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西門(mén)子PLC主機(jī)CPU414-3 西門(mén)子PLC主機(jī)CPU414-3
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潯之漫智控技術(shù)(上海)有限公司 上海詩(shī)慕自動(dòng)化設(shè)備有限公司
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一、定義
可編程控制器,簡(jiǎn)稱(chēng)PLC(ProgrammablelogicController),是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。
在1987年電工委員會(huì)(InternationalElectricalCommittee)頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義:“PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體,易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。”
二、基本結(jié)構(gòu)
各種PLC的組成結(jié)構(gòu)基本相同,主要有CPU,電源,儲(chǔ)存器和輸入輸出接口電路等組成。
plc處理器
plc處理器單元一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成。CPU通過(guò)地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)、控制總線(xiàn)與儲(chǔ)存單元、輸入輸出接口、通信接口、擴(kuò)展接口相連。CPU是PLC的核心,它不斷采集輸入信號(hào),執(zhí)行用戶(hù)程序,刷新系統(tǒng)輸出。
儲(chǔ)存器
PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶(hù)存儲(chǔ)器兩種。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用于存放PLC的系統(tǒng)程序,用戶(hù)存儲(chǔ)器用于存放PLC的用戶(hù)程序。現(xiàn)在的PLC一般均采用可電擦除的E2PROM存儲(chǔ)器來(lái)作為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶(hù)存儲(chǔ)器。
輸入輸出接口單元
PLC的輸入接口電路的作用是將按鈕、行程開(kāi)關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)輸入CPU;PLC的輸出接口電路的作用是將CPU向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行元件的信號(hào),以便控制接觸器線(xiàn)圈等電器的通、斷電。PLC的輸入輸出接口電路一般采用光耦合隔離技術(shù),可以有效地保護(hù)內(nèi)部電路。
1、輸入接口電路
PLC的輸入接口電路可分為直流輸入電路和交流輸入電路。直流輸入電路的延遲時(shí)間比較短,可以直接與接近開(kāi)關(guān),光電開(kāi)關(guān)等電子輸入裝置連接;交流輸入電路適用于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。
交流輸入電路和直流輸入電路類(lèi)似,外接的輸入電源改為220V交流電源。
2、輸出接口電路
輸出接口電路通常有3種類(lèi)型:繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。
繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型的輸出電路類(lèi)似,只是晶體管或晶閘管代替繼電器來(lái)控制外部負(fù)載。
擴(kuò)展接口和通信接口
PLC的擴(kuò)展接口的作用是將擴(kuò)展單元和功能模塊與基本單元相連,使PLC的配置更加靈活,以滿(mǎn)足不同控制系統(tǒng)的需要;通信接口的功能是通過(guò)這些通信接口可以和監(jiān)視器、打印機(jī)、其他的PLC或是計(jì)算機(jī)相連,從而實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)”或“機(jī)-機(jī)”之間的對(duì)話(huà)。
電源
PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源,內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源為PLC的**處理器、存儲(chǔ)器等電路提供5V、12V、24V直流電源,使PLC能正常工作。
三、工作原理
PLC的工作方式為循環(huán)掃描方式,當(dāng)PLC投入運(yùn)行后,其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段,即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間,PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。
其工作過(guò)程大致分為3個(gè)階段:輸入采樣、程序執(zhí)行和輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新
四、PLC的分類(lèi)
(1)小型PLC
小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般在128點(diǎn)以下,其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊,整個(gè)硬件融為一體,除了開(kāi)關(guān)量I/O以外,還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。
(2)中型PLC
中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu),其I/O點(diǎn)數(shù)一般在256~1024點(diǎn)之間。I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外,還能采用直接處理方式,即在掃描用戶(hù)程序的過(guò)程中,直接讀輸入,刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊,
通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng),指令系統(tǒng)更豐富,內(nèi)存容量更大,掃描速度更快。
(3)大型PLC
一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱(chēng)為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能*。具有*的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng),有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊,可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng),實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)生產(chǎn)管理自動(dòng)化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng),使機(jī)器的可靠性更高。
