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一、PLC定义可编程逻辑控制器Programmable LogicController,简称PLC,是一种数字运算操作电子系统,专为在工业环境下应用而设计它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的,模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程定义强调了PLC是1数字运算操作的电子系统一一也是一种计算机2专为在工业环境下应用而设计3面向用户指令一一编程方便4逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作5数字量或模拟量输入输出控制6易与控制系统联成一体7易于扩充
二、PLC特点为适应工业环境使用,与一般控制装置相比较,PLC机有以下特点
1.可靠性高,抗干扰能力强工业生产对控制设备的可靠性要求
①平均故障间隔时间长
②故障修复时间平均修复时间短任何电子设备产生的故障,通常为两种:
①偶发性故障由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障这类故障,只要不引起系统部件的损坏,一旦环境条件恢复正常,系统也随之恢复正常但对PLC而言,受外界影响后,内部存储的信息可能被破坏
②永久性故障由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障如果能限制偶发性故障的发生条件,如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围,使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常,这样就能提高平均故障间隔时间;如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段,在永久性故障出现时,能很快查出故障发生点,并将故障限制在局部,就能降低PLC的平均修复时间为此,各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施,使PLC除了本身具有较强的自诊断能力,能及时给出出错信息,停止运行等待修复外,还使PLC具有了很强的抗干扰能力硬件措施主要模块均采用大规模或超大规模集成电路,大量开关动作由无触点的电子存储器完成,I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路
①屏蔽一一对电源变压器、CPU、编程器等主要部件,采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽,以防外界干扰
②滤波一一对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波,如LC或n型滤波网络,以消除或抑制高频干扰,也削弱了各种模块之间的相互影响
③电源调整与保护一一对微处理器这个核心部件所需的+5V电源,采用多级滤波,并用集成电压调整器进行调整,以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响
④隔离一一在微处理器与I/O电路之间,采用光电隔离措施,有效地隔离I/O接口与CPU之间电的联系,减少故障和误动作;各I/O口之间亦彼此隔离
⑤采用模块式结构一一这种结构有助于在故障情况下短时修复一旦查出某一模块出现故障,能迅速更换,使系统恢复正常工作;同时也有助于加快查找故障原因•软件措施有极强的自检及保护功能
①故障检测一一软件定期地检测外界环境,如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等以便及时进行处理
②信息保护与恢复一一当偶发性故障条件出现时,不破坏PLC内部的信息一旦故障条件消失,就可恢复正常,继续原来的程序工作所以,PLC在检测到故障条件时,立即把现状态存入存储器,软件配合对存储器进行封闭,禁止对存储器的任何操作,以防存储信息被冲掉
③设置警戒时钟WDT(看门狗)一一如果程序每循环执行时间超过了规定的时间,预示了程序进入死循环,立即报警
④加强对程序的检查和校验一一一旦程序有错,立即报警,并停止执行
⑤对程序及动态数据进行电池后备一一停电后,利用后备电池供电,有关状态及信息就不会丢失PLC的出厂试验项目中,有一项就是抗干扰试验它要求能承受幅值为1000V,上升时间InS,脉冲宽度为IPS的干扰脉冲一般,平均故障间隔时间可达几十万〜上千万小时;制成系统亦可达4〜5万小时甚至更长时间
2.通用性强,控制程序可变,使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置,可以组成能满足各种要求的控制系统,用户不必自己再设计和制作硬件装置用户在硬件确定以后,在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下,不必改变PLC的硬设备,只需改编程序就可以满足要求因此,PLC除应用于单机控制外,在工厂自动化中也被大量采用
3.功能强,适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能,还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能既可控制一台生产机械、一条生产线,又可控制一个生产过程
4.编程简单,容易掌握目前,大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”既继承了传统控制线路的清晰直观,又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平,所以非常容易接受和掌握梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近通过阅读PLC的用户手册或短期培训,电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序同时还提供了功能图、语句表等编程语言
5.减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件,控制柜的设计安装接线工作量大为减少同时:PLC的用户程序可以在实验室模拟调试,更减少了现场的调试工作量并且,由于PLC的低故障率及很强的监视功能,模块化等等,使维修也极为方便
6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品,其结构紧凑,坚固,体积小,重量轻,功耗低并且由于PLC的强抗干扰能力,易于装入设备内部,是实现机电一体化的理想控制设备以三菱公司的F1-40M型PLC为例其外型尺寸仅为305X110X110mm,重量
2.3kg,功耗小于25VA;而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力现在三菱公司又有FX系列PLC,与其超小型品种F1系列相比面积为47%,体积为36%,在系统的配置上既固定又灵活,输入输出可达24〜128点
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.数据处理现代的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的分类PLC产品种类繁多,其规格和性能也各不相同对PLC的分类,通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类
1.按结构形式分类根据PLC的结构形式,可将PLC分为整体式和模块式两类1整体式PLC整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内,具有结构紧凑、体积小、价格低的特点小型PLC一般采用这种整体式结构整体式PLC由不同I/O点数的基本单元又称主机和扩展单元组成基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口,以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等扩展单元内只有I/O和电源等,没有CPU基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接整体式PLC一般还可配备特殊功能单元,如模拟量单元、位置控制单元等,使其功能得以扩展2模块式PLC模块式PLC是将PLC各组成部分,分别作成若干个单独的模块,如CPU模块、I/O模块、电源模块有的含在CPU模块中以及各种功能模块模块式PLC由框架或基板和各种模块组成模块装在框架或基板的插座上这种模块式PLC的特点是配置灵活,可根据需要选配不同规模的系统,而且装配方便,便于扩展和维修大、中型PLC一般采用模块式结构还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来,构成所谓叠装式PLC叠装式PLC其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联接,并且各模块可以一层层地叠装这样,不但系统可以灵活配置,还可做得体积小巧
2.按功能分类根据PLC所具有的功能不同,可将PLC分为低档、中档、高档三类1低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能,还可有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统
(2)中档PLC除具有低档PLC的功能外,还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能有些还可增设中断控制、PID控制等功能,适用于复杂控制系统。