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可编程控制器20世纪60年代,在控制器受到关注以前,电机装置一直是这个年代的流行产品。这些通常被称为继电器的装置被数以千记的系统用来控制许多制造过程和单独的机器。许多这样的继电器被应用于运输工业,更明确的说,应用于汽车工业。这些继电器使用成百上千的金属导线,他们的相互联系将影响控制的解决方案。至少作为一个单个的装置,继电器的性能是基本稳定的。但是,继电器盒通常需要安装三百甚至更多的继电器,于是可靠性及维修和保养问题就不可避免地摆到了我们面前。成本问题成为另一问题,尽管继电器成本很底;但是继电器盒的安装成本很高,每个继电器总的成本,其中包括购买零件、配线和安装工作的成本,大体在30美元到50美元之间不等。更糟糕的事情是,控制面板需要经常不断的更改。对于继电器来说,这是一个昂贵的事实。因为这一更改过程需要大量的劳动在控制面板上重新接线。此外,这些变化有时很少备有证明文件的。这就使以后的再次维护工作成为很头疼的事。按照这样考虑,丢弃整个旧的控制面板,同意使用一个适合的新的控制过程方式的相匹配的接线元件的控制面板,也是很常见的事情。这就给这些系统的维护成本增加了不可预知的、潜在的高成本。正如在昂贵的电动车生产线上一样。越来越清楚地认识到要使系统更可靠,更容易排除故障,更适合不断变化的控制过程需要,就必须改进控制过程。在20世纪60年代,出现了第一个可编程控制器。这是第一个“革命性”的系统,这个系统是按照美国汽车制造工业的特定要求开发研制出来的。这些早期的控制器,即可编程逻辑控制器(PLC)是能应用于工厂车间的最早系统。这些控制器再不需要大量重新接线或改变元件的情况下能够作“逻辑”变化,一旦出现问题,它能够很轻易地诊断和修补。观察可编程控制器在最近15年取得的进步是很有趣的事情,在20世纪60年代末期早期的产品或许会使很多人感到惊恐和迷惑不解,例如,维修人员习惯手动工具,那么对于电子仪器的部件和机电设备将会发生什么呢改装过的计算机代替这些设备,正如电子器件代替继电器,甚至设计出了工具来作为继电器的替代品。我们现在有机会来审视一下前景,回顾过去,可编程控制器带给制造业的是什么开关传感器照明行程开关模拟量电磁装置光电耦合电机输入输出接触器输入端口中央处理器(CPU)逻辑存储器变量存储器动力供应输出端口编程设备可编程控制起都包含了基本的功能模块,为了理解控制系统的关系,我们将检查一下每一个模块。首先,我们看一下中心,它是系统的心脏。中心包括微处理器、存储当前控制逻辑的逻辑存储器、存储常变量数据的变量存储器,中西部分具有控制程序执行和为微处理器与存储器提供电力的功能。接着是I/O模块,它的功能是为CPU提供控制水平信号,并把他们转化为适合连接工厂级别的传感器和调节器的标准电压和电流。I/O类型可以是数字信号、模拟信号或是应用于某一定特定应用的“智能”I/O。程序员通常仅需编写程序,而不需要考虑程序在系统中的运行。他也可以用来发现并修理系统故障,在检查系统故障的确切原因发面是个很有用的设备。在这里提到的设备代表了与I/O连接的各种传感器和调节器,它门是系统的手臂、腿、眼睛和耳朵,其中包括按钮、限制开关、行程开关、光敏元件、热电偶、位置传感器,作为输入的读卡机、标灯、显示设备、发动机、DC和AD驱动器、螺线管和作为输出的打印机。适应性控制系统适应性控制系统是一种自动调整其参数以补偿过程特性的相应变化的系统。简而言之,该系统可以“适应”过程的需要。当然,必须有一些作为适应程序依据的原则。为被调量规定一个数值(即设定值)是不够的,因为要满足这一指标。不仅需要适应性控制。还必须另外规定被调量的某种“目标函数”。这是一个决定需要何种特殊形式的适应性控制的函数。一个给定过程的目标函数可能是被调量的衰减度。因而,实质上有两个回路,一个回路靠被调量操作,另一个则依赖其衰减度。由于衰减度标志着回路动态增益,因此这种系统被称为动态适应性系统。也有可能为一个过程规定一个静态增益的目标函数。为这种指标而设计的控制系统就是静态适应性系统。实际上,这两种系统之间几乎不存在相似,以至它们在同一名称“适应性”之下,它们的分类已经引起了许多混淆。要指出的是,第二个区别并非是目标函数,而是关于如何实现适应性控制的机理问题。如果对于过程有充分的了解,使得参数的调整能够与那些引起过程性质变化的变量有关系,那么适应性控制就可以程序化了。然而,如果必须根据目标函数的测量值来调整参数,则要利用反馈回路实现适应性控制。这种系统称为自适应系统。PROGRAMMABLELOGICCONTROLLERSINTHE1960S,ELECTROMECHANICALDEVICESWERETHEORDEROFTHEDAYASFARASCONTROLWASCONCERNEDTHESEDEVICES,COMMONLYKNOWNASRELAYS,WEREBEINGUSEDBYTHETHOUSANDSTOCONTROLMANYSEQUENTIALTYPEMANUFACTURINGPROCESSESANDSTANDALONEMACHINESMANYOFTHESERELAYSWEREINUSEINTHETRANSPORTATIONINDUSTRY,MORESPECIFICALLY,THEAUTOMOTIVEINDUSTRYTHESERELAYSUSEDHUNDREDSOFWIRESANDTHEIRINTERCONNECTIONSTOAFFECTACONTROLSOLUTIONTHEPERFORMANCEOFARELAYWASBASICALLYRELIABLEATLEASTASASINGLEDEVICEBUTTHECOMMONAPPLICATIONSFORRELAYPANELSCALLEDFOR300TO500ORMORERELAYS,ANDTHERELIABILITYANDMAINTENANCEISSUESASSOCIATEDWITHSUPPORTINGTHESEPANELSBECAMEAVERYGREATCHALLENGECOSTBECAMEANOTHERISSUE,FORINSPITEOFTHELOWCOSTOFTHERELAYITSELF,THEINSTALLEDCOSTOFTHEPANELCOULDBEQUITEHIGHTHETOTALCOSTINCLUDINGPURCHASEDPARTS,WIRING,ANDINSTALLATIONLABOR,COULDRANGEFROM$30$50PERRELAYTOMAKEMATTERSWORSE,THECONSTANTLYCHANGINGNEEDSOFAPROCESSCALLEDFORRECURRINGMODIFICATIONSOFACONTROLPANELWITHRELAYS,THISWASACOSTLYPROSPECT,ASITWASACCOMPLISHEDBYAMAJORREWIRINGEFFORTONTHEPANELINADDITION,THESECHANGESWERESOMETIMESPOORLYDOCUMENTED,CAUSINGASECONDSHIFTMAINTENANCENIGHTMAREMONTHSLATERINLIGHTOFTHIS,ITWASNOTUNCOMMONTODISCARDANENTIRECONTROLPANELINFAVOROFANEWONEWITHTHEAPPROPRIATECOMPONENTSWIREDINAMANNERSUITEDFORTHENEWPROCESSADDTOTHISTHEUNPREDICTABLE,ANDPOTENTIALLYHIGH,COSTOFMAINTAININGTHESESYSTEMSASONHIGHVOLUMEMOTORVEHICLEPRODUCTIONLINESANDITBECAMECLEARTHATSOMETHINGWASNEEDEDTOIMPROVETHECONTROLPROCESSTOMAKEITMORERELIABLE,EASIERTOTROUBLESHOOT,ANDMOREADAPTABLETOCHANGINGCONTROLNEEDSTHATSOMETHING,INTHELATE1960S,WASTHEFIRSTPROGRAMMABLECONTROLLERTHISFIRST”REVOLUTIONARY”SYSTEMWASDEVELOPEDASASPECIFICRESPONSETOTHENEEDSOFTHEMAJORAUTOMOTIVEMANUFACTURERSINTHEUNITEDSTATESTHESEEARLYCONTROLLERS,ORPROGRAMMABLELOGICCONTROLLERSPLC,REPRESENTEDTHEFIRSTSYSTEMSTHATCOULDBEUSEDONTHEFACTORYFLOOR,COULDHAVETHERE“LOGIC”CHANGEWITHOUTEXTENSIVEREWIRINGORCOMPONENTCHANGES,ANDWEREEASYTODIAGNOSEANDREPAIRWHENPROBLEMSOCCURREDITISINTERESTINGTOOBSERVETHEPROGRESSTHATHASBEENMADEINTHEPAST15YEARSINTHEPROGRAMMABLECONTROLLERAREATHEPIONEERPRODUCTSOFTHELATE1960SMUSTHAVEBEENCONFUSINGANDFRIGHTENINGTOAGREATNUMBEROFPEOPLEFOREXAMPLE,WHATHAPPENEDTOTHEHARDWIREDANDELECTROMECHANICALDEVICESTHATMAINTENANCEPERSONNELWEREUSEDTOREPAIRINGWITHHANDTOOLSTHEYWEREREPLACEDWITH“COMPUTERS”DISGUISEDASELECTRONICSDESIGNEDTOREPLACERELAYSEVENTHEPROGRAMMINGTOOLSWEREDESIGNEDTOAPPEARASRELAYEQUIVALENTPRESENTATIONSWEHAVETHEOPPORTUNITYNOWTOEXAMINETHEPROMISE,INRETROSPECT,WHATTHEPROGRAMMABLECONTROLLERBROUGHTMANUFACTURING开关传感器照明行程开关模拟量电磁装置光电耦合电机INPUTCENTEROUTPUT接触器ALLPROGRAMMABLECONTROLLERSCONSISTOFTHEBASICFUNCTIONALBLOCKSSHOWNINFIGURE101WEWILLEXAMINEEACHBLOCKTOUNDERSTANDTHERELATIONSHIPTOTHECONTROLSYSTEMFIRSTWELOOKEDATTHECENTER,ASITISTHEHEARTOFTHESYSTEMITCONSISTSOFAMICROPROCESSOR,LOGICMEMORYFORTHESTORAGEOFTHEACTUALCONTROLLOGIC,STORAGEORVARIABLEMEMORYFORUSEWITHDATATHATWILLORDINARILYCHANGEASAFUNCTIONOFTHECONTROLPROGRAMEXECUTION,ANDAPOWERSUPPLYTOPROVIDEELECTRICALPOWERFORTHEPROCESSORANDMEMORYNEXTCOMESTHEI/OBLOKETHISFUNCTIONTAKESTHECONTROLLEVELSIGNALSFORTHECPUANDCONVERTSTHEMTOVOLTAGEANDCURRENTLEVELSSUITABLEFORCONNECTIONWITHFACTORYGRADESENSORSANDACTUATORSTHEI/OTYPECANRANGEFROMDIGITAL,ANALOG,ORAVARIETYOFSPECIALPURPOSE“SMART”I/OWHICHAREDEDICATEDTOACERTAINAPPLICATIONTASKTHEPROGRAMMERISNORMALLYUSEDONLYTOINITIALLYCONFIGUREAND输入端口中央处理器(CPU)LOGICMEMORYVARIABLEMEMORYPOWERSUPPLY输出端口PROGRAMMINGDRVICE
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