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目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化等各个行业,使用情况主要分为如下几类:
1.开关量逻辑控制
取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2.工业过程控制
在工业生产过程当中,存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量),PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。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。
3.运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用的运动控制模块,如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4.数据处理
PLC具有数学运算(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。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5.通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展,现在的PLC都具有通信接口,通信非常方便
1.性高,抗干扰能力强
高性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了的抗干扰技术,具有很高的性。使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC带有硬件故障自我功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统将高的性。
2.配套齐全,功能完善,适用性强
PLC发展到今天,已经形成了各种规模的系列化产品,可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3.易学易用,深受工程技术人员欢迎
PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。
4.系统的设计,工作量小,维护方便,容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时日常维护也变得容易起来,重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。
(2)安装与布线
● 动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线,隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。将PLC的IO线和大功率线分开走线,如在同槽内,分开捆扎交流线、直流线,若条件允许,分槽走线,这不仅能使其有尽可能大的空间距离,并能将干扰降到限度。
● PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备,不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线(二者之间距离应大于200mm)。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载,如功率较大的继电器、接触器的线圈,应并联RC消弧电路。
● PLC的输入与输出分开走线,开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线,屏蔽层应一端或两端接地,接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10.
● 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆,输出线应尽量远离高压线和动力线,避免并行。
(3)I/O端的接线
输入接线
● 输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小,电压降不大时,输入接线可适当长些。
● 输入/输出线不能用同一根电缆,输入/输出线要分开。
● 尽可能采用常开触点形式连接到输入端,使编制的梯形图与继电器原理图一致,便于阅读。
输出连接
● 输出端接线分为立输出和公共输出。在不同组中,可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
● 由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上,并且连接至端子板,若将连接输出元件的负载短路,将烧毁印制电路板。
● 采用继电器输出时,所承受的电感性负载的大小,会影响到继电器的使用寿命,因此,使用电感性负载时应合理选择,或加隔离继电器。
● PLC的输出负载可能产生干扰,因此要采取措施加以控制,如直流输出的续流管保护,交流输出的阻容吸收电路,晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
