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PLC的工作分类及特点介绍

2020-04-18 02:04
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  PLC的工作,分类及特点介绍_信息与通信_工程科技_专业资料。PLC 的工作,分类及特点介绍 PLC 应用知识:主要介绍 PLC 用于顺序、过程、运动控制及信息处理的机理及相应程序。 扩展知识:介绍 PLC 联网通讯及 PLC 程序组织。而在应用知识部分,则围绕

  PLC 的工作,分类及特点介绍 PLC 应用知识:主要介绍 PLC 用于顺序、过程、运动控制及信息处理的机理及相应程序。 扩展知识:介绍 PLC 联网通讯及 PLC 程序组织。而在应用知识部分,则围绕 PLC 用于顺 序控制、过程控制、运动控制、信息处理及联网通讯(也即远程控制)五大主题。 本教程所介绍的 PLC 是目前国内最常用的 OMRON、西门子及三菱三大品牌的主流机型。 尽管它们之间的差别较大。 但这些差别主要表现在硬件配置、 指令系统及网络结构与协议上。 而从功能及应用角度看,则都是相通的。 PLC 是可编程控制器的英文缩写,定义: “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系 统,专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻 辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入、 输出控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器及其有关外部设备, 都按易于与工业控 制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。 ” 可知,PLC 这个电子系统,也是靠存贮程序、执行指令,进行信息处理,实现输入到输出 的变换。但它的目的是用以控制各种类型机械或生产过程。所以,从实质上讲,它是一台工 业环境应用的、满足实时控制要求的专用计算机。与普通计算机所不同的主要是: 它没有键盘,代之为一个个输入电路,并用其获取控制命令或现场信号。同时,此输入电路 具有滤波能力的,与内部电路为电隔离的,但可通过光耦合建立联系;它没有显示器,代之 为一个个输出电路,并用其产生控制输出。由于此电路具有驱动能力,故可以驱动一般的工 业控制元器件,如电磁阀、接触器等。同时,此电路与内部电路也是电隔离的,用光或磁耦 合建立联系;它没有硬盘,只有内存。但可配备存贮卡,以为程序与数据建立备份;它配置 有外设或通讯接口, 可用以编程或下载程序、 监控及联网通讯; 它的结构为模块化, 体积小, 安装方便,比较坚固,具有很强的抗干扰、抗冲击、抗震动特性。 总之,PLC 只是一台没有键盘、没有显示器、没有硬盘,但有很多输入、输出电路、配有 接口,可在工业现场实时使用的、模块化、小型化的特殊计算机。 PLC 是怎么工作的 它的工作有两个要点:入出信息变换、可靠物理实现。 入出信息变换主要由运行存储于 PLC 内存中的程序实现。这程序既有系统的(这程序又称 监控程序,或操作系统) ,又有用户的。系统程序为用户程序提供编辑与运行平台,同时, 还进行必要的公共处理,如自检,I/O 刷新,与外设、上位计算机或其它 PLC 通讯等处理。 用户程序由用户按照控制的要求进行设计。什么样的控制,就有什么样的用户程序。 可靠物理实现主要通过输入(I, INPUT)及输出(O, OUTPUT)电路。每一输入点或输 出点就有一个 I 或 O 电路。而且,总是把若干个这样电路集成在一个模块(或箱体)中, 然后再由若干个模块 (或箱体) 集成为 PLC 完整的 I/O 系统 (电路) 。 尽管这些模块相当多, 占了 PLC 体积的大部分,但由于它们都是由高度集成化的,所以,PLC 的体积还是不太大 的。 输入电路时刻监视着输入点的(通、ON 或断、OFF)状态,并将此状态暂存于它的输入暂 存器(还可能有别的称谓)中。每一输入点都有一个与其对应的输入暂存器。 输出电路有输出锁存器(还可能有别的称谓) 。它也有两个状态,高、低电位状态,并可锁 存。同时,它还有相应的物理电路,可把这个高、低电位的状态传送给输出点。每一输出点 都有一个与其对应的输出锁存器。 