PLC控制系統(tǒng),Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制�,專(zhuān)為工�(yè)生產(chǎn)�(shè)�(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置,它采用一�(lèi)可編程的存儲(chǔ)�,用于其�(nèi)部存�(chǔ)程序,執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制,定�(shí),計(jì)�(shù)與算�(shù)操作等面向用�(hù)的指�,并通過(guò)�(shù)字或模擬式輸�/輸出控制各種�(lèi)型的�(jī)械或生產(chǎn)�(guò)�。是工業(yè)控制的核心部�。[1]
自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)取代傳�(tǒng)繼電�控制裝置以來(lái),PLC得到了快速發(fā)�,在世界各地得到了廣泛應(yīng)�。同�(shí),PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技�(shù)、信�(hào)處理技�(shù)、控制技�(shù)�(wǎng)�(luò)技�(shù)的不斷發(fā)展和用戶(hù)需求的不斷提高,PLC��(kāi)�(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和�(yùn)�(dòng)控制等功�。今天的PLC不再局限于邏輯控制,在�(yùn)�(dòng)控制、過(guò)程控制等�(lǐng)域也�(fā)揮著十分重要的作��
PLC控制器實(shí)�(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī),其硬件�(jié)�(gòu)基本上與微型�(jì)算機(jī)相同�
中央處理單元
中央處理單元(CPU)是PLC控制器的控制中樞。它按照PLC控制器系�(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用�(hù)程序和數(shù)�(jù);檢查電源、存�(chǔ)�、I/O以及警戒定時(shí)器的狀�(tài),并能診斷用�(hù)程序中的�(yǔ)法錯(cuò)�。當(dāng)PLC控制器投入運(yùn)行時(shí),首先它以掃描的方式接收�(xiàn)�(chǎng)各輸入裝置的狀�(tài)和數(shù)�(jù),并分別存入I/O映象區(qū),然后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用�(hù)程序,經(jīng)�(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)�(yùn)算的�(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)�(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶(hù)程序�(zhí)行完畢之�,將I/O映象區(qū)的各輸出狀�(tài)或輸出寄存器�(nèi)的數(shù)�(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置,如此循環(huán)�(yùn)�,直到停止運(yùn)行�
為了�(jìn)一步提高PLC控制器的可靠�,近年來(lái)�(duì)大型PLC還采用雙CPU�(gòu)成冗余系�(tǒng),或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣,即使某�(gè)CPU出現(xiàn)故障,整�(gè)系統(tǒng)仍能正常�(yùn)��
存儲(chǔ)�
存放系統(tǒng)軟件的存�(chǔ)器稱(chēng)為系�(tǒng)程序存儲(chǔ)器�
存放�(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用�(hù)程序存儲(chǔ)��
電源
PLC控制器的電源在整�(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒(méi)有一�(gè)良好�、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的,因此PLC的制造商�(duì)電源的設(shè)�(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波�(dòng)�+10%(+15%)范圍�(nèi),可以不采取其它措施而將PLC控制器直接連接到交流電�(wǎng)上去�
程式輸入裝置
�(fù)�(zé)提供操作者輸�、修�、監(jiān)視程式用作的功能
輸入\輸出回路
�(fù)�(zé)接收外部輸入元件信號(hào)和負(fù)�(zé)接收外部輸出元件信號(hào)
掃描技�(shù)
�(dāng)PLC控制器投入運(yùn)行后,其工作�(guò)程一般分為三�(gè)階段,即輸入采樣、用�(hù)程序�(zhí)行和輸出刷新三�(gè)階段。完成上述三�(gè)階段�(chēng)作一�(gè)掃描周期。在整�(gè)�(yùn)行期間,PLC控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)�(zhí)行上述三�(gè)階段�
