PLC在工业中的应用

PLC在工业中的应用目录1、PLC简介2、PLC基本结构3、PLC的工作原理4、PLC的一般应用5、PLC在工业中的应用6、梯形图7、PLC指令－定时器指令和计数器指令8、编程软件的应用9、编程规则10、程序设计训练11、PLC的高级模块1、PLC简介PLC是可编程控制器(ＰrogrammableLogicController)的英文缩写。上世纪60年代末，美国通用汽车公司为了汽车工业发展的需要，提出需要这样一种控制设备，即（１）它的继电控制系统设计周期短，更加容易，接线简单，成本低。（２）它能把计算机的许多功能和继电控制系统结合起来，但编程又比计算机简单易学，操作方便。（３）系统通用性强。1969年美国DEC公司研制出第一台可编程控制器，实现了上述的控制功能，但实际上只能进行逻辑运算，故称为“可编程逻辑控制器”，简称为PLC。20世纪80年代，由于计算机和微电子技术的迅猛发展，使得PLC功能日益增强，可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等。所以现在的PLC的功能已远远超出逻辑控制的功能，故称为“可编程控制器”，简称PC，但为了不和个人计算机混淆，故仍习惯用PLC作为可编程控制器的缩写。目前PLC已广泛应用于各工业领域，成为现代化控制的三大支柱（即PLC、机器人和计算机辅助设计/制造）之一。2、PLC的基本结构目前PLC生产厂家很多，较出名的有三菱、西门子、欧姆龙、松下等，产品结构也各不相同，但其基本组成部分大致如下图所示。PLC外观图由图可以看出，PLC采用了典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入、输出接口电路等。如果PLC看作一个系统，该系统由输入变量PLC输出变量组成。输入变量：外部的各种开关信号、模拟信号以及传感器检测的各种信号等，它们经PLC外部端子（即输入I/O接口）输入到内部寄存器中。输出变量：输入变量经PLC运算处理后送到输出端子（即输出I/O接口），成为PLC的输出变量，由这些输出变量对外围设备进行各种控制。按照PLC中I/O接口数的多少，可把PLC分类为超小型机（64点以内）、小型机（64-256）、中型机（256-2048）和大型机（2048以上）。3、ＰＬＣ的工作原理PLC采用的是循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按照先后顺序存放在PLC中，工作时CPU从第一条指令开始执行，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始，不断循环。PLC的工作过程可分为五个阶段：自诊断、与计算机或编程器等通信、读入现场信号、执行用户程序、输出结果。这五个阶段称为一个扫描周期。PLC的工作过程如下图所示。采用循环扫描的工作方式，是PLC区别于微机和其他控制设备的最大特点。自诊断与计算机或编程器等通信读入现场信号执行用户程序输出结果4、PLC一般应用的举例(1)电动机正反转控制（Ａ）如何将继电控制线路转换为梯形图a)首先，确定需要Ｉ/O（包括输入和输出）接口数，列出I/O分配表：输入SB1：X0输出K0：Y0SB2：X1K1：Y1SB3：X2用于自锁、互锁的那些触点，因为不占用外部接线端子，而是由内部“软开关”代替，故不占用I/O点。b)接下来，画出梯形图（B）写出程序（注：这里用松下PLC助记符）STX1ORY1ORY0AN/X0AN/X0AN/Y0AN/Y1OTY1OTY0EDSTX2（C）将上面程序输入PLC，进行PLC和外围设备的接线，如下图PLC电动机控制外部接线图2、其他几种常用PLC典型案例：（1）十字路口交通灯控制（2）温室自动调节系统（3）电梯自动控制…….等等5、PLC在工业中的应用的举例(1)PLC实现多台风机、水泵组成的自动恒压调节系统根据控制对象的参数的变化自动调节电机的出力、电机投入/退出，达到自动恒压控制的目的，特别是PLC与变频器的结合应用，可实现一台变频器拖动多台电动机变频运行，达到高效节能、节约一次投入和自动控制的目的。