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plc基础知识

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-03-08  来源:互联网  作者:工控网  浏览次数:832
    一、定义
    可编程控制器,简称PLC(ProgrammablelogicController),是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
    在1987年国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。”
    二、基本结构
    各种PLC的组成结构基本相同,主要有CPU,电源,储存器和输入输出接口电路等组成。
    plc处理器
    plc处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU是PLC的核心,它不断采集输入信号,执行用户程序,刷新系统输出。
    储存器
    PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。系统存储器用于存放PLC的系统程序,用户存储器用于存放PLC的用户程序。现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。
    输入输出接口单元
    PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU;PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号,以便控制接触器线圈等电器的通、断电。PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术,可以有效地保护内部电路。
    1、输入接口电路
    PLC的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路的延迟时间比较短,可以直接与接近开关,光电开关等电子输入装置连接;交流输入电路适用于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。
    交流输入电路和直流输入电路类似,外接的输入电源改为220V交流电源。
    2、输出接口电路
    输出接口电路通常有3种类型:继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。
    继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型的输出电路类似,只是晶体管或晶闸管代替继电器来控制外部负载。
    扩展接口和通信接口
    PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活,以满足不同控制系统的需要;通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连,从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。
    电源
    PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源,内部的开关电源为PLC的**处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源,使PLC能正常工作。
    三、工作原理
    PLC的工作方式为循环扫描方式,当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
    其工作过程大致分为3个阶段:输入采样、程序执行和输入采样、程序执行和输出刷新
    四、PLC的分类
    (1)小型PLC
    小型PLC的I/O点数一般在128点以下,其特点是体积小、结构紧凑,整个硬件融为一体,除了开关量I/O以外,还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。
    (2)中型PLC
    中型PLC采用模块化结构,其I/O点数一般在256~1024点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外,还能采用直接处理方式,即在扫描用户程序的过程中,直接读输入,刷新输出。它能联接各种特殊功能模块,
    通讯联网功能更强,指令系统更丰富,内存容量更大,扫描速度更快。
    (3)大型PLC
    一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强,有各种通讯联网的模块,可以构成三级通讯网,实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统,使机器的可靠性更高。
    五、功能特点
    1.使用灵活、通用性强——PLC的硬件是标准化的,加之PLC的产品已系列化,功能模块品种多,可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。在PLC构成的控制系统中,只需在PLC的端子上接入相应的输入输出信号线。当需要变更控制系统的功能时,可以用编程器在线或离线修改程序,同一个PLC装置用于不同的控制对象,只是输入输出组件和应用软件的不同。
    2.可靠性高、抗干扰能力强——微机功能强大但抗干扰能力差,工业现场的电磁干扰,电源波动,机械振动,温度和湿度的变化,都可能导致一般通用微机不能正常工作;传统的继电器—接触器控制系统抗干扰能力强,但由于存在大量的机械触点(易磨损、烧蚀)而寿命短,系统可靠性差。PLC采用微电子技术,大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成,大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代,故寿命长,可靠性**提高,从实际使用情况来看,PLC控制系统的平均无故障时间一般可达4~5万小时。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施,能适应有各种强烈干扰的工业现场,并具有故障自诊断能力。如一般PLC能抗1000V、1ms脉冲的干扰,其工作环境温度为0~60℃,无需强迫风冷。
    3.接口简单、维护方便——PLC的接口按工业控制的要求设计,有较强的带负载能力(输入输出可直接与交流220V,直流24V等强电相连),接口电路一般亦为模块式,便于维修更换。有的PLC甚至可以带电插拔输入输出模块,可不脱机停电而直接更换故障模块,**缩短了故障修复时间。
    4.体积小、功耗小、性价比高——以小型PLC(TSX21)为例,它具有128个I/O接口,可相当于400~800个继电器组成的系统的控制功能,其尺寸仅为216×127×110mm3,重2.3kg,不带接口的空载功耗为1.2W,其成本仅相当于同功能继电器系统的10~20%。PLC的输入输出系统能够直观地反应现场信号的变化状态,还能通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态,如内部工作状态、通讯状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等,对此均有醒目的指示,非常有利于运行和维护人员对系统进行监视。
    5.编程简单、容易掌握——PLC是面向用户的设备,PLC的设计者充分考虑了现场工程技术人员的技能和**惯。大多数PLC的编程均提供了常用的梯形图方式和面向工业控制的简单指令方式。编程语言形象直观,指令少、语法简便,不需要专门的计算机知识和语言,具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间内掌握。利用专用的编程器,可方便地查看、编辑、修改用户程序。
    6.设计、施工、调试周期短——用继电器—接触器控制完成一项控制工程,必须首先按工艺要求画出电气原理图,然后画出继电器屏(柜)的布置和接线图等,进行安装调试,以后修改起来十分不便。而采用PLC控制,由于其靠软件实现控制,硬件线路非常简洁,并为模块化积木式结构,且已商品化,故仅需按性能、容量(输入输出点数、内存大小)等选用组装,而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行,因而缩短了设计周期,使设计和施工可同时进行。由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能,**减轻了繁重的安装接线工作,缩短了施工周期。PLC是通过程序完成控制任务的,采用了方便用户的工业编程语言,且都具有强制和仿真的功能,故程序的设计、修改和调试都很方便,这样可**缩短设计和投运周期。
    六、编程语言
    五种标准化编程语言:顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能模块图(FBD)三种图形化语言和指令表(IL)、结构文本(ST)两种文本语言。
    顺序功能图是一种结构块控制程序流程图,梯形图和功能模块图是图形化语言,指令表、结构文本两种文本语言,梯形图的应用直观,与指令表可以相互转换。
 
关键词: plc
 
 
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