輸入采樣階段
在輸入采樣階段,PLC控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀�(tài)和數(shù)�(jù),并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后,轉(zhuǎn)入用�(hù)程序�(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩�(gè)階段�,即使輸入狀�(tài)和數(shù)�(jù)�(fā)生變�,I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀�(tài)和數(shù)�(jù)也不�(huì)改變。因�,如果輸入是脈沖信號(hào),則該脈沖信�(hào)的寬度必須大于一�(gè)掃描周期,才能保證在任何情況�,該輸入均能被讀��
用戶(hù)程序�(zhí)行階�
在用�(hù)程序�(zhí)行階�,PLC控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶(hù)程序(梯形�)。在掃描每一條梯形圖�(shí),又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸�(diǎn)�(gòu)成的控制線路,并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|�(diǎn)�(gòu)成的控制線路�(jìn)行邏輯運(yùn)�,然后根�(jù)邏輯�(yùn)算的�(jié)�,刷新該邏輯線圈在系�(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)�(yīng)位的狀�(tài);或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)�(yīng)位的狀�(tài);或者確定是否要�(zhí)行該梯形圖所�(guī)定的特殊功能指令�
�,在用戶(hù)程序�(zhí)行過(guò)程中,只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)�(nèi)的狀�(tài)和數(shù)�(jù)不會(huì)�(fā)生變化,而其他輸出點(diǎn)和軟�(shè)備在I/O映象區(qū)或系�(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)�(nèi)的狀�(tài)和數(shù)�(jù)都有可能�(fā)生變�,而且排在上面的梯形圖,其程序�(zhí)行結(jié)果會(huì)�(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)�(jù)的梯形圖起作�;相�,排在下面的梯形�,其被刷新的邏輯線圈的狀�(tài)或數(shù)�(jù)只能到下一�(gè)掃描周期才能�(duì)排在其上面的程序起作��
輸出刷新階段
�(dāng)掃描用戶(hù)程序�(jié)束后,PLC控制器就�(jìn)入輸出刷新階�。在此期�,CPU按照I/O映象區(qū)�(nèi)�(duì)�(yīng)的狀�(tài)和數(shù)�(jù)刷新所有的輸出鎖存電路,再�(jīng)輸出電路�(qū)�(dòng)相應(yīng)的外�(shè)。這時(shí),才是PLC控制器的真正輸出�
同樣的若干條梯形�,其排列次序不同,執(zhí)行的�(jié)果也不同。另�,采用掃描用�(hù)程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的�(jié)果有所區(qū)�。當(dāng)�,如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整�(gè)�(yùn)行來(lái)�(shuō)可以忽略,那么二者之間就�(méi)有什么區(qū)別了�
一般來(lái)�(shuō),PLC控制器的掃描周期包括自診斷、通訊�,即一�(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采�、用�(hù)程序�(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和�
目前,PLC控制器在�(guó)�(nèi)外已廣泛�(yīng)用于鋼鐵、石油、化�、電�、建�、機(jī)械制�、汽�(chē)、輕�、交通運(yùn)�、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各�(gè)行業(yè),使用情況大致可歸納為如下幾�(lèi)�
�(kāi)�(guān)量的邏輯控制
這是PLC控制器最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)�,它取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實(shí)�(xiàn)邏輯控制、順序控制,既可用于單臺(tái)�(shè)備的控制,也可用于多�(jī)群控及自�(dòng)化流水線。如注塑�(jī)、印刷機(jī)、訂�(shū)�(jī)械、組合機(jī)�、磨�、包裝生�(chǎn)線、電鍍流水線��
