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可编程控制器概述一、可编程控制器的产生60年代末美国Pro-grammablcLogicControlle执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。通用公司10点要求:1)编程简单;2)维护方便;3)可靠性高;4)体积小;5)成本可竞争;6)数据直接送入计算机;7)用115V交流输入;8)输出采用交流115v,直接驱动电磁阀、交流接触器等;9)通用性强,扩展方便;10)程序能存储。PLC的设计思想:把计算机功能完善、灵活、通用和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜结合起来,控制器的硬件是标准的、通用的。根据应用对象,将控制内容编成软件写入控制器的程序存储器内,控制器和被控对象连接方便。国际电工委员会〔IEC)对可编程控制器定义: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。它采用了可编程序的存储器.用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。一.PLC的组成I/O扩展单元I/O扩展接口中央处理单元(CPU)输入接口输出接口限位开关手动开关编码器数字开关电源外部设备接口存储器系统程序用户程序数据编程器上位计算机图形监控系统打印机EPROM写入器盒式磁带机条码判读机电源电磁阀继电器指示灯蜂鸣器电源第二章可编程控制器的组成、原理及技术性能二.PLC各部分的作用1.CPU①诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。②采集现场的状态或数据,并送人PLC的寄存器中。③逐条读取指令,完成各种运算和操作。④将处理结果送至输出端。⑤响应各种外部设备的工作请求。二.PLC各部分的作用2.存储器①系统程序存储器:用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中,用户不能更改。②用户存储器:包括用户程序存储区及工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的CMOS-RAM构成,其中的存储内容可读出并更改。注意:PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。二.PLC各部分的作用3.输入输出接口电路•输入接口电路:采用光电耦合电路,将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。内部电路COM(±)LED3KΩ470Ω输入端子PLC的输入接口电路(直流输入型)二.PLC各部分的作用•输出接口电路:采用光电耦合电路,将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出,以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。有三种类型:内部电路LEDL:负载COML~L输出端子继电器输出型①继电器输出型:为有触点输出方式,用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。内部电路LED输出端子L:负载COMLL~(b)晶闸管输出型L:负载输出端子LED内部电路COMLL(c)晶体管输出型(NPN集电极开路)输出端子LED内部电路COML:负载LL(d)晶体管输出型(PNP集电极开路)③晶体管输出型:为无触点输出方式,用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。②晶闸管输出型:为无触点输出方式,用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。4.电源•PLC的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源,不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用,而且还可为输入设备提供标准电源。•5.手持编程器–手持编程器采用助记符语言编程,具有编辑、检索、修改程序、进行系统设置、内存监控等功能。可一机多用,具有使用方便、价格低廉的特点。–缺点:不够直观–可通过PLC的RS232外设通讯口(或RS422口配以适配器)与计算机联机,利用专用工具软件(NPST-GR、FPSOFT、FPWIN-GR)对PLC进行编程和监控。利用计算机进行编程和监控比手持编程工具更加直观和方便。6.输入输出I/0扩展接口•若主机单元的I/O点数不能满足需要时,可通过此接口用扁平电缆线将I/O扩展单元与主机相连,以增加I/O点数。PLC的最大扩展能力主要受CPU寻址能力和主机驱动能力的限制。第三节可编程控制器的原理及技术性能一.PLC的基本工作原理••循环扫描的工作方式•CPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描,如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至遇到结束符后又返回第一条指令,周而复始不断循环,每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期主要分为三个阶段:1.输入刷新阶段2.程序执行阶段3.输出刷新阶段输入刷新程序执行输出刷新一个扫描周期输入刷新PLC的扫描工作过程用户输出设备输入端子输入锁存器输入映象寄存器输出映象寄存器输出锁存器输出端子程序执行用户输入设备写读读PLC工作原理说明由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的,所以亦将这两个阶段统称为I/O刷新阶段。实际上,除了执行程序和I/O刷新外,PLC还要进行各种错误检测(自诊断功能)并与编程工具通讯,这些操作统称为“监视服务”。扫描周期的长短主要取决于程序的长短。由于每一个扫描周期只进行一次I/0刷新,故使系统存在输入、输出滞后现象。这对于一般的开关量控制系统不但不会造成影响,反而可以增强系统的抗干扰能力。但对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统,就需要精心编制程序,必要时采用一些特殊功能,以减少因扫描周期造成的响应滞后。二.PLC的主要技术指标1.输入/输出点数(I/O点数)2.内存容量•注意:“内存容量”实际是指用户程序容量,不包括系统程序存储器的容量。3.扫描速度(单位:ms/k或μs/步。)