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可編程邏輯控制器簡稱PLC(英文全稱:Programmable Logic Controller)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,為適應(yīng)多品種,小批量生產(chǎn)的需求而產(chǎn)生發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置。

1、現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路,作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。

2、現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成,作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。

常用的I/O分類如下:

開關(guān)量:按電壓水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。

模擬量:按信號類型分,有電流型(4-20mA,0-20mA)、電壓型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外,還有特殊IO模塊,如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。

按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量,I/O模塊可多可少,但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。

1987年國際電工委員會(IEC)頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義:

"PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子的電子系統(tǒng),專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可以編制程序的存儲器,用來在執(zhí)行存儲邏輯運(yùn)算和順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并通過數(shù)字或模擬的輸入(I)和輸出(O)接口,控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。"

一、PLC的基本機(jī)構(gòu):

從PLC的硬件結(jié)構(gòu)形式上,PLC可以分為整體固定I/O型,基本單元加擴(kuò)展型,模塊式,集成式,分布式5種基本結(jié)構(gòu)形式。

二、PLC的組成:

1、中央處理單元(CPU)

中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞,是PLC的核心起神經(jīng)中樞的作用,每套PLC至少有一個CPU。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù);檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài),并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時,首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分別存入I/O映象區(qū),然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序,經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后,最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置,如此循環(huán)運(yùn)行,直到停止運(yùn)行。

為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性,對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng),或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣,即使某個CPU出現(xiàn)故障,整個系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。

CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù),它們決定著PLC的工作速度,I/O數(shù)量及軟件容量等,因此限制著控制規(guī)模。

2、存儲器

系統(tǒng)程序存儲器是存放系統(tǒng)軟件的存儲器;用戶程序存儲器是存放PLC用戶程序應(yīng)用;數(shù)據(jù)存儲器用來存儲PLC程序執(zhí)行時的中間狀態(tài)與信息,它相當(dāng)于PC的內(nèi)存。

3、輸入輸出接口(I/O模塊)

PLC與電氣回路的接口,是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路,其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài),輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(jìn)入PLC系統(tǒng),輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入(DI),開關(guān)量輸出(DO),模擬量輸入(AI),模擬量輸出(AO)等模塊。

4、通信接口

通信接口的主要作用是實(shí)現(xiàn)PLC與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換(通信)。通信接口的形式多樣,最基本的有UBS,RS-232,RS-422/RS-485等的標(biāo)準(zhǔn)串行接口�？梢酝ㄟ^多芯電纜,雙絞線,同軸電纜,光纜等進(jìn)行連接。

5、電源

PLC的電源為PLC電路提供工作電源,在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是PLC的最基本保障。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi),可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。電源輸入類型有:交流電源(220VAC或110VAC),直流電源(常用的為24VDC)。

一、可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)

PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器,僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件,接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100,因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。

高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù),采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造,內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù),具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達(dá)30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機(jī)外電路來說,使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng),和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比,電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC帶有硬件故障自我檢測功能,出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中,應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序,使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣,整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。

二、硬件配套齊全,功能完善,適用性強(qiáng)

PLC發(fā)展到今天,已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品,并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化,配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用,用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置,組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便,一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力,可直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器,可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外,現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。PLC的功能單元大量涌現(xiàn),使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展,使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。

三、易學(xué)易用,深受工程技術(shù)人員歡迎

PLC作為通用工業(yè)控制計算機(jī),是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易,編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近,只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。

四、容易改造

系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小,維護(hù)方便,容易改造。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法。這種編程方法很有規(guī)律,很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng),梯形圖的設(shè)計時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。

PLC用存儲邏輯代替接線邏輯,大大減少了控制設(shè)備外部的接線,使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短,同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。

五、體積小,重量輕,能耗低

以超小型PLC為例,新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm,僅相當(dāng)于幾個繼電器的大小,因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2~1/10。它的重量小于150g,功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部,是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制器。

PLC的安裝

在安裝PLC時,要避開下列場所:①環(huán)境溫度超過0~50攝氏度的范圍。②相對濕度超過85%或者存在露水凝聚(由溫度突變或其他因素所引起的)。③太陽光直接照射。④有腐蝕和易燃的氣體,例如氯化氫、硫化氫等。⑤有大量鐵屑及灰塵。⑥頻繁或連續(xù)的振動,振動頻率為10~55赫茲、幅度為0.5毫米(峰-峰)。⑦超過10g(重力加速度)的沖擊。

為了使控制系統(tǒng)工作可靠,通常把可編程控制器安裝在有保護(hù)外殼的控制柜中,以防止灰塵、油污、水濺。為了保證其溫度保持在規(guī)定環(huán)境溫度范圍內(nèi),安裝機(jī)器應(yīng)有足夠的通風(fēng)空間,基本單元和擴(kuò)展單元之間要有30毫米以上間隔。如果周圍環(huán)境超過55攝氏度,要安裝電風(fēng)扇,強(qiáng)迫通風(fēng)。