模擬量控�
在工�(yè)生產(chǎn)�(guò)程當(dāng)中,有許多連續(xù)變化的量,如溫度、壓力、流�、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬�,必須實(shí)�(xiàn)模擬量(Analog)和�(shù)字量(Digital)之間的A/D�(zhuǎn)換及D/A�(zhuǎn)�。PLC廠家都生�(chǎn)配套的A/D和D/A�(zhuǎn)換模�,使可編程控制器用于模擬量控��
�(yùn)�(dòng)控制
PLC控制器可以用于圓周運(yùn)�(dòng)或直線運(yùn)�(dòng)的控�。從控制�(jī)�(gòu)配置�(lái)�(shuō),早期直接用于開(kāi)�(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和�(zhí)行機(jī)�(gòu),現(xiàn)在一般使用專(zhuān)用的�(yùn)�(dòng)控制模塊。如可驅(qū)�(dòng)步�(jìn)電機(jī)或伺服電�(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC控制器生�(chǎn)廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)�(dòng)控制功能,廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)�、機(jī)器人、電梯等�(chǎng)��
�(guò)程控�
�(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓�、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工�(yè)控制�(jì)算機(jī),PLC控制器能編制各種各樣的控制算法程�,完成閉�(huán)控制。PID�(diào)節(jié)是一般閉�(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的�(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊,目前許多小型PLC控制器也具有此功能模�。PID處理一般是�(yùn)行專(zhuān)用的PID子程�。過(guò)程控制在冶金、化�、熱處理、鍋爐控制等�(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)��
�(shù)�(jù)處理
�(xiàn)代PLC控制器具有數(shù)�(xué)�(yùn)算(含矩陣運(yùn)�、函�(shù)�(yùn)�、邏輯運(yùn)算)、數(shù)�(jù)傳�、數(shù)�(jù)�(zhuǎn)換、排�、查表、位操作等功�,可以完成數(shù)�(jù)的采�、分析及處理。這些�(shù)�(jù)可以與存�(chǔ)在存�(chǔ)器中的參考值比�,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置,或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)�(jù)處理一般用于大型控制系�(tǒng),如�(wú)人控制的柔性制造系�(tǒng);也可用于過(guò)程控制系�(tǒng),如造紙、冶�、食品工�(yè)中的一些大型控制系�(tǒng)�
通信及聯(lián)�(wǎng)
PLC控制器通信含PLC控制器間的通信及PLC控制器與其它智能�(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展,工廠自動(dòng)化網(wǎng)�(luò)�(fā)展得很快,各PLC控制器廠商都十分重視PLC控制器的通信功能,紛紛推出各自的�(wǎng)�(luò)系統(tǒng)。新近生�(chǎn)的PLC控制器都具有通信接口,通信非常方便�
PLC控制器數(shù)字量輸出�(lèi)型分為:繼電器輸�、晶體管輸出和晶閘管輸出三種�(lèi)��
繼電器輸�
不同公共�(diǎn)之間可帶不同的交、直流負(fù)載,且電壓也可不�,帶�(fù)載電流可�(dá)2A/�(diǎn);但繼電器輸出方式不適用于高頻動(dòng)作的�(fù)�,這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶�(fù)載電流的增加而減�,一般在幾十�(wàn)次至幾百�(wàn)次之�,有的公司產(chǎn)品可�(dá)1000�(wàn)次以�,響�(yīng)�(shí)間為10ms�
晶體管輸�
適應(yīng)于高頻動(dòng)作,響應(yīng)�(shí)間短,一般為0.2ms左右,但它只能帶DC5�30V的負(fù)�,輸出負(fù)載電流為0.5A/�(diǎn),但�4�(diǎn)不得大于0.8A�
晶閘管輸�
晶閘管(可控硅)帶負(fù)載能力為0.2A/�(diǎn),只能帶交流�(fù)�,可適應(yīng)高頻�(dòng)作,響應(yīng)�(shí)間為1ms�
空間輻射干擾
