外文文獻(xiàn)翻譯-可編程控制器技術(shù)討論與未來發(fā)展【中文4180字】 【中英文WORD】
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可編程控制器技術(shù)討論與未來發(fā)展
隨著時(shí)代的發(fā)展,當(dāng)今的技術(shù)也日趨完善、競爭愈演愈烈;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.
人們在生產(chǎn)實(shí)踐中看到,自動化給人們帶來了極大的便利和產(chǎn)品質(zhì)量上的保證,同時(shí)也減輕了人員的勞動強(qiáng)度,減少了人員上的編制.在許多復(fù)雜的生產(chǎn)過程中難以實(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)來實(shí)現(xiàn)、模擬這些智能行為,通過人腦與計(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)雜的問題尋找最佳的途徑
我們在各種場合看到了繼電器連接的控制,那已經(jīng)是時(shí)代的過去,如今的繼電器只能作為低端的基層控制模塊或者簡單的設(shè)備中使用到;而PLC的出現(xiàn)也成為了劃時(shí)代的主題,通過極其穩(wěn)定的硬件穿插靈活的軟件控制,使得自動化走向了新的高潮。
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)上就能解決問題,通過輸出點(diǎn)連接接觸器或繼電器來控制大功率的啟動設(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,并能讀取程序存儲器的內(nèi)容通過計(jì)算后去驅(qū)動相應(yīng)的存儲器和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,并將相關(guān)的數(shù)據(jù)存入程序存儲器或者數(shù)據(jù)存儲器中;存儲器可以將I/O口輸入的數(shù)據(jù)存入存儲器中,并在工作時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)到累加器和I/O接口上,存儲器分程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM,ROM可以將數(shù)據(jù)永久的存入存儲器中,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合的惡劣,這些所有的問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的語言并不是我們所想象的匯編語言或C語言來進(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程序時(shí)很容易就理解了PLC的語言,而且很多的非電氣專業(yè)人士也對PLC很快認(rèn)識并深入。
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;但過大的甚至是致命的失誤是我們無法容忍的。新的技術(shù)總是為了給我們帶來更安全和便捷的操作,使得我們面臨的一大堆問題一掃而光,你有了解過HMI嗎?這里說HMI你根本不清楚它是什么,也沒有興趣了解,換一個(gè)中文把它說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。并且能夠通過編寫功能幫助程序來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的廠商目前也越來越多,功能也越來越強(qiáng),價(jià)格也越來越低,使用的面越來越廣。HMI的前景可以說十分的看好。
在很多場合,單靠單機(jī)的控制是無法保證設(shè)備的順暢運(yùn)行,而通過設(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,我們就要將包裝的信息反饋到檢測處,而檢測處的信息也要反饋到包裝來。這樣通過信息共享來使得兩者之間鏈接起來,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)愈來愈體現(xiàn)它的價(jià)值,在PLC與PLC之間的通信,能夠通過信息的溝通和數(shù)據(jù)的共享來保證設(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RS485來進(jìn)行通信,更長的距離只能通過MODEL來進(jìn)行傳輸。
PLC的數(shù)據(jù)傳送只是將內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送到對方的一塊連續(xù)的地址中,我們把它稱為一個(gè)表,對方的PLC通過讀取表中的數(shù)據(jù)來進(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,比如你要控制一臺機(jī)器人來按你想象的動作工作,你會給它編制一段程序并以數(shù)據(jù)的形式發(fā)送過去。
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)信號和時(shí)鐘信號同時(shí)由CPU進(jìn)行發(fā)送,這需要彼此都要專門的時(shí)鐘信號來進(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)間也相對的要長、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。在一些專用的設(shè)備中應(yīng)用的越來越廣泛,像專用的醫(yī)療設(shè)備、數(shù)字信號設(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)難度相對要小、同時(shí)不需要配制專門的時(shí)鐘信號、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)的丟失相對要少,我們可以通過數(shù)據(jù)的檢測來觀察我們發(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,都可以用來幫助我們檢測發(fā)送的數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤發(fā)生,通過反饋來進(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)。我們在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候可以是一位一位的發(fā)送給對方,也可以8位8位的將數(shù)據(jù)發(fā)送到對方,一位和8位區(qū)別也就是我們所說的串口發(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題,并能借用電話線來進(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,由于是TTL電平,一般限于1米的范圍,它并不適用于長距離的數(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)換芯片來進(jìn)行傳輸,這種情況下不需要我們進(jìn)行過于復(fù)雜的寄存器設(shè)置了,而直接通過數(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降腜LC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)你在看書的時(shí)候,你聽到有人敲門、你停下手上的事情、去打開門、并同敲門者對話、這個(gè)時(shí)候電話響了、你示意接個(gè)電話、在接完電話后、回過頭來同敲門者繼續(xù)對話、對話完畢后、你再繼續(xù)看你的書,這種情況我們把它稱為中斷,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)在于我們在設(shè)備的操作過程中可能會遇到緊急的突發(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_門時(shí)要記下我們看的書在第幾頁了或者干脆作個(gè)記號,因?yàn)槲覀兇龝€要繼續(xù)接著看后面的書。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)會同時(shí)存在幾個(gè)中斷,中斷具有優(yōu)先的級別,他們會根據(jù)人的要求去執(zhí)行更高級別的中斷。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。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)小小的例子來說明.
每一個(gè)設(shè)備總是不會忘記有一個(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)信號時(shí),CPU對I/O進(jìn)行再次檢測,當(dāng)確認(rèn)有外部觸發(fā)信號時(shí),CPU保護(hù)現(xiàn)場并將程序計(jì)數(shù)器自動轉(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)可以說明的是我們一般會把急停按鈕的外部中斷升至最高級別,從而保證安全。
當(dāng)我們在工作完一個(gè)工件時(shí),給PLC一個(gè)信號,將PLC的內(nèi)部計(jì)數(shù)器加1來計(jì)算我們一天的工作量時(shí),一個(gè)簡單的計(jì)數(shù)器能解決問題,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還具有高級計(jì)數(shù)器的功能,當(dāng)我們在接受一些高速的數(shù)據(jù)時(shí),這里所說的高速是在在微秒級的數(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)算的高速信號等,我們就要采用到高級計(jì)數(shù)器來幫助我們進(jìn)行計(jì)數(shù)。它在PLC執(zhí)行程序時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)高級計(jì)數(shù)器對應(yīng)的中斷,就會立即放下手上的工作。經(jīng)過再次編程的梯形圖程序說明我們在執(zhí)行程序時(shí)高級計(jì)數(shù)器會自動的執(zhí)行對應(yīng)的工作,從而將高級計(jì)數(shù)器的級別升至高一級別。
你也許聽過太多的這個(gè)詞:“死機(jī)”,大致的意思是CPU工作量過大,內(nèi)部資源不足等情況造成程序無法運(yùn)行。PLC也有類似的情況,在PLC內(nèi)部有一個(gè)看門狗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WDT的設(shè)置時(shí)間,CPU轉(zhuǎn)而WDT復(fù)位狀態(tài)。程序重新開始運(yùn)行,但對中斷不會進(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,通過更直觀的動畫圖片來進(jìn)行控制,并可以通過互聯(lián)網(wǎng)在異地進(jìn)行控制,像神舟五號的發(fā)射就是采用這種辦法來使飛船升空。
更高層次的發(fā)展需要我們不斷的努力來取得。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和教訓(xùn),來不斷的發(fā)展PLC技術(shù),將它推向更高浪潮。
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