PLC第四章PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理.ppt

第四章PLC結(jié)構(gòu)和工作原理 4 1PLC概述4 2PLC基本結(jié)構(gòu)4 3PLC的工作原理 4 1 1可編程序控制器的基本概念4 1 2PLC的主要功能和特點(diǎn)4 1 3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì) 4 1PLC概述PLC ProgrammableLogicController 4 1 1可編程序控制器的基本概念 一可編程序控制器的產(chǎn)生 1968年 美國最大的汽車制造商通用汽車公司 GM公司 為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要 期望找到一種新的方向 盡可能減少重新設(shè)計(jì)繼電控制系統(tǒng)和重新接線的工作 以降低成本 縮短周期 設(shè)想把計(jì)算機(jī)通用 靈活 功能完備等優(yōu)點(diǎn)和繼電控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂 價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來 制成一種通用控制裝置 并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化 用面向控制過程 面向問題的 自然語言 進(jìn)行編程 使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用 為此進(jìn)行招標(biāo) 1969年 美國數(shù)字設(shè)備公司 DEC公司 研制出了第一臺(tái)可編程序邏輯控制器 ProgrammableLogicController 簡(jiǎn)稱PLC 在GM公司的自動(dòng)裝配線上試用獲得了成功 二PLC中的幾個(gè)基本概念 1繼電器 它在PLC中也稱編程元件 它包括線圈 常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn) 常開觸點(diǎn) 常用符號(hào)為 受PLC輸入開關(guān)量或PLC內(nèi)部相應(yīng)線圈的控制 當(dāng)PLC輸入接通或相應(yīng)的線圈通過電流時(shí) 此觸點(diǎn)閉合 常閉觸點(diǎn) 常用符號(hào)為 受控方式與常開觸點(diǎn)相同 只是當(dāng)PLC輸入接通或相應(yīng)線圈通電時(shí) 此觸點(diǎn)斷開 線圈 PLC中也稱邏輯線圈 常用符號(hào)為 在PLC中用它作為輸出元件 以控制外部設(shè)備 如電磁閥 接觸器 指示燈等 也可以用來控制PLC內(nèi)部的其他觸點(diǎn) 以構(gòu)成復(fù)雜的控制邏輯 2 定時(shí)器 它的作用與繼電器控制中的延時(shí)繼電器或時(shí)間繼電器相同 常見的定時(shí)單位有0 1s 0 01s幾種 其符號(hào)因型號(hào)不同各異 日本立石公司C系列機(jī)用下列符號(hào)表示 TIM02 TIM 0142 定時(shí)預(yù)置值 符號(hào)例子 其中圓內(nèi) 表示定時(shí)器 TIM 的編號(hào) 圓外 號(hào)后的 表示定時(shí)預(yù)置值 定時(shí)時(shí)間 定時(shí)預(yù)置值 定時(shí)單位 例中的定時(shí)器為02號(hào) 若PLC內(nèi)部規(guī)定的定時(shí)單位為0 1s 則定時(shí)時(shí)間142 0 1s 14 2s 3 計(jì)數(shù)器 它的作用是每當(dāng)其計(jì)數(shù)輸入端由斷開 OFF 到接通 ON 時(shí) 計(jì)一個(gè)數(shù) 即計(jì)數(shù)器記錄的是其輸入由斷到通的次數(shù) 當(dāng)計(jì)數(shù)值與預(yù)置值相等時(shí) 計(jì)數(shù)器導(dǎo)通 有的PLC 如C40P 計(jì)數(shù)端由斷到通時(shí) 自動(dòng)減一個(gè)數(shù) 當(dāng)計(jì)數(shù)值由預(yù)置值減到0時(shí) 計(jì)數(shù)器導(dǎo)通 其相應(yīng)的觸點(diǎn)接通或斷開 可用來控制其他元件 C系列PLC常用下列符號(hào)表示計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)端 復(fù)位端 CPCNT R 計(jì)數(shù)預(yù)置值 4 其他元件 如時(shí)序器 加法器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 編碼器 減法器 譯碼器等 上述元件在PLC內(nèi)部都是由軟件實(shí)現(xiàn)的 并不存在它們的物理實(shí)體 因此常稱之為 虛擬元件 或 軟元件 將它們相互連接構(gòu)成復(fù)雜控制邏輯的過程稱為 軟連接 放入PLC后則是一段程序 5 梯形圖 LadderDiagram 例 交流電機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)的啟?？