空間的輻射電磁場(chǎng)(EMI)主要是由電力網(wǎng)�(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)�(guò)�、雷�、無(wú)線電廣播、電視、雷�(dá)、高頻感�(yīng)加熱�(shè)備等�(chǎn)生的,通常�(chēng)為輻射干�,其分布極為�(fù)�。若PLC控制器系�(tǒng)置于所射頻�(chǎng)�(nèi),就�(huì)收到輻射干擾,其影響主要通過(guò)兩條路徑:一是直接對(duì)PLC�(nèi)部的輻射,由電路感應(yīng)�(chǎn)生干擾;二是�(duì)PLC通信�(nèi)�(wǎng)�(luò)的輻�,由通信線路的感�(yīng)引入干擾。輻射干擾與�(xiàn)�(chǎng)�(shè)備布置及�(shè)備所�(chǎn)生的電磁�(chǎng)大小,特別是頻率有關(guān),一般通過(guò)�(shè)置屏蔽電纜和PLC控制器局部屏蔽及高壓泄放元件�(jìn)行保�(hù)�
系統(tǒng)外引線干�
主要通過(guò)電源和信�(hào)線引�,通常�(chēng)為傳�(dǎo)干擾。這種干擾在我�(guó)工業(yè)�(xiàn)�(chǎng)較嚴(yán)��
a、來(lái)自電源的干擾
PLC控制器系�(tǒng)的正常供電電源均由電�(wǎng)供電。由于電�(wǎng)覆蓋范圍廣,它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感�(yīng)電壓和電�。尤其是電網(wǎng)�(nèi)部的變化,入�(kāi)�(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起�、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧泀電�(wǎng)短路暫態(tài)沖擊�,都通過(guò)輸電線路傳到電源原邊。PLC控制器電源通常采用隔離電源,但其機(jī)�(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理�。實(shí)際上,由于分布參�(shù)特別是分布電容的存在,隔離是不可能的�
b、來(lái)自信�(hào)線引入的干擾
與PLC控制器控制系�(tǒng)連接的各�(lèi)信號(hào)傳輸線,除了傳輸有效的各�(lèi)信息之外,總�(huì)有外部干擾信�(hào)侵入�
此干擾主要有兩種途徑:一是通過(guò)變送器供電電源或共用信�(hào)儀表的供電電源串入的電�(wǎng)干擾,這往往被忽視;二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干�,即信號(hào)線上的外部感�(yīng)干擾,這是�?chē)?yán)重的。由信號(hào)引入干擾�(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降�,嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng),還將導(dǎo)致信�(hào)間互相干�,引起共地系�(tǒng)總線回流,造成邏輯�(shù)�(jù)變化、誤�(dòng)和死�(jī)。PLC控制器控制系�(tǒng)因信�(hào)引入干擾造成I/O模件損壞�(shù)相當(dāng)�(yán)重,由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多�
c、來(lái)自接地系�(tǒng)混亂�(shí)的干�
接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地,既能抑制電磁干擾的影響,又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干�;而錯(cuò)誤的接地,反而會(huì)引入�(yán)重的干擾信號(hào),使PLC系統(tǒng)將無(wú)法正常工��
PLC控制器控制系�(tǒng)的地線包括系�(tǒng)�、屏蔽地、交流地和保�(hù)地等。接地系�(tǒng)混亂�(duì)PLC控制器系�(tǒng)的干擾主要是各�(gè)接地�(diǎn)電位分布不均,不同接地點(diǎn)間存在地電位�,引起地�(huán)路電流,影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一�(diǎn)接地,如果電纜屏蔽層兩端A、B都接�,就存在地電位差,有電流流過(guò)屏蔽�,當(dāng)�(fā)生異常狀�(tài)如雷擊時(shí),地線電流將更大�
此外,屏蔽層、接地線和大地有可能�(gòu)成閉合環(huán)�,在變化磁場(chǎng)的作用下,屏蔽層�(nèi)有會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流,通過(guò)屏蔽層與芯線之間的耦合,干擾信�(hào)回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂,所�(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上�(chǎn)生不等電位分�,影響PLC控制器內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC控制器工作的邏輯電壓干擾容限較低,邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC控制器的邏輯�(yùn)算和�(shù)�(jù)存貯,造成�(shù)�(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將�(dǎo)致測(cè)量精度下�,引起對(duì)信號(hào)�(cè)控的�(yán)重失真和誤動(dòng)��
