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PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原那么而设计。在工业生产的各个领域,机械加工企业为了提高生产效率,采用机械化流水作业的方式,对不同类型的零件分别组成的自动生产线。随着产品机型的更新换代,生产线承担的加工对象也随之改变,这就需要改变控制程序,使生产线的机械设备按新的工艺过程运行,而继电接触器控制器系统是采用固定接线,很难适应这个要求,大型自动生产线的控制系统使用的继电器数量很多,随着PLC的应用日益普及,其使用方法简单,便于掌握,且可靠性极高,抗干扰性很强,,使其在工业生产线上的应用越来越广泛。开展趋势:、大容量方向开展为了提高PLC的处理能力,要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前,。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面,有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量,有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。、超小型两个方向开展当前中小型PLC比较多,为了适应市场的多种需要,今后PLC要向多品种方向开展,特别是向超大型和超小型两个方向开展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC,其使用32位微处理器,多CPU并行工作和大容量存储器,功能强。小型PLC由整体结构向小型模块化结构开展,使配置更加灵巧,为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC,最小配置的I/O点数为8~16点,以适应单机及小型自动控制的需要,如三菱公司α系列PLC。其共同特点是,现代PLC的结构和功能不断改进,产品更新换代周期越来越短,并不断地向高性能、高速度、高性能价格比方向开展。,加强联网通信能力为满足各种自动化控制系统的要求,近年来不断开发出许多功能模块,如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块,既扩展了PLC功能,又使用灵巧方便,扩大了PLC应用范围。加强PLC联网通信的能力,是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类:一类是PLC之间联网通信,各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段;另一类是PLC与计算机之间的联网通信,一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力,PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准,以构成更大的网络系统,PLC已成为集散控制系统〔DCS〕不可缺少的重要组成局部。:在PLC控制系统的故障中,CPU占5%,I/O接口占15%,输入设备占45%,输出设备占30%,线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障,它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理;而其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此,PLC生产厂家都致力于研制、开展用于检测外部故障的专用智能模块,进一步提高系统的可靠性。,PLC的编程语言也越来越丰富,功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外,为了适应各种控制要求,出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言〔BASIC、C语言等〕等。多种编程语言的并存、互补与开展是PLC进步的一种趋势。关键词:PLC、应用、逻辑控制电路结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构根本上与微型计算机从结构上分,PLC分为固定式和组合式〔模块式〕两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规那么组合配置。〔1〕中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢,它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态;并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后,按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据存放器内,等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出存放器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统或采用三CPU的表决式系统,这样即使某个CPU出现故障整个系统仍能正常运行。CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每套PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的存放器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、存放器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来,不必要详细分析CPU的内部电路,但对各局部的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。存放器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数,它们决定着PLC的工作速度,IO数量及软件容量等,因此限制着控制规模。〔2〕存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。〔1〕RAM(RandomAssessMemory),这是一种读/写存储器(随机存储器),其存取速度最快,由锂电池支持。〔2〕EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory),这是一种可擦除的只读存储器,在断电情况下存储器内的所有内容保持不变(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。〔3〕EEPROM(ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory),这是一种电可擦除的只读存储器,使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。,但是根据PLC的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域:系统程序存储区;系统RAM存储区(包括I/O映象区和系统软设备等);用户程序存储区。(1)系统程序存储区 在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序,包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序、等由制造厂商将其固化在EPROM中,用户不能直接存取,它和硬件一起决定了该PLC的性能。(2)系统RAM存储区系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备如:逻辑线圈、数据存放器、计时器、计数器、变址存放器、累加器、等存储器。