以下是一套锅炉风压自动调节系统，利用PLC和变频器各一台，便可对3台风机进行自动调节，实现风压自动调整和节能运行。（Ａ）系统工作原理控制系统主要有PLC、变频器、PID调节器、时间延时器、压力变送器等部份。控制系统无论风机打开多少，总保持供汽管道压力的基本恒定。控制的核心单元根据通风总管的实际压力由压力传感器检测，变成模拟输入反馈信号，经A/D转换后与PLC给定压力比较，得到压力偏差和压力偏差的变化率，经过PID运算后，送到PLC输入接口，PLC输出一个0～5V的模拟信号到变频器，用以调节电机的转速以及进行电机的软起动。PLC通过比较模拟量输出与压力偏差的值，通过I/O端口开关量的输出驱动切换继电器组，以此来协调投入工作的电机台数，并完成电机的起停、变频与工频的切换。通过调整电机组中投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使通风系统的工作压力稳定，进而达到恒压供汽的目的，从而提高风机的运行效率和能源利用率。（Ｂ）PLC控制原理系统启动时,风机1启运进入变频状态运行,电机转速从0开始随频率的上升而不断上升,当变频率达到50HZ时而这时压力变送器的检测的压力值还没有达到所给定的压力值,则时间继电器延时数秒后,PLC发出指令，风机1通过接触器切换到工频运行,切换后的变频器从50HZ降至0HZ,风机2通过接触器进入变频运行状态.压力变送器不断进行采样,当风机2达到工频,风压还不能达到给定的压力值,则启动风机3进入变频运行状态。当压力传感器所测的压力低于下限压力时,不断的切换电机进入运行中(切换电机顺序为1#→2#，2#→3#），直到系统平稳的运行。该过程可通过以下电机状态变化来表示。3台电机运行状态变化：（1#变频）---（1#工频、2#变频）---（1#工频、2#工频、3#变频）。当三台风机(1#工频，2#工频，3#变)都投入运行时,而实际的压力处于上限压力或之上,此时风机1变频运行频率低至0HZ,在延时一段时间后,PLC使风机1停止运行,变频器频率就从0迅速上升.如果此后的压力还是处于上限压力,则延时一段时间后PLC使风机2停止,这样的调节,有效的减少风机的频繁的启停,使风机平稳的过渡。当出现缺相、过流、过压等情况，PLC将根据对输入信号的判断，在输出接口上输出报警信号，并根据需要去动作跳闸，如果发生变频器故障，则PLC将把自动方式切换到手动操作方式。同样，也可利用PLC根据供水母管压力的变化对多台水泵的出力和投入台数进行自动调节，实现恒压自动供水系统。（2）其他工业应用实例.数控机床.自动包装机.继电保护系统.材料分拣系统.其他工业控制系统，等等。6、梯形图梯形图是一种图形语言，它沿用了继电接触器控制的术语和图形符号，具有直观、形象等特征，易被电气技术人员掌握。如下图所示。梯形图中常用的符号如下：动合触点：动断触点：继电器线圈：利用梯形图编程需要注意的事项：（1）梯形图中左、右两条线称为母线；（2）触点始于左母线，不能直接同右母线相连（3）线圈接于右母线，不能直接同左母线相连(4）同一编号接点的使用不受个数限制（5）同一编号线圈在同一程序中只能使用一次（6）程序的编写必须符合顺序执行的原则：从左向右、从上到下。７、PLC指令-定时器指令和计数器指令（1）定时器指令定时器是PLC内部提供的不同延时的触点，供用户在编程时选用或设定。它的作用相当于继电器控制中的时间继电器。具体地说，定时器在接收到触发信号时，根据其内部时钟脉冲的积累，当预置值减为0时，其动合触点接通，动断触点断开。FP1系列PLC为用户提供了100个定时器，编号为T0-T99。（A）指令功能TMR：以0.01S为计时单位延时接通定时器TMX：以0.1S为计时单位延时接通定时器TMY：以1S为计时单位延时接通定时器（B）指令应用举例说明：当X0接通时，定时器延时3S后，其接点T0接通，Y0接通梯形图指令表地址指令0145STX0TMX0K30STT0OTY0（2）计数器指令计数器计数次数的设置是用户根据设计要求而自行设定的，计数器的触发信号接通时（只对触发信号的上升沿）完成一次计数。