五、功能特點(diǎn)
1.使用靈活、通用性強(qiáng)——PLC的硬件是標(biāo)準(zhǔn)化的,加之PLC的產(chǎn)品已系列化,功能模塊品種多,可以靈活組成各種不同大小和不同功能的控制系統(tǒng)。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中,只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入輸出信號(hào)線(xiàn)。當(dāng)需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí),可以用編程器在線(xiàn)或離線(xiàn)修改程序,同一個(gè)PLC裝置用于不同的控制對(duì)象,只是輸入輸出組件和應(yīng)用軟件的不同。
2.可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)——微機(jī)功能強(qiáng)大但抗干擾能力差,工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾,電源波動(dòng),機(jī)械振動(dòng),溫度和濕度的變化,都可能導(dǎo)致一般通用微機(jī)不能正常工作;傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng),但由于存在大量的機(jī)械觸點(diǎn)(易磨損、燒蝕)而壽命短,系統(tǒng)可靠性差。PLC采用微電子技術(shù),大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來(lái)完成,大部分繼電器和繁雜連線(xiàn)被軟件程序所取代,故壽命長(zhǎng),可靠性**提高,從實(shí)際使用情況來(lái)看,PLC控制系統(tǒng)的平均*時(shí)間一般可達(dá)4~5萬(wàn)小時(shí)。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施,能適應(yīng)有各種強(qiáng)烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),并具有故障自診斷能力。如一般PLC能抗1000V、1ms脈沖的干擾,其工作環(huán)境溫度為0~60℃,無(wú)需強(qiáng)迫風(fēng)冷。
3.接口簡(jiǎn)單、維護(hù)方便——PLC的接口按工業(yè)控制的要求設(shè)計(jì),有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力(輸入輸出可直接與交流220V,直流24V等強(qiáng)電相連),接口電路一般亦為模塊式,便于維修更換。有的PLC甚至可以帶電插拔輸入輸出模塊,可不脫機(jī)停電而直接更換故障模塊,**縮短了故障修復(fù)時(shí)間。
4.體積小、功耗小、性?xún)r(jià)比高——以小型PLC(TSX21)為例,它具有128個(gè)I/O接口,可相當(dāng)于400~800個(gè)繼電器組成的系統(tǒng)的控制功能,其尺寸僅為216×127×110mm3,重2.3kg,不帶接口的空載功耗為1.2W,其成本僅相當(dāng)于同功能繼電器系統(tǒng)的10~20%。PLC的輸入輸出系統(tǒng)能夠直觀(guān)地反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的變化狀態(tài),還能通過(guò)各種方式直觀(guān)地反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),如內(nèi)部工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、I/O點(diǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等,對(duì)此均有醒目的指示,非常有利于運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。
5.編程簡(jiǎn)單、容易掌握——PLC是面向用戶(hù)的設(shè)備,PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮了現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和**慣。大多數(shù)PLC的編程均提供了常用的梯形圖方式和面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令方式。編程語(yǔ)言形象直觀(guān),指令少、語(yǔ)法簡(jiǎn)便,不需要專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言,具有一定的電工和工藝知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)掌握。利用的編程器,可方便地查看、編輯、修改用戶(hù)程序。
6.設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短——用繼電器—接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程,必須首先按工藝要求畫(huà)出電氣原理圖,然后畫(huà)出繼電器屏(柜)的布置和接線(xiàn)圖等,進(jìn)行安裝調(diào)試,以后修改起來(lái)十分不便。而采用PLC控制,由于其靠軟件實(shí)現(xiàn)控制,硬件線(xiàn)路非常簡(jiǎn)潔,并為模塊化積木式結(jié)構(gòu),且已商品化,故僅需按性能、容量(輸入輸出點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存大?。┑冗x用組裝,而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行,因而縮短了設(shè)計(jì)周期,使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。由于用軟件編程取代了硬接線(xiàn)實(shí)現(xiàn)控制功能,**減輕了繁重的安裝接線(xiàn)工作,縮短了施工周期。PLC是通過(guò)程序完成控制任務(wù)的,采用了方便用戶(hù)的工業(yè)編程語(yǔ)言,且都具有強(qiáng)制和仿真的功能,故程序的設(shè)計(jì)、修改和調(diào)試都很方便,這樣可**縮短設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。
六、編程語(yǔ)言
五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言:順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語(yǔ)言和指令表(IL)、結(jié)構(gòu)文本(ST)兩種文本語(yǔ)言。
順序功能圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖,梯形圖和功能模塊圖是圖形化語(yǔ)言,指令表、結(jié)構(gòu)文本兩種文本語(yǔ)言,梯形圖的應(yīng)用直觀(guān),與指令表可以相互轉(zhuǎn)換。