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(Programmable Controller),简称PC。但由于PC容易和个人计算机PC(Personal Computer)混淆,故人们仍习惯将PLC当作可编程控制器的缩写。
由于可编程序控制器一直在发展中,至今尚未对其下后的定义。国际电工学会(IEC)对PLC新定义要点如下:I/O点数(输入/输出端子数量)是衡量PLC控制规模的重要参数,根据I/O点数多少,可将PLC分为小型、中型和大型三类。
(1)小型PLC:其I/O点数小于256点,采用8位或16位单CPU,用户存储器容量小。
(2)中型PLC:其I/O点数在256~2048点之间,采用双CPU,用户存储器容量较大。
(3)大型PLC:其I/O点数大于2048点,采用16位、32位多CPU,用户存储器容量很大。3.按实现功能分类根据PLC的功能强弱不同,可将PLC分为低档、中档、三类。
(1)低档PLC。它具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能,有些还有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。低档PLC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。PLC是一种专为工业应用而设计的控制器,它主要有以下特点:
(1)可靠性高,抗干扰能力强
为了适应工业应用要求,PLC从硬件和软件方面采用了大量的技术措施,以便能在恶劣环境下长时间可靠运行,现在大多数PLC的平均无故障运行时间可达几十万小时。
(2)通用性强,控制程序可变,使用方便
PLC可利用齐全的各种硬件装置来组成各种控制系统,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,无须大量改变PLC的硬件设备,只需更改程序就可以满足要求。
(3)功能强,适应范围广
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,易用易学输出端子连接接触器KM线圈和220V交流电源(220VAC),电源端子连接220V交流电源供电,在内部由电源电路转换成5V和24V的直流电压,5V供给内部电路使用,24V会送到L+、M端子输出,可以提供给输入端子使用。PLC硬件连接完成后,在计算机中使用PLC编程软件编写图示的梯形图程序,并用通信电缆将计算机与PLC连接起来,再将程序写入PLC。
PLC正转控制线路的硬、软件工作过程说明如下:
当按下启动按钮SB1时,有电流流过I0.0端子(即DIa.0端子)内部的输入电路,电流途径是24V+SB1I0.0端子入I0.0输入电路1M端子出24V-。I0.0输入电路有电流流过,会使程序中的I0.0常开触点闭合,程序中左母线的模拟电流(也称能流)经闭合的I0.0常开触点、I0.1常闭触点流经Q0.0线圈到达右母线(程序中的右母线通常不显示出来),程序中的Q0.0线圈得电,一方面会使程序中的Q0.0常开自锁触点闭合,另一方面会控制Q0.0输出电路,使之输出电流流过Q0.0硬件继电器的线圈。该继电器触点被吸合,有电流流过主电路中的接触器KM线圈,电流途径是交流220V一端1L端子入内部Q0.0硬件继电器触点Q0.0端子(即DQa.0端子)出接触器KM线圈交流220V另一端,接触器KM线圈通电产生磁场使KM主触点闭合,电动机得电运转。PLC内部主要由CPU、存储器、输入接口、输出接口、通信接口和扩展接口等组成。1.CPUCPU又称中央处理器,它是PLC的控制中心,它通过总线(包括数据总线、地址总线和控制总线)与存储器和各种接口连接,以控制它们有条不紊地工作。CPU的性能对PLC工作速度和效率有很大的影响,故大型PLC通常采用高性能的CPU。
CPU的主要功能有:
①接收通信接口送来的程序和信息,并将它们存入存储器。
②采用循环检测(即扫描检测)方式不断检测输入接口送来的状态信息,以判断输入设备的输入状态。
③逐条运行存储器中的程序,并进行各种运算,再将运算结果存储下来,然后通过输出接口输出,以对输出设备进行有关控制。系统管理程序和指令解释程序。系统管理程序的功能是管理整个PLC,让内部各个电路能有条不紊地工作。指令解释程序的功能是将用户编写的程序翻译成CPU可以识别和执行的程序。
用户程序是由用户编写并输入存储器的程序,为了方便调试和修改,用户程序通常存放在RAM中,由于断电后RAM中的程序会丢失,所以RAM专门配有后备电池供电。有些PLC采用EEPROM(电可擦写只读存储器)来存储用户程序,由于EEPROM存储器中的信息可使用电信号擦写,并且掉电后内容不会丢失,因此采用这种存储器后可不要备用电池。3.输入/输出接口电路输入/输出接口电路(即输入/输出电路)又称I/O接口电路或I/O模块,是PLC与外围设备之间的连接桥梁。PLC通过输入接口电路检测输入设备的状态,以此作为对输出设备控制的依据,同时PLC又通过输出接口电路对输出设备进行控制。PLC的I/O接口能接收的输入和输出信号个数称为PLC的I/O点数。I/O点数是选择PLC的重要依据之一。
