PLC技术介绍

学习人数2030
课程类型 基础
课程时长0
综合评分5

更多内容关注‘点点电工科技’微信公众号

简介:

PLC技术介绍

PLC的全称为可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicControllerPLC),它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

1.PLC和电器控制系统相比,不同之处:

1)控制方法不同

电器控制系统控制逻辑采用硬件接线,利用继电器机械触头的串联或并联等组合成控制逻辑,其连线多且复杂、体积大、功耗大,电路构成后,想再改变或扩展功能比较困难。另外,继电器的触头数量有限,所以电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了计算机技术,要改变控制逻辑只需改变程序,因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小,而且继电器的触点数量是无限的,根据生产工艺的改变而改变。

2)控制速度快、无抖动

电器控制系统依靠机械触头的动作以实现控制,工作频率低,机械触头还会出现抖动问题。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的,速度快,程序指令执行时间在µs级,且不会出现触点抖动问题。

3)定时准确和计数功能

电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制,延时时间易受温度变化的影响,定时精度低,一般无计数功能;而PLC采用电子集成电路作定时器,时钟脉冲由晶体振荡器产生,定时准确、范围宽,用户可根据需要在程序中设定定时值,修改方便,不受温度变化的影响,且PLC有计数功能。

4)可靠性高、可维护性好

由于电器控制系统使用了大量的机械触头,在运行中存在机械磨损、电弧烧伤等,寿命短,系统的连线多,所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的电子电路来完成,其寿命长、可靠性高,除此之外,PLC还具有自诊断功能,能查出自身的故障,随时显示给操作人员,并能动态地监视控制程序的执行情况,为现场调试和维护提供了方便。

2.PLC的功能

(1)顺序逻辑控制功能。“与”、“或”、“非”等逻辑控制或称位处理,替代继电器进行开关控制,完成触点的串联、并联连接,是PLC最基本的功能。PLC中逻辑位的状态可以无限次地使用,使逻辑关系的修改、变更十分方便。

(2)定时/计数控制功能。PLC提供若干定时器与计数器。定时器替代继电器线路中的时间继电器,设定值(定时时间)可编程设定、修改。计数器计数到编程设定、修改的设定值时产生状态变化,以完成对某个工作过程的计数控制。对高频率信号计数时,可选择高速计数器。

(3)步进控制功能。步进电动机输出的角位移或直线位移与输入脉冲数成正比,转速n或线速度v与脉冲频率成正比,通常作为定位控制和定速控制的参数,广泛应用于数控机床、打印机等控制系统中。控制步进脉冲的个数,可以对电动机精确定位;控制步进脉冲信号的频率,可以对电动机精确调速。

(4)运动控制功能。运动控制是指对直线或圆周运动的控制,也称为位置控制。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,包括脉冲输出功能、模拟量输出等,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等的控制场合。

(5)过程控制功能。过程控制是指在工业生产过程中对温度、压力、流量、液位等连续变化的物理量(即模拟量)的闭环控制。目前,PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及编制各种各样的控制算法程序,来处理模拟量,完成闭环控制。简单而优秀的PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法,如PID模块、PID子程序在冶金、化工、热处理、锅炉等过程控制场合有非常广泛的应用。

(6)数据处理功能。现代PLC具有数学运算(含矩阵、函数、逻辑运算)、数据传送、移位、数制转换、排序、查表、位操作、编码和译码等功能,可以完成数据的采集、分析及处理工作。数据处理一般用于大型过程控制系统,如无人柔性制造系统。

(7)通信联网功能。PLC具有通信联网的功能,使PLC间、PLC与计算机及其他智能设备间能够交换信息,形成一个统一整体,实现分散集中控制。随着计算机控制技术的发展,工厂自动化网络飞速发展。

(8)其他功能。PLC设置了较强的监控功能,为调试和维护提供极大的方便。PLC还有一个停电记忆功能。

3.PLC结构

plc基本结构基本相同,主要有CPU,电源,储存器和输入输出接口电路等组成。中央处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。

PLC结构图

中央处理器(CPU)

CPU作为整个PLC的核心,起着总指挥的作用。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU的功能有以下一些:从存储器中读取指令,执行指令,取下一条指令,处理中断。

储存器

存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。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;存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序,生成用户数据区,存放在RAM中的用户程序可方便地修改。RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器,可用锂电池做备用电源。掉电时,可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。

输入输出接口单元

PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU;PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号,以便控制接触器线圈等电器的通、断电。PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术,可以有效地保护内部电路。

输入接口电路

PLC的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路的延迟时间比较短,可以直接与接近开关,光电开关等电子输入装置连接;交流输入电路适用于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。交流输入电路和直流输入电路类似,外接的输入电源改为220V交流电源。

输出接口电路

输出接口电路通常有3种类型:继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。

继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型的输出电路类似,只是晶体管或晶闸管代替继电器来控制外部负载。

扩展接口和通信接口

PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和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;通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连,从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。

电源

PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源,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直流电源,使PLC能正常工作。

4.工作原理

PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运 行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束。然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。  PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。  PLC在输入采样阶段:首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入,并将其写入各对应的输入状态寄存器中,即刷新输入。随即关闭输入端口,进入程序执行阶段。  PLC在程序执行阶段:按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算和处理后,其结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。  输出刷新阶段:当所有指令执行完毕,输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中,并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶闸管)输出,驱动相应输出设备工作。