西門子S120電源模塊6SL3320-1TG32-6AA3
PLC的梯形圖與傳統(tǒng)的電氣原理圖非常相似,信號的輸入/輸出形式及控制功能基本上也是相同的;
它們的不同之處主要表現(xiàn)在:
(1)控制邏輯——繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯,利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián),及時間繼電器等組合成控制邏輯,其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高,靈活性和擴(kuò)展性很差。而PLC采用存儲器邏輯,其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中,靈活性和擴(kuò)展性都很好。
(2)工作方式——繼電器控制線路中各繼電器同時都處于受控狀態(tài),屬于并行工作方式。而PLC的控制邏輯中,各內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描過程中,各種邏輯、數(shù)值輸出的結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計算得出的,所以屬于串行工作方式。
(3)可靠性和可維護(hù)性——繼電器控制邏輯使用了大量的機械觸點,連線也多,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)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成,PLC還配有自檢和監(jiān)督功能,可靠性和可維護(hù)性好。
(4)控制速度——繼電器控制邏輯依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制,工作頻率低,且機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題。而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制,屬于無觸點控制,速度極快,且不會出現(xiàn)抖動。
(5)定時控制——繼電器控制邏輯利用時間繼電器進(jìn)行時間控制。時間繼電器存在定時精度不高,定時范圍窄,且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響,調(diào)整時間困難等問題。PLC使用半導(dǎo)體集成電路做定時器時基脈沖由晶振產(chǎn)生,精度相當(dāng)高,且定時時間不受環(huán)境的影響,定時范圍廣,調(diào)整時間方便。
(6)設(shè)計和施工——使用繼電器控制邏輯完成一項工程,其設(shè)計、施工、調(diào)試必須依次進(jìn)行,周期長、而且修改困難。而用PLC完成一項控制工程,在系統(tǒng)設(shè)計完成后,現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè)計可以同時進(jìn)行,周期短,且調(diào)試和修改都很方便
PLC的基本工作方式是順序執(zhí)行用戶程序,每一時鐘周期執(zhí)行一條指令。對用戶程序的執(zhí)行一般有循環(huán)掃描和定時掃描兩種,掃描過程分為三個階段,即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段,如圖1所示。
(1)輸入采樣階段。PLC在輸入采樣階段以掃描方式順序讀人所有輸入端子的狀態(tài),存人輸人寄存器,接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。
(2)程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段中順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描。先從輸人寄存器讀人所有輸入端子的狀態(tài)。圖 PLC程序執(zhí)行過程
(3)輸出刷新階段。所有指令執(zhí)行完畢后,將輸出寄存器中所有的輸出狀態(tài)送到輸出電路,成為PLC的實際輸出。
PLC執(zhí)行完上述的三個階段稱為一個掃描周期。
PLC的核心部件是CPU和存儲器:
(1)中央處理單元(CPU)
中央處理單元(CPU)是PLC 的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能,接受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),并能檢查用戶程序的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時,首先它以掃描的方式接受現(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)行邏輯或算術(shù)運算等任務(wù)。并將邏輯或算術(shù)運算等結(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)行完畢以后,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)運行,直到停止運行為止。
(2)存儲器
與微型計算機一樣,除了硬件以外,還必須有軟件。才能構(gòu)成一臺完整的PLC。PLC的軟件分為兩部分: 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。
PLC存儲空間的分配:雖然大、中、小型 PLC的CPU的最大可尋址存儲空間各不相同,但是根據(jù)PLC的工作原理, 其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域:系統(tǒng)程序存儲區(qū),系統(tǒng)RAM存儲區(qū)(包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等)和用戶程序存儲區(qū)
大型化PLC發(fā)展方向主要有以下幾個方面:
① 功能不斷加強:不僅具有邏輯運算、計數(shù)、定時等基本功能,還具有數(shù)值運算、模擬調(diào)節(jié)、監(jiān)控、記錄、顯示、與計算機接口、通信等功能。
網(wǎng)絡(luò)功能是PLC發(fā)展的一個重要特征。各種個人計算機,圖形工作站、小型機等都可以作為PLC的監(jiān)控主機或工作站,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現(xiàn)。
② 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往往對存儲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。