文档介绍：第二篇第三章可编程序控制器
孙治强
第一节概述
可编程序控制器PLC(Progammable Logic Control)是六十年代末在美国首先出现的,目的是用来取代继电器,执行逻辑判断、计时计数等顺序控制系统。在八十年代迅速发展起来,它是以微处理器为核心的工业控制设备,它是传统的继电器控制思想和计算机控制技术的结合。在可编程逻辑控制器发展的初期,它的应用领域有着鲜明的继电器控制的色彩。由于继电器本身靠机械触点来控制电路的通断,所以继电器回路的可靠性先天不足;同时,回路布线的质量不容易控制,这也极大的影响了继电器逻辑控制的可靠性。因此,对于大型的复杂控制逻辑,继电器回路几乎是不可能实现的。而在可编程序控制器出现之后,它使用微处理器来实现控制逻辑,仅在现场接口部分才会用到继电器来驱动现场设备,这就大大的提高了逻辑控制的可靠性,并且大幅度的降低了系统维护的工作量。
经过十多年的发展之后,可编程逻辑控制器的应用范围越来越广,已经不再局限于开关量控制,而且可以进行模拟量控制、数据采集、伺服电机的控制等,这时候可编程逻辑控制器称为可编程控制器将更为合适,这两个词也确实经常是通用的。
在火力发电厂中,可编程控制器常用于锅炉保护、汽机保护和补给水处理程控、吹灰程控、除灰程控、输煤程控等外围程控系统。随着PLC通讯功能的逐步提高,其功能也在逐渐的与大型的DCS系统靠近,应用的领域逐渐的扩大。
常见的可编程控制器品牌有OMRON、MODICON、SIEMENS,、三菱、日立等众多的品牌。不管是何种品牌,一套可编程控制器总是由底板或安装导轨、电源模块、CPU模块、各种输入输出模块以及各种高功能模块组成。这些模块可以是组合成一体的,也可以是单独的模板,根据需要进行配置。
由于可编程控制器是从继电器控制思想发展来的,所以各个品牌的PLC都把梯形图逻辑做为它编程的标准工具语言。如果是手持式编程器,可以把梯形图逻辑转换成与之对应的助记符输入;如果使用PC机(指PC结构的通用计算机)做为编程工具,则可以使用图形化的编程界面进行编程。
随着PLC应用范围的扩展、应用规模的扩大,现有的中型和大型PLC都有着强大的联网功能。除了PLC与PC机之间的通讯外,PLC与PLC之间也有多种的通讯方式互联。通过标准的通讯协议,还可以实现部分不同种类和品牌的PLC之间互联。
PLC作为控制用计算机需要有人机界面作为运行人员对生产过程进行干预的手段。早期的PLC控制系统经常用按钮开关、数码拨盘以及各种指示灯作为运行人员进行过程监控的手段。对于比较大型的控制系统来说,这种方式需要大量的按钮开关、指示灯等,都属于机械易损部件,从而造成系统的可靠性以及可操作性不高。而现代的PLC大多具有强大的通讯功能,通过通讯的方式与另一台监控用计算机(通常是工业PC)相联,以CRT监视、键盘鼠标操作的方式进行系统监控已经成为实际应用中的主流。
这种方式相比按钮开关操作方式有几个优点:
一、提高了系统的可靠性;
二、减少了操作盘台的面积;
三、减轻了运行人员的劳动强度,提高了效率。
一台可编程控制器PLC是微机技术和常规控制相结合的产物。它是用微机来代替原来顺序控制系统中的继电器、定时器、计数器等。它的构成框图和一台普通计算机一样,都有中央处理器(CPU)、存储器和输入/输出接口等构成。因此,从硬件结构来说,可编程控制器实际上就是计算机。
所不同的是可编程控制器是用于工业控制,必须能适应恶劣的工业环境,如湿度、温度、燥声等。因此可编程控制器的所有部件都要经过严格的环境试验,按照一定的工业标准进行测试,以提高其耐温、耐湿和抗干扰能力。
另一方面,可编程控制器还有面向工业控制的编程语言,如梯形图编程语言,流程图语言等,以便用户不需要学习更深的计算机知识就能直接使用它。
在具体结构上,可编程控制器一般作成总线模板框式结构。装有CPU模板的框架称之为基本框架,其它为扩展框架。不同厂家生产的不同系列产品,在每个框架上可插放的模板数是不同的。
第二节可编程控制器的工作原理
一、可编程控控制器的配置
可编程控制器的主要包括CPU微处理器、存贮器、输入/输出单元及电源。
图2-3-1 可编程控制器基本构成框图
N
L1
~220V
N
L1
C1
停机
启动
输入模块
编程器
中央处理器
电源
输出模块
C
(一)、微处理器
同一般微机一样,中央处理单元CPU是可编程控制器的主要部分,是系统的核心,它通过输入装置将外部设备的状态读入,并按照用户程序去处理,根据处理结果通过输出装置去控制外部设备。可编程控制器和一般的微处理机不同,它常以字(每个字16位)为单位而不是以字节(每字节8位)为单位来存贮与处理信息。
可编程控制器多为