刂?PLC控制的接線圖 PLC梯形圖 PLC控制的助記符程序 4 1 2PLC的主要功能和特點(diǎn) 一PLC的主要功能 1 步進(jìn)順序控制2 限時(shí)控制3 條件控制4 計(jì)數(shù)控制5 模 數(shù)和數(shù) 模轉(zhuǎn)換 6 數(shù)據(jù)處理7 通信和聯(lián)網(wǎng)8 冗余控制9 監(jiān)控功能10 其他功能 二PLC的特點(diǎn) 1 與繼電器控制邏輯相比較 控制邏輯 繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯 利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合成控制邏輯 其連線多而復(fù)雜 體積大 功耗大 一旦系統(tǒng)構(gòu)成后 想再改變或增加功能都很困難 另外繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限 每只一般只有4 8對(duì)觸點(diǎn) 因此靈活性和擴(kuò)展性都很差 而PLC采用存儲(chǔ)邏輯 其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中 要改變控制邏輯 只需改變程序 故稱為 軟接線 其連線少 體積小 加之PLC中每只軟繼電器的觸點(diǎn)數(shù)理論上無限制 因此靈活性和擴(kuò)展性都很好 PLC由中大規(guī)模集成電路組成 功耗小 工作方式 當(dāng)電流接通時(shí) 繼電控制線路中各繼電器都處于受約狀態(tài) 即該吸合的都應(yīng)吸合 不該吸合的都因受某種條件限制不能吸合 而PLC的控制邏輯中 各繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通之中 從宏觀上看 每個(gè)繼電器受制約接通的時(shí)間是短暫的 控制速度 繼電控制邏輯依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制 工作頻率低 觸點(diǎn)的開閉動(dòng)作一般在幾十毫秒數(shù)量級(jí) 另外機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題 而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的 速度極快 一般一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級(jí) PLC內(nèi)部還有嚴(yán)格的同步 不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題 限時(shí)控制 繼電控制邏輯利用時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作進(jìn)行限時(shí)控制 時(shí)間繼電器一般分為空氣阻尼式 電磁式 半導(dǎo)體式等 其定時(shí)精度不高 定時(shí)時(shí)間易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響 調(diào)整時(shí)間困難 有些特殊的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜 不便維護(hù) PLC使用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器 時(shí)基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生 精度相當(dāng)高 定時(shí)范圍一般從0 1s到若干分鐘甚至更長(zhǎng) 用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值 然后由軟件和硬件計(jì)數(shù)器來控制定時(shí)時(shí)間 定時(shí)精度小于10ms且定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影響 計(jì)數(shù)控制 PLC能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能 而繼電控制邏輯一般不具備計(jì)數(shù)控制功能 設(shè)計(jì)與施工 使用繼電控制邏輯完成一項(xiàng)控制工程 其設(shè)計(jì) 施工 調(diào)試必須依次進(jìn)行 周期長(zhǎng) 而且修改困難 工程越大 這一點(diǎn)就越突出 而用PLC完成一項(xiàng)控制工程 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后 現(xiàn)場(chǎng)施工和控制邏輯的設(shè)計(jì) 包括梯形圖和程序設(shè)計(jì) 可以同時(shí)進(jìn)行 周期短 且調(diào)試和修改都很方便 可靠性和可維護(hù)性 繼電控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn) 