PLC基本工作原理1

1、XPLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.PLC 的硬件結(jié)構(gòu)可編程控制器主要由中央處理單元(CPU)、存儲器(RAMROM)輸入輸出單元(I/O)、電中央控制處理單元(CPU)可編程控制器中常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機和雙極型位片式微處理器三種類型。通用微處理器有8080、8086、80286、80386等；單片機有8031、8096等；位片式微處理器的AM2900AM2904。FX2可編程控制器使用的微處理器是16位的8096單片機。可編程控制器配有兩種存儲器：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器：存放系統(tǒng)管理程序。用戶存儲器：存放用戶編制的控制程序。PLC通過輸入單元可實現(xiàn)將不同輸入電路的

2、電平進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成PLC所需的標準電平供PLC進行處理。接到PLC輸入接口的輸入器件是：各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。各種PLC的輸入電路大都相同，PLC輸入電路中有光耦合器隔離，并設(shè)有RC濾波器，用以消除輸入觸點的抖動和外部噪聲干擾。PLC俞入電路通常有三種類型：直流(12s24)V輸入、交流(100s120)V輸入與交流(200s240)V輸入和交直流(12s24)V輸入源和編程器等幾組成。PLC硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示:編程器編程器其他外設(shè)其他外設(shè)I/O擴擴展展單單元元驅(qū)動驅(qū)動受控元件受控元件基本單元基本單元2.3.存儲器4.輸入接口電路電源部件電源部件輸輸出出部部件件外外設(shè)設(shè)接接口口輸輸入入部

3、部件件I/O擴擴展展接接口口接收現(xiàn)場信號接收現(xiàn)場信號圖1PLC硬件結(jié)構(gòu)5.輸出接口電路圖4交流輸入模塊直流輸入模塊圖3交、直流輸入模塊PLC的輸出有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出、品閘管輸出。如圖所示:|MTOC圖5場效應(yīng)晶體管輸出方式（直流輸出）圖6可控硅輸出方式（交流輸出）圖7繼電器輸出方式（交直流輸出）輸出端子有兩種接法：一種是輸出各自獨立，無公共點：各輸出端子各自形成獨立回路。一種為每4s8個輸出點構(gòu)成一組，共有一個公共點：在輸出共用一個公共端子時，必須用同一電壓類型和同一電壓等級，但不同的公共點組可使用不同電壓類型和等級的負載，且各輸出公共點之間是相互隔離的。輸入輸出端子處理的過

4、程如下：6.電源PLC的供電電源一般是市電，也有用直流24V電源供電的。7. 編程器利用編程器可將用戶程序輸入PLC的存儲器，還可以用編程器檢查程序、修改程序;利用編程器還可以監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。編程器一般分簡易型和智能型。8. PLC 的軟件結(jié)構(gòu)在可編程控制器中，PLC的軟件分為兩大部分：1 .系統(tǒng)監(jiān)控程序：用于控制可編程控制器本身的運行。主要由管理程序、用戶指令解釋程序和標準程序模塊，系統(tǒng)調(diào)用。2 .用戶程序：它是由可編程控制器的使用者編制的，用于控制被控裝置的運行。9. PLC 的工作原理(1)PLC的工作方式：采用循環(huán)掃描方式。在PLC處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、

5、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。注意：由于PLC是掃描工作過程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映象寄存器的內(nèi)容也不會變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。循環(huán)掃描過程如下：(2)工作過程：主要分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個階段。1)內(nèi)部處理階段：在此階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時器，以及完成一些其它內(nèi)部工作。2)通信服務(wù)階段在此階段，PLC與一些智能模塊通信、 響應(yīng)編程器鍵入的命令， 更新編程器的顯示內(nèi)容等， 當PLC處于停狀態(tài)時，只進行內(nèi)容處理和通信操作等內(nèi)容。3)輸入處理輸入處理也叫輸入采樣。在此階段順序讀入所有輸入

6、端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新，接著進入程序的執(zhí)行階段。4)程序執(zhí)行根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。若用戶程序涉及到卒&入輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對應(yīng)映象寄存器的當前狀態(tài)。根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中。5)輸出處理程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即元件映象寄存器中的Y寄存器的狀態(tài),在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)

