第11讲第一章可编程控制器的结构

第11讲第一章可编程控制器的结构、特点及应用领域作者：黄石市科威自控有限公司发布时间：2008-5-249:20:331.1PLC基本结构PLC主要由中央处理器CPU、存储器、输入/输出接口电路、电源、编程器组成。1、中央处理器CPU（CPU芯片）CPU就像人的大脑，它不断地采入输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。响应外围设备（如编程器、打印机等）的请求。2、存储器PLC的存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器用来存放系统管理程序、用户指令解释、标准程序模块及系统调用等程序。其内容由生产厂家固化到ROM中，用户不能修改。用户存储器用来存放用户编制的梯形图程序或用户数据，一般由RAM、EPROM、E2PROM构成，RAM是随机存取存储器，它工作速度高、价格低、改写方便，为了防止掉电时信息的丢失，常用高效的锂电池做后备电池。EPROM、E2PROM是非易失性的，可以用编程器对它编程，它们兼有ROM的非易失性和RAM的随机存储的优点，但写入信息的时间比RAM长。科威PLC中提供了较大容量的存储器供用户使用。3、输入接口电路输入接口电路是由光电耦合电路和微型计算机输入接口电路组成，如图1.1所示。采用光电耦合电路与现场输入信号相连是为了防止现场的强电干扰信号进入PLC。当外接触点X0接通时，电流经24V电源正极，经过光电耦合器中的发光二级管，再经过电阻R1，最后经过外部触点X0回到电源负极COM0，使光电耦合器中发光二极管导通发光，光敏三极管饱和导通，内部电路CPU在输入端读入的是数据“1”；外接触点X0断开的时候，光耦合器中发光二极管熄灭，光敏三极管截止，内部电路CPU在输入端读入的数据是“0”；并联支路发光二极管LED起显示作用。光电耦合器的抗干扰性能是：由于输入和输出端是靠光信号耦合的，在电气上是完全隔离的，因此输出端信号不会反馈到输入端，也不会产生地线干扰和其他串扰。由于发光二极管正向阻抗较低，而外界干扰源的内阻很高，根据分压原理可知干扰源能馈送到输入端的干扰噪声很小，正是由于PLC在现场输入环节采用了光电耦合电路，才增强了抗干扰能力。4、输出接口电路输出接口电路，有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应管，驱动交流负载的双向晶闸管以及既可以驱动交流负载也可以驱动直流负载的小型继电器。负载电源由外部现场提供。继电器输出电路如图1.2所示。内部电路使继电器的线圈通电，它的常开触点闭合，使外部负载得电工作，继电器同时起隔离和功率放大的作用，每一路只给用户提供一对常开触点，与触点并联的RC电路和压敏电阻用来消除触点断开时产生的电弧以减轻对CPU的干扰。晶体管集电极输出电路如图1.3所示。输出信号由内部电路发出，经光耦合器送给输出晶体管，晶体管的饱和和截止状态相当于与触点的接通和断开。图中的稳压管用来抑制关断过电压和外部浪涌电压以保护晶体管。晶体管输出电路的延时时间＜1ms，场效应管输出电路与晶体管输出电路基本相同。除了上述几种输出电路外，还有双向晶闸管输出电路，如图1.4所示。它用光电晶闸管实现隔离。晶闸管由关断变导通的延时时间＜1ms，由导通变关断的延时时间＜10ms，晶闸管在负载电流过小时不能导通，遇到这种情况，需要在负载两端并联电阻。由于输入/输出接口电路采用了光电耦合电路或继电器隔离电路，使得输入/输出电路与内部电路在电气上完全隔离，从而防止了现场隔离干扰，保证PLC能在恶劣的环境下可靠地工作。5、电源PLC的电源是指将外部输入的交流信号经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入/输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路。为了减少电源间的相互干扰，输入/输出接口电路与内部电路间的电源彼此相互独立。电源的好坏对PLC的可靠性至关重要。大部分PLC都采用开关电源供电。1.2PLC的特点PLC的发展是直接针对用户、针对工业现场环境的需要而设计的工业控制计算机，经过近十年的发展，日臻完善，主要特点为：1、可靠性高，抗干扰能力强由PLC组成的控制系统用软件代替了传统的继电器控制中的复杂硬件线路。故使用PLC的控制系统故障率明显低于继电器控制系统，另一方面，PLC本身采用了抗干扰能力强的微处理器CPU，输入/输出采用光电隔离技术，以及电源独到的处理方法，使得PLC有很强的抗干扰能力，从而提高了整个系统的可靠性。2、编程简单易学PLC的最大特点之一，就是采用了易学易懂的梯形图语言这种编程方式既继承了传统的继电器控制线路的清晰、直观感，又考虑到大多数技术人员的读图习惯，即使没有计算机基础的人也很容易学会，故很容易在厂矿企业中推广使用。3、使用维护方便1）硬件配置方便：硬件可按实际需求配置2）安装方便：内部不需要接线和焊接，只要编程就可以使用。3）使用方便：内部触点使用不受限制，只要考虑输入/输出点数即可。4）维护方便：PLC有自检功能，能检查出系统自身的故障，并随时显示给操作人员，能动态地监视控制程序的执行情况，显示输入/输出每个点的工作状态，为现场调试和维护提供了方便。4、体积小、重量轻、功耗低由于其结构紧凑、坚固、体积小、易于装。如机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。5、设计施工周期短使用PLC完成一项控制工程，现场施工和PLC程序设计可同时进行，设计周期短，程序调试和修改方便。正是由于有了上述优点，才使得PLC受到了广泛的欢迎。1.3PLC的应用领域PLC在国内外广泛应用于钢铁、采矿、石化、电力机械制造、汽车制造、环保及娱乐等各行各业。其应用大概可分为以下几类：1）用于开关逻辑和顺序控制这是PLC最基本的应用范围，它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序控制，可用PLC取代传统继电器控制。如机床电气、电机控制等，亦可取代顺序控制。如高炉上料等，总之PLC可用于单机、多机及生产线的自动控制。2）用于机械加工的数字控制PLC和触摸屏组合一体，可实现数值控制组成数控机床。3）运动控制PLC对直线运动和圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，可实现单轴、双轴和多轴位置控制，使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起，PLC的运动控制功能广泛地用于各种机械、金属切削机床、装配机械、机器人、电梯等场合。4）用于模拟量检测和闭环过程的控制过程是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC对温度、压力等模拟信号进行A/D转换与D/A转换，转换为计算机所识别的数字量。并实现闭环PID（比例-积分-微分）控制。PID闭环控制功能已广泛地应用于塑料挤压成型机、加热炉、窑炉、热处理炉、锅炉等设备以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。5）通讯网PLC通讯包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通讯、PLC与其他控制设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通讯、PLC与字符屏，触摸屏，计算机一起可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。