連線也多 觸點(diǎn)開閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞 并有機(jī)械磨損 壽命短 因此可靠性和可維護(hù)性差 而PLC采用微電子技術(shù) 大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成 它體積小 壽命長(zhǎng) 可靠性高 PLC還配備有自檢和監(jiān)督功能 能檢查出自身的故障 并隨時(shí)顯示給操作人員 還能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況 為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供了方便 價(jià)格 繼電控制邏輯使用機(jī)械開關(guān) 繼電器和接觸器 價(jià)格比較便宜 而PLC使用中大規(guī)模集成電路 價(jià)格比較昂貴 2 與微型計(jì)算機(jī)相比較 應(yīng)用范圍 微機(jī)除了用在控制領(lǐng)域外 還大量用于科學(xué)計(jì)算 數(shù)據(jù)處理 計(jì)算機(jī)通信等方面 而PLC主要用于工業(yè)控制 使用環(huán)境 微機(jī)對(duì)環(huán)境要求較高 一般要在干擾小 具有一定的溫度和濕度要求的機(jī)房?jī)?nèi)使用 而PLC適應(yīng)于工程現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境 輸入輸出 微機(jī)系統(tǒng)的I O設(shè)備與主機(jī)之間采用微電聯(lián)系 一般不需要電氣隔離 而PLC一般控制強(qiáng)電設(shè)備 需要電氣隔離 輸入輸出均用 光 電 耦合 輸出還采用繼電器 可控硅或大功率晶體管進(jìn)行功率放大 程序設(shè)計(jì) 微機(jī)具有豐富的程序設(shè)計(jì)語言 例如匯編語言 FORTRAN語言 COBOL語言 PASCAL語言 C語言等 其語句多 語法關(guān)系復(fù)雜 要求使用者必須具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí) 而PLC提供給用戶的編程語句數(shù)量少 邏輯簡(jiǎn)單 易于學(xué)習(xí)和掌握 系統(tǒng)功能 微機(jī)系統(tǒng)一般配有較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件 例如操作系統(tǒng) 能進(jìn)行設(shè)備管理 文件管理 存儲(chǔ)器管理等 它還配有許多應(yīng)用軟件 以方便用戶 而PLC一般只有簡(jiǎn)單的監(jiān)控程序 能完成故障檢查 用戶程序的輸入和修改 用戶程序的執(zhí)行與監(jiān)視等功能 運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量 微機(jī)運(yùn)算速度快 一般為微秒級(jí) 因有大量的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件 故存儲(chǔ)容量大 而PLC因接口的響應(yīng)速度慢而影響數(shù)據(jù)處理速度 一般接口響應(yīng)速度為2ms PLC巡回檢測(cè)速度為每千字8ms PLC的指令少 編程也簡(jiǎn)短 故內(nèi)存容量小 價(jià)格 微機(jī)是通用機(jī) 功能完善 故價(jià)格較高 而PLC是專用機(jī) 功能較少 其價(jià)格是微機(jī)的十分之一左右 3 與單板 或單片 計(jì)算機(jī)比較 不如PLC容易掌握 不如PLC使用簡(jiǎn)單 不如PLC可靠 4 與集散系統(tǒng)比較 PLC是由繼電控制邏輯發(fā)展而來的 而集散系統(tǒng) TDCS 是由回路儀表控制發(fā)展而來 但兩者的發(fā)展均與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)有關(guān) 早期PLC在開關(guān)量控制 順序控制方面有一定優(yōu)勢(shì) 而集散系統(tǒng)在回路調(diào)節(jié) 模擬量控制方面有一定優(yōu)勢(shì) 三PLC的主要技術(shù)指標(biāo)1 用戶存儲(chǔ)器容量PLC中用戶存儲(chǔ)器一般由用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成 小型PLC的用戶存儲(chǔ)器容量多為幾K字節(jié) 而大型PLC可達(dá)到幾M字節(jié) 2 輸入輸出點(diǎn)數(shù)輸入輸出的點(diǎn)數(shù)決定了PLC可控制的輸入開關(guān)信號(hào)和輸出開關(guān)信號(hào)的總體數(shù)量 3 掃描速度掃描速度通常指PLC掃描1K字節(jié)用戶程序所需的時(shí)間 一般以ms K為單位 4 編程指令的種類和功能某種程度上用戶程序所完成的控制功能受限于PLC指令的種類和功能 PLC指令的種類和功能越多 