- 可編程序控制器
- 繼電器
可編程控制器（PC）已被譽為70年代的一場工業革命。自從PC問世以來的短短期間內，給工業控制帶來的以前做夢都想不到的非凡變化。使用PC的工業控制系統與傳統的用繼電器的工業控制系統相比，在操作、控制、效率和精度等各個方面都具有無法比擬的優點。雖然在工業控制系統中所使用的繼電器控制設備不會被完全淘汰，但是由于PC的出現已經改變了工業控制設計者的設計思想。
在PC出現之前，機械控制及工業生產過程控制是用專門設計的工業控制繼電器實現的。這些繼電器是19世紀初發展起來的機電設備，并經過不斷發展形成的。
機電繼電器是F. B. Morse于1836年為其新設計的電報系統增加站與站之間的距離而發明的。如圖1.1所示：
圖1.1 簡單電報電路
圖1.2 帶繼電器的簡單電報電路
當時，需要一個設備能夠感測到微小的電報信號，并將這個信號以增加電流的方式“中轉”送到相距24140.16米（15英里）或32186.88米（20英里）遠的下一個“中轉”站中去，繼電器就實現了這個任務。Morse所發明的這種設備成了今天社會中每個角落都在應用的機電設備家族的發展基礎。
繼電器對于人類許多偉大的成就起了決定性的作用，同時也帶來一些令人棘手的問題。1967年，加拿大一個變電分所的繼電器的誤動作竟將東海岸變成一片黑暗。同樣，一個簡單的繼電信號指揮阿波羅-11號開始歷史的飛行，將宇航員Neil Armstrong送到月球上，使人類向宇宙進軍邁出了第一步。繼電器與科學技術保持了同步發展，今天繼電器已應用到家庭及工業控制的各個領域。他們比以往的產品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴重的后果。再者，對一個具體使用的裝有上百個繼電器的設備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產生大量的熱及噪聲。并且繼電器控制系統必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費時間和物力去改制、安裝和調試。
- 可編程控制器的產
隨著科學技術的進步，尤其是電子技術的發展，研制生產了固態器件，以取代電磁式繼電器。使用晶體管和集成電路，使固態器件日益變得更加經濟可靠，所以一些公司如General Electric、Westinghouse及Allen-Bradley等開發了固態電路控制系統。這些系統大大地增加了控制系統的可靠性，降低了控制系統的成本。
工業上設計的繼電器稱為控制繼電器，汽車制造工業是它的一大用戶，它被用來協助汽車生產過程的操作人員，以操作和控制機電設備。為了在設備類型更換期間降低繼電器控制系統的成本，通用汽車公司液壓傳動分部于1986年起草了有關“可編程邏輯控制器”詳細的技術規范。該規范反映了自動化工業及其他各類制造業的用戶的要求和愿望。如Reliance Electric、Struther-Dunn、Modicon、Digitial Equipment Corporation、Information Instruments，均對該規范產生了極大的興趣。1969年末和1970年初，這些公司與通用汽車公司合作，生產出我們現在稱之為可編程控制器的專用計算機。
從今天的標準來看，盡管早期的PC產品是簡單的，但是他們確能滿足“通用汽車公司”技術規范上的基本要求[1]。這些要求主要可以歸納為以下十條：
- 在使用者的工廠里，必須能以最短中斷服務時間，迅速而方便地對其控制的硬件或設備進行編程及重新進行程序設計。
- 所有的系統組建必須能夠在工廠無特殊支持的設備、硬件及環境條件下運行。
- 系統維修必須簡單易行。在系統中應設計有狀態指示器及插入式模塊，以便在最短停車時間使維修和故障診斷工作變得簡單易行。
- 由于工廠占用的空間耗費了一定的資金，所以控制硬件占用的空間必須比它所代替的繼電器控制系統占用的空間要小。此外，與現在的繼電器控制系統相比，PC系統的耗能也應較少。
- 可編程邏輯控制器必須能夠與中央數據收集處理系統進行通信，以便監視系統運行的狀態和運行情況。
- 系統將能接收來自已有的標準控制系統中的按鈕及限位開關的交流信號。
- 邏輯控制器的輸出信號必須能驅動以交流運行的電動啟動器及電磁閥線圈。每個輸出量將設計為可啟停和連續操縱具有額定電流的負載設備。
- 控制硬件必須能以系統最小的變動及在最短的更換和停機時間內，從系統的最小配置擴展到系統的最大配置。
