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PLC簡介


可程序邏輯控制器(PLC,Programmable Logic Controller),乃是一種固態(tài)電子裝置,主要利用輸入/輸出裝置的回授信號及儲存程序,控制機械或程序的操作。在工廠自動化(FA)系統(tǒng)中,PLC因為具備價格便宜、系統(tǒng)穩(wěn)定及環(huán)境適應性佳的特點,故一直為自動化業(yè)界所采用。近幾年來,各PLC制造廠家無不致力于新機種的研發(fā),所以在CPU 處理速度、擴展模塊及通訊的功能上,相較于早期PLC控制器,已有長足的進展。

 

 

在工業(yè)生產(chǎn)過程中,大量的開關量順序控制,它按照邏輯條件進行順序動作,并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制,及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上,這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國通用汽車公司提出取代繼電氣控制裝置的要求,第二年,美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置,首次采用程序化的手段應用于電氣控制,這就是第一代可編程序控制器,稱Programmable Controller(PC)。

 

 

個人計算機(簡稱PC)發(fā)展起來后,為了方便,也為了反映可編程控制器的功能特點,可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC)。

 

 

上世紀80年代至90年代中期是PLC發(fā)展最快的時期,年增長率一直保持為30~40%。在這時期,PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高,PLC逐漸進入過程控制領域,在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。

 

 

PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位,在可預見的將來,是無法取代的。

 


 

 1-1 什么是可程序邏輯控制器
 

  早期的自動控制都是以繼電器并配合計數(shù)器、定時器及傳感器等控制組件以完成順序控制的目的。
 

由于工業(yè)的變革,在生產(chǎn)制造方面,傳統(tǒng)的方法已無法滿足,因此有業(yè)者根據(jù)其需要,訂出以下的規(guī)格,
 

希望有這樣的控制器,能夠改善傳統(tǒng)的控制方式,藉以提高效率,增加產(chǎn)量。
 

  1. 編程簡單方便,可以在現(xiàn)場修改程序。
 

  2. 硬件維護與檢修簡單。
 

  3. 高度可靠性,能適應惡劣的工作環(huán)境。
 

  4. 體積小。
 

  5. 資料之讀取和聯(lián)機容易。
 

  6. 價格具競爭性。
 

  7. 擴展時,原系統(tǒng)只做很少的改變
 

  基于以上之規(guī)格及廣大市場之需求,促使PLC 迅速的發(fā)展。
 

  PLC 能儲存如順序指令、定時器指令、計數(shù)器指令、演算指令、數(shù)據(jù)控制指令以及通訊指令,并藉 以控制工業(yè)的機械裝置及流程。如下圖所示為PLC 在應用方面的概念圖。
 

        
 

  PLC 是以微處理機為基礎,綜合了計算器與自動化技術而開發(fā)的工業(yè)控制裝置,這種控制器按照 IEC 國際標準的定義是可程序邏輯控制器又稱為PC 或PLC。這種裝置,內部儲存預先編寫相應的程序, 待輸入輸出連接完成之后,PLC 運行這個程序,便可自動完成預定的操作,屬于一種程序記憶型的電 子控制裝置,亦可視為一般的繼電器或定時器、計數(shù)器等集合體。
 

  PLC 之操作模式乃藉監(jiān)測按鍵、感應器及開關等等輸入之信號,假如這些輸入的信號被偵測到改變, 控制系統(tǒng)就會透過使用者所已經(jīng)加載的程序作動作,產(chǎn)生相對應的輸出信號。
 

  一般PLC 有以下的功能規(guī)格,使用者可根據(jù)該規(guī)格,評估該PLC 是否符合所需之應用。
 

  1. 輸入點數(shù):該PLC 能處理的信號點數(shù)。
 

  2. 輸出點數(shù):該PLC 能控制的輸出點數(shù)。
 

  3. 定時器數(shù)量:該PLC 內部仿真的定時器數(shù)量。
 

  4. 計數(shù)器數(shù)量:該PLC 內部仿真的計數(shù)器數(shù)量。

  5. PLC 支持指令:該PLC 所能處理及涵蓋的指令范圍。
 

  6. 執(zhí)行速度:PLC 執(zhí)行每個指令的執(zhí)行度,這關系到整個系統(tǒng)的掃描時間 (Scan-time)。
 

  7. 使用者的程序空間:即PLC 程序所占有的******空間。
 

  8. 程序輸入的方式:由專有的書寫器輸入或是由其它方式加載。
 

  9. 系統(tǒng)的擴充性:該PLC 可以再作哪一方面的擴展等等。
 

 

  PLC 有效消除了許多傳統(tǒng)上需要以繼電器為主之系統(tǒng)的線路連接問題,它可以很簡便地根據(jù)生產(chǎn)線 的需要重新規(guī)劃控制線路,給予一個非常經(jīng)濟并且改變制造環(huán)境的彈性空間很大。

 


 

1-2 PLC 可程控器的內部結構:
 

 

PLC的構成
 

從結構上分,PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等,這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架,這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。

 

 


 

  PLC 的基本結構如圖1-1 所示,其各組成部分如下:

 

 

1. 輸入單元

 

  這是各種輸入信號 (動作命令信號及回授的檢測信號) 的輸入接口,為直流輸入類型并采用光耦合隔離,可將外部信號與PLC 內部隔離。
 

 
 

 2. 輸出單元
 

  這是把PLC 處理結果即輸出信號送給控制對象的輸出點。輸出點型式有繼電器輸出及晶體 管輸出二種類型,可將PLC 內部信號與外部負載電源隔離。


開關量:按電壓水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。

 

 

模擬量:按信號類型分,有電流型(4-20mA0-20mA)、電壓型(0-10V0-5V-10-10V)等,按精度分,有12bit14bit16bit等。

除了上述通用IO外,還有特殊IO模塊,如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。

 

 

按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量,I/O模塊可多可少,但其******數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力,即受******的底板或機架槽數(shù)限制。

 

 


 

 3. 中央處理單元 (CPU)
 

  CPU 是PLC 的核心,它由控制器、運算器所組成。它由程序內存中順序取出使用者的程序 指令,并對其譯碼,根據(jù)指令功能,發(fā)出有序的控制信號,從輸入單元或組件區(qū)讀取資料,在 運算器中進行處理,而后把處理結果給輸出單元存入組件區(qū)。不斷循環(huán)掃描整個程序區(qū),實行預定的控制程序。
 

 

CPU是PLC的核心,起神經(jīng)中樞的作用,每套PLC至少有一個CPU,它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù),用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù),并存入規(guī)定的寄存器中,同時,診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后,從用戶程序存貯器中逐條讀取指令,經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號,去指揮有關的控制電路。

 

 

在使用者看來,不必要詳細分析CPU的內部電路,但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作,由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算,在控制器指揮下工作。寄存器參與運算,并存儲運算的中間結果,它也是在控制器指揮下工作。

 

 

CPU速度和內存容量是PLC的重要參數(shù),它們決定著PLC的工作速度,IO數(shù)量及軟件容量等,因此限制著控制規(guī)模。
 

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