这里的输入暂存器及输出锁存器实际是 PLC 的 I/O 电路的寄存器。它们与 PLC 内存交换信 息通过 PLC I/O 总线及运行 PLC 的系统程序实现。 把输入暂存器的信息读到 PLC 的内存中,称输入刷新。PLC 内存有专门开辟的存放输入信 息的映射区。这个区的每一对应位(bit)称为输入继电器,或称软触点,或称为过程映射 输入寄存器(the process-image input register) 。这些位(bit)置成 1,表示触点通,置成 0 为触点断。由于它的状态是由输入刷新得到的,所以,它反映的就是输入点的状态。 输出锁存器与 PLC 内存中的输出映射区也是对应的。 一个输出锁存器也有一个内存位 (bit) 与其对应,这个位称为输出继电器,或称输出线圈,或称为过程映射输出寄存器( the process-image output register) 。通过 PLC I/O 总线及运行系统程序,输出继电器的状态将映 射给输出锁存器。这个映射的完成也称输出刷新。 PLC 除了有可接收开关信号的输入电路,有时,还有接收模拟信号的输入电路(称模 拟量输入单元或模块) 。只是后者先要进行模、数转换,然后,再把转换后的数据存入 PLC 相应的内存单元中。如要产生模拟量输出,则要配有模拟量输出电路(称模拟量输出模块或 单元) 。靠它对 PLC 相应的内存单元的内容进行数、模转换,并产生输出。 这样,用户所要编的程序只是,PLC 输入有关的内存区到输出有关的内存区的变换。这是 一个数据及逻辑处理问题。由于 PLC 有强大的指令系统,编写出满足这个要求的程序是完 全可能的。 图 1-1PLC 实现控制示意图 图 1-1 对以上叙述作了说明。其中框图代表信息存储的地点,箭头代表信息的流向及实现信 息流动的手段。 这个图, 既反映了 PLC 实现控制的两个基本要点, 同时也反映了信息在 PLC 中的空间关系。 简单地说,PLC 工作过程是:输入刷新---运行用户程序---输出刷新,再输入刷新---再运行 用户程序---再输出刷新?永不停止地循环反复地进行着。 a- 简化工作流程图 b –实际工作流程图 图 1-2 PLC 工作流程图 有了上述过程,用 PLC 实现控制显然是可能的。因为:有了输入刷新,可把输入电路监视 得到的输入信息存入 PLC 的输入映射区;经运行用户程序,输出映射区将得到变换后的信 息; 再经输出刷新, 输出锁存器将反映输出映射区的状态, 并通过输出电路产生相应的输出。 又由于这个过程是永不停止地循环反复地进行着,所以,输出总是反映输入的变化。只是响 应的时间上,略有滞后。但由于 PLC 的工作速度很快,所以,这个“略有滞后”的时间是 很短的,一般也就是几豪秒、几十豪秒,最多也不会超过 100 到 200 毫秒 公共处理工作有:循环时间监视、外设服务及通讯处理等。监视循环时间的目的是避免用户 程序“死循环” ,保证 PLC 能正常工作。为避免用户程序“死循环”的办法是用“看门狗” (Watching dog) ,即设一个定时器,监测用户程序的运行时间。只要循环超时,即报警, 或作相应处理。外设服务是让 PLC 可接受编程器对它的操作,或向编程器输出数据。通讯 处理是实现与计算机,或与其它 PLC,或与智能操作器、传感器进行信息交换的。这也是 增强 PLC 控制能力的需要。 也就是说,实际的 PLC 工作过程总是:公共处理——I/O 刷新——运行用户程序——再公共 处理——?反复不停地重复着。图 1-2b 所示的是实际的过程。此外,PLC 上电后,也要进 行系统自检及内存的初始化工作,为 PLC 的正常运行做好准备。用这种不断地重复运行程 序以实现控制,称扫描方式工作。是 PLC 基本的工作方式。 此外,为了应对紧急任务,PLC 还有中断工作方式。在中断方式下,需处理的任务先申请 中断,被响应后停止正运行的程序,转而去处理中断工作(运行有关中断的服务程序) 。待 处理完中断,又返回运行原来程序。 PLC 的中断方式的任务,或称事件,是分等级的。同时出现两个或多个中断事件,则 优先级高的先处理,继而处理低的。直到全部处理完中断任务,再转为执行扫描程序。 从 PLC 工作过程可知,PLC 的输出对输入的响应是有滞后的。这滞后时间也称响应时间。 PLC 能实现什么功能 PLC 有丰富的指令系统,有各种各样的 I/O 接口、通讯接口,有大容量的内存,有可靠 的操作系统,因而具有丰富的功能: 信号采集功能:可采集开关信号、模拟信号及脉冲信号。 