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1.3 罗克韦尔(Rockwell)PLC

1.3.1 PLC的分类

PLC产品种类繁多,其规格和性能也各不相同。PLC可根据其结构形式的不同、功能的差异、I/O点数的多少和生产厂家的不同进行大致分类。

1.按组成结构形式分类

根据PLC的结构形式,可将PLC分为整体式、模块式和叠装式3类。

(1)整体式PLC

整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内,具有结构紧凑、体积小、价格低、安装方便的特点。小型PLC一般采用这种结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元(又称主机)和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口,以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等,没有CPU。基本单元和扩展单元之间通常用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元,如模拟量单元、位置控制单元等,使其功能得以扩展。

(2)模块式PLC

模块式PLC是将PLC各组成部分分别做成若干个单独的模块,如CPU模块、I/O模块、电源模块(有的含在CPU模块中)及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成,模块装在框架或基板的插座上。模块式PLC各模块的功能比较单一,模块的种类却日趋丰富。模块式PLC是当前在工业控制中广泛应用的PLC类型,可以根据工业生产过程的实际需要灵活配置。

(3)叠装式PLC

将整体式的紧凑、体积小、安装方便和模块式的搭配灵活、安装整齐的优点相结合,便构成了叠装式PLC。叠装式PLC的CPU、电源、I/O接口等是各自独立的模块,各单元模块等高、等宽,但长度不同,在安装时不用基板,它们之间仅靠电缆进行连接,并且各模块可以一层一层地叠装。这样,系统不但可以灵活配置,而且体积小巧。

2.按功能分类

根据PLC所具有的功能不同,可将PLC分为低档、中档、高档3类。

(1)低档PLC

低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能,还有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。它主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

(2)中档PLC

中档PLC除具有低档PLC的功能外,还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些PLC还可增设中断控制、PID控制等功能,适用于复杂的控制系统。

(3)高档PLC

高档PLC除具有中、低档PLC的功能外,还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC具有更强的通信联网功能,可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。

3.按I/O点数分类

根据PLC的I/O点数的多少,可将PLC分为小型、中型和大型3类。

(1)小型PLC

小型PLC一般I/O点数小于256点,单CPU,8位或16位处理器,用户存储器容量为4KB以下,适合于单机控制或小型系统的控制。例如:

MicroLogix    美国罗克韦尔(Rockwell)公司

Twido       法国施耐德(Schneider)公司

S7-200      德国西门子(SIEMENS)公司

GE-I型      美国通用电气(GE)公司

TI100       美国德州仪器公司

F、F1、F2     日本三菱电气公司

C20、C40     日本立石公司(欧姆龙)

EX20、EX40    日本东芝公司

SR-20/21     中外合资无锡华光电子工业有限公司

(2)中型PLC

中型PLC一般I/O点数为256~2048点,双CPU,用户存储器容量为2~8KB。它可用于对设备进行直接控制,还可以对多个下一级的PLC进行监控,适合于中型或大型控制系统。例如:

CompactLogix   美国罗克韦尔(Rockwell)公司

Premium      法国施耐德(Schneider)公司

S7-300      德国西门子(SIEMENS)公司

SU-5、SU-6    德国西门子(SIEMENS)公司

C-500       日本立石公司

GE-Ⅲ       美国通用电气(GE)公司

SR-400      中外合资无锡华光电子工业有限公司

(3)大型PLC

大型PLC一般I/O点数大于2048点,多CPU,16位或32位处理器,用户存储器容量为8~16KB。它不仅能完成较复杂的算术运算,还能进行复杂的矩阵运算等。例如:

ControlLogix   美国罗克韦尔(Rockwell)公司

Quantum      法国施耐德(Schneider)公司

S7-400      德国西门子(SIEMENS)公司

GE-Ⅳ       美国通用电气(GE)公司

C-2000      日本立石公司

A500       德国AEG公司

K3        三菱公司

1.3.2 罗克韦尔PLC主要性能指标

不同PLC产品的技术性能不同,其性能指标也有所不同,常用的PLC性能指标包含下列几个方面。

1.工作速度

工作速度是指CPU执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应速度。工作速度是PLC工作的基础。只有速度提高了,才可能通过运行程序来实现控制,才可能不断扩大控制规模,才可能更好地发挥PLC的功能。不同的PLC,其指令条数也不同。少的几十条,多的几百条。指令不同,执行的时间也不同。但各种PLC总有一些基本指令,所以,常以执行一条基本指令的时间来衡量工作速度。这个时间当然越短越好,而且随着微处理器技术的发展,这个时间在不断缩短。

工作速度不仅关系到PLC对输入信号的响应速度,而且关系到PLC对系统控制是否及时。特别是在一些需要快速响应的实时控制系统中,控制不及时,就不可能准确可靠。

2.输入/输出点数

输入/输出点数表示PLC组成控制系统时的最大规模,代表PLC的控制能力。控制规模与速度有关,因为规模大,用户程序长,执行指令的速度慢,势必延长PLC循环的时间,也必然延长PLC对输入信号的响应。大型PLC的工作速度总是比小型PLC要快。