4.指令条数5.内部继电器和寄存器数目6.编程语言及编程手段7.高级模块•主控模块可实现基本控制功能,高级模块可实现一些特殊的专门功能。如A/D和D/A转换模块等。第四节PLC的分类及功能一.PLC的分类1.按结构形式分类①整体式②模块式2.按功能分类①低档机②中档机③高档机分类I/0点数程序容量超小型机64点以内256~1000字节小型机64~2561~3.6K字节中型机256~20483.6~13K字节大型机2048以上13K字节以上3.按I/O点数和程序容量分类二.PLC的主要功能1.条件控制功能2.定时/计数控制功能3.数据处理功能4.步进控制功能5.A/D与D/A转换功能6.运动控制功能7.过程控制功能8.扩展功能9.远程I/0功能10.通信联网功能11.监控功能第五节PLC的特点、应用场合和发展趋势一.PLC的主要特点1.可靠性高、抗干扰能力强。主要有以下几个方面:①隔离(采用光电耦合器)②滤波③对PLC的内部电源采取了屏蔽、稳压、保护等措施。④设置了连锁、环境检测与诊断、Watchdog等电路。⑤利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测。⑥对用户程序及动态工作数据进行电池备份。⑦采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构。⑧以集成电路为基本元件,内部处理过程不依赖于机械触点。采用循环扫描的工作方式,也提高了抗干扰能力。2.可实现三电一体化3.将电控(逻辑控制)、电仪(过程控制)和电结(运动控制)集于一体,可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统。3.编程简单、使用方便、柔性好4.体积小、重量轻、功耗低二.PLC的应用场合1.逻辑控制:可取代传统继电器系统和顺序控制器。如各种机床、自动电梯、装配生产线、电镀流水线、运输和检测等的控制。2.运动控制:可用于精密金属切削机床、机械手、机器人等设备的控制。3.过程控制:通过配用A/D、D/A转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行闭环调节控制。4.数据处理5.多级控制:利用PLC的网络通信功能模块及远程I/O控制模块实现多台PLC之间、PLC与上位计算机的链接,以完成较大规模的复杂控制。三.可编程控制器的发展趋势1.在系统构成规模上向大、小两个方向发展;2.功能不断增强,各种应用模块不断推出;3.产品更加规范化、标准化。第六节PLC的几种编程语言––不采用微机的编程语言,采用梯形图语言、指令助记符语言、控制系统流程图语言、布尔代数语言等。其中梯形图、指令助记符语言最为常用。–PLC的设计和生产至今尚无国际统一标准,不同厂家所用语言和符号也不尽相同。但它们的梯形图语言的基本结构和功能是大同小异的。一.梯形图语言–梯形图是在原继电器—接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它是目前用得最多的PLC编程语言。–注意:梯形图表示的并不是一个实际电路而只是一个控制程序,其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系,即所谓“软接线”。–常开触点:–常闭触点:–线圈:–注意:它们并非是物理实体,而是“软继电器”。每个“软继电器”仅对应PLC存储单元中的一位。该位状态为“1”时,对应的继电器线圈接通,其常开触点闭合、常闭触点断开;状态为“0”时,对应的继电器线圈不通,其常开、常闭触点保持原态。二.指令助记符语言–助记符语言类似于计算机汇编语言,用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。同一厂家的PLC产品,其助记符语言与梯形图语言是相互对应的,可互相转换。–助记符语言常用于手持编程器中,梯形图语言则多用于计算机编程环境中。二、可编程控制器的特点可靠性高,抗干扰能力强:器件的严格筛选和老化,采用了屏蔽、滤波、隔离、故障诊断和自动恢复等措施,平均无故障时间达到(3~5)×104h以上编程直观、简单:采用一种面向控制过程的梯形图语言。梯形图语言与继电器原理图相类似,形象直观,易学易懂。适应性好:产品已标准化,系列化、模块化,因此能灵活方便地进行系统配置,当控制要求发生改变时,只要修改程序即可。接口功能强:输入可直接与各种开关量和传感器连接,输出多数情况下也可直接与各种传统的继电器、接触器及电磁阀等连接。PLC与继电器、计算机控制系统比较项目PLC继电器控制系统微机控制系统功能用程序可以实现各种复杂控制用大量继电器布线逻辑实现顺序控制用程序实现各种复杂控制,功能强大改变控制内容修改程序较简单容易改变硬件接线逻辑,工作量大修改程序技术难度大可靠性平均无故障工作时间长受机械触点寿命限制一般比PLC差工作方式顺序扫描顺序控制中断处理,响应最快接口直接与生产设备连接直接与生产设备连接要设计专门的接口环境适应性可适应一般工业生产现场环境环境差会降低可靠性和寿命要求有较好的环境,如机房、实验室、办公室抗干扰性一般不用考虑抗干扰问题能抗一般电磁干扰要专门设计抗干扰措施、否则易受干扰影响维护现场检查、维修方便定期更换继电器、维修费时技术难度较高系统开发设计容易、安装简单、调试周期短图样多、安装工作量大、调试周期长系统设计较复杂、调试技术难度大,需要有系统的计算机知识通用性较好,适应面广一般是专用要进行软、硬件改造才能做其他用硬件成本比微机控制系统高少于30个继电器的系统最底一般比PLC低三、可编程控制器的分类按输入(InPut)和输出〔OutPut)点数分为超小型、小型、中型、大型、超大型五种。按结构形式分为整体式和模块式两种。整体式是电源、CPU、I/O部件集中装在一个机箱内,其结构紧凑,体积小,价格低。小型可编程控制器采用这种结构。它由不同I/O点数的基本单元和扩展单元组成。基本单元有CPU、I/O和电源.扩展单元内只有I/O和电源。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式可编程控制器一般配备有特殊功能单元,如模拟量单元、位置控制单元等,使机器的功能得以加强模块式是将各部分分成若干个单独的模块,如CPU模块、I/O模块、电源模块和各种功能模块。模块式由框架和各种模块组成,模块插在框架的插座上或安装在底板上。模块式结构,其配置灵活.装配方便.便于扩展和维修。—般大中型可编程控制器都采用模块式结构,有的小型可编程控制器也采用这种结构。单元式和模块式结构电源单元DIN导轨CPU单元四、可编程控制器的应用和发展可编程控制器在国
本文标题:可编程控制器的组成、原理及技术性能
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