输出控制功能: 可控制输出开关信号、 模拟信号及脉冲 (脉冲链或脉宽可调制的脉冲) 信号。 逻辑处理功能:可进行种种位、字节、字、双字逻辑运算。 数据运算功能:可进行种种字、双字整数运算,有的还可进行浮点运算。 定时功能:可进行延时或定时控制,时间可精确到毫秒。有的还有内置实时时钟。 计数功能:可进行计数,高速计数频率可高达几百 KHz。 中断处理功能:可实现种种内外中断,以提高对输入的响应速度与精度。 程序与数据存贮功能:可存贮系统设定、程序及数据,并可保证这些数据在掉电时不丢失。 此外,还有联网通讯、自检测、自诊断等功能。 PLC 有那些类型 1.按生产厂家分有: 德国的西门子公司、美国的 AB(Allen-Bradley)公司(现已被美国的 Rockwell 公司收购) , 美国 GE 公司与日本 FANAC 合资的 GE-FANAC 公司、 法国的施耐德公司 (原美国 MODICON 公司已被其收购)以及日本的欧姆龙(OMRON)公司、三菱公司、松下公司、东芝公司、 富士公司、光洋公司、日立公司等等。 德国西门子公司:主流产品为 S7 系列机,有 S7200(小型) 、S7300(中型)及 S7400 机(大 型) 。此外,还推出微型机 Logo。 日本 OMRON 公司:主流产品为 CS1H、CS1D(可双机热备) 、CJ1H、CQM1H 、CP1H、 CPM2A 及 ZEN 微型机。 日本三菱公司:主流产品为 FX 系列机、Q 系列机及 Alphi 微型机。此外,在三菱公司 Q 系 列高档机中,除了有常规的顺序控制 CPU 外,还推出运动控制 CPU、过程控制 CPU 及 PC (计算机)CPU,分别可进行运动控制、过程控制及信息处理。 美国 AB (Allen-Bradley) 公司主要为 Logix 系列机。 如 ControlLogix、 FlexLogix、 CompactLogix、 MicroLogix 及 PicoLogix 微型机。 此外,还有软 PLC(SoftLogix5 Controller) , 过程控制 PLC (PPC Programable Process Controller) ,安全性(GuildPLC)PLC。 GE-FANAC 有 90-70 机、90-30 机。最近,还推出控制与信息处理能力有很大提升的可编程 自动化控制器,即,PAC。 法国施耐德公司有:MODICON Quantun(大、超大型机) 、MODICON Premiun(中型机) 、 MODICON Compact (中、小型机、可用于较大的工作温度范围及有腐蚀气氛的场合) Momentun(中型机) 、MODICON Micro(小型机) 、MODICON Naza(微型机) 。 2.按控制规模分: 大致可分为微型机、小型机、中型机及大型机、超大型机。大型机、超大型机功能强、性能 高,价格也高。而微型机、小型机功能差些、性能低些,但价格便宜。这里划分的唯一依据 是控制规模。 微型机控制的仅几点、十几点、几十点,如 OMRON 公司新推出的 ZEN 机,主机有 8 点、 10 点两种,加扩展,最多可扩到 34 点。再如西门子的 logo 机,小的也仅能控制 10 点。还 如三菱的 alpha 机,I/O 点数分别有 6、10 及 20 等几种规格,而 alphaXL 的 I/O 点数分别有 14、24 两种规格。这些机型,有的还内嵌有简易的编程工具,很便于编程。由于它的价格 低廉、使用方便、工作可靠、体积很小?而且,它的可输出电流比其它 PLC 都大,有的可 达 8 安培。因而,可成继电器控制的替代品,也因此,有的则称其为可编程继电器(PLR) 。 小型机控制点可达 100 多点,以至于稍多。如 OMRON 公司的 CPM2A、CP1H、CQM1H, 则分别可达到 120、 320、 512 点。 西门子公司的 S7200 机可也达一百多点。 新推出 S7-200 CN 为中国版机型。当最大配置时,控制点数可达 248 路(西门子称 I/O 点为路) 。三菱公司的 FX2N 最多点数也可达 256 点,而 FX3UC 机可达 300 多点。 中型机控制点数可达近 500 点,以至于以千点计。如 OMRON 公司 CJ1H 机可超过 2000 多 点。德国西门子公司的 S7300 机最多可达 512 点(开关量) ,新推出的 CPU318-2 也可超过 1000 点(开关量) 。