对于各种PLC的现场硬件组态和软件调试,通常有经验的工程师应该先花一些时间对自己的现场工作进行一个简单的规划,通常应当采取如下的步骤:
(1) 系统的规划
,深入了解系统所需求的功能,并调查可能的控制方法,同时与用户或设计院共同探讨之操作程序,根据所归纳之结论来拟定系统规划,决定所采行的PLC系统架构、所需之I/O点数与I/O模块型式。
(2) I/O模块选择与地址设定
当I/O模块选妥后,依据所规划之I/O点使用情形,由PLC的CPU系统自动设定I/O地址,或由使用者自定I/O模块的地址。
(3) 梯形图程序的编写与系统配线
在确定好实际的I/O地址之后,依据系统需求的功能,开始着手梯形图程序的编写。同时,I/O之地址已设定妥当,故系统之配线亦可着手进行。
(4) 梯形图程序的与修改
在梯形图程序撰写完成后,将程序写入PLC,便可在PC与OpenPLC系统做在线连接,以执行在线作业。倘若程序执行功能有误,则进行除错,并修改梯形图程序。
(5) 系统试车与实际运转
在线上程序作业下,若梯形图程序执行功能正确无误,且系统配线亦完成后,便可使系统纳入实际运转,项目计划亦告完成。
(6)程序注释和归档
为确保日后维修的便利,要将试车无误可供实际运转的梯形图程序做批注,并加以整理归档,方能缩短日后维修与查阅程序之时间。这是职业工程师的良好习惯,无论对今后自己进行维护,或者移交用户,这都会带来大的便利,而且是你的职业水准的一个体现。
以上工作中,复杂的系统规划可能需要几天甚至长的时间,但一个简单的系统规划在一个具有良好的职业习惯的编程工程师手中,可能只需要几个小时。
这里要强调一个问题,是十分简单但却几乎每个项目都会发生的,那就是对PLC的接线。这往往是经验不足的工程师常常忽略的一个问题。其实,现场调试大部分的问题和工作量都是在接线方面。有经验的工程师应当检查现场的接线。通常,如果现场接线是由用户或者其它的施工人员完成的,则通过看其接线图和接线的外观,就可以对接线的质量有个大致的判断。然后要对所有的接线进行一次完整而认真的检查。现场由于接线错误而导致PLC被烧坏的情况屡次发生,在进行真正的调试之前,一定要认真地检查。即便接线不是你的工作,检查接线也是你的义务和责任,而且,可以省去你后面大量的时间。
不同型号的PLC具有不同的硬件组成和性能指标。它们的基本I/O点数和扩展范围,程序存储容量往往差别很大。因此,在进行PLC程序设计之前,要对所用PLC的型号,硬件配置(如内装型PLC是否要增加附加I/O板,通用型PLC是否要增加I/O模板等)作出选择。
(1)输入/输出点 输入点是与机床侧被控对象有关的按钮、开关、继电器和接触器触点等连接的输入信号接口,以及由机床侧直接连接到NC的输入信号接口(如减速信号:*DECX,*DECY…,跳过信号:SKIP等)。
输出点包括向机床侧继电器,指示灯等输出信号的接口。设计者对被控对象的上述I/O信号要逐一确认,并分别计算出总的需要数量。选用的PLC所具有的I/O点数应比计算出的 I/O点数稍多一些,以备可能追加和变控制性能的需要。
(2)存储容量 一般来说,普通CNC车床顺序程序的规模约1000步,小型加工约2000步。程序规模随机床的复杂程度变化,设计者要根据具体任务对程序规模作出估算,并据此确定合理的存储容量。
另外,所选择PLC的处理时间,指令功能,定时器、计数器、内部继电器的技术规格、数量等指标也应满足要求。



除逻辑控制,定时计数,数字运算外,配合特殊功能模块还可以实现点位控制, PID 运算,过程控制,数字控制等功能,还可与上位机通信,远程控制等
当PLC运行时,CPU就要执行用户程序中的操作。但是CPU不可能同时执行多个操作,只能分时地一个操作一个操作地执行。PLC利用系统软件在其内部建立了输入输出映像区,当PLC的CPU执行用户程序时,从输入映像区中读取输入信号的状态,进行相应的操作。当CPU执行完个操作后,将操作输出到输出映像区,然后再执行二个操作,操作送到输出映像区。在程序执行过程中,PLC并不读取输入信号的真正状态,执行也并没有输出到PLC外部。只有当程序执行到结束指令(END)时,将输出映像区中执行向PLC外部输出一次,将输入信号的状态读取一次送到输入映像区。对输入输出信号的这一操作过程称为I/O刷新。I/O刷新完成后,CPU再从用户程序的条指令开始,进行下一次程序执行。PLC的这种工作方式被称为扫描方式。
PLC的扫描周期包括上电后初始处理、共同处理、上位链接服务、外设服务、运算处理、I/O刷新
在了解了程序结构和编程方法的基础上,就要实际地编写 PLC 程序了。编写 PLC 程序和编写其他计算机程序一样,都需要经历如下过程。
1) 对系统任务分块
分块的目的就是把一个复杂的工程,分解成多个比较简单的小任务。这样就把一个复杂的大问题化为多个简单的小问题。这样可便于编制程序。
2) 编制控制系统的逻辑关系图
从逻辑关系图上,可以反应出某一逻辑关系的结果是什么,这一又英国导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准,也可能是以整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动,也反应了输入与输出的关系。
3) 绘制各种电路图
