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工业控制的大脑 PLC的运行原理

作者:sara | 时间:2024-2-21 17:22:17 | 阅读:3542| 显示全部楼层
PLC作为工业控制的大脑,由芯片和嵌入式软件构成、毛利率高,是整个工控系统的核心控制器,是保障工控产业链安全的核心部件,近年来自主可控重要性日益凸显。由于PLC在整个自动化设备里的成本占比低、切换PLC的机会成本高,PLC具备高毛利率属性。从全球市场竞争格局来看,欧美厂商在中大型PLC市场具备强话语权。日系、台系厂商深耕中小型PLC市场国产厂商正凭借产品性价比高、交期短、客户需求快速响应的优势抢占小型PLC市场日、台系厂商的份额。自主可控带来的国产PLC需求叠加通用自动化景气有望上行,有望为PLC行业带来增长弹性以及估值修复。

1.PLC定义

(1)工业软件

工业软件按制造业生产周期分为四大类:研发设计、生产制造、经营管理、运维服务。其中生产制造类软件按照生产制造流程主要分为生产控制类软件(PLC、DCS、SCADA)和制造执行软件(MES)。生产制造类软件在工业价值链中起承上启下的作用,链接了实际生产和企业管理,承担采集数据、控制底层设备、实时监控调度、执行企业计划等一系列工作。

工业软件.png

(2)PLC

作为生产控制类软件之一的PLC(Programmable Logic Controller),即可编程逻辑控制器,其在微处理器的基础上,融合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术,成为生产控制中最核心的控制装置。PLC由继电器发展而来,其建立了柔性的编程控制系统,用户编写的程序所表达的生产工艺需求可随时载入PLC内存进行存储与执行。

PLC-工业大脑.png



PLC作为运动控制系统中的控制器,通过总线发布包含各种信息的指令给驱动器,通常一台PLC可同时控制的伺服电机数量在2-4个之间。PLC的核心优势是可靠性和稳定性高,可以在复杂的工业环境中稳定运行。因此,从1969年问世以来一直在各自动化行业广泛使用。

2.PLC特点及构成

PLC一般由微处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口、通信/扩展模块、电源装置等组件构成。现场信号一般通过按钮、触点、各类开关等进行输入。输出接口一般驱动指示灯、电磁阀、报警器等受控元件。随着工业场景的复杂程度加深,PLC的扩展模块接口也同步增多来实现更多元的控制。

PLC构成.png

3.PLC运行原理


PLC采用扫描的工作方式,依据程序处理机内存储单元中的数据,从而实现对设备层各种执行装置的控制。PLC采用集中采样、集中输出、按顺序循环扫描用户程序的方式工作,当PLC处于正常运行状态时,它将不断重复扫描过程,其工作过程的中心内容分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。扫描过程中,CPU会根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号作周期性循环扫描,如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序地执行用户程序,直到程序结束,然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描,每重复一次三阶段就是完成一次扫描周期。概括来讲,PLC用于控制时的主要工作形式是依据机内存储的程序,处理机内存储单元中的数据,从而控制设备层的各种执行装置,其中,程序反映的是工业控制的要求,数据则是工业现场的各种信号在存储单元中的实时反映,处理结果则是作为输出驱动执行器件完成控制任务。


PLC运行过程.png


PLC完整工作过程.png


4. PLC分类及应用

(1)PLC通常按照输入/输出(I/O)点数来分类,可将PLC分为小型、中型和大型三类

点数越多,控制关系越复杂,要求的程序存储器容量越大,指令与功能越丰富,能够应用更大型复杂的控制任务,技术要求同步抬高。


PLC应用分类.png



1)小型PLC主要应用场景

小型PLC的市场准入门槛低,一般用于OEM型市场,由于下游客户对价格敏感,因而小型PLC市场同质化较为严重,同时竞争激烈。

小型PLC应用场景.png


2)中大型PLC应用场景

中大型PLC的技术难度高,一般用于项目型市场,"技术+客户+组网/排他性”等壁垒使得中大型PLC市场难以产生新入局者。

中大型PLC应用场景.png


(2)PLC还能按照结构进行分类,一般分为整体式和模块式,在两者的基础上拓展出叠装式

不同结构的PLC基本对应不同I/O点数的PLC,在特点上有相似之处。

PLC 按结构分类.png


PLC 按硬件结构分类.png



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