当完成计数器的计数次数时，其动合触点闭合，动断触点断开。FP1系列PLC为用户提供了44个计数器，其编号为CT100-CT143。（A）指令功能CT：预置计数器，完成减计数操作。在输入信号上升沿到来时，计数值减1。当计数值为0时，计数器的输出触点接通。（B）指令应用举例说明（1）当X0接通10次时，计数器接点C100接通，Y0接通（2）当X1接通时，计数器复位，Y0断开。（3）梯形图中的数字“100”为计数器的编号，计数器“10”为计数器的预置值。梯形图指令表地址指令01256STX0STX1CT100K10STC100OTY0８、编程软件的应用利用各种型号的PLC所提供的专用微机编程软件，用户可以在微机上很方便地实现程序的输入、编辑、检查和PLC的运行监控等功能。在以前，是需要人工编程，即，把指令写为助记符，再转换机器码，通过PLC上的键盘输入PLC内部存储器。现在利用编程软件，只需在微机的编程软件的界面上输入梯形图，而不需集中任何编程语言和任何指令，操作非常简单易学。用微机进行PLC软件的编程后，可用数据线将程序送入PLC运行。8、编程规则一、编程基本规则(1)输入／输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的触点可以多次重复使用。(2)避免在同一程序中出现编号相同的两个线圈。(3)串联触点的使用不受次数限制。(4)并联触点的使用不受次数限制。(5)两个及两个以上线圈可并联输出。(6)输出线圈、定时器、计数器如果需要同左母线相联，应在前面串入程序中未被使用的内部继电器的动断触点。二、编程技巧（１）在具有并联关系的梯形图中，串联触点多的电路应放在上边，如下图所示。（a）电路安排不当(b)电路安排得当（２）在具有串联关系的梯形图中，并联触点多的电路应放在左边，如下图所示。（a）电路安排不当（b)电路安排得当(3）对于结构比较复杂的梯形图，可重复使用触点来简化电路，如下图所示．（a）复杂电路（b）重新排列电路(4)对于桥式电路，不能直接进行变换，应对电路进行变换，如下图所示．(a)(b)9、程序设计训练通过电动机Y-Δ起动控制实例，完成对PLC的程序设计和接线调试1、确定控制要求按下启动按钮SB1，KM和KMY接通，电动机起动，2S后KMY断开，KMΔ闭合，即完成Y-Δ起动。按下停止按钮SB2，电动机停止运行2、确定I/O接口分配表输入：SB1X0输出：KMY0SB2X1KMYY1KMΔY23、确定I/O接口接线图根据控制要求确定的I/O接口接线图，如下图所示。4、程序设计根据控制要求和确定的I/O分配表，画出梯形图，如下图所示。并输入专用编程软件，生成程序。5、将程序传送给PLC6、接线调试根据I/O接口进行接线，接通电源，按动启动按钮SB1，观察X0X1Y0Y1Y2的变化情况，也可通过编程软件的监控功能查看程序的执行情况。检查程序的功能正常后，按下停止按钮SB2。7、保存程序：将调试好的程序存盘保存。11、PLC的高级模块PLC除了主控模块外还可以配接各种高级模块。主模块实现基本控制功能，高级模块则可实现某种特殊功能。下面介绍松下FP0系列几种高级模块：A/D模块、D/A模块、A/D与D/A模块和通信模块。当需要对模拟量进行测量及控制时，可配接A/D、D/A模块或A/D与D/A混合模块，下面以/D与D/A混合模块为例，介绍模拟量的输入和输出。与FP0配接的A/D与D/A混合模块的型号为A21，模块外形结构如下图所示。其中（1）为模拟模式切换开关改变1、2、3、5为一组，改变4为另一组，可改变不同模式，如选择直流电流输入，则1、2、3切换开关右侧键选择都投入，4退出。（2）为模拟I/O端子，说明如下表。模拟I/O端子说明（一）模拟I/O通道编址A21共有3个模拟I/O单元可以使用。分别为第一、第二、第三扩展单元。起模块位置和地址的对应关系如下图。（二）模拟量的输入(a)A21模块有2个模拟量输入通道：CH0、CH1。其占用I/O通道分别为：CH0-WX2（模拟量输入通道）CH1-WX3（