输入/输出点数的多少还与内存区的大小有关。点数多、规模大,用户程序长,要求有更大的用户存储区。输入/输出点数还与输入、输出电路数有关。如输入/输出点数为1024点,那就得有1024条I/O电路。这些电路集成于I/O模块中,而每个模块有多少路的I/O点总是有限的。所以,规模大,所使用的模块也多。

输入/输出点数对PLC其他性能指标起着制约作用,也是划分为小、中、大和特大型系统的指标。

3.内存容量

PLC内部所使用的存储器,按其用途一般可分为系统程序存储器、用户程序存储器、内部数据存储器。从发展趋势看,内存容量总是在不断快速地增大。大型PLC的内存容量可达几十KB,甚至几百KB。

4.指令系统

PLC有多少条指令,各条指令又具有什么功能,是了解与使用PLC的重要方面。PLC的指令越来越多,越来越丰富;功能强,综合多种作用的指令日益增多。指令的繁简,指令的多少及其功能都影响着PLC的性能。

PLC的指令繁多,但主要包括以下类型:基本逻辑指令、数据处理指令、数据运算指令、流程控制指令、状态监控指令。为了进行通信,PLC还有相应的协议与通信指令或命令,这些也反映了PLC的性能。

5.支持软件

为了便于编制PLC程序,多数PLC生产厂家都开发了相关的计算机支持软件。从本质上讲,PLC所能识别的只是机器语言。它之所以能使用一些助记符语言、梯形图语言、流程图语言,乃至高级语言,都是靠为使用这些语言而开发的各种软件。为了用好PLC,充分发挥PLC产品的性能,PLC的支持软件越来越多,性能也越来越好,其界面也越来越友好。

PLC的控制软件根据生产厂家、型号的不同有所区别,但总体上来说,可以分为系统程序和应用程序两大部分。

(1)系统程序

系统程序是指控制PLC系统自身运行的控制程序,它是不向用户开放的。它由PLC产品生产厂家的专业人员编制。

(2)应用程序

应用程序是指PLC用户根据各种控制要求和控制条件而编写的用户控制程序。应用程序采用的编程语言、编写方法、程序结构等取决于PLC的具体型号、生产厂家及所使用的编程工具。

6.可靠性指标

PLC是专为在工业环境下应用而设计的,所以,对其可靠性尤为关注。为使PLC可靠工作,PLC厂家在硬件与软件方面都采取了多种措施,对一些有特殊可靠性要求的应用场合,还增加了相应的特殊配置,如热备、冗余等。PLC的可靠性是通过平均故障间隔时间(MTBF)衡量的,提高MTBF及MTBF数值的措施也成为PLC性能的重要指标。

7.经济指标

经济指标最简单的就是看价格。一般来讲,同样技术性能的PLC,价格低其经济指标就好。此外,还要看供货情况、技术服务、配套资料等。总之,对经济指标要进行综合分析,要看使用了PLC能否带来经济效益,合适的就是最好的。

1.3.3 罗克韦尔PLC与ControlLogix

罗克韦尔自动化公司是美国最大的PLC生产厂家之一。罗克韦尔自动化公司的PLC产品进入中国较早,在国内PLC市场有很高的占有率。

罗克韦尔PLC产品历经插件式、模块式、开发式,逐步实现了信息综合管控,如图1-5所示。

img

图1-5 罗克韦尔PLC产品发展

1.3.4 罗克韦尔PLC控制系统的三层结构

罗克韦尔PLC控制系统的开放式网络体系结构概况如图1-6所示。

img

图1-6 罗克韦尔PLC控制系统的开放式网络体系结构

从图1-6可以清楚地看出,罗克韦尔PLC控制系统包含了三个主要层次(又称三层结构),通过网络把这三个层次联系起来,构成整个控制系统。最下面是现场设备层,通过远程I/O、传感器等,把现场设备接入现场总线。中间是数据控制层,负责生产过程的控制与优化。上面是信息管理层,上位机通过网络与PLC通信,实现远程监控。

现场设备层将现场设备直接连接到控制器上,方便快捷地采集现场设备(如传感器、驱动器等)的各种数据,并对设备进行配置和监视。现场设备层通常是主从网络(如DeviceNet现场总线、远程I/O网等)。

数据控制层在各个PLC之间及其与各智能控制设备之间进行控制数据的交换、控制的协调、编程、维护、监控等。数据控制层通常采用同级对等通信网络(如ControlNet、DH+网等)。

信息管理层主要用于上层计算机系统采集和监控全厂范围控制系统的数据,以实现厂级信息管理。这一层的特点是数据量大而实时性要求不高,通常采用EtherNet以传输大量的数据信息。 ud/sMttUq25zkeKigm0cBmN8eJzTe8oaZAYxUeZO3Df36pDMMASbtq7u3oZbhCGq

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