绘制各种电路的目的,是把系统的输入输出所设计的和名称联系起来。这是很关键的一步。在绘制 PLC 的输入电路时,不仅要考虑到信号的连接点是否与命名一致,还要考虑到输入端的电压和电流是否合适,也要考虑到在特殊条件下运行的性与稳定条件等问题。特别要考虑到能否把高压引导到 PLC 的输入端,把高压引入 PLC 输入端,会对 PLC 造成比较大的伤害。在绘制 PLC 的输出电路时,不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致,还要考虑到 PLC 输出模块的带负载能力和耐电压能力。此外,还要考虑到电源的输出功率和性问题。在整个电路的绘制中,还要考虑设计的原则努力提高其稳定性和性。虽然用 PLC 进行控制方便、灵活。但是在电路的设计上仍然需要谨慎、。因此,在绘制电路图时要考虑周全,何处该装按钮,何处该装开关,都要一丝不苟。
4) 编制 PLC 程序并进行模拟调试
在绘制完电路图之后,就可以着手编制 PLC 程序了。当然可以用上述方法编程。在编程时,除了要注意程序要正确、之外,还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验,这样便于查找问题,便于及时修改,不要整个程序完成后一起算总帐。
5) 制作控制台与控制柜
在绘制完电器、编完程序之后,就可以制作控制台和控制柜了。在时间紧张的时候,这项工作也可以和编制程序并列进行。在制作控制台和控制柜的时候要注意选择开关、按钮、继电器等器件的质量,规格满足要求。设备的安装注意、。比如说屏蔽问题、接地问题、高压隔离等问题妥善处理。
6) 现场调试
现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计很难说不经过现场调试就能使用的。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处;只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序发生矛盾之处;只有进行现场调试才能后实地测试和后调整控制电路和控制程序,以适应控制系统的要求。
7) 编写技术文件并现场试运行
经过现场调试以后,控制电路和控制程序基本被确定了,整个系统的硬件和软件基本没有问题了。这时就要整流技术文件,包括整理电路图、 PLC 程序、使用说明及帮助文件。到此工作基本结束。
(1)PLC的工作方式:采用循环扫描方式。在PLC处于运行状态时,从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出,一直循环扫描工作。
注意:
由于PLC是扫描工作过程,在程序执行阶段即使输入发生了变化,输入状态映象寄存器的内容也不会变化,要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。
(2) 工作过程:主要分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。
1) 内部处理阶段:
在此阶段,PLC检查CPU模块的硬件是否正常,复位监视定时器,以及完成一些其它内部工作。
2) 通信服务阶段
在此阶段,PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令,新编程器的显示内容等,当PLC处于停状态时,只进行内容处理和通信操作等内容。
3) 输入处理
输入处理也叫输入采样。在此阶段顺序读入所有输入端子的通断状态,并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新,接着进入程序的执行阶段。
4) 程序执行
根据PLC梯形图程序扫描原则,按先左后右,先上后下的步序,逐句扫描,执行程序。但遇到程序跳转指令,则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。若用户程序涉及到输入输出状态时,PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态,从输出映象寄存器读出对应映象寄存器的当前状态。根据用户程序进行逻辑运算,运算结果再存入有关器件寄存器中。
5) 输出处理
程序执行完毕后,将输出映象寄存器,即元件映象寄存器中的Y寄存器的状态,在输出处理阶段转存到输出锁存器,通过隔离电路,驱动功率放大电路,使输出端子向外界输出控制信号,驱动外部负载。
(3)PLC的运行方式:
1) 运行工作模式
当处于运行工作模式时,PLC要进行从内部处理、通信服务、输入处理、程序处理、输出处理,然后按上述过程循环扫描工作。
在运行模式下,PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能,为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号,用户程序不是只执行一次,而是不断地重复执行,直至PLC停机或切换到STOP工作模式。
注:PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。
2) 停止模式
当处于停止工作模式时,PLC只进行内部处理和通信服务等内容。
