PLC控制运料小车的设计Word文档下载推荐.docx
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第1章 可编程控制器(PLC)概况
1.1PLC的定义
国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee-IEC),1987年的第三版对PLC作了如下的定义:
PLC是一种专门为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、计算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。
可编程控制器实际上是一种工业控制计算机,它的硬件结构与一般微机控制系统相似,甚至与之无异。
可编程序控制器主要由CPU(中央处理单元)存储器(RAM和EPROM),输入/输出模块(简称为I/O模块)、编程器和电源五大部分组成。
近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。
它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。
1.2PLC的发展
1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求,并公开招标提出十项标准:
(1)编程方便,现场可修改程序;
(2)维修方便,采用模块化结构;
(3)可靠性高于继电器控制装置;
(4)体积小于继电器控制装置;
(5)数据可直接送入管理计算机;
(6)成本可与继电器控制装置竞争;
(7)输入可以是交流115V;
(8)输出为交流115V,2A以上,能直接驱动电磁阀,接触器等;
(9)在扩展时,原系统只要很小变更;
(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4K。
1969年,美国数字公司(DEC)研制出了第一台可编程序控制器,满足了GM公司装配线的要求。
这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长,很快在美国其它工业领域推广使用。
随着集成电路技术和计算机技术的发展,现在已有了第五代PLC产品。
1.3PLC的特点
PLC之所以越来越受到控制界人士的重视,是和它的优点分不开的:
1)功能齐全,它的适用性极强,几乎所有的控制要求,它均能满足;
2)应用灵活,其标准的积木式硬件结构,以及模块化的软件设计,使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求,而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合;
3)操作方便,维修容易,稳定可靠。
尽管PLC有各种型号,但都可以适应恶劣的工业应用环境,耐热、防潮、抗震等性能也很好,一般平均无故障率可达几万小时。
1.4PLC的基本组成及各部分作用
PLC是一种通用的工业控制装置,其组成与一般的微机系统基本相同。
按结构形式的不同,PLC可分为整体式和组合式两类。
整体式PLC是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体,构成主机。
另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。
主机中,CPU是PLC的核心,1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路,通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。
组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块,各模块插在底板上,模块之间通过底板上的总线相互联系。
装有CPU单元的底板称为CPU底板,其它称为扩展底板。
CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接,距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC,都可以根据需要进行配置与组合。
1、中央处理单元(CPU):
CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢,它是PLC的运算、控制中心。
它按照系统程序所赋予的功能,完成以下任务:
(1)接收并存储从编程器输入的用户程序和数据;
(2)诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误;
(3)用扫描的方式接收输入信号,送入PLC的数据寄存器保存起来;
(4)PLC进入运行状态后,根据存放的先后顺序逐条读取用户程序,进行解释和执行,完成用户程序中规定的各种操作;
(5)将用户程序的执行结果送至输出端。
现代PLC使用的CPU主要有以下几种:
(1)通用微处理器,如8080,8088,Z80A,8085等。
通用微处理器的价格便宜,通用性强,还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。
(2)单片机,如8051等。
单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好,很适合在小型PLC上使用,也广泛地用于PLC的智能UO模块。
(3)位片式微处理器,如AMD2900系列等。
位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。
它主要追求运算速度快,它以4位为一片。
用几个位片级联,可以组成任意字长的微处理器。
改变微程序存储器的内容,可以改变计算机的指令系统。
位片式结构可以使用多个微处理器,将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分,几个微处理器同时进行处理。
这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合,很适合于以顺序扫描方式工作的PLC使用。
2、存储器
根据存储器在系统中的作用,可以把它们分为以下3种:
(1)系统程序存储器:
和各种计算机一样,PLC也有其固定的监控程序、解释程序,它们决定了PLC的功能,称为系统程序,系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。
系统程序是不能由用户更改的,故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM.
(2)用户程序存储器:
用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序,用户程序存放在用户程序存储器中。
由于用户程序需要经常改动、调试,故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。
由于RAM掉电会丢失数据,因此使用RAM作用户程序存储器的PLC,都有后备电池(铿电池)保护RAM,以免电源掉电时,丢失用户程序。
当用户程序调试修改完毕,不希望被随意改动时,可将用户程序写入EPROM.目前较先进的PLC(如欧姆龙公司的CPMIA型PLC)采用快闪存储器作用户程序存储器,快闪存储器可随时读写,掉电时数据不会丢失,不需用后备电池保护。
(3)工作数据存储器:
工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。
这部分数据存储在RAM中,以适应随机存取的要求。
在PLC的工作数据存储区,开辟有元件映象寄存器和数据表。
元件映象寄存器用来存储PLC的开关量输入/输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态。
数据表用来存放各种数据,它的标准格式是每一个数据占一个字。
它存储用户程序执行时的某些可变参数值,如定时器和计数器的当前值和设定值。
它还用来存放A/0转换得到的数字和数学运算的结果等。
根据需要,部分数据在停电时用后备电池维持其当前值,在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。
3、1/0单元
I/0单元也称为I/0模块。
PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系。
输入单元接收用户设备的各种控制信号,如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。
通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能
够识别和处理的信号,并存到输入映像寄存器。
运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理,将处理结果放到输出映像寄存器。
输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成,输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出,以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件.
4、电源部分
PLC一般使用220V的交流电源,内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V,+12V,+24V的直流电源,使PLC能正常工作。
电源部件的位置形式可有多种,对于整体式结构的CPU,通常电源封装到机壳内部;
对于模块式PLC,有的采用单独电源模块,有的将电源与CPU封装到一个模块中。
5、扩展接口
扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。
6、通信接口
为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话,PLC配有多种通信接口。
PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。
当PLC与打印机相连时,可将过程信息、系统参数等输出打印;
当与监视器相连时.可将过程图像显示出来;
当与其他PLC相连时,可以组成多机系统或连成网路,实现更大规模的控制;
当与计算机相连时,可以组成多级控制系统,实现控制与管理相结合的综合性控制。
7、编程器
编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。
编程器有简易型和智能型两类。
简易型的编程器只能联机编程,且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后,才能输入。
它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。
智能型的编程器又称为图形编程器,它可以联机编程,也可以脱机编程,具有LCD或CRL图形显示功能,可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。
还可以利用PC作为编程器,PLC生产厂家配有相应的编程软件,使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序,并可以实现不同编程语言的互相转换。
程序被下载到PLC,也可以将PLC中的程序上传到计算机。
程序可以存盘或打印,通过网络,还可以实现远程编程和传送。
现在很多PLC已不再提供编程器,而是提供微机编程软件了,并且配有相应的通信连接电缆。
1.5PLC的应用领域
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,更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。
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、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况主要分为如下几类:
(1)开关量逻辑控制
取代传统的继电器控制电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于控制单台设备,也可用于多机群控及自动化流水线。
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
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