PLC基础知识简介 点击：158004 | 回复：1080
发表于：2004-08-03 09:23:00
楼主
PLC基础知识简介－－杜学强 Http://www.anodeauto.com Email:xq-du@yeah.net 2004-08-03 在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。为了使各位初学者更方便地了解PLC，本文对PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一简介，以期对各位网友有所帮助。 一、PLC的发展历程 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GM（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）。 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），现在，仍常常将PLC简称PC。 PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 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。 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。 二、PLC的构成 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。 三、CPU的构成 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。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 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。 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。 四、I/O模块 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。 开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下： 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。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 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。 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。 五、电源模块 PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。 六、底板或机架 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 七、PLC系统的其它设备 1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 2、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 3、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。 八、PLC的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。 PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。 对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。 －－杜学强 Http://www.anodeauto.com Email:xq-du@yeah.net 2004-08-03
发表于：2004-08-25 14:06:00
61楼
杜老师您好，经常在论坛拜读您的文章，刚才到您公司网站转了转，你公司和我公司业务很相近。唐山理工学院弯管流量计我了解，今天又了解了您公司很高兴。
杜老师我昨天在变频与工控论坛发了一个帖子，现在再向您请教，谢谢。
问题的提出是现在有一个工程，甲方引进一套日本设备，其中直线电机由软启动器控制，供电电压480V,频率60Hz。由于我国电压频率为50Hz，加之直线电机较多，总功率较大，采用变压器和总变频器模拟日本供电条件（供电电压480V,频率60Hz）性价比很不合理，所以我想采用变频器替换软启动，是否可行？系统的安全性如何？谢谢您。
发表于：2004-08-26 09:10:00
66楼
谢谢杜老师的回复，就这个工程而言，第一直线电机能不能变频控制？我以前一直做PLC DCS和仪表系统，对传动的知识了解的不是很深入。最近我查阅了一些资料直线电机有直线感应电机和直线步进电机，那么这两种直线电机是不是能变频控制？变频和和传动论坛ZNR大虾回复说：“也能使。但效果不理想。”，有些朋友说不好使。
第二、是的，软启动器相当于只具有变频器启动和停止时段的作用，而且本系统不用调速，但是，由于设备在日本时，软启动控制，工频运行，供电频率60Hz,而我国供电频率50Hz，系统又对速度要求很严，解决供电频率问题是这个工程的关键，实际上，原来我想采用变压器和总变频器模拟日本供电条件（供电电压480V,频率60Hz）性价比很不合理，后来我想采用变频器替换软启动，主要起到将频率从50Hz提升到60Hz的作用。不知这种方案能否实现？请杜老师和各位大虾讨论讨论，看还有没有别的好办法?谢谢大家
发表于：2004-08-29 01:16:00
72楼
大家好，我对PLC通讯有这样理解，有不足的地方希望指出共同学习。 串行通讯接口：
RS-232它是一种负逻辑表示状态的，用-5v到-15v表示逻辑状态1，用+5v到+15v表示逻辑状态0，它的最大通信距离15m，最高通讯速度20kbps，它在通讯接法上是只能一对一的通信，它有9针和25针的D型连接器，一般用于ET 200。
RS-422A它对电气的特性做了很大的改进，它是从RS-499中引申来的，采用的是平衡驱动差分接收电路，最大的好处是不用地线，因为它具有共模信息可以互相抵消，（两个输入的信号相同，互为相反的信号）它的最大传输速率12mbps，最大的传输距离12m，传输速度是100kbps，最大的通讯距离是1200m，一台驱动器可连10台接收器，平衡驱动器相当于两个单端驱动器，
记TD------->RD plc
算RD<------TD
机GND------GND
RS-232的信号线连接
RS-485是RS-422的变型，RS-422A是双全工，有两对平衡差分信号线分别用于发送和接收的，RS-485是半双工只有一对平衡差分信号线，不能同时发送和接收通信接口和双绞线可组成串行通信网络，构成分布式系统，系统中最多可有32个站，新的接口器已允许128个站。
以上我写的希望对大家有用，如有不正确的地方希望指出，谢谢大家。
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