选择,丰富的品种;令人放心的高性能;高速运算;使用于多种特殊用途;外部机器通讯简单化;共同的外部设备。 二、PLC的分类 1. 从I/O点数容量分: (1)小型机
小型PLC的输入输出总点数一般在256点以下,其功能以开关量控制为主,用户程序存储器容量在4k字节以下。 (2)中型机
中型机PLC的输入输出总点数一般在256~2048点之间,用户程序存储容量达到2~8k字节。 (3)大型机
大型 PLC的输入输出总点数在2048点以上,用户程序存储容8~16字节,它具有计算,控制和调节的功能,还具有强大的网络结构和通讯联网能力 2. 从结构形式分类 (1)整体式结构
整体式又称箱式体,整体式结构式将PLC各主要组成部分集装在一个机壳内,即cpu板、输入板、输出板、电源板等很紧凑地安装在一个标准机壳内,构成一个整体,组成PLC的一个基本单元(主机)或扩展单元。 (2)模块式结构
模块式结构
PLC采用积木搭接的方式组成系统,其特点是CPU、输入、输
出、电源等都是独立的模块。 (3)叠装式结构
叠装式吸收了整体式和模块式,PLC的优点,其基本单元、扩展单元等高等宽,但是长度不同。 三、PLC的应用范围
目前,在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业,随着PLC性能价格比的不断提高,其应用领域不断扩大。从应用类型看,PLC的应用大致可归纳为以下几个方面:
1. 开关量逻辑控制
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利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制,可以取代传统的继电器控制,用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等,例如:机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用,也是PLC最广泛的应用领域。
2. 运动控制
大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备,如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。
3. 过程控制
大、中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能,有的小型PLC也具有模拟量输入输出。所以PLC可实现模拟量控制,而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制,用于过程控制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭环位置控制和速度控制等方面。
4. 数剧处理
现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能,可进行数据的采集、分析和处理,同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置,如计算机数值控制(CNC)设备,进行处理。
5. 通信联网
PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位计算机、PLC与其它智能设备之间的通信,PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络,以实现信息的交换,并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统,满足工厂自动化(FA)系统发展的需要。 四、PLC的发展趋势
(1) 向高速度、大容量方向发展
为了提高PLC的处理能力,要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前,有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。
在存储容量方面,有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量,有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。 (2) 向超大型、超小型两个方向发展
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当前中小型PLC比较多,为了适应市场的多种需要,今后PLC要向多品种方向发展,特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC,其使用32位微处理器,多CPU并行工作和大容量存储器,功能强。
小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展,使配置更加灵活,为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC,最小配置的I/O点数为8~16点,以适应单机及小型自动控制的需要,如三菱公司α系列PLC。 (3) PLC大力开发智能模块,加强联网通信能力
为满足各种自动化控制系统的要求,近年来不断开发出许多功能模块,如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块,既扩展了PLC功能,又使用灵活方便,扩大了PLC应用范围。
加强PLC联网通信的能力,是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类:一类是PLC之间联网通信,各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段;另一类是PLC与计算机之间的联网通信,一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力,PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准,以构成更大的网络系统,PLC已成为集散控制系统(DCS)不可缺少的重要组成部分。
(4) 增强外部故障的检测与处理能力
根据统计资料表明:在PLC控制系统的故障中,CPU占5%,I/O接口占15%,输入设备占45%,输出设备占30%,线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障,它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理;而其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此,PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块,进一步提高系统的可靠性。 (5) 多样化
在PLC系统结构不断发展的同时,PLC的编程语言也越来越丰富,功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外,为了适应各种控制要求,出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言(BASIC、C语言等)等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。
三、 PLC的基本组成
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1.CPU
是PLC的核心部分。与通用微机CPU一样,CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。其功能:(1)用扫描方式(后面介绍)接收现场输入装置的状态或数据,并存入输入映象寄存器或数据寄存器;(2)接收并存储从编程器输入的用户程序和数据;(3)诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误;(4)在PC进入运行状态后。执行用户程序——产生相应的控制信号(从用户程序存储器中逐条读取指令,经命令解释后,按指令规定的任务产生相应的控制信号,去启闭有关的控制电路;进行数据处理——分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作,完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务;更新输出状态——输出实施控制(根据运算结果,更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容,再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容,实现输出控制、制表、打印、数据通讯等) 2.存储器
系统程序存储器——存放系统工作程序(监控程序)、模块化应用功能子程序、命令、解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数、不能由用户直接存取、用户存储器用户程序存储器——存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序。
3.I/O(输入/输出部件)(I/O模块:接口电路、I/O映像存储器) CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块,以及各种用途的I/O组件供用户选用:输入/输出电平转换、 电气隔离、串/并行转换、数据传送、A/D、D/A转换、误码校验。其他功能模块,I/O模块可与CPU放在一起,也可远程放置。通常,I/O模块上还具有状态显示和I/O接线端子排。 4.编程器等外部设备
编程器——PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具,作用:用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视、通过键盘和显示器去检测PLC内部状态和参数、通过通讯端口与CPU联系,实现与PLC的人机对话
5.电源:内部——开关稳压电源,供内部电路使用;大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电源,为现场的开关信号、外部传感器供电。外部——可用一般工业电源,并备有锂电池(备用电池),使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。
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2.2 PLC的编程语言
不同的商家的PLC有不同的编程语言,但就某个商家而言,PLC的编程语言也就那么几种。下面,以西门子PLC的编程语言为例,说明一下各种编程语言的异同。
1、 顺序功能图
这是位于其它编程语言之上的图形语言,用来编程顺序控制的程序(如:机械手控制程序)。编写时,工艺过程被划分为若干个顺序出现的步,每步中包括控制输出的动作,从一步到另一步的转换由转换条件来控制,特别适合于生产制造过程,西门子STEP7中的该编程语言是S7Graph。
2、 梯形图
这是使用使用最多的PLC编程语言。因与继电器电路很相似,具有直观易懂的特点,很容易被熟悉继电器控制的电气人员所掌握,特别适合于数字量逻辑控制。
梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令构成。触点代表逻辑输入条件,线圈 代表逻辑运算结果,常用来控制的指示灯,开关和内部的标志位等。指令框用来表示定时器、计数器或数学运算等附加指令。在程序中,最左边是主信号流,信号流总是从左向右流动的。不适合于编写大型控制。
3、 语句表
是一种类似于微机汇编语言的一种文本编程语言,由多条语句组成一个程序段。语言表适合于经验丰富的程序员使用,可以实现某些梯形图不能实现
4、 功能块图
功能块图使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑,一些复杂的功能用指令框表示,适合于有数字电路基础的编程人员使用。功能块图用类似于与门、或门的框图来表示逻辑运算关系,方框的左侧为逻辑运算的输入变量,右侧为输出变量,输入、输出端的小圆圈表示“非”运算,方框用“导线”连在一起,信号自左向右。
5、 结构化文本
结构化文本(ST)是为IEC1131-3标准创建的一种专用的高级编程语言。与梯形图相比,它实现复杂的数学运算,编写的程序非常简洁和紧凑。 STEP7的S7 SCL结构化控制语言,编程结构和C语言和Pascal语言相似,特别适合于习惯于使用高级语言编程的人使用。
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