I/O映象区,由于PLC投入运行后只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设,因此它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据,这些单元称作I/O映象区,一个开关量I/O占用存储单元中的一个位(bit),一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字(16个bit),因此整个I/O映象区可看作两个局部组成:开关量I/O映象区,模拟量I/O映象区。系统软设备存储区除了I/O映象区区以外,系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备(逻辑线圈、计时器、计数器、数据存放器和累加器等)的存储区,该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域,前者在PLC断电时由内部的锂电池供电,数据不会遗失,后者当PLC断电时数据被清零1)逻辑线圈与开关输出一样,每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位,但不能直接驱动外设,只供用户在编程中使用,其作用类似于电器控制线路中的继电器,另外不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈,具有不同的功能。2)数据存放器??与模拟量I/O一样,每个数据存放器占用系统RAM存储区中的一个字(16bits),另外PLC还提供数量不的特殊数据存放器,具有不同的功能。3)计时器4)计数器(3)用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的用户程序,不同类型的PLC其存储容量各不相同。〔3〕电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的,因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视,一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内可以不采取其它措施,而将PLC直接连接到交流电网上去。〔4〕I/O模块PLC与电气回路的接口,是通过输入输出局部〔I/O〕完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。I/O分为开关量输入〔DI〕,开关量输出〔DO〕,模拟量输入〔AI〕,模拟量输出〔AO〕等模块。常用的I/O分类如下::按电压水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分,有继电器隔离和晶体管隔离。:按信号类型分,有电流型〔4-20mA,0-20mA〕、电压型〔0-10V,0-5V,-10-10V〕等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。,还有特殊IO模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的根本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。〔5〕PLC系统的其它设备编程设备:编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件,用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况,但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器,目前一般由计算机〔运行编程软件〕充当编程器。也就是我们系统的上位机。人机界面:最简单的人机界面是指示灯和按钮,目前液晶屏〔或触摸屏〕式的一体式操作员终端应用越来越广泛,由计算机〔运行组态软件〕充当人机界面非常普及。PLC特点作为一种新型的工业自动控制装置,PLC有以下一些特点。,主要表现在:用软件代替传统继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件,接线大大减少,因触点接触不良造成的故障大为减少;所有的I/O接口电路均采用光电隔离,使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离;各输入端均采用RC滤波器,并采取屏蔽措施;采用性能优良的开关电源;对采用的器件进行严格的筛选;良好的自诊断功能,一旦电源或其他软、硬件发生异常情况,CPU立即采用有效措施,以防故障扩大;大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或3个CPU构成的表决系统,使可靠性更进一步增强。,PLC除具有普通计算机的根本局部〔如CPU、存储器等〕外,还有丰富的I/O接口模块。对不同的工业现场信号〔交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱点等〕,设计有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备〔按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等〕直接连接就。,除了一些小型PLC以外,绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件,包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。相对于传统的电气控制线路,PLC为改进和修改原设备提供了极其方便的手段,通过修改或重新编写应用软件,就可以用一台PLC实现不同的控制功能。。梯形图是一种面向用户的编程语言,它的表达方式类似于继电器控制系统电路图,具有形象直观、易学易懂的特点。,维修方便PLC不需要专门的机房,可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接,即可投入运行。PLC的各种模块上大多都有运行和故障指示装置,便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构,因此一旦某模块发生故障,用户可以通过更换模块的方法,使系统迅速恢复运行。应用由于PLC自身的特点和优势,在工业控制中PLC以得到了广泛应用,包括机械、冶金、化工、运输、建筑等众多领域,应用范围也在不断扩大。PLC主要的应用领域包括以下几个方面。,它可以取代传统的继电器控制装置,如机床电气控制、各种电机控制等,可实现组合逻辑控制、定时控制和顺序逻辑控制等功能。,可对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制,实现单轴、双轴和多轴位置的控制,使运动控制和顺序控制功能有机的结合在一起。、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。。随着计算机控制的开展,工厂自动化网络开展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口,通信非常方便。〔含矩阵运算、函数运算、逻辑运算〕、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。PLC现已成为工业控制三大支柱〔PLC、CAD/CAM、ROBOT〕之一,以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、以易与计算机接口、能对模拟量进行控制,具备高速计数与位控等性能模块等优异性能,日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电—接触控制系统,在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC应用深度和广度已经成为一个国家工业先进的重要标志之一。