7、動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅(qū)動外部負載。(3)PLC的運行方式：1)運行工作模式當處于運行工作模式時，PLC要進行從內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序處理、輸出處理，然后按上述過程循環(huán)掃描工作。在運行模式下，PLC通過反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能，為了使PLC的輸出及時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC停機或切換到STOPT作模式。PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。2)停止模式當處于停止工作模式時，PLC只進行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容。10. PLC 的編程語言(1)梯形圖梯形圖編程語言習慣

8、上叫梯形圖。梯形圖沿襲了繼電器控制電路的形式，也可以說，梯形圖編程語言是在電氣控制系統(tǒng)中常用的繼電器、接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡化了符號演變而來的，具有形象、直觀、實用，電氣技術(shù)人員容易接受，是目前用得最多的一種PLC程語言o(2)指令表這種編程語言是一種與計算機匯編語言相類似的助記符編程方式，用一系列操作指令組成的語句表將控制流程熱核出來，并通過編程器送到PLC中去。(3)順序功能圖采用IEC標準的SFC(SequentialFunctionChart)語言， 用于編制復(fù)雜的順控程序。 利用這種先進的編程方法，初學者也很容易編出復(fù)雜的順控程序，大大提高了工作效率，也為調(diào)試、試運行帶來許多言傳的方

9、便。(4)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖類似于順序功能圖，可使復(fù)雜的順控系統(tǒng)編程得到進一步簡化。(5)邏輯功能圖它基本上沿用了數(shù)字電路中的邏輯門和邏輯框圖來表達。一般用一個運算框圖表示一種功能。控制邏輯常用“與”、“或”、“非”三種功能來完成。目前國際電工協(xié)會(IEC)正在實施發(fā)展這種編程標準。(6)高級語言近幾年推出的PLC尤其是大型PLC已開始使用高級語言進行編程采用高級語言編程后，用戶可以象使用PC機一樣操作PLG在功能上除可完成邏輯運算功能外，還可以進行PID調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集和處理、上位機通信等。目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制

10、理論和智能控制理論三個階段。智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器(儀表)已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的 PID 控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有 PID 參數(shù)自整定功能的

11、智能調(diào)節(jié)器(intelligentregulator)，其中 PID 控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實現(xiàn)。有利用 PID 控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn) PID控制功能的可編程控制器(PLC),還有可實現(xiàn) PID 控制的 PC 系統(tǒng)等等。可編程控制器(PLC)是利用其閉環(huán)控制模塊來實現(xiàn) PID 控制，而可編程控制器(PLC)可以直接與 ControlNet 相連，如 Rockwell的 PLC-5 等。還有可以實現(xiàn) PID 控制功能的控制器，如 Rockwell 的 Logix 產(chǎn)品系列，它可以直接與 ControlNet 相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)其遠程

12、控制功能。1、開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)(open-100Pcontrolsystem)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。2、閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-100Pcontrolsystem)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋(NegativeFeedback),若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多

13、。比如人就是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環(huán)控制系統(tǒng)。另例，當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源，它就是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。3、階躍響應(yīng)階躍響應(yīng)是指將一個階躍輸入(stepfunction)加到系統(tǒng)上時，系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準、快三個字來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability),一個系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的；準是指

14、控制系統(tǒng)的準確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(Steady-stateerror)描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，通常用上升時間來定量描述。4、PID 控制的原理和特點在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最

15、為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用 PID 控制技術(shù)。PID 控制，實際中也有 PI 和 PD控制。PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。比例(P)控制比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-stateerror)。積分(I)控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（SystemwithStead

16、y-stateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。微分（D）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的

17、變化超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。5、PID 控制器的參數(shù)整定PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一

18、是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行 PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下：（1）首先預(yù)選擇一個足夠短的

19、采樣周期讓系統(tǒng)工作；（2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；（3）在一定的控制度下通過公式計算得到 PID 控制器的參數(shù)。在實際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個經(jīng)驗值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。對于溫度系統(tǒng)：P（%）20-60,I（分）3-10,D（分）0.5-3對于流量系統(tǒng)：P（%）40-100,I（分）0.1-1對于壓力系統(tǒng)：P（%）30-70,I（分）0.4-3對于液位系統(tǒng)：P（%）20-80,I（分）1-5參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查先是比例后積分，最后再把微分加曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳曲線偏離回