用戶編程則越方便簡(jiǎn)單 5 內(nèi)部寄存器的配置和容量用戶編制PLC程序時(shí) 需要大量使用PLC內(nèi)部的寄存器存放變量 中間結(jié)果 定時(shí)計(jì)數(shù)及各種標(biāo)志位等數(shù)據(jù)信息 因此內(nèi)部寄存器的數(shù)量直接關(guān)系到用戶程序的編制 6 PLC的擴(kuò)展能力在進(jìn)行PLC選型時(shí) 其擴(kuò)展性是一個(gè)非常重要的因素 一般來說可擴(kuò)展性包括存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展 輸入輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展 模塊的擴(kuò)展 通信聯(lián)網(wǎng)功能的擴(kuò)展等 4 1 3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì) 一 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 如果按應(yīng)用類型來劃分 可編程序控制器的應(yīng)用可分為以下幾個(gè)類型 1 開關(guān)邏輯和順序控制 這是可編程序控制器最基本的控制功能 在工業(yè)場(chǎng)合應(yīng)用最廣泛 可代替繼電器控制系統(tǒng) 開關(guān)量邏輯控制不但能用于單臺(tái)設(shè)備 而且可用于生產(chǎn)線上 2 過程控制 PLC通過模擬量I O模塊 可對(duì)溫度 流量 壓力等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行控制 大中型PLC都具有PID閉環(huán)控制功能并已廣泛地用于電力 化工 機(jī)械 冶金等行業(yè) 3 運(yùn)動(dòng)控制 PLC可應(yīng)用于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制 如數(shù)控機(jī)床 機(jī)器人 金屬加工 電梯控制等 4 多級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) PLC之間 PLC與計(jì)算機(jī)之間及其他智能控制設(shè)備之間可以聯(lián)網(wǎng)通信 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理和信息共享 從而構(gòu)成工廠CIMS CIPS系統(tǒng) 二PLC的發(fā)展趨勢(shì) 1 小型化方向發(fā)展 目前的小型PLC大都局限在開關(guān)量輸入輸出 而且CPU和I O部件組裝在一個(gè)箱體內(nèi) 今后的小型PLC也將增加模擬量處理功能 而且也將有靈活的組態(tài)特性 并且能與其他機(jī)型連用 在提高系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上 產(chǎn)品的體積越來越小 功能越來越強(qiáng) 如OMRON公司新推出CPM1PLC的體積約130mm 89mm 84mm 可以放在手掌上 可連接的輸入和輸出為10點(diǎn) 并可以擴(kuò)展到20 30乃至50點(diǎn) 支持91個(gè)指令編程 基本指令的執(zhí)行時(shí)間為0 72 s 特殊指令的執(zhí)行時(shí)間也僅16 3 s 2 大型化方向發(fā)展主要有以下幾個(gè)方面 功能不斷加強(qiáng) 不僅具有邏輯運(yùn)算 計(jì)數(shù) 定時(shí)等基本功能 還具有數(shù)值運(yùn)算 模擬調(diào)節(jié) 監(jiān)控 記錄 顯示 與計(jì)算機(jī)接口 通信等功能 網(wǎng)絡(luò)功能是PLC發(fā)展的一個(gè)重要特征 各種個(gè)人計(jì)算機(jī) 圖形工作站 小型機(jī)等都可以作為PLC的監(jiān)控主機(jī)或工作站 這些裝置的結(jié)合能夠提供屏幕顯示 數(shù)據(jù)采集 記錄保持 回路面板顯示等功能 大量的PLC聯(lián)網(wǎng)及不同廠家生產(chǎn)的PLC兼容性增加 使得分散控制或集中管理都能輕易地實(shí)現(xiàn) 應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大 不僅能進(jìn)行一般的邏輯控制 種類齊全的接口模塊還能進(jìn)行中斷控制 智能控制 過程控制 遠(yuǎn)程控制等 用于過程控制的PLC往往對(duì)存儲(chǔ)器容量及速度要求較高 為此 開發(fā)了高速模擬量輸入模塊 專用獨(dú)立的PID控制器 多路轉(zhuǎn)換器等 使得數(shù)字技術(shù)和模擬量技術(shù)在可編程序控制器中得到統(tǒng)一 采用軟件 硬件相結(jié)合的方法 使得編程和接線都比過去用常規(guī)儀表控制要方便得多 性能不斷提高 采用高性能微處理器 提高處理速度 加快PLC的響應(yīng)時(shí)間 為了擴(kuò)大存儲(chǔ)容量 許多公司已使用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤 