shū)在第幾頁(yè)了或者干脆作個(gè)記號(hào)，因?yàn)槲覀兇龝?huì)還要繼續(xù)接著看后面的書(shū)。CPU 總是按照我們的意愿去做應(yīng)該做的事情，但你錯(cuò)誤的給它一件事情，它也會(huì)同樣的去做，這一點(diǎn)我們必須注意。中斷并不是只有一個(gè)，有時(shí)會(huì)同時(shí)存在幾個(gè)中斷，中斷具有優(yōu)先的級(jí)別，他們會(huì)根據(jù)人的要求去執(zhí)行更高級(jí)別的中斷。這種中斷中的中斷也就形成了中斷嵌套。當(dāng)然中斷的級(jí)別根據(jù)各種 PLC 內(nèi)部 CPU 的資源有關(guān)，同時(shí)也跟堆棧的容量大小也有關(guān)系。中斷的內(nèi)容有很多種，比如外部中斷、通信中的發(fā)送和接受中斷、定時(shí)和計(jì)數(shù)的時(shí)鐘中斷、還有 WDT 復(fù)位中斷等，它們豐富了 CPU 在處理各種事務(wù)時(shí)響應(yīng)種類(lèi)。這樣講也許你并不能完全理解中斷的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和操作順序，我們做一個(gè)小小的例子來(lái)說(shuō)明.每一個(gè)設(shè)備總是不會(huì)忘記有一個(gè)按鈕，它也是在我們遇到緊急情況時(shí)使用的，那就是急停按鈕。當(dāng)我們遇到人身事故和意外情況時(shí)我們只要按下它，機(jī)器立即停止所有的操作，并等待處理完意外后再恢復(fù)操作。急停按鈕連接 PLC內(nèi)部 CPU 的內(nèi)部 I/O 接口上，當(dāng)按鈕給 CPU 一個(gè)外部觸發(fā)信號(hào)時(shí)，CPU 對(duì) I/O進(jìn)行再次檢測(cè)，當(dāng)確認(rèn)有外部觸發(fā)信號(hào)時(shí)，CPU 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)并將程序計(jì)數(shù)器自動(dòng)轉(zhuǎn)到相應(yīng)的外部 I/O 中斷程序中去，當(dāng)外部中斷程序處理完畢，程序計(jì)數(shù)器返回到主程序繼續(xù)工作。有一點(diǎn)可以說(shuō)明的是我們一般會(huì)把急停按鈕的外部中斷升至最高級(jí)別，從而保證安全。 當(dāng)我們?cè)诠ぷ魍暌粋€(gè)工件時(shí)，給 PLC 一個(gè)信號(hào)，將 PLC 的內(nèi)部計(jì)數(shù)器加 1來(lái)計(jì)算我們一天的工作量時(shí)，一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器能解決問(wèn)題，當(dāng)然它們也能夠在掉電的情況下保持?jǐn)?shù)據(jù)，促使數(shù)據(jù)不丟失，這也是我們所渴望的。PLC 還具有高級(jí)計(jì)數(shù)器的功能，當(dāng)我們?cè)诮邮芤恍└咚俚臄?shù)據(jù)時(shí)，這里所說(shuō)的高速是在在微秒級(jí)的數(shù)據(jù)，比如條碼掃描機(jī)在不斷的掃描數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理器 DSP 計(jì)算的高速信號(hào)等，我們就要采用到高級(jí)計(jì)數(shù)器來(lái)幫助我們進(jìn)行計(jì)數(shù)。它在 PLC 執(zhí)行程序時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)高級(jí)計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)的中斷，就會(huì)立即放下手上的工作。經(jīng)過(guò)再次編程的梯形圖程序說(shuō)明我們?cè)趫?zhí)行程序時(shí)高級(jí)計(jì)數(shù)器會(huì)自動(dòng)的執(zhí)行對(duì)應(yīng)的工作，從而將高級(jí)計(jì)數(shù)器的級(jí)別升至高一級(jí)別。你也許聽(tīng)過(guò)太多的這個(gè)詞:“死機(jī)” ，大致的意思是 CPU 工作量過(guò)大，內(nèi)部資源不足等情況造成程序無(wú)法運(yùn)行。PLC 也有類(lèi)似的情況，在 PLC 內(nèi)部有一個(gè)看門(mén)狗 WDT，我們可以設(shè)置 WDT 一個(gè)程序運(yùn)行的時(shí)間，當(dāng)程序運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)程序跳轉(zhuǎn)錯(cuò)誤時(shí)或者程序繁忙時(shí)，程序的運(yùn)行時(shí)間超過(guò) WDT 的設(shè)置時(shí)間，CPU轉(zhuǎn)而 WDT 復(fù)位狀態(tài)。程序重新開(kāi)始運(yùn)行，但對(duì)中斷不會(huì)進(jìn)行破壞。PLC 的發(fā)展已經(jīng)從單一的模式進(jìn)入了通信的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，并同其它的工控網(wǎng)板和 I/O 卡板輕易的進(jìn)行共享。組態(tài)軟件可以將所有的這些硬件連接起來(lái)，通過(guò)更直觀的動(dòng)畫(huà)圖片來(lái)進(jìn)行控制，并可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在異地進(jìn)行控制，像神舟五號(hào)的發(fā)射就是采用這種辦法來(lái)使飛船升空。 更高層次的發(fā)展需要我們不斷的努力來(lái)取得。PLC 的出現(xiàn)已經(jīng)足足影響了幾代人，我們也從上一輩的經(jīng)驗(yàn)中獲取了更多的知識(shí)和教訓(xùn)，來(lái)不斷的發(fā)展PLC 技術(shù)，將它推向更高浪潮。