此外,还可另加 128 路模拟量输入或输出。三菱的 Q 系列的基本型机, 控制点数也可达 2048 点。 大型机控制点数一般在 1000 点以上。 如 OMRON 公司的。 CS1H 机最大配置可达 5000 多点。 三菱的 Q 系列的高档机,控制点数也可达 8192 点。 超大型机控制点数可达万点, 以至于几万点、 10 几万点、 几十万点。 如美国 GE 公司的 90-70 机,其点数可达 24000 点,另外还可有 8000 路的模拟量。西门子的 S7-417-4 机,其控制点 数可达 128K 开关量输入、128K 开关量输出,或 8K 的模拟量入及模拟量出。 3.按结构特点分: 可分为箱体式与模块式。近期还出现有内插板式。 箱体式的 PLC:把电源、CPU、内存、I/O 系统都集成在一个小箱体内。一个主机箱体就是 一台完整的 PLC,就可用以实现控制。微型、小型机多为箱体式。 为了系统配置方便,有的主箱体还可增加内插选件,如通讯接口选件、内存选件、模拟量输 入、输出选件等,为要增强主箱体功能的用户提供方便。此外,还有扩展箱体。扩展箱体外 观与主箱体类似,但一般只有 I/O 系统及电源(有的没有,其电源可由主箱体提供) 。有的 另有其它功能。如主箱体控制点数不符需要或功能不足,可再接若干个扩展箱体。 模块式的 PLC:它由具有不同功能的模块组成。其主要模块有,CPU 模块、输入模块、输 出模块、电源模块、通讯模块、机架?等等。超大、大、中型机都是模块式的。 在结构上讲,由模块组合成系统有三种方法: 无底板,靠模块间接口直接相联,然后再固定到相应导轨上。OMRON 公司的 CQM1、CJ1 机就是这种结构,比较紧凑。西门子的 S7_300 也如此,只是它还要用接线插头联接,如要 单独固定时,还得另定购固定支架。 有底板,所有模块都固定在底板上。比较牢固,但底板的槽数是固定的,如 3、5、8、10 槽等等。这个槽数与实际的模块数不一定相等,所以,配置时难免有空槽。这既浪费,又多 占空间,以至于有时还得用占空单元,把多余的槽覆盖好。 用机架代替底板,所有模块都固定在机架上。这种结构比底板式的复杂,但更牢靠。用这种 组合时,它的模块不用外壳,但有小面板,用组合后密封与信号显示。 内插板式: 为了适应机电一体化的要求,有的 PLC 制造成内插板式的,可嵌入到有关装置 中。如有的数控系统,其逻辑量控制用的内置 PLC,就可用这个内插板式的 PLC 代替。它 有输入点、输出点,还有通讯口、扩展口及编程器口。PLC 有的功能,它也都有。但它只 是一个控制板,可很方便地镶嵌到有关装置中。 4.按其它特点分: 如按电源分有:用直流 24 伏的,交流 220/110 伏的。交流也还有宽幅,有的称任意的(从 80 到 240 伏均可) 与非宽幅 (220、 110 伏可选) 。 如按内存分有: RAM 加电池的, ROM 的, 闪烁内存的。有另加内存卡的,有不加的。等等。如按功能分有:普通顺序控制功能的,过 程控制功能的,即 P(Programable)P(Process)C(Controllor) ,运动控制功能的,即 P (Programable)M(Motion)C(Controllor) 。如按使用环境分有:普通使用环境的,环境 扩展型的。如施耐德公司的 TSX Compact 型 PLC,其允许工作温度范围为:-40℃到 70℃。 再如西门子的 S7-300 环境扩展型的-CPU 模块, 信号模块, 接口模块和 ET 200M 分布式 I/O 模块。所配置的系统,允许工作的温度范围为, -25℃到 +60℃,也适用于存在凝露,结冰 和 95%湿度的环境,并有更强的耐受振动和污染特性。它的 S7-200 机也推出了“宽温型” 的产品,可在 -25℃到 +70℃下正常工作。如按可靠性分有:普通的,冗余的及安全型 PLC (GuardPLC) 。 PLC 主要特点是什么 从讨论 PLC 的工作原理知,PLC 的输入与输出在物理上是彼此隔开的,其间的联系主要不 是靠物理过程,不是用线路,而主要靠变换信息的程序实现。输入输出主要为软联系,而不 是硬联系。它的工作基础是信息流,而不是物流、能量流。 信息不同于物质与能量,有自身的规律。信息便于处理,便于传递,便于存储;信息可反复 重用,重用后自身还不消失,等等。正是由于信息的这些特点,决定了 PLC 的基本特点。

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