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PLC简介(很有价值)
日期:2008-4-4 21:54:32 来源:本站整理  
点击: 作者:未知
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  可程序逻辑控制器(PLC,Programmable Logic Controller),乃是一种固态电子装置,主要利用输入/输出装置的回授信号及储存程序,控制机械或程序的操作。在工厂自动化(FA)系统中,PLC因为具备价格便宜、系统稳定及环境适应性佳的特点,故一直为自动化业界所采用。近几年来,各PLC制造厂家无不致力于新机种的研发,所以在CPU 处理速度、扩展模块及通讯的功能上,相较于早期PLC控制器,已有长足的进展。

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在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国通用汽车公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是第一代可编程序控制器,称Programmable Controller(PC)。

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个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。

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上世纪80年代至90年代中期是PLC发展最快的时期,年增长率一直保持为30~40%。在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

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PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的。

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 1-1 什么是可程序逻辑控制器
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  早期的自动控制都是以继电器并配合计数器、定时器及传感器等控制组件以完成顺序控制的目的。
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由于工业的变革,在生产制造方面,传统的方法已无法满足,因此有业者根据其需要,订出以下的规格,
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希望有这样的控制器,能够改善传统的控制方式,藉以提高效率,增加产量。
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  1. 编程简单方便,可以在现场修改程序。
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  2. 硬件维护与检修简单。
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  3. 高度可靠性,能适应恶劣的工作环境。
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  4. 体积小。
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  5. 资料之读取和联机容易。
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  6. 价格具竞争性。
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  7. 扩展时,原系统只做很少的改变
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  基于以上之规格及广大市场之需求,促使PLC 迅速的发展。
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  PLC 能储存如顺序指令、定时器指令、计数器指令、演算指令、数据控制指令以及通讯指令,并藉 以控制工业的机械装置及流程。如下图所示为PLC 在应用方面的概念图。
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  PLC 是以微处理机为基础,综合了计算器与自动化技术而开发的工业控制装置,这种控制器按照 IEC 国际标准的定义是可程序逻辑控制器又称为PC 或PLC。这种装置,内部储存预先编写相应的程序, 待输入输出连接完成之后,PLC 运行这个程序,便可自动完成预定的操作,属于一种程序记忆型的电 子控制装置,亦可视为一般的继电器或定时器、计数器等集合体。
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  PLC 之操作模式乃藉监测按键、感应器及开关等等输入之信号,假如这些输入的信号被侦测到改变, 控制系统就会透过使用者所已经加载的程序作动作,产生相对应的输出信号。
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  一般PLC 有以下的功能规格,使用者可根据该规格,评估该PLC 是否符合所需之应用。
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  1. 输入点数:该PLC 能处理的信号点数。
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  2. 输出点数:该PLC 能控制的输出点数。
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  3. 定时器数量:该PLC 内部仿真的定时器数量。
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  4. 计数器数量:该PLC 内部仿真的计数器数量。
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  5. PLC 支持指令:该PLC 所能处理及涵盖的指令范围。
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  6. 执行速度:PLC 执行每个指令的执行度,这关系到整个系统的扫描时间 (Scan-time)。
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  7. 使用者的程序空间:即PLC 程序所占有的最大空间。
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  8. 程序输入的方式:由专有的书写器输入或是由其它方式加载。
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  9. 系统的扩充性:该PLC 可以再作哪一方面的扩展等等。
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  PLC 有效消除了许多传统上需要以继电器为主之系统的线路连接问题,它可以很简便地根据生产线 的需要重新规划控制线路,给予一个非常经济并且改变制造环境的弹性空间很大。

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1-2 PLC 可程控器的内部结构:
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PLC的构成

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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则组合配置。

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  PLC 的基本结构如图1-1 所示,其各组成部分如下:
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1. 输入单元

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  这是各种输入信号 (动作命令信号及回授的检测信号) 的输入接口,为直流输入类型并采用光耦合隔离,可将外部信号与PLC 内部隔离。
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 2. 输出单元
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  这是把PLC 处理结果即输出信号送给控制对象的输出点。输出点型式有继电器输出及晶体 管输出二种类型,可将PLC 内部信号与外部负载电源隔离。
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开关量: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。

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模拟量:按信号类型分,有电流型(4-20mA0-20mA)、电压型(0-10V0-5V-10-10V)等,按精度分,有12bit14bit16bit等。

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除了上述通用IO外,还有特殊IO模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

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按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。

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 3. 中央处理单元 (CPU)
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  CPU 是PLC 的核心,它由控制器、运算器所组成。它由程序内存中顺序取出使用者的程序 指令,并对其译码,根据指令功能,发出有序的控制信号,从输入单元或组件区读取资料,在 运算器中进行处理,而后把处理结果给输出单元存入组件区。不断循环扫描整个程序区,实行预定的控制程序。
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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,并存入规定的寄存器中,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。

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在使用者看来,不必要详细分析CPU的内部电路,但对各部分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。寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。

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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。

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