采用多處理器技術(shù) 以提高性能 采用冗余熱備用系統(tǒng)或三選二表決系統(tǒng) 以提高系統(tǒng)可靠性 為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化在專用控制領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及編程 專用智能輸入輸出模塊越來越多 如專用智能PID控制器 智能模擬量I O模塊 智能位置控制模塊 語言處理模塊 專用數(shù)控模塊 智能通訊模塊 計(jì)算模塊等 這些模塊的一個(gè)特點(diǎn)就是本身具有CPU 能獨(dú)立工作 它們與PLC主機(jī)并行操作 無論在速度 精度 適應(yīng)性 可靠性各方面都對(duì)PLC進(jìn)行了極好的補(bǔ)充 它們與PLC緊密結(jié)合 有助于克服PLC掃描工作方式的局限 完成PLC本身無法完成的許多功能 編程軟件的多樣化和高級(jí)化 標(biāo)準(zhǔn)化 采用多種編程語言 有面向順序控制的步進(jìn)順序語言和面向過程控制系統(tǒng)的流程圖語言 后者是一種面向功能塊的語言 能夠表示過程中動(dòng)態(tài)變量與信號(hào)的相互聯(lián)結(jié) 還有與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語言 如BASIC C及匯編語言 另外還有專用的高級(jí)語言 例如三菱的MELSAP采用編譯的方法將語句變?yōu)樘菪螆D程序 也有采用布爾邏輯語言的 CPU能直接執(zhí)行AND OR XOR NOT操作 這種語言執(zhí)行速度很快 但不很直觀 PLC也將具有數(shù)據(jù)庫 并可實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫共享 還將不斷發(fā)展自適應(yīng)控制和專家系統(tǒng) 構(gòu)成形式的分散化和集散化 PLC與I O口分散 分散的每個(gè)I O口輸入輸出點(diǎn)數(shù)可以少到十幾個(gè)點(diǎn) 分散的單元可以是幾十個(gè)或上百個(gè) 通信和網(wǎng)絡(luò)功能逐步增強(qiáng) 作為CIMS CIPS的分支不斷發(fā)展 PLC本身也可分散 分散的PLC與上位機(jī)結(jié)合構(gòu)成集散系統(tǒng) 分散地進(jìn)行控制 這就便于構(gòu)成多層分布式控制 以實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠或企業(yè)的自動(dòng)化控制和管理 不同機(jī)型的PLC之間 PLC與計(jì)算機(jī)之間可方便地聯(lián)網(wǎng) 實(shí)現(xiàn)資源共享 加上功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件 就構(gòu)成大型PLC控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 4 2PLC的基本結(jié)構(gòu) 4 2 1PLC的組成及其各部分的功能4 2 2PLC的結(jié)構(gòu)形式 4 2 1PLC的組成及其各部分的功能 一PLC的基本組成 PLC的基本組成 PLC的單總線結(jié)構(gòu)框圖 二PLC各組成部分的功能 1 輸入部件輸入部件是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)被控對(duì)象之間的連接部件 是現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)入PLC的橋梁 該部件接收由主令元件 檢測(cè)元件來的信號(hào) 主令元件是指由用戶在控制鍵盤 或控制臺(tái) 上操作的一切功能鍵 如開機(jī) 關(guān)機(jī) 調(diào)試或緊急停車等按鍵 主令元件給出的信號(hào)稱為主令信號(hào) 檢測(cè)元件的功能是檢測(cè)一些物理量 如行程距離 速度 位置 壓力 流量 液位 溫度 電壓 電流等 在設(shè)備工作進(jìn)程中的狀態(tài) 并通過輸入部件送入PLC以控制工作程序的轉(zhuǎn)換等 常見的檢測(cè)元件有行程開關(guān) 限位開關(guān) 光電檢測(cè)開關(guān) 繼電器觸點(diǎn)及其他各類傳感器等 輸入方式有兩種 一種是數(shù)字量輸入 也稱為開關(guān)量或接點(diǎn)輸入 另一種是模擬量輸入 也稱為電平輸入 后者要經(jīng)過模擬 數(shù)字變換部件才能進(jìn)入PLC 輸入部件均帶有光電耦合電路 其目的是把PLC與外部電路隔離開來 以提高PLC的抗干擾能力 為了與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接 輸入部件上設(shè)有輸入接線端子排 為了濾除信號(hào)的噪聲和便于PLC內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理 輸入部件內(nèi)部還有濾波 電平轉(zhuǎn)換 信號(hào)鎖存電路 