工业自动化的发展

摘要：可编程控制器（PC）已被誉为70年代的一场工业革命。自从PC问世以来的短短期间内，给工业控制带来的以前做梦都想不到的非凡变化。使用PC的工业控制系统与传统的用继电器的工业控制系统相比，在操作、控制、效率和精度等各个方面都具有无法比拟的优点。虽然在工业控制系统中所使用的继电器控制设备不会被完全淘汰，但是由于PC的出现已经改变了工业控制设计者的设计思想。
关键词：工业自动化 可编程序控制器 PC编码器 应用程序

 

• 可编程序控制器
  • 继电器

　　可编程控制器（PC）已被誉为70年代的一场工业革命。自从PC问世以来的短短期间内，给工业控制带来的以前做梦都想不到的非凡变化。使用PC的工业控制系统与传统的用继电器的工业控制系统相比，在操作、控制、效率和精度等各个方面都具有无法比拟的优点。虽然在工业控制系统中所使用的继电器控制设备不会被完全淘汰，但是由于PC的出现已经改变了工业控制设计者的设计思想。

　　在PC出现之前，机械控制及工业生产过程控制是用专门设计的工业控制继电器实现的。这些继电器是19世纪初发展起来的机电设备，并经过不断发展形成的。

　　机电继电器是F. B. Morse于1836年为其新设计的电报系统增加站与站之间的距离而发明的。如图1.1所示：

图1.1 简单电报电路

图1.2 带继电器的简单电报电路

　　当时，需要一个设备能够感测到微小的电报信号，并将这个信号以增加电流的方式“中转”送到相距24140.16米（15英里）或32186.88米（20英里）远的下一个“中转”站中去，继电器就实现了这个任务。Morse所发明的这种设备成了今天社会中每个角落都在应用的机电设备家族的发展基础。

　　继电器对于人类许多伟大的成就起了决定性的作用，同时也带来一些令人棘手的问题。1967年，加拿大一个变电分所的继电器的误动作竟将东海岸变成一片黑暗。同样，一个简单的继电信号指挥阿波罗-11号开始历史的飞行，将宇航员Neil Armstrong送到月球上，使人类向宇宙进军迈出了第一步。继电器与科学技术保持了同步发展，今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费时间和物力去改制、安装和调试。

• 可编程控制器的产
　

　　随着科学技术的进步，尤其是电子技术的发展，研制生产了固态器件，以取代电磁式继电器。使用晶体管和集成电路，使固态器件日益变得更加经济可靠，所以一些公司如General Electric、Westinghouse及Allen-Bradley等开发了固态电路控制系统。这些系统大大地增加了控制系统的可靠性，降低了控制系统的成本。

　　工业上设计的继电器称为控制继电器，汽车制造工业是它的一大用户，它被用来协助汽车生产过程的操作人员，以操作和控制机电设备。为了在设备类型更换期间降低继电器控制系统的成本，通用汽车公司液压传动分部于1986年起草了有关“可编程逻辑控制器”详细的技术规范。该规范反映了自动化工业及其他各类制造业的用户的要求和愿望。如Reliance Electric、Struther-Dunn、Modicon、Digitial Equipment Corporation、Information Instruments，均对该规范产生了极大的兴趣。1969年末和1970年初，这些公司与通用汽车公司合作，生产出我们现在称之为可编程控制器的专用计算机。

　　从今天的标准来看，尽管早期的PC产品是简单的，但是他们确能满足“通用汽车公司”技术规范上的基本要求[1]。这些要求主要可以归纳为以下十条：

• 在使用者的工厂里，必须能以最短中断服务时间，迅速而方便地对其控制的硬件或设备进行编程及重新进行程序设计。
• 所有的系统组建必须能够在工厂无特殊支持的设备、硬件及环境条件下运行。
• 系统维修必须简单易行。在系统中应设计有状态指示器及插入式模块，以便在最短停车时间使维修和故障诊断工作变得简单易行。
• 由于工厂占用的空间耗费了一定的资金，所以控制硬件占用的空间必须比它所代替的继电器控制系统占用的空间要小。此外，与现在的继电器控制系统相比，PC系统的耗能也应较少。
• 可编程逻辑控制器必须能够与中央数据收集处理系统进行通信，以便监视系统运行的状态和运行情况。
• 系统将能接收来自已有的标准控制系统中的按钮及限位开关的交流信号。
• 逻辑控制器的输出信号必须能驱动以交流运行的电动启动器及电磁阀线圈。每个输出量将设计为可启停和连续操纵具有额定电流的负载设备。
• 控制硬件必须能以系统最小的变动及在最短的更换和停机时间内，从系统的最小配置扩展到系统的最大配置。
• 在购买及安装费用上，PC系统应与现行使用的继电器和固态逻辑系统相比更具有竞争能力。
• 可编程控制器的存储设备至少可被扩展到4000个存储字节或存储单元的容量。

　　今天生产的PC产品不仅能满足汽车制造行业最初规定的标准，而且远远超出了这些简单要求。PC实质上是一个可代替工业继电器控制系统的更具灵活及可靠性的专用计算机。如图2.1所示，PC是一个能够完成各类控制系统功能的集装成一体的完整的小型控制系统。

图2.1 可编程控制器功能框图

• 可编程控制器的编程语言

　　PC与商业的微型计算机或计算机系统中的主机的主要区别在于个各自所使用的程序设计语言不同，以及PC设计可用于恶劣的工业环境。PC机有许多方法可用来描述和执行某种控制功能。继电器梯形图法是一个通用的工业标准方法。使用固态电路图

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