系統(tǒng)�(nèi)部干�
主要由系�(tǒng)�(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)�,如邏輯電路相互輻射及其�(duì)模擬電路的影�,模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用�。這都屬于PLC控制器制造廠�(duì)系統(tǒng)�(nèi)部�(jìn)行電磁兼容設(shè)�(jì)的內(nèi)�,比較復(fù)雜,作為�(yīng)用部門(mén)是無(wú)法改�,可不必�(guò)多考慮,但要選擇具有較多應(yīng)用實(shí)�(jī)或經(jīng)�(guò)考驗(yàn)的系�(tǒng)�
1、能夠設(shè)置不同類(lèi)型產(chǎn)品的工位�(shù)量及位置參數(shù),并能夠在線�(jiān)控運(yùn)行過(guò)程;
2、設(shè)備操作靈活方�,能�?qū)崿F(xiàn)啟動(dòng)與暫停,自動(dòng)與手�(dòng)模式切換,�(jì)�(shù)與清�,氣缸下壓�(shí)間調(diào)整等�
3、螺絲的自動(dòng)排放,送料,固�,由�(jī)器一次性自�(dòng)完成,不需人工輔助�
4、高速的生產(chǎn)節(jié)�,可�(shí)�(xiàn)單工位速度不低� 1-1.5 �/�。定位精度高,位置誤差不大于 0.02 毫米�
21世紀(jì),PLC控制器會(huì)有更大的�(fā)�。從技�(shù)上看,計(jì)算機(jī)技�(shù)的新成果�(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)�(jì)和制造上,會(huì)有運(yùn)算速度更快、存�(chǔ)容量更大、智能更�(qiáng)的品種出�(xiàn);從�(chǎn)品規(guī)模上看,�(huì)�(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)�;從�(chǎn)品的配套性上�,產(chǎn)品的品種�(huì)更豐�、規(guī)格更齊全,完美的人機(jī)界面、完備的通信�(shè)備會(huì)更好地適�(yīng)各種工業(yè)控制�(chǎng)合的需�.
從市�(chǎng)上看,各�(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況�(huì)隨著�(guó)際競(jìng)�(zhēng)的加劇而打�,會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾�(gè)品牌壟斷�(guó)際市�(chǎng)的局面,�(huì)出現(xiàn)�(guó)際通用的編程語(yǔ)言;從�(wǎng)�(luò)的發(fā)展情況來(lái)�,可編程控制器和其它工業(yè)控制�(jì)算機(jī)組網(wǎng)�(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技�(shù)的發(fā)展方�。目前的�(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著�(jì)算機(jī)�(wǎng)�(luò)的發(fā)�,可編程控制器作為自�(dòng)化控制網(wǎng)�(luò)和國(guó)際通用�(wǎng)�(luò)的重要組成部�,將在工�(yè)及工�(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越�(lái)越大的作��
PLC控制器是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)�(huán)境下�(yīng)用而設(shè)�(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�(chǔ)�,用�(lái)在其�(nèi)部存�(chǔ)�(zhí)行邏輯運(yùn)�、順序運(yùn)�、計(jì)�(shí)、計(jì)�(shù)和算�(shù)�(yùn)算等操作的指�,并能通過(guò)�(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類(lèi)型的�(jī)械或生產(chǎn)�(guò)�。PLC控制器已�(jīng)廣泛�(yīng)用于鋼鐵、石�、化�、電�、建材、機(jī)械制�、汽�(chē)、輕�、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各�(gè)行業(yè),它具有高可靠性、抗干擾能力�(qiáng)、功能強(qiáng)�、靈�,易�(xué)易用、體積小,重量輕,價(jià)格便宜的特點(diǎn)