20、復(fù)慢，積分時間往下降曲線波動周期長，積分時間再加長曲線振蕩頻率快，先把微分降下來動差大來波動慢。微分時間應(yīng)加長理想曲線兩個波，前高后低 4 比 1一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低 PID 與自適應(yīng) PID 的區(qū)別：首先弄清楚什么是自適應(yīng)控制在生產(chǎn)過程中為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，節(jié)約原材料，要求生產(chǎn)管理及生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工作狀態(tài)。因此產(chǎn)生了一種最優(yōu)控制的方法，這就叫自適應(yīng)控制。在這種控制中要求系統(tǒng)能夠根據(jù)被測參數(shù)，環(huán)境及原材料的成本的變化而自動對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)隨時處于最佳狀態(tài)。自適應(yīng)控制包括性能估計（辨別）、決策和修改三個環(huán)節(jié)。它是微機控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。但由于控制規(guī)律難以掌握，所以推

21、廣起來尚有一些難以解決的問題。加入自適應(yīng)的 pid 控制就帶有了一些智能特點，像生物一樣能適應(yīng)外界條件的變化。還有自學習系統(tǒng)，就更加智能化了。編輯本段計算機術(shù)語PID（進程控制符）英文全稱為 ProcessIdentifier,它也屬于電工電子類技術(shù)術(shù)語。PID 就是各進程的身份標識，程序一運行系統(tǒng)就會自動分配給進程一個獨一無二的 PID。進程中止后 PID 被系統(tǒng)回收，可能會被繼續(xù)分配給新運行的程序。PID 一列代表了各進程的進程 ID,也就是說，PID 就是各進程的身份標識。只要運行一程序，系統(tǒng)會自動分配一個標識！是暫時唯一：進程中止后，這個號碼就會被回收，并可能被分配給另一個新進程。只要

22、沒有成功運行其他程序，這個 pid 會繼續(xù)分配給當前要運行的程序！如果成功運行一個程序，然后再運行別的程序時，系統(tǒng)會自動分配另一個 pid!編輯本段一醫(yī)療術(shù)語盆腔炎（PID）指女性上生殖道及其周圍組織的炎癥，主要包括子宮內(nèi)膜炎，輸卵管炎，輸卵管卵巢囊腫，盆腔腹膜炎。PID 的診斷標準（2002 美國 CDC 診斷標準）：一，基本標準（minimumcriteria）:宮體壓痛，附件區(qū)壓痛，宮頸觸痛。二，附加標準（additionalcriteria）:體溫超過 38.3 攝氏度（口表），宮頸或陰道異常粘液膿性分泌物。陰道分泌物生理鹽水涂片見到白細胞，實驗室證實的宮頸淋病奈瑟菌或衣原體陽性。紅細

23、胞沉降率升高，C-反應(yīng)蛋白升高。三，特異標準（specificcriteria）:子宮內(nèi)膜活檢證實子宮內(nèi)膜炎，陰道超聲或 MRI 顯示充滿液體的增粗輸卵管。伴或不伴盆腔積液。輸卵管卵巢腫塊，腹腔鏡檢查發(fā)現(xiàn)輸卵管炎。播注意：基本標準為診斷 PID 所必需；附加標準可增加診斷的特異 f 特異標準基本可診斷 PID。四，腹腔鏡診斷 PID 的標準：（1）輸卵管表面 xdadaAWW 血；（2）輸卵管壁水腫；（3）輸卵管傘端或漿膜面有膿性分泌物。編輯本段U 盤 PIDU 盤 PID 是指 ProductID（產(chǎn)品 ID）,與 VID 一樣，都對于量產(chǎn)工具很重要。編輯本段管路和儀表流程圖 PIDPID:Piping&InstrumentDiagram,工藝管道儀表流程圖P&ID 的設(shè)計是在 PFD（PFD：ProcessFlowDiagram 工藝流程圖，可以說是簡化版的 PID）的基礎(chǔ)上完成的。它是化工廠的工程設(shè)計中從工藝流程到工程施工設(shè)計的重要工序，是工廠安裝設(shè)計的依據(jù)?；すこ痰脑O(shè)計，從工藝包、基礎(chǔ)設(shè)計到詳細設(shè)計中的大部分階段，P&ID 都是化工工藝及工藝系統(tǒng)