在自動化設備控制領域, PLC 是一種重要的控制設備。目前,世界上有 200 多廠家生產(chǎn) 300 多品種 PLC 產(chǎn)品,應用在汽車( 23% )、糧食加工 ( 16.4% )、化學 / 制藥( 14.6% )、金屬 / 礦山( 11.5% )、紙漿 / 造紙( 11.3% )等行業(yè),在我國的現(xiàn)有輸送設備皮帶輸送,滾筒輸送,鏈板輸送設備,自動化生產(chǎn)線,在線自動檢測儀器,非標準自動化設備等有廣泛的應用。為了使各位初學者更方便地了解 PLC ,本文對 PLC 的發(fā)展、基本結(jié)構(gòu)、配置、應用等基本知識作一簡介,以期對各位網(wǎng)友有所幫助?! ?nbsp; 一、 PLC 的發(fā)展歷程 在工業(yè)生產(chǎn)過程中,大量的開關量順序控制,它按照邏輯條件進行順序動作,并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制,及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上,這些功 能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 1968 年美國 GM (通用汽車)公司提出取代繼電氣控制裝置的要求,第二年,美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電 子技術的控制裝置,首次采用程序化的手段應用于電氣控制,這就是第一代可編程序控制器,稱 Programmable Controller ( PC )。 個人計算機(簡稱 PC )發(fā)展起來后,為了方便,也為了反映可編程控制器的功能特點,可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller ( PLC ) ,現(xiàn)在,仍常常將 PLC 簡稱 PC 。 PLC 的定義有許多種。國際電工委員會( IEC )對 PLC 的定義是:可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可 編程序的存貯器,用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令,并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生 產(chǎn)過程??删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備,都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴充其功能的原則設計。 上世紀 80 年代至 90 年代中期,是 PLC 發(fā)展最快的時期,年增長率一直保持為 30~40% 。在這時期, PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能 力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高, PLC 逐漸進入過程控制領域,在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。 PLC 具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。 PLC 在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位,在可預見的將來,是無法取代的?! ?nbsp; 二、 PLC 的構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分, PLC 分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等,這些元素組合成一個不可拆 卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架,這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置?! ?nbsp; 三、 CPU 的構(gòu)成 CPU 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 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù),用掃描的方式采 集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù),并存入規(guī)定的寄存器中,同時,診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后,從用戶程序 存貯器中逐條讀取指令,經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號,去指揮有關的控制電路。 CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成, CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù),是 PLC 不可缺少的組成單元。 在使用者看來,不必要詳細分析 CPU 的內(nèi)部電路,但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。 CPU 的控制器控制 CPU 工作,由它讀取指令、解釋指令 及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算,在控制器指揮下工作。寄存器參與運算,并存儲運算的中間結(jié)果,它也是在控制器指揮 下工作。 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, IO 數(shù)量及軟件容量等,因此限制著控制規(guī)模?! ?nbsp; 四、 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)字信號進入 PLC 系統(tǒng),輸出模塊相反。 I/O 分為開關量輸入( DI ),開關量輸出( DO ),模擬量輸入( AI ), 模擬量輸出( AO )等模塊。 開關量是指只有開和關(或 1 和 0 )兩種狀態(tài)的信號,模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的 I/O 分類如下: 開關量: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架槽數(shù)限制?! ?nbsp; 五、電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時,有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有:交流電源( 220VAC 或 110VAC ),直流電源(常用的為 24VAC )?! ?nbsp; 六、底板或機架 嗎 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機架,其作用是:電氣上,實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系,使 CPU 能訪問底板上的所有模塊,機械上,實現(xiàn)各模塊間的連接,使各模塊構(gòu)成一個整體?! ?nbsp; 七、 PLC 系統(tǒng)的其它設備 1 、編程設備:編程器是 PLC 開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件,用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況,但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器, 目前一般由計算機(運行編程軟件)充當編程器。 2 、人機界面:最簡單的人機界面是指示燈和按鈕,目前液晶屏(或觸摸屏)式的一體式操作員終端應用越來越廣泛,由計算機(運行組態(tài)軟件)充當人機界面非常普及。 3 、輸入輸出設備:用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù),如 EPROM 、 EEPROM 寫入器、條碼閱讀器,輸入模擬量的電位器,打印機等?! ?nbsp; 八、 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù) 。因此,網(wǎng)絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著,甚至有人提出 " 網(wǎng)絡就是控制器 " 的觀點說法。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能,它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息,形成一個統(tǒng)一的整體,實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) PLC 具有 RS-232 接口,還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 PLC 的通信,還未實現(xiàn)互操作性 , IEC 規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準, PLC 各廠家均有采用。對于一個自動化工程 ( 特別是中大規(guī)模控制系統(tǒng) ) 來講,選擇網(wǎng)絡非常重要的。首先,網(wǎng)絡必須是開放的,以方便不同設備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展;其 次,針對不同網(wǎng)絡層次的傳輸性能要求,選擇網(wǎng)絡的形式,這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡標準的協(xié)議、機制的前提下進行;再次,綜合考慮系統(tǒng)成本、設備兼容性、 現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題,確定不同層次所使用的網(wǎng)絡標準。
|