可編程控制器(PLC)是一種控制裝置,從傳統(tǒng)的繼電器回路發(fā)展而來,面向一般工業(yè)控制領(lǐng)域。它的發(fā)展基于制造業(yè)的現(xiàn)場設(shè)備控制需求,強調(diào)開關(guān)量邏輯控制,適用于小型自控場所。
一、PLC總體市場規(guī)模
2006年中國PLC市場規(guī)模為44.3億元,到2010年中國PLC市場規(guī)模達到了68.4億元,相比2009年50億元的市場規(guī)模,同比增長36.8%。2006年至2010年P(guān)LC市場規(guī)模的復(fù)合增長率為9.08%。隨著“十二五”提升裝備自動化的提出,業(yè)內(nèi)預(yù)計PLC市場將處于持續(xù)增長狀態(tài),到2013年預(yù)計市場規(guī)模將達到90億元。2006-2013中國PLC市場規(guī)模及預(yù)測見表1:
表1 2006-2013年中國PLC市場規(guī)模
圖1 2006-2013年中國PLC市場規(guī)模及變動趨勢
目前世界上PLC產(chǎn)品可按地域分成三大流派:一個流派是美國產(chǎn)品,一個流派是歐洲產(chǎn)品,一個流派是日本產(chǎn)品。美國和歐洲的PLC技術(shù)是在相互隔離情況下獨立研究開發(fā)的,因此美國和歐洲的PLC產(chǎn)品有明顯的差異性。而日本的PLC技術(shù)是由美國引進的,對美國的PLC產(chǎn)品有一定的繼承性,但日本的主推產(chǎn)品定位在小型PLC上,以小型PLC著稱。而美國和歐洲以大中型PLC而聞名。
①美國PLC產(chǎn)品。美國是PLC生產(chǎn)大國,有100多家PLC廠商,著名的有A-B公司、通用電氣(GE)公司、莫迪康(Modicon)公司(現(xiàn)為法國施耐德電氣下屬子公司)、德州儀器(Texas Instruments,TI)公司等。其中A-B公司是美國最大的PLC制造商,其產(chǎn)品約占美國PLC市場的一半。
A-B公司產(chǎn)品規(guī)格齊全、種類豐富,其主推的大、中型PLC產(chǎn)品是PLC-5系列。該系列為模塊式結(jié)構(gòu);A-B公司的小型PLC產(chǎn)品有SLC500系列等。GE公司的代表產(chǎn)品是:小型機有GE-1、GE-1-J、GE-1/P等,除GE-1/J外,均采用模塊結(jié)構(gòu);中型機代表產(chǎn)品是GE-III,它比GE-1/P增加了中斷、故障診斷等功能;大型機GE-V比GE-III增加了部分數(shù)據(jù)處理、表格處理、子程序控制等功能,并具有較強的通信功能。德州儀器(TI)公司的小型PLC新產(chǎn)品有510、520和TIl00等,中型PLC新產(chǎn)品有TI300、5TI等,大型PLC產(chǎn)品有PM550、530、560、565等系列。除TIl00和T1300無聯(lián)網(wǎng)功能外,其他PLC都可實現(xiàn)通信,構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。莫迪康(Modicon)公司的代表產(chǎn)品是M84系列PLC。其中M84是小型機,具有模擬量控制以及與上位機通信功能;M484是中型機,其運算功能較強,可與上位機通信,也可與多臺聯(lián)網(wǎng);M584是大型機,其容量大、數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)能力強;M884是增強型中型機,它具有小型機的結(jié)構(gòu)、大型機的控制功能。
②歐洲PLC產(chǎn)品。德國的西門子(SIEMENS)公司、AEG公司、法國的TE公司是歐洲著名的PLC制造商。德國西門子的電子產(chǎn)品以性能精良而久負盛名。在中、大型PLC產(chǎn)品領(lǐng)域與美國的A-B公司齊名。
西門子PLC主要產(chǎn)品是S5、S7系列。在S5系列中,S5-90U、S5-95U屬于微型整體式PLC;S5-1OOU是小型模塊式PLC;S5-115U是中型PLC;S5-155U為大型機。而S7系列是西門子公司在S5系列PLC基礎(chǔ)上近年推出的新產(chǎn)品,其性能價格比高,其中S7-200系列屬于微型PLC;S7-300系列屬于中小型PLC;S7-400系列屬于中高性能的大型PLC。
?、廴毡綪LC產(chǎn)品。日本的小型PLC最具特色,在小型機領(lǐng)域中頗負盛名,某些用歐美的中型機或大型機才能實現(xiàn)的控制,日本的小型機就可以解決。在開發(fā)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機,所以格外受用戶歡迎。日本有許多PLC制造商,如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等,在世界小型PLC市場上,日本產(chǎn)品約占有70%的份額。
三菱公司較早的PLC產(chǎn)品是小型機F系列及其升級產(chǎn)品F1/F2系列。繼F1/F2系列之后,三菱公司又推出FX系列和FX2系列,在容量、速度、特殊功能、網(wǎng)絡(luò)功能等方面都有了全面的加強。FX2N是近幾年推出的高功能整體式小型機,它是FX2的換代產(chǎn)品,各種功能都有了全面的提升。近年來還不斷推出滿足不同要求的微型PLC,如FXOS、FXlS、FXON、FXlN及a系列等產(chǎn)品。
歐姆龍公司的PLC產(chǎn)品,大、中、小、微型規(guī)格齊全。微型機以SP系列為代表,其體積極小,速度極快;小型機有P型、H型、CPM1A系列、CPM2A系列等;中型機有C200H、C200HS、C200HX、C200HG系列;大型機有C1000H、C2000H、CV(CV500/CVl000/CV2000/CVMl)等。
松下公司的PLC產(chǎn)品中,F(xiàn)PO為微型機,F(xiàn)P1為整體式小型機,F(xiàn)P3為中型機,F(xiàn)P5/FP1O、FP10S(FP10的改進型)、FP20為大型機。松下公司近幾年P(guān)LC產(chǎn)品的主要特點是:指令系統(tǒng)功能強;有的機型還提供可以用FP-BASIC語言編程的CPU及多種智能模塊,為復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)提供了軟件手段;FP系列的各種PLC都配置通信機制,由于它們使用的應(yīng)用層通信協(xié)議具有一致性,這給構(gòu)成多級PLC網(wǎng)絡(luò)和開發(fā)PLC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序帶來方便。