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PLC外围设备提供或需要的信号电平是多种多样的,而PLC内部CPU只能处理标准电平信号,所以I/O接口要能进行电平转换;另外,为了提高PLC的抗干扰能力,I/O接口一般采用光电隔离和滤波功能;此外,为了便于了解I/O接口的工作状态,I/O接口还带有状态指示灯。当闭合按钮SB后,24V直流电源产生的电流流过I0.0端子内部电路,电流途径是:24V正极按钮SBI0.0端子入R1发光二极管VD1光电耦合器中的一个发光二极管1M端子出24V负极,光电耦合器的光敏管受光导通,这样给内部电路输入一个ON信号,即I0.0端子输入为ON(或称输入为1)。由于光电耦合器内部是通过光线传递的,故可以将外部电路与内部电路进行有效的电气隔离。当PLC内部电路输出ON信号(或称输出为ON)时,会输出电流流经继电器KA线圈,继电器常开触点KA闭合,负载有电流通过,电流途径是:DC电源(或AC电源)的一端负载Q0.1端子入内部闭合的继电器KA触点1L端子出DC电源(或AC电源)的另一端。R2、C和压敏电阻RV用来吸收继电器触点断开时负载线圈产生的瞬间反峰电压。由于继电器触点无极性,所以输出端外部电源可以是直流电源,也可以是交流电源。采用光电耦合器与晶体管配合使用。当PLC内部电路输出ON信号(或称输出为ON)时,PLC工作状态;PLC与其他PLC连接,可组成多机系统或连成网络,实现更大规模控制;PLC与计算机连接,可组成多级分布式控制系统,实现控制与管理相结合。5.扩展接口为了提升PLC的性能,增强PLC的控制功能,可以通过扩展接口给PLC增加一些专用功能模块,如高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。6.电源
PLC一般采用开关电源供电,与普通电源相比,PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。PLC的电源对电网提供的电源稳定度要求不高,一般允许电源电压在其额定值±15%的范围内波动。有些PLC还可以通过端子向外提供直流24V稳压电源。PLC工作在RUN状态时,自我诊断至输出刷新过程会反复循环执行,执行一次所需要的时间称为扫描周期,一般为1~100ms。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。
1.4 PLC的编程语言PLC是一种由软件驱动的控制设备,PLC软件由系统程序和用户程序组成。系统程序由PLC制造厂商设计编制,并写入PLC内部的ROM中,用户无法修改。用户程序是由用户根据控制需要编制的程序,再写入PLC存储器中。电,另一方面使程序段2中的Q0.0常闭触点断开,Q0.1线圈无法得电。此外,还使Q0.0端子内部的硬触点闭合,Q0.0端子外接的KM1线圈得电,它一方面使KM1常闭联锁触点断开,KM2线圈无法得电,另一方面使KM1主触点闭合,电动机得电正向运转。
(2)反转控制
当按下I0.1端子外接按钮SB2时,该端子对应的内部输入继电器I0.1得电,程序中的I0.1常开触点闭合,输出继电器Q0.1线圈得电,一方面使程序中的Q0.1常开自锁触点闭合,锁定Q0.1线圈供电,另一方面使程序段1中的Q0.1常闭触点断开,Q0.0线圈无法得电。此外,还使Q0.1端子内部的硬触点闭合,Q0.1端子外接的KM2线圈得电,它一方面使KM2常闭联锁触点断开,KM1线圈无法得电,另一方面使KM2主触点闭合,电动机两相供电切换,反向运转。
(3)停转控制
当按下I0.2端子外接按钮SB3时,该端子对应的内部输入继电器I0.2得电,程序段1、2中的两个I0.2常闭触点均断开,Q0.0、Q0.1线圈均无法得电,Q0.0、Q0.1端子内部的硬触点均断开,KM1、KM2线圈均无法得电,KM1、KM2主触点均断开,电动机失电停转。
(4)过热保护
当电动机过热运行时,热继电器FR发热元件使I0.3端子外接的FR常开触点闭合,该端子对应的内部输入继电器I0.3得电,程序段1、2中的两个I0.3常闭触点均断开,Q0.0、Q0.1线圈均无法得电,Q0.0、Q0.1端子内部的硬触点均断开,KM1、KM2线圈均无法得电,KM1、KM2主触点均断开,电动机失电停转。
电动机正、反转控制梯形图程序写好后,需要对该程序进行编译,具体的编译操作过程见3.2节相应内容。5.连接PC与PLCPLC的模S7-200 SMART PLC是在S7-200 PLC之后推出的整体式PLC,其软、硬件都有所增强和改进,主要特点如下:
(1)机型丰富。CPU模块的I/O点多可达60点(S7-200 PLC的CPU模块I/O点多为40点),另外CPU模块分为经济型(CR系列)和标准型(SR、ST系列),产品配置更灵活,可大限度地为用户节省成本。
(2)编程指令绝大多数与S7-200 PLC相同,只有少数几条指令不同,已掌握S7-200 PLC指令的用户几乎不用怎么学习,就可以为S7-200 SMART PLC编写程序。
(3)CPU模块除了可以连接扩展模块外,还可以直接安装信号板,来增加更多的通信端口或少量的I/O点数。
(4)CPU模块除了有RS485端口外,还增加了以太网端口(俗称网线端口),可以用普通的网线连接计算机的网线端口来下载或上传程序。CPU模块也可以通过以太网端口与西门子触摸屏、其他带有以太网端口的西门子PLC等进行通信。
(5)CPU模块集成了Micro SD卡槽,用户用市面上的Micro SD卡(常用的手机存储卡)就可以更新内部程序和升级CPU固件(类似手机的刷机)。低压电器、传感器和执行器件是工业电气控制系统的基本组成元件。本章主要介绍常用低压电器的结构、工作原理以及使用方法等有关知识;同时根据电器发展状况,简单介绍一些新型电气元件;后简单介绍一些常用的检测、执行器件,以便后续章节的学习,使大家对工业电气自动化系统建立起感性的认识。电磁机构是电磁式低压电器的感测部件,它的作用是将电磁能量转换成机械能量,带动触头动作,使之闭合或断开,实现电路的接通或分断。