机器自动化控制器原理与应用
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1.6 OMRONPLC发展概况

PLC的种类很多,其实现的功能、内存容量、控制规模、外形等方面均存在较大差异。PLC的分类没有一个严格的统一标准,一般是按照结构形式、控制规模、实现的功能进行大致地分类。

1)按结构分类:PLC按照硬件的结构形式可以分为整体式和组合式。整体式PLC外观上是一个长方形箱体,又称箱体式PLC。组合式PLC在硬件构成上具有较高的灵活性,其模块可以像拼积木似的进行组合,构成具有不同控制规模和功能的PLC,因此这种PLC又称为模块式或积木式PLC。

2)按控制规模分类:控制规模主要是指控制开关量的输入、输出点数及模拟量的输入、输出路数。但主要以开关量计数,模拟量的路数可折合成开关量的点数,一般一路相当于8~16点。根据I/O点数的不同,PLC大致可分为微型机、小型机、中型机及大型机、超大型机。

3)按生产厂家分类:目前世界上能生产PLC的厂家较多,在中国市场占有较大份额、较有影响的公司有:德国西门子公司、日本OMRON公司、日本三菱公司、美国ROCK- WELL公司、法国施耐德公司、日本松下电工公司等。

对于PLC,一般应从基本性能、特殊功能及通信联网3个方面考察其性能。基本性能包括指令系统、工作速度、控制规模、程序容量、PLC内部器件、数据存储器容量等。特殊功能指中断、A-D、D-A、温度控制等,模块式PLC的特殊功能是由智能单元完成的。通信联网是指PLC与各种外设通信及PLC组成各种网络,这一功能通常由专用通信板或通信单元完成。

日本OMRON公司是世界上生产PLC的著名厂家之一,OMRON的大、中、小、微型机各具特色、各有所长,在中国市场上的占有率位居前列,在国内用户中享有较高声誉。

OMRON公司从20世纪80年代至今,产品多次更新换代,下面依时间顺序对其发展情况做一简单回顾。

80年代初期,OMRON的大、中、小型机分别为C系列的C2000、C1000、C500、C120、C20等。这些型号的PLC指令少,而且指令执行时间长,内存也小,内部器件有限,PLC体积大。例如,C20仅20条指令,基本指令执行时间为4~80μs。

随后小型机换代出现P型机,替代了C20。P型机I/O点数最多可达148点。指令增加到37条,指令执行的速度加快了,基本指令执行时间为4μs,体积也明显缩小。P型机有较高的性能价格比,且易于掌握和使用,因而具有较强的竞争力,在当时的小型机市场上独占鳌头。

80年代后期,OMRON开发出H型机,大、中、小型对应有C2000H/C1000H、C200H、C60H/C40H/C28H/C20H。大、中型机为模块式结构,小型机为整体式结构。H型机的指令增加较多,有100多种,特别出现了指令的微分执行,一条指令可顶多条指令使用,为编程提供了方便。H型机指令的执行速度又加快了,大型H型机基本指令执行时间为0.4μs,而C200H机也只有0.7μs。H型机的通信功能增强了,甚至小型H型机也配有RS-232C口,与计算机可以直接通信。大型机C2000H的CPU可进行热备配置,其一般的I/O单元还可在线插拔。中型机C200H的特殊功能模块很丰富,结构合理,功能齐全,为当时中型机中较优秀的机型,获得了非常广泛的应用。C200H曾用于太空实验站,开创了业界先例。

90年代初期,OMRON推出无底板模块式结构的小型机CQM1。CQM1控制I/O点数最多可达256点。CQM1的指令已超过100种,它的速度较快,基本指令执行时间为0.5μs,比中型机C200H还要快。CQM1共有7种CPU单元,每种CPU单元都带有16个输入点(称为内置输入点),有输入中断功能,都可接增量式旋转编码器进行高速计数,计数频率单相为5kHz、两相为2.5kHz。CQM1还有高速脉冲输出功能,标准脉冲输出可达1kHz。此外,CPU42带有模拟量设定功能,CPU43有高速脉冲I/O端口,CPU44有绝对式旋转编码器端口,CPU45有A-D、D-A端口。CQM1采用模块式结构,有A-D、D-A、温控等特殊功能单元和各种通信单元。CQM1的CPU单元除CPU11外都自带RS-232C通信口。

在CQM1推出之前,OMRON推出大型机CV系列,其性能比C系列大型H型机有显著的提高,增强了OMRON在大型机方面的竞争实力。1998年底,OMRON推出了CVM1D双机热备系统,它具有双CPU单元和双电源单元,不仅CPU可热备,而且电源也可热备。CVM1D继承了CV系列的各种功能,可以使用CV的I/O单元、特殊功能单元和通信单元。CVM1D的I/O单元可在线插拔。

值得注意的是进入90年代后,OMRON更新换代的速度明显加快,OMRON在中型机和小型机上又有不少技术更新。

中型机从C200H发展到C200HS。C200HS于1996年进入中国市场,到了1997年全新的中型机C200HX/HG/HE(统称为α机)又来了。它的性能比C200HS又有显著提高。除基本性能比C200HS提高外,α机的突出特点是它的通信组网能力强。例如,CPU单元除自带的RS-232C口外,还可插上通信板,板上配有RS-232C、RS-422/RS-485口,α机使用协议宏功能指令,通过上述各种串行通信口与外围设备进行数据通信。α机可加入OMRON的高层信息网Ethernet网,还可加入中层控制网Controller Link网,而C200H、C200HS不可以。