二、PLC在PA市場主要應(yīng)用行業(yè)
目前,可編程控制器(PLC)在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè),使用情況大致可歸納為如下幾類。
?、匍_關(guān)量的邏輯控制。這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,它取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實現(xiàn)邏輯控制、順序控制,既可用于單臺設(shè)備的控制,也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。
?、谀M量控制。在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中,有許多連續(xù)變化的量,如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量,必須實現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊,使可編程控制器用于模擬量控制。
?、圻\動控制。PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說,早期直接用于開關(guān)量I/0模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu),現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能,廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。
?、苓^程控制。過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機,PLC能編制各種各樣的控制算法程序,完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊,目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。
?、輸?shù)據(jù)處理?,F(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算(含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置,或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng),如無人控制的柔性制造系統(tǒng)也可用于過程控制系統(tǒng),如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。
?、尥ㄐ偶奥?lián)網(wǎng)。PLC通信含PLC間的通信及PLC與其他智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展,工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快,各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能,紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
隨著PLC性能價格比的不斷提高,其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。例如,在日本,PLC的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備和機械的自動控制,擴展到以下應(yīng)用領(lǐng)域:中小型過程控制系統(tǒng)、遠程維護服務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng),以及與生活相關(guān)聯(lián)的機器、與環(huán)境關(guān)聯(lián)的機器,而且均有急速上升趨勢。值得注意的是,隨著PLC和DCS相互滲透,兩者的界線日趨模糊,PLC從傳統(tǒng)的應(yīng)用于離散的制造業(yè)向應(yīng)用到連續(xù)的流程工業(yè)擴展的趨勢更加明顯。
2010年P(guān)A市場PLC主要應(yīng)用行業(yè):化工、電力、石化、石油。這四個主要應(yīng)用行業(yè)2010年的市場規(guī)模見表2:
表2 中國PLC市場中主要應(yīng)用行業(yè)市場規(guī)模
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電力行業(yè)本身自動化水平很高,對PLC的應(yīng)用規(guī)模基數(shù)很大,主要在2000-3000IO,因此電力行業(yè)仍然處于大中型PLC應(yīng)用的主要行業(yè)。2010年受電力結(jié)構(gòu)調(diào)整影響,中國電力行業(yè)PLC應(yīng)用規(guī)模略減3%,為2.12億元人民幣。
PLC在火力發(fā)電中主要用于設(shè)備控制和輔助系統(tǒng)的控制,火電行業(yè)有三大輔機系統(tǒng):灰網(wǎng)、水網(wǎng)(化水系統(tǒng))和輸煤系統(tǒng),以子站的形式控制整個系統(tǒng),通過以太網(wǎng)與主控DCS通訊。電廠的主控系統(tǒng)一般用DCS,主要是因為控制點數(shù)多,模擬量控制(溫度、壓力控制)多。在水電中,PLC也大量用于電站的監(jiān)控系統(tǒng)中。
PLC對于順序控制有其獨特的優(yōu)勢,因而在以順序控制為主的火力發(fā)電廠輔助車間得到廣泛應(yīng)用,如補給水處理車間、循環(huán)水車間、除灰除渣車間、輸煤車間、灰渣輸送設(shè)備等。
在輸煤系統(tǒng)中,PLC主要用戶控制皮帶系統(tǒng)。
灰網(wǎng)系統(tǒng)包括除塵系統(tǒng)、煤灰輸送系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)等,其中除塵系統(tǒng)小型PLC應(yīng)用普遍,用以控制除塵器的輔助設(shè)備、卸灰系統(tǒng)等。除塵系統(tǒng)現(xiàn)在用小型PLC組成