各PLC生產(chǎn)廠家都提供了多種形式的I O部件或模塊 供用戶選用 輸入接口電路 2 輸出部件輸出部件也是PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的連接部件 其功能是控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行工作 如電機(jī)的啟 停 正 反轉(zhuǎn) 閥門的開 關(guān) 設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng) 移動(dòng) 升降等 對(duì)于PLC 希望它能直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件 如電磁閥 微電機(jī) 接觸器 燈和音響等 因此 輸出部件中的輸出級(jí)常是一些大功率器件 如機(jī)械觸點(diǎn)式繼電器 無觸點(diǎn)交流開關(guān) 如雙向可控硅 及直流開關(guān) 如晶體三極管 等 與輸入部件類似 輸出部件上也有輸出狀態(tài)鎖存 顯示 電平轉(zhuǎn)換和輸出接線端子排 輸出部件或模塊也有多種類型供選用 繼電器輸出晶體管輸出晶閘管輸出 三種輸出類型 繼電器輸出電路 晶體管輸出電路 可控硅輸出電路 I O接線 3 中央處理器 CPU 與一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一樣 CPU是整個(gè)系統(tǒng)的核心 它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能 指揮PLC有條不紊地進(jìn)行工作 其主要任務(wù)有 控制從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲(chǔ) 用掃描的方式通過I O部件接收現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)或數(shù)據(jù) 并存入輸入狀態(tài)表或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中 診斷電源 PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯(cuò)誤等 PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后 從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令 經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送 邏輯或算術(shù)運(yùn)算等 根據(jù)運(yùn)算結(jié)果 更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出寄存器表的內(nèi)容 再經(jīng)由輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制 制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能 目前 小型PLC為單CPU系統(tǒng) 而中型及大型PLC則為雙CPU甚至多CPU系統(tǒng) PLC所采用的微處理器有三種 1 通用微處理器 小型PLC一般使用8位微處理器如8080 8085 6800和Z80等 大中型PLC除使用位片式微處理器外 大都使用16位或32位微處理器 當(dāng)前不少PLC的CPU已升級(jí)到INTEL公司的微處理器產(chǎn)品 有些已采用奔騰 PENTIUM 處理器 如西門子公司的S7 400 采用通用微處理器的優(yōu)點(diǎn)是 價(jià)格便宜 通用性強(qiáng) 還可借用微機(jī)成熟的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和豐富的軟硬件資源 2 單片微處理器 即單片機(jī) 它具有集成度高 體積小 價(jià)格低及可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn) 如INTEL公司的8位MCS 51系列運(yùn)行速度快 可靠性高 體積小 很適合于小型PLC 16位96系列速度更快 功能更強(qiáng) 適合于大中型PLC使用 3 位片式微處理器 它是獨(dú)立于微型機(jī)的一個(gè)分支 多為雙極型電路 4位為一片 幾個(gè)位片級(jí)聯(lián)可組成任意字長(zhǎng)的微處理器 代表產(chǎn)品有AMD2900系列 PLC中位片式微處理器的主要作用有兩個(gè) 一是直接處理一些位指令 從而提高了位指令的處理速度 減少了位指令對(duì)字處理器的壓力 二是將PLC的面向工程技術(shù)人員的語言 梯形圖 控制系統(tǒng)流程圖等 轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言 模塊式PLC把CPU作為一種模塊 備有不同型號(hào)供用戶選擇 4 