1.PLC概述
可编程序逻辑控制器(PLC)是从20世纪60年代末发展起来的一种新型的工业自动控制装置。它将传统的继电接触器控制技术、计算机控制技术及通信技术融为一体,以其显著的优点正被广泛地应用于工业生产中。
图7-18 PLC外形结构
图7-18所示为某型号小型PLC的外形图。与传统的继电器控制相比,PLC具有可靠性高、使用方便、通用性强、功能完善、组合方便、体积小、质量小、功耗低等优点。
目前,世界上有二百多家PLC生产厂,比较著名的有美国的A-B公司、通用电气公司,日本的三菱、松下电工、欧姆龙,德国的西门子、ABB,法国的TE等。
PLC的技术性能指标有I/O点数、程序存储容量、指令总数、扫描速度等。其编程语言有梯形图、语句表、功能块图、顺序功能图和高级语言五种。
2.PLC的分类
(1)按结构形式分类
1)整体式PLC整体式是将PLC的CPU、存储器、I/O单元、电源等安装在同一机体内,构成主机,另外还有I/O扩展单元配合主机使用,用以扩展I/O点数。整体式PLC的特点是结构紧凑、体积小、成本低、安装方便,但输入/输出点数固定,灵活性较低,多用于小型PLC。
2)组合式PLC组合式PLC是由一些标准模块单元组成,采用总线结构,不同功能的模块(如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等)通过总线连接起来。
组合式PLC的特点是可以根据功能需要灵活配置,构成具有不同功能和不同控制规模的PLC,多用于大型和中型PLC。
3)叠装式PLC还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。叠装式PLC的CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块,但它们之间是靠电缆进行连接,并且各模块可以一层一层地叠装。这样,不但系统可以灵活配置,还可做得体积小巧。
(2)按控制规模分类
输入/输出的总路数,又称为I/O点数,是表征PLC控制规模的重要参数。因此,按控制规模对PLC分类时,可分为:
①小型PLC:I/O点数较少,在256点以下的PLC。
②中型PLC:I/O点数较多,在256点以上、2048点以下的PLC。
③大型PLC:I/O点数较多,在2048点以上的PLC。
3.PLC的组成及工作方式
PLC实质上是一种专用计算机,它的组成形式基本与微型计算机相同,主要包括微处理器(CPU)、存储器、用户输入/输出部分、输入/输出扩展接口、外围设备以及电源等。
(1)PLC各个组成部分的功能
①CPU与通用微型计算机CPU一样,是PLC的核心。它接收并存储用户程序和数据;用扫描方式接受当前各输入装置的状态;诊断PLC内部电路工作状态和编程中的语法错误;在运行中读取用户程序、解释指令的内容,按指令规定的任务,产生相应的控制信号。
②PLC一般配有系统存储器和用户存储器,前者用作存储监控程序、模块化应用子程序和各种系统参数等;后者用作存放用户程序。系统存储器的内容,用户通常不能直接存取,因此,存储器的容量是指用户存储器的容量。
存储器在硬件上,动态装载部分一般采用RAM,程序存储和备份部分则采用EPROM(紫外光擦除)、CMOS RAM(后备电池)或FLASH芯片/卡/盘(不需电池)等。
③用户输入/输出部分包括输入/输出接口、输入/输出控制电路及隔离电路等,用作PLC与外部输入/输出设备进行连接。(www.xing528.com)
④当主机默认的I/O点数不够时,可选配I/O扩展模块来扩展I/O点数。扩展模块不能单独使用,只能与主机一起使用。
⑤外围设备根据PLC的型号与厂家的不同,可配置编程设备、程序写入器、用户程序卡、磁带机、打印机、A/D、D/A、高速计数器、RS232/485通信接口、光纤通信接口等。其中,编程设备可以是内置的,也可以是外置的,或是可安装于计算机上的编程软件。
(2)PLC的工作方式
PLC的基本工作方式是顺序执行用户程序,每一时钟周期执行一条指令。由于相对于外部电气信号有足够的执行速度,所以从宏观上看是实时响应的。对用户程序的执行,PLC的工作方式一般有循环扫描和定时扫描两种,扫描过程分为三个阶段,即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段,如图7-19所示。
图7-19 PLC程序执行过程
1)输入采样阶段PLC在输入采样阶段,以扫描方式顺序读入所有输入端子的状态,存入输入寄存器,接着转入程序执行阶段。在程序执行阶段时,即使外部输入信号的状态发生变化,输入寄存器的状态也不会改变,而输入寄存器状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才会被读入。
2)程序执行阶段PLC在程序执行阶段中顺序对每条指令进行扫描。先从输入寄存器读入所有输入端子的状态,若程序中规定要读入某输出状态,则也在此时读入;然后进行逻辑运算,最后将结果送入输出寄存器。
3)输出刷新阶段 所有指令执行完毕后,将输出寄存器中所有的输出状态送到输出电路,成为PLC的实际输出。
PLC执行完上述的三个阶段称为一个扫描周期。扫描周期因PLC的机型和程序中采用各类指令的组成比例而异,一般执行1000条指令的时间约为1~20ms。
PLC执行完一个工作周期后,在第二个工作周期输入采样阶段进行输入刷新,因而输入寄存器的数据,由上一个刷新时间内PLC输入端子的状态决定。
4.常见的编程语言
PLC是针对工业自动控制而开发的,其主要使用者是各生产部门的电气操作及维修人员。因此,PLC通常不采用计算机的编程语言,而采用以下编程表达方法。
(1)梯形逻辑图(LAD)
梯形逻辑图简称梯形图(Ladder Diagram,LAD),它是从继电器-接触器控制系统的电气原理图演化而来的,是一种图形语言。它沿用了常开触点、常闭触点、继电器线圈、接触器线圈、定时器和计数器等术语及图形符号,也增加了一些简单的计算机符号,来完成时间上的顺序控制操作。触点和线圈等的图形符号就是编程语言的指令符号。
这种编程语言与电路图相呼应,使用简单、形象直观、易编程、容易掌握,是目前应用最广泛的编程语言之一。
(2)指令语句表(STL)
指令语句表简称语句表(Statement List,STL),类似于计算机的汇编语言,它是用语句助记符来编程的。命令语句主要使用逻辑语言来建立PLC的输入和输出关系,其中包括逻辑AND、OR、NOT及定时器、计数器、位移寄存器、算术运算和PID控制功能等。每条命令语句包括命令部分和数据部分。命令部分要指定逻辑功能,数据部分要指定功能存储器的地址号或直接数值。
语句表编程简单明了、语句少,其结构类似于电路的串、并联方式,容易掌握。中、小型PLC一般用语句表编程。
(3)计算机的通用语言
计算机的通用语言可以实现梯形图法和指令语句表法难以实现的复杂逻辑控制功能,但它既没有梯形图法形象,也比指令语句表编程复杂,因此较难掌握。常用的通用语言有C、BASIC、PASCAL、FORTRAN等,其中C语言采用较多。
另外,还有控制系统流程图(CSF)、逻辑方程式(布尔代数式)等方法,这些方法使用的较少,而且工程技术人员对于计算机通用语言又比较难掌握。因此,大部分编程方法都采用梯形图法和指令语句表。
目前,常用的PLC产品很多,不同厂家的PLC的各种指标和性能不同,其编程方法、具体的指令格式以及继电器编号也不同,具体操作时可查阅有关产品说明书。
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