為了避免其他外圍設(shè)備的電干擾,可編程控制器應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離高壓電源線和高壓設(shè)備,可編程控制器與高壓設(shè)備和電源線之間應(yīng)留出至少200毫米的距離。

電源接線

PLC供電電源為50赫茲、220伏±10%的交流電。

如果電源發(fā)生故障,中斷時間少于10毫秒,PLC工作不受影響。若電源中斷超過10毫秒或電源下降超過允許值,則PLC停止工作,所有的輸出點(diǎn)均同時斷開。當(dāng)電源恢復(fù)時,若RUN輸入接通,則操作自動進(jìn)行。

對于電源線來的干擾,PLC本身具有足夠的抵制能力。如果電源干擾特別嚴(yán)重,可以安裝一個變比為1∶1的隔離變壓器,以減少設(shè)備與地之間的干擾。

接地

良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件,可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地線與機(jī)器的接地端相接,基本單元接地。如果要用擴(kuò)展單元,其接地點(diǎn)應(yīng)與基本單元的接地點(diǎn)接在一起。為了抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾,應(yīng)給可編程控制器接上專用地線,接地點(diǎn)應(yīng)與動力設(shè)備(如電機(jī))的接地點(diǎn)分開。若達(dá)不到這種要求,也必須做到與其他設(shè)備公共接地,禁止與其他設(shè)備串聯(lián)接地。接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近PLC。

直流24伏接線端

PLC上的24伏接線端子,還可以向外部傳感器(如接近開關(guān)或光電開關(guān))提供電流。24伏端子作傳感器電源時,COM端子是直流24伏地端。如果采用擴(kuò)展單元,則應(yīng)將基本單元和擴(kuò)展單元的24伏端連接起來。另外,任何外部電源不能接到這個端子上。

如果發(fā)生過載現(xiàn)象,電壓將自動跌落,該點(diǎn)輸入對可編程控制器不起作用。

每種型號的PLC的輸入點(diǎn)數(shù)量是有規(guī)定的。對每一個尚未使用的輸入點(diǎn),它不耗電,因此在這種情況下,24伏電源端子向外供電流的能力可以增加。

輸入接線

一般接受行程開關(guān)、限位開關(guān)等輸入的開關(guān)量信號。輸入接線端子是PLC與外部傳感器負(fù)載轉(zhuǎn)換信號的端口。輸入接線,一般指外部傳感器與輸入端口的接線[1] 。

輸入器件可以是任何無源的觸點(diǎn)或集電極開路的NPN管。輸入器件接通時,輸入端接通,輸入線路閉合,同時輸入指示的發(fā)光二極管亮。

輸入端的一次電路與二次電路之間,采用光電耦合隔離。二次電路帶RC濾波器,以防止由于輸入觸點(diǎn)抖動或從輸入線路串入的電噪聲引起PLC誤動作。

若在輸入觸點(diǎn)電路串聯(lián)二極管,在串聯(lián)二極管上的電壓應(yīng)小于4伏。若使用帶發(fā)光二極管的舌簧開關(guān),串聯(lián)二極管的數(shù)目不能超過兩只。

輸出接線

可編程控制器有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出3種形式。輸出端接線分為獨(dú)立輸出和公共輸出。當(dāng)PLC的輸出繼電器或晶閘管動作時,同一號碼的兩個輸出端接通。在不同組中,可采用不同類型和電壓等級的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級的電源。

由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上,并且連接至端子板,若將連接輸出元件的負(fù)載短路,將燒毀印制電路板,因此,應(yīng)用熔絲保護(hù)輸出元件。

采用繼電器輸出時,承受的電感性負(fù)載大小影響到繼電器的工作壽命,因此繼電器工作壽命要求長。

應(yīng)用行業(yè)

根據(jù)用戶的使用方式和特點(diǎn),可編程控制器可以分為兩種完全不同的市場:項(xiàng)目型市場和OEM型市場�？删幊炭刂破鞯闹饕獞�(yīng)用:

項(xiàng)目型市場中,可編程控制器主要應(yīng)用在冶金、汽車、市政、電力等行業(yè);OEM市場中,可編程控制器主要應(yīng)用在紡織機(jī)械、包裝、機(jī)床等傳統(tǒng)行業(yè)。小型PLC主要用于OEM市場,主要以三菱,西門子,歐姆龍、愛德克等品牌為主,愛德克的可編程控制器有:FC4A,FC5A,FT1A,其中FT1A將 PLC 功能與小型顯示器結(jié)合在一起,無需主機(jī)設(shè)備,省接線,省空間,性價比高。而FT1A使用非常方便,例如其觸點(diǎn)輸出為10A,可以直接帶動大容量負(fù)載,如電磁閥等。

21世紀(jì),PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看,計算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上,會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn);從產(chǎn)品規(guī)模上看,會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展;從產(chǎn)品的配套性上看,產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全,完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求;從市場上看,各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破,會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面,會出現(xiàn)國際通用的編程語言;從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看,可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。計算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。