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PLC种类繁多,性能规格不一,通常根据其流派、结构形式、性能高低、控制规模等方面进行分类。
①按流派分 世界上有200多个PLC厂商,400多个品种PLC产品。这些产品,根据地域的不同,主要分成3个流派:美国流派产品、欧洲流派产品和日本流派产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的,因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的,对美国的PLC产品有一定的继承性,但日本的主推产品定位在小型PLC上。美国和欧洲以大中型PLC而闻名,但日本的主推产品以小型PLC著称。
a.美国PLC产品 美国是PLC生产大国,有100多家PLC厂商,的有A-B、通用电气(GE)公司、莫迪康(MODICON)公司、得州仪器(TI)公司、西屋公司等。
A-B(Allen-Bradley,艾伦-布拉德利)是Rockwell(罗克韦尔)自动化公司的品牌,其PLC产品规格齐全、种类丰富。A-B小型PLC为MicroLogix PLC,主要型号有MicroLogix1000、MicroLogix1100、MicroLogix1200、MicroLogix1400、MicroLogix1500,其中MicroLogix1000体积小巧、功能全面,是小型控制系统的理想选择;MicroLogix1200能够在空间有限的环境中,为用户提供强大的控制功能,满足不同应用项目的需要;MicroLogix1500不仅功能完善,而且还能根据应用项目的需要进行灵活扩展,适用于要求较高的控制系统。A-B中型PLC为CompactLogix PLC,该系列PLC可以通过EtherNet/IP、控制网、设备网来远程控制输入/输出和现场设备,实现不同地点的分布式控制。
为了实现微机与PLC、PLC与PLC间的对话,PLC配有多种通信接口,如打印机、上位计算机、编程器等接口。
1.2.1.6 I/O扩展接口
I/O扩展接口用于将扩展单元或特殊功能单元与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活,以满足不同控制系统的要求。
1.2.2 PLC的工作原理
PLC虽然以微处理器为核心,具有微型计算机的许多特点,但它的工作方式却与微型计算机有很大不同。微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式,如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式,当有键按下或I/O动作,则转入相应的子程序或中断服务程序;无键按下,则继续扫描等待。而PLC采用循环扫描的工作方式,即“顺序扫描,不断循环”。
用户程序通过编程器或其它输入设备输入存放在PLC的用户存储器中。当PLC开始运行时,CPU根据系统监控程序的规定顺序,通过扫描,完成各输入点状态采集或输入数据采集、用户程序的执行、各输出点状态的更新、编程器键入响应和显示器更新及CPU自检等功能。
PLC的扫描可按固定顺序进行,也可按用户程序规定的顺序进行。这不仅仅因为有的程序不需要每扫描一次,执行一次,也因为在一个大控制系统,需要处理的I/O点数较多。通过不同的组织模块的安排,采用分时分批扫描执行方法,可缩短扫描周期和提高控制的实时性。
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PLC的组成
PLC的种类很多,但结构大同小异,PLC的硬件系统主要由中央处理器(CPU)、存储器、I/O(输入/输出)接口、电源、通信接口、扩展接口等单元部件组成,这些单元部件都是通过内部总线进行连接
PLC的中央处理器与一般的计算机控制系统一样,由运算器和控制器构成,是整个系统的核心,类似于人类的大脑和神经中枢。它是PLC的运算、控制中心,用来实现逻辑和算术运算,并对全机进行控制,按PLC中系统程序赋予的功能,有条不紊地指挥PLC进行工作,主要完成以下任务。
①控制从编程器、上位计算机和其它外部设备键入的用户程序数据的接收和存储。
②用扫描方式通过输入单元接收现场输入信号,并存入指定的映像寄存器或数据寄存器。
③诊断电源和PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。
④PLC进入运行状态后,执行相应工作:a.从存储器逐条读取用户指令,经过命令解释后,按指令规定的任务产生相应的控制信号去启闭相关控制电路,通俗讲就是执行用户程序,产生相应的控制信号;b.进行数据处理,分时、分渠道执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作,完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务;c.根据运算结果,更新有关标志位的状态和输出寄存器的内容,再由输入映像寄存器或数据寄存器的内容,实现输出控制、制表、打印、数据通信等。
1.2.1.2 存储器
PLC中存储器的功能与普通微机系统的存储器的结构类似,它由系统程序存储器和用户程序存储器等部分构成。
(1)系统程序存储器
系统程序存储器是用EPROM或E2PROM来存储厂家编写的系统程序,系统程序是指控制和完成PLC各种功能的程序,相当于单片机的监控程序或微机的操作系统,在很大程度上它决定该系列PLC的性能与质量,用户无法更改或调用。系统程序有系统管理程序、用户程序编辑和指令解释程序、标准子程序和调用管理程序这三种类型。
①系统管理程序:由它决定系统的工作节拍,包括PLC运行管理(各种操作的时间分配安排)、存储空间管理(生成用户数据区)和系统自诊断管理(如电源、系统出错,程序语法、句法检验等)。
②用户程序编辑和指令解释程序:编辑程序能将用户程序变为内码形式以便于程序的修改、调试。解释程序能将编程语言变为机器语言便于CPU操作运行。
③标准子程序和调用管理程序:为了提高运行速度,在程序执行中某些信息处理(I/O处理)或特殊运算等都是通过调用标准子程序来完成的。
(2)用户程序存储器
用户程序存储器是用来存放用户的应用程序和数据,它包括用户程序存储器(程序区)和用户数据存储器(数据区)两种。
程序存储器用以存储用户程序。数据存储器用来存储输入、输出以及内部接点和线圈的状态以及特殊功能要求的数据。
用户存储器的内容可以由用户根据需要任意读/写、修改、增删。常用的用户存储器形式有高密度、低功耗的CMOS RAM(由锂电池实现断电保护,一般能保持5~10年,经常带负载运行也可保持2~5年)、EPROM和E2PROM三种。
PLC的输入/输出单元上通常都有接线端子,PLC类型不同,其输入/输出单元的接线方式不同,通常分为汇点式、分组式和隔离式这三种接线方式。
输入/输出单元分别只有1个公共端COM的称为汇点式,其输入或输出点共用一个电源;分组式是指将输入/输出端子分为若干组,每组的I/O电路有一个公共点并共用一个电源,组与组之间的电路隔开;隔离式是指具有公共端子的各组输入/输出点之间互相隔离,可各自使用独立的电源。
PLC提供了各种操作电平和驱动能力的输入/输出模块供用户选择,如数字量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块。这些模块又分为直流与交流型、电压与电流型等。
(1)数字量输入模块
数字量输入模块又称为开关量输入模块,它是将工业现场的开关量信号转换为标准信号传送给CPU,并保证信息的正确和控制器不受其干扰。它一般是采用光电耦合电路与现场输入信号相连,这样可以防止使用环境中的强电干扰进入PLC。光电耦合电路的核心是光电耦合器,其结构由发光二极管和光电三极管构成。现场输入信号的电源可由用户提供,直流输入信号的电源也可由PLC自身提供。数字量输入模块根据使用电源的不同分为直流输入模块(直流12V或24V)和交流输入模块(交流100~120V或200~240V)两种。
①直流输入模块 当外部检测开关接点接入的是直流电压时,需使用直流输入模块对信号进行检测。下面以某一输入点的直流输入模块进行讲解。