- 在購買及安裝費用上，PC系統應與現行使用的繼電器和固態邏輯系統相比更具有競爭能力。
- 可編程控制器的存儲設備至少可被擴展到4000個存儲字節或存儲單元的容量。
今天生產的PC產品不僅能滿足汽車制造行業最初規定的標準，而且遠遠超出了這些簡單要求。PC實質上是一個可代替工業繼電器控制系統的更具靈活及可靠性的專用計算機。如圖2.1所示，PC是一個能夠完成各類控制系統功能的集裝成一體的完整的小型控制系統。
圖2.1 可編程控制器功能框圖
- 可編程控制器的編程語言
PC與商業的微型計算機或計算機系統中的主機的主要區別在于個各自所使用的程序設計語言不同，以及PC設計可用于惡劣的工業環境。PC機有許多方法可用來描述和執行某種控制功能。繼電器梯形圖法是一個通用的工業標準方法。使用固態電路圖及計算機程序設計技術，是一種以符號和命令來表示同樣內容的語言，但唯有PC的繼電器梯形語言最為直觀地描述了繼電器梯形框圖。計算機被設計成通過接收和執行鍵入的類似于口語中的單詞或語句的指令，而成為程序員的好友。PC的使用者受過專門的培訓，利用一套精心設計的符號集，即繼電器梯形框圖集來傳遞信息[2]。這套符號成了PC的一種專用高級語言，該語言稱之為“繼電器梯形邏輯語言”。
雖然PC有這樣一套完備的語言來描述，但是對于初學者來說仍然是一件比較麻煩的事情。在整體的系統設計的時候應該避免涉及到PC的具體過程。在操作和維護的過程中也應該避免接觸到PC的具體過程。
- 可編程控制器的應用
由于PC可滿足絕大多數應用的需要，所以它受到廣泛的歡迎。但是，對于選擇能夠適應具體用途的PC，所選擇設備的正確安裝和應用對PC的正確使用，極大程度上取決于控制系統工程師和設計者對PC及外圍設備情況的掌握[3]。為了適應廣泛的應用領域，PC在其設計上具有很好的靈活性及多樣性，使它成為一種“萬能鑰匙”的控制設備，但是對PC的實際選擇、完善及使用，可能給不熟悉PC的人們帶來一些困難。
確定一個具有最佳經濟效益的完整的控制方案，要求設計人員和工程師熟悉掌握許多控制設備類型及硬件設備。第一手的實踐經驗是寶貴的財富。
PC的正確應用，不僅要求最終結果應具有經濟效益，而且最終控制系統必須滿足用戶的需要。應用要求只能對整體系統詳細的分析來確定。這往往意味著要對每臺機器或生產過程的所有側面進行詳細的分析研究。再者，由于每種PC的應用情況都是不相同的，所以沒有簡明的、精確的慣例對所有應用場合做出估價。應用要求涉及的一般范圍包括如下內容：系統的最大吞吐量、最小的操作員接口、生產過程中能源材料的最有效利用、設備占地面積的要求，維護的簡單易行，系統的最大利用率，以及最少的安裝和維修時間。為了評價一個系統是否比另一個系統更好地滿足具體應用要求，有時必須分析相似的系統。
與PC控制系統的應用及經濟效果同樣重要的是，工廠人員是否能接受這個新系統。這極大程度上取決于它的操作是否簡單。如果控制系統設計人員不考慮人的因素而進行一個要人來操作的設備設計。例如，設備缺少足以顯示系統運行狀態的只是器，結果在安裝時使操作員和維護機械工程師感到迷惑，他們連續不斷地抱怨能很快使人們確信這些控制系統在設計及運行過程中的確是糟糕透了。
在系統設計與安裝時，往往忽略對那些將直接接觸控制設備的人員的培訓工作。這是由于通常認為在實際運行設備時進行人員培訓比較容易，所以許多生產廠家及工程部門直到系統安裝運行之后，才開始對操作人員及維護人員進行系統培訓。在系統安裝的過程中，隨時讓將來最終要維護和操作該設備的人員了解安裝過程，這將使他們對新系統有感性的認識。經過是適當的培訓，操作人員能更好地理解系統為何按某一特定的方式安裝。為應付突然出現的故障及惡劣的運行環境下的維修，就要事前強迫弄清楚“如此這般的原因”，否則會影響對發生的問題做出正確的判斷。隨著新系統的安裝，操作人員就掌握了這些技術。在培訓期間，公司一定能培養出椅披技術嫻熟的操作人員，而且在系統可運行時，那些將接觸新系統的人員已掌握了硬件設備及其操作和維護保養的知識。
在PC應用中，最后一個應該考慮的主要問題是系統未來的發展。PC是模塊設計，因此完全有擴充的能力來滿足未來需要。通常，一般只需要更換或更新一個控制系統即可以了。但是在安裝控制系統的過程中，往往需要安裝許多同類設備。應用PC總要考慮未來效益、系統擴充以及當前需要。一個已完成的控制系統會由于增加為將來備用的設備，使其造價而成倍增長。應該注意增加設備的可能性。
：鞏經理
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