存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器擴(kuò)展PLC中存儲(chǔ)器的功能與普通微機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器功能相似 用來存儲(chǔ)系統(tǒng)程序和用戶的程序與數(shù)據(jù) 目前主要采用的系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器是指用來存放系統(tǒng)管理 用戶指令解釋及標(biāo)準(zhǔn)程序模塊 系統(tǒng)調(diào)用等程序的存儲(chǔ)器 常用EPROM構(gòu)成 用戶存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)用戶編制的梯形圖程序或用戶數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)用戶程序的叫用戶程序存儲(chǔ)器 常用EPROM或EEPROM構(gòu)成 存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)的叫用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 常用RAM構(gòu)成 為防止掉電時(shí)信息的丟失 有后備電池作保護(hù) 由于PLC系統(tǒng)程序關(guān)系到PLC的性能 不能由用戶直接存取 因而 PLC產(chǎn)品樣本或使用手冊(cè)中所列存儲(chǔ)器形式及其容量一般都是指用戶存儲(chǔ)器而言 PLC中已提供一定容量的存儲(chǔ)器供用戶使用 但對(duì)有些用戶 可能還不夠用 因此大部分PLC都提供了存儲(chǔ)器擴(kuò)展 EM 功能 用戶可以將新增的存儲(chǔ)器擴(kuò)展模板直接插入CPU模板中 也有的是插入中央基板中 5 通信接口為了實(shí)現(xiàn) 人 機(jī) 或 機(jī) 機(jī) 之間的對(duì)話 PLC中配有多種通信接口 通過這些通信接口 PLC可以與監(jiān)視器 打印機(jī) 其他PLC或計(jì)算機(jī)相連 當(dāng)PLC與打印機(jī)相連時(shí) 可將過程信息 系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印 當(dāng)與監(jiān)視器 CRT 相連時(shí) 可將過程圖像顯示出來 當(dāng)與其他PLC相連時(shí) 可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò) 實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制 當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí) 可以組成多級(jí)控制系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合系統(tǒng) 6 智能I O接口為了滿足更加復(fù)雜控制功能的需要 PLC配有多種智能I O接口 例如滿足位置調(diào)節(jié)需要的位置閉環(huán)控制模板 對(duì)高速脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)和處理的高速計(jì)數(shù)模板等等 這類智能模板都有其自身的處理器系統(tǒng) 7 I O擴(kuò)展接口當(dāng)一個(gè)PLC中心單元的I O點(diǎn)數(shù)不夠用時(shí) 就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展 擴(kuò)展接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò)展單元的 8 功能開關(guān)與指示燈功能開關(guān)是用來控制PLC工作狀態(tài)的 如編程 監(jiān)視 運(yùn)行開關(guān)等 指示燈有PLC工作狀況指示燈 電源指示燈 電壓過低指示燈等 9 編程器編程器的作用是供用戶進(jìn)行程序的輸入 編輯 調(diào)試和監(jiān)視 有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連 以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在磁帶上 磁帶上的信息可以重新裝入PLC 編程器有簡(jiǎn)易型和智能型兩類 簡(jiǎn)易型編程器只能聯(lián)機(jī)編程 且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符后才能送入 簡(jiǎn)易編程器一般由簡(jiǎn)易鍵盤和發(fā)光二極管矩陣或其他顯示器件組成 智能編程器又稱圖形編程器 它可以聯(lián)機(jī)編程 也可以脫機(jī)編程 具有LCD 液晶顯示器 或CRT圖形顯示功能 可直接輸入梯形圖和通過屏幕對(duì)話 也可以利用微機(jī)作為編程器 這時(shí)微機(jī)應(yīng)配有相應(yīng)的軟件包 4 2 2PLC的結(jié)構(gòu)形式 