适应市场需求,加强信息处理能力.用户希望能通过PLC在软技术上协助改善被控过程的生产性能;需要PLC能与PC机好地融合,以便于在PLC这一级就可加强信息处理能力。为顺应这些要求,CONTEC与三菱电机合作,推出专门装插在小Q系列PLC的机架上的PC机模块。该模块占2个插槽,实际上就是一台可在工厂现场环境正常运行、而且可通过PLC的内部总线与PLC的CPU模块交换数据的PC机。其处理机芯片采用Inbbb的Celeron 400MHz主频,系统内存128MB,Cache 128K。支持外挂显示器(大分辨率1024x768,65,536色,显存2MB)。接口有:USB 1个,可扩至2个;以太网插口RJ45(10BASE-T/100BASE-TX0;串口RS 232C 1个,可扩至2个;并口可扩1个;鼠标、键盘口 PS/2;外挂软盘驱动器口;外挂硬盘驱动器口;以及2个PC卡件(PCMCIA总线)。硬盘模块或固态盘可插装在PLC机架上。该模块可预装bbbbbbs NT 4.0或bbbbbbs 2000。支持的软件有:三菱综合FA软件MELSOFT(包括PLC编程软件:GX;FA数据处理、日常业务处理加速中间件:MX;人机界面画面设计编程软件:GT;运动控制设计编程维护软件:MT;以及过程控制设计编程维护软件:PX)。另外,还支持三菱FA用的通信中间件EZSocket。据悉,目前在日本国内共有包括日本电气、横河等43家企业可提供采用EZSocket的软件产品,供通信、数据采集、SA/监控、/编程、生产管理、图像处理分析/数值解析、信息处理之用。
由于近年来日本的中大型PLC纷纷推出一个机架上可装插多个CPU模块的结构,所以将PC机模块与PLC的CPU模块、过程控制CPU模块或运动控制模块同时插在一个机架上,实际上就是将原来PLC要通过工厂自动化(FA)用PC机与管理计算机通信的三层结构(图1a),改为PLC系统可直接与生产管理用的计算机通信的两层结构(图1b)。这样一来,上报生产实绩,接受管理机的生产指示来得快捷方便。
2.1plc的定义plc称为可编程序控制器,它是按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想,利用不断发展的新技术、新电子器件,逐步形成了具有特色的各种系列产品,是一种数字运算操作的电子计算机。它是将逻辑运算,顺序控制,时序和计数以及算术运算等控制程序,用一串指令的形式存放到存储器中,然后根据存储的控制内容,经过模拟,数字等输入输出部件,对生产设备和生产过程进行控制的装置。
2.2plc的发展历程1969年dec公司按照gm(美国通用汽车公司)的要求研制了世界上台plc并且在gm公司得到成功的应用。此后公司使plc商品化。plc是专门设计出来用于同继电器产品竞争并逐步取代了传统的继电器。plc作为一种工业计算机,经历了以下几个发展的历程。
1969-1972为阶段,是plc的初期阶段,在该阶段的各厂家的plc差别很大、没有统一的硬件和软件标准、功能简单、性强,硬件主要以分离元件为主,体积较大、性能较差、性不高。
1972-为二阶段,在该阶段plc逐步演化为一种的工业计算机,性大大提高,成本大幅度降低,面向过程的梯形图和语句表语言面世,系统逐步向标准化过渡,这些都为plc的普及奠定了基础。
1981-至今,iec正式发表了plc的标准,各厂家的plc都向规范化发展。梯形图、语句表、sfc语言已经成熟,同时还有和编程语言的接口,其存储能力、运算速度、对模拟量的处理功能已经大大加强,现在的大中型plc已经具有以前dcs所“特有”的经典pid算法、斜坡函数、自适应算法、模糊控制等算法。
2.3 plc特点和功能
(1)plc的主要特点。plc的特点是:工作、运行速度快、积木式结构、组合灵活、良好的兼容性、程序编制及生成简单、丰富、网络功能强。
(2)plc的主要功能。plc系统能很好的完成工业实时顺序控制、条件控制、记数控制、步进控制等功能;能够完成模/数(a/d)、数/模(d/a)转换、数据处理、通讯联网、实时监控等功能。
多年的实践表明,plc、,是专为工厂设计的,具有根据工作环境要求加固的元件,实时扫描实践及故障诊断功能,故障排除简便,深得用户偏爱。
plc如此的原因是一个可执行继电器逻辑、顺序功能图、功能块、结构文本、命令目录或其组合的实时或操作系统。若出现故障,其内置装置能保持机械受损,且能保持有序、有预见的顺序。
2.4 plc的发展趋势
有快的逻辑运算和强的逻辑控制、顺序控制能力,在离散控制中有的性,方便简单易学的编程方法,使其在以离散为主的工业自动化领域中有无可争议的地位。
工业计算机控制领域,围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议,已经发生变革,几乎到处都有plc,但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软plc(softplc)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展,安装有softplc组态软件和基于工业pc控制系统的市场份额正在逐步得到增长,这些事实使传统plc供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化,他们面对现实,在传统plc的技术发展与提高方面做出加开放的高姿态。对于控制软件来讲,这是plc控制器的,plc供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件,而且对于工业用户表现得非常积。此外,开放式通信网络技术也得到了突破,其结果是将plc融入加开放的工业控制行业。
(6)过程控制和管理功能。随着plc、dcs和ipc(工业现场控制用计算机)之间的竞争逐步加强,各plc厂家正在逐步将传统dcs所特有的过程控制功能逐步移植到plc中,使其在过程控制领域能够与dcs进行竞争,这方面plc已经了很大的成果。为了满足生产管理的需要,各plc厂家也在其软件开发上增加了管理软件,通过与其plc 的实时通讯采集现场数据
并通过相应的软件完成生产管理所需要的管理功能。