搜索
一般PLC系统概述PLC起源和结构PLC是60年代为取代继电器控制系统而发展起来的。下图是一个继电器的原理图：MACV+-24V继电器图中，右边的24V电源通电后，继电器线圈产生磁场吸引力，使继电器开关克服小弹簧而吸合，这样继电器的输出就形成回路，电机就能运行起来。再看下图：V+-24V这是一个多输出的继电器，其中下面的一个是常闭输出上面两个是常开输出，继电器的输入端只需一个电源就能同时控制三个输出。上面两个图都是最简单最常用的继电器类型，各类型的继电器再加上了一些温度开关、时间继电器、传感器、计数器等等，再按照一定的逻辑线路和顺序连接起来，就可以形成了继电器控制柜。继电器控制实际上就是用弱电控制强电，安全电压控制危险电压。一般PLC系统概述60年代前的自动控制系统就是基于继电器控制柜的，它的缺点显而易见：•不是可编程的，如果要对系统进行扩充或者功能改造，则需要重新接线、加柜等等，工作非常繁重而且容易出错；•系统的体积非常庞大，安装不方便；•系统维护工作非常繁琐，维护人员必须非常熟悉控制的电气线路；•响应时间长，实时性不够，可靠性不高；•功能不强，只能进行简单的逻辑控制；1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车公司从用户的角度提出了新一代控制器应具备的十大条件：•编程简单，可在现场修改程序；•维护方便，最好是插件式；•可靠性高于继电器控制柜；•体积小于继电器控制柜；•可将数据直接送入管理计算机；•在成本上可与继电器控制柜竞争；•输入可以是115V；•输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀；•在扩展时，原有系统只要很小变更；•用户程序存储量至少能扩展到4K字节；一般PLC系统概述从这十大条件可以看出，美国通用汽车公司是在寻找一种新型工业控制器，它应尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，减少时间、减低成本。设想把计算机功能完备、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用的控制装置。并把计算机的编程方法和程序送入方式加以简化，用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使得对于不熟悉计算机的人也能方便使用。早期的可编程控制装置是为取代继电器控制线路，采用存储器程序指令完成顺序控制而设计的，它仅有逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能，用于开关量控制，所以将可编程控制器简称为PLC（ProgrammableLogicController）即可编程逻辑控制器。进入70年代，随着微电子技术的发展，PLC采用通用微处理器之后，这种控制器就不限于当初的逻辑运算了，功能不断增强。因此，目前称为PC可编程控制器（ProgrammableController），但为了与个人电脑和现在的电脑控制系统区别，行内人士还是习惯上称为PLC。进入80年代以来。随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC取得了惊人的发展，使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，功耗、体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且远程I/O和通信网络、数据处理和图像显示的发展，已经使PLC向用于连线生产过程控制发展，成为实现自动化的一大支柱。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。一般PLC系统概述PLC的构成和特点一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC的基本结构框图如下：一般PLC系统概述一、CPU模块(必须有)PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。一般PLC系统概述二、I/O模块(可能有)：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。三、电源模块(可能有)：有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。四、底板或机架(可能有)：大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。一般PLC系统概述五、PLC的外部设备(可能有)外部设备是PLC系统一部分，它有四大类1.编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。2.监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。3.存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。4.输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。六、PLC的通信联网(可能有)PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机、CPU与远程I/O，以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口（用于编程或者网络通讯）和RS485或者以太网接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆等用系介质可以在几百米、几公里甚至几十公里的范围内交换信息。当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。一般PLC系统概述PLC为了适应在工业环境中使用，相比于微机控制和继电器控制柜，有如下特点：一、可靠性高，抗干扰能力强工业生产一般对控制设备的可靠性提出很高的要求，应具备很强的抗干扰能力（各类电磁波、感应磁场等、雷电等），能在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间（MTBF）高，平均故障修复时间（MTTR）短，这是PLC控制优于微机控制的一大特点。二、控制程序可重写，具有很好的柔性在生产工艺流程改变或者生产设备更新的情况下，不必或者很少需要改变PLC的硬件设备，只需要改编程序就可以满足要求。所以PLC可以取代传统继电器控制，而且具有继电器控制所不具备和无可比拟的优点。三、编程简单，使用方便这是PLC由于微机的另一特点。目前大多数PLC均采用继电器控制形式的“梯形图编程方式”，既集成了传统控制线路的清晰直观，又考虑到了大多数电气人员的读图习惯和微机应用技术，易于接受，因此受到普遍的欢迎。这种面向生产的编程方式，与目前微机控制生产对象中常用的汇编语言相比，更容易被操作人员所接受。四、功能完善现代PLC具有数字和模拟量输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能，使设备控制水平大大提高。一般PLC系统概述四、功能完善现代PLC具有数字和模拟量输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能，使设备控制水平大大提高。五、扩充方便，组合灵活PLC产品具有许多扩展单元，可以方便地适应不同工业控制需要的不同的输入输出点数以及不要的输入输出类型。六、减少了控制系统设计以及施工的工作量由于PLC是采用软件编程来达到控制功能，而不同于继电器采用硬接线来达到控制功能，因此减少了设计以及施工工作量。同时，PLC又能事先进行模拟调试，更减少了现场的工作量。并且，PLC监视功能很强，模块功能大大减少了维修量。七、体积小、重量轻，是“机电一体化”特有产品由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固、体积小巧。由于PLC具有了以上特点、它把微计算机与继电器控制技术很好地融合在一起。最新发展的PLC产品，还把DDC（直接数字控制）技术加进去，并具有与计算机联网的功能，因而它的应用几乎覆盖了所有的工业企业。一般PLC系统概述PLC的应用范围通常可以分为五类型：一、顺序及逻辑控制这是PLC最广泛应用的领域，它取代传统的继电器顺序控制系统。PLC应用于单机控制，多机群控制、生产自动线控制。例如：注塑机、印刷机械、组合机床、装配生产线等等。二、运动控制PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或者伺服电机的单轴或者多轴位置控制模块。在多数情况下，运动的编程可用PLC的语言完成，通过编程输入。相对来说，PLC的位置控制模块比CNC装置体积更小，价格更低，速度更快，操作更方便。三、过程控制PLC能控制大量的物理参数，例如：温度、压力。流量和速度。PID模块的提供使得PLC具有了闭环控制的功能。即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。四、数据处理现场的PLC产品已经可以处理高级的数据处理函数，包括平方、三角函数、对数、数据类型转换等高级功能了。五、通信PLC互相协作、I/O的远程控制等等新的PLC功能都建于强大的通信能力上，各类现场总线的应用，使得PLC的应用更广。它可以作为各类现场总线的网关，使得系统可以集成各类不同总线的智能设备。一般PLC系统概述PLC的编程PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。PLC的编程语言与一般计算机语言相比