一單元式結(jié)構(gòu) 單元式結(jié)構(gòu)的PLC 二模塊式結(jié)構(gòu) 模塊式結(jié)構(gòu)PLC的結(jié)構(gòu) 三疊裝式結(jié)構(gòu) 前者結(jié)構(gòu)緊湊 安裝方便 體積小巧 易于與被控設(shè)備組合成一個(gè)整體 但由于每個(gè)單元的I O點(diǎn)數(shù)有一定的搭配關(guān)系 有時(shí)配置的系統(tǒng)輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)不能充分利用 加之各單元尺寸大小不一致 因此不易安裝整齊 而后者無論是輸入還是輸出點(diǎn)數(shù)均可靈活配置 又易于構(gòu)成較多點(diǎn)數(shù)的大規(guī)?？刂葡到y(tǒng) 且尺寸統(tǒng)一 安裝整齊 但是尺寸較大 難于與小型設(shè)備聯(lián)成一體 為此有些PLC生產(chǎn)廠家開發(fā)出疊裝式結(jié)構(gòu) 將二者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來 疊裝式結(jié)構(gòu)的CPU 電源 I O等單元也是各自獨(dú)立的模塊 但它們相互的連接安裝不需要用基板 僅用電纜連接即可 并且各模塊可以一層層地疊裝 這樣 不但系統(tǒng)可以靈活配置 還可以將體積做得小巧 4 3 1PLC的工作過程4 3 2PLC的使用步驟 4 3PLC的工作原理 4 3 1PLC的工作過程 一大中型PLC的工作過程 大中型PLC的工作過程 1 自監(jiān)視掃描階段為了保證工作的可靠性 PLC內(nèi)部具有自監(jiān)視或自診斷功能 自監(jiān)視功能是由監(jiān)視定時(shí)器WDT Watch dogTimer 完成的 WDT是一個(gè)硬件時(shí)鐘 自監(jiān)視過程主要是檢查及復(fù)位WDT 如果在復(fù)位前 掃描時(shí)間已超過WDT的設(shè)定值 CPU將停止運(yùn)行 輸入 輸出復(fù)位 并給出報(bào)警信號(hào) 這種故障稱為WDT故障 WDT故障可能由CPU硬件引起 也可能由于用戶程序執(zhí)行時(shí)間太長(zhǎng) 使掃描周期超過WDT的規(guī)定時(shí)間而引起 用編程器可以清除WDT故障 WDT的設(shè)定時(shí)間一般為150 200ms 而一般系統(tǒng)的掃描時(shí)間均小于50 60ms 有些PLC中 用戶可以對(duì)WDT的時(shí)間進(jìn)行修改 修改方法在使用手冊(cè)中給出 2 與編程器交換信息的掃描階段用戶程序通過編程器寫入PLC 以及用編程器進(jìn)行在線監(jiān)視和修改時(shí) CPU將總線的控制權(quán)交給編程器 CPU處于被動(dòng)狀態(tài) 當(dāng)編程器完成處理工作或達(dá)到信息交換的規(guī)定時(shí)間 CPU重新得到總線權(quán) 并恢復(fù)主動(dòng)狀態(tài) 在這一掃描階段 用戶可以通過編程器修改內(nèi)存程序 啟動(dòng)或停止CPU 讀CPU狀態(tài) 封鎖或開放輸入 輸出 對(duì)邏輯變量和數(shù)字變量進(jìn)行讀寫等 3 與數(shù)字處理器DPU交換信息的掃描階段當(dāng)系統(tǒng)配有數(shù)字處理器時(shí) 一個(gè)掃描周期中才包含這一階段 4 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的掃描階段在配有網(wǎng)絡(luò)的PLC系統(tǒng)中 才有通信掃描階段 在這一階段 PLC與PLC之間 PLC與磁帶機(jī)或與上位計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息交換 5 用戶程序掃描階段PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí) 一個(gè)掃描周期中包含了用戶程序掃描階段 在用戶程序掃描階段 對(duì)應(yīng)于用戶程序存儲(chǔ)器所存的指令 PLC從輸入狀態(tài)暫存區(qū)和其他軟元件的狀態(tài)暫存區(qū)中將有關(guān)元件的通 斷狀態(tài)讀出 從第一條指令開始順序執(zhí)行 每一步的執(zhí)行結(jié)果均存入輸出狀態(tài)暫存區(qū) 6 輸入 輸出 I O 服務(wù)掃描階段CPU在執(zhí)行用戶程序時(shí) 使用的輸入值不是直接從實(shí)際輸入端得到的 運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實(shí)際輸出端 而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個(gè)暫存區(qū) 一個(gè)是輸入暫存區(qū)或稱輸入映像寄存器 一個(gè)是輸出暫存區(qū)或稱輸出映像寄存器 用戶程序中所用到的輸入值是輸入狀態(tài)暫存區(qū)的值 運(yùn)算結(jié)果放在輸出狀態(tài)暫存區(qū)中 圖2 3 2給出了用戶程序執(zhí)行階段與I O服務(wù)階段的信