1999年OMRON在中国市场上又推出α机的后续机型,即功能更加完美的CS1机,CS1兼容了α机的功能,性能上做了很大的改进。CS1属大中型机,分为CS1G、CS1H、CS1D 3个子系列。

OMRON在小型机方面也取得了长足的进步。1997年,OMRON在推出α机的同时,就推出P型机的升级产品,即小型机CPM1A。与P型机相比,CPM1A体积很小,只及同样I/O点数P型机的1/2,但是它的性能改进很大,例如,它的指令有93种、153条,基本指令执行时间为0.72μs,程序容量达2048字,单相高速计数达5kHz(P型机为2kHz)、两相为2.5kHz(P型机无此功能),有脉冲输出、中断、模拟量设定、子程序调用、宏指令功能等。通信功能也增强了,可实现PLC与PLC链接、PLC与上位机通信、PLC与PT链接。

1999年前后,OMRON在推出CS1系列的同时,在小型机方面相继推出CPM2A/CPM2C/CPM2AE、CQM1H等机型。

CPM2A是CPM1A之后的另一系列机型。CPM2A的功能比CPM1A有新的提升,例如,CPM2A指令的条数增加、功能增强、执行速度加快,可扩展的I/O点数、PLC内部器件的数目、程序容量、数据存储器容量等也都增加了;所有CPM2A的CPU单元都自带RS-232C口,在通信联网方面比CPM1A改进不少。

CPM2C具有独特的超薄、模块化设计。它有CPU单元和I/O扩展单元,也有模拟量I/O、温度传感和CompoBus/S I/O链接等特殊功能单元。CPM2C的I/O采用I/O端子台或I/O连接器形式。每种单元的体积都极小,仅有90mm×65mm×33mm。CPU单元使用DC电源,共有10种型号,输出是继电器或晶体管形式,有的CPU单元带时钟功能。CPM2C的I/O扩展单元共有10种型号,输出有继电器或晶体管形式。CPM2C最多可扩展到140点,单元之间通过侧面的连接器相连。CPU单元有RS-232C口。CPM2C使用专用的通信接口单元CPM2C-CIF01/CIF02,可把外设端口转换为RS-232C口或RS-422/RS-485口。CPM2C CPU单元的基本性能、特殊功能和通信联网的功能与CPM2A相一致。

CPM2AE是OMRON公司专为中国市场开发的,该机型仅有60点继电器输出的CPU单元,是CPM2A-60CDR-A的简化机型。CPM2AE删除CPM2A的一些功能以减少成本,降低售价。被删除的功能主要有:后备电池(可选)、RS-232C端口、CTBL指令(寄存器比较指令)等。其它功能则与CPM2A完全相同。

CQM1H是小型机CQM1的升级换代产品。在延续原先CQM1所有优点的基础上,提升并充实了CQM1的多种功能。CQM1H对CQM1有很好的兼容性,对原先使用CQM1的老用户来说,升级换代十分方便。CQM1H在三大性能方面做了较大的提升和充实:I/O控制点数、程序容量和数据容量均比CQM1翻一番;提供多种先进的内装板,能胜任更加复杂和柔性的控制任务;CQM1H可以加入Controller Link网,还支持协议宏通信功能。

OMRON小型机的发展极为迅速,从80年代的C120、C20、C60P等,到90年代的CPM1、CPM1A、CQM1等,再到2000年的CPM2A/2AE、CPM2C、CQM1H等系列。在当今越来越激烈的竞争环境下,为进一步降低成本和改进质量,创造更大的附加值,OMRON开发了面向21世纪的新机型CJ1/CJ2系列,它具有更快的处理能力、更小的尺寸、更迅速的数据传送等特点,满足高速、小型、无缝的要求,能在先进的机器控制领域发挥小巨人的作用,而且在设计和开发方面采用了以任务为单位的编程方式,大大提高了设计效率。

2005年之后,OMRON公司为适应市场的需要,又推出了新一代的CP1系列小型机。CP1包括CP1H、CP1L和CP1E 3个子系列。CP1具有“高度扩展性”的多功能一体PLC,它简易、灵活、多功能一体、开放和紧凑的特点不仅迎合了现代小型PLC的发展趋势,而且满足了用户对高功能、高度集成、高维护性能、低成本的追求。它具有和OMRON CJ1/CS1系列兼容的体系结构和指令系统;尺寸与以往小型机CPM*系列相同,但处理速度提高了10倍。通过CP1实现高速处理、多种功能的组合,能方便地解决用户的各种问题。

目前,OMRON主推的PLC机型:大中型机CS1,小型机CJ1/CJ2、CP1。

2011年,OMRON推出新一代NJ系列控制器,NJ从硬件到软件全面升级,它保持了PLC高可靠性的特点,功能大幅跃进。NJ实际为可编程自动化控制器,鉴于其在运动控制方面的卓越能力,故称NJ为机器自动化控制器。