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现代电器控制及PLC应用技术范文

本文ID:LW3583 ¥
目录 前言————————————————————————3 一、基础知识————————————————————3 1、PLC的发展历程———————————————3 2、PLC的应用领域———————————————————3 3、PLC和PC-based技术特点和优势对比—————————4 4、PLC的构成————..

 

目录

前言————————————————————————3

一、基础知识————————————————————3
  
 1、PLC的发展历程———————————————3
   
 2、PLC的应用领域———————————————————3
 
 3、PLC和PC-based技术特点和优势对比—————————4

 4、PLC的构成—————————————————————5

 5、PLC系统的其它设备—————————————————7

二、PLC的通信联网————————————————————7

三、编程语言————————————————————7

四、经验设计法———————————————————8

  1.三个电机顺序起停————————————————8

 2.十字路口交通灯—————————————————10

 

 

 

 


 前言
 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。
基础知识
 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。
2、PLC的应用领域
 顺序控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信网络。
3、PLC和PC-based技术特点和优势对比
 长期以来,PLC始终活跃于工业自动化控制领域的主战场,为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因在于,它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案,适合于当前工业企业对自动化应用的需求。     随着PC及因特网时代的到来,工业PC或PC-based控制器由于可以完全融入到网络时代的信息系统中,具有网络系统的基本特性,即具有高性能、低价格、系统开放、丰富的人才基础等优势,因此PC-based控制器一经出现就具有很强的生命力,发展极为迅猛。有观点说,PC-based控制器将取代传统PLC,当然首先必须解决可靠性及编程问题。近几年来,这些问题已基本得到解决,PC-based控制器从外观到可靠性也都开始可以与PLC相近。在编程方面,由于IEC61131-3编程语言标准的推出和广泛采用,为PC-based控制器的高速发展铺平了道路。这样,PC-based控制器不仅具有PC的优势,也具有传统PLC的优势。它可无缝地融合到网络时代的信息系统中。     在自动控制领域,PLC技术和PC-based技术是当前比较具有代表性的控制技术,两者的技术起源和发展有较大的差异。     PLC(ProgrammableLogicController)产生于上世纪70年代初。最早的PLC是以替换继电器系统的角色出现,其主要实现的功能仅仅是逻辑简单的顺序控制功能。PLC一经出现,就以其高可靠性、小体积和直观的编程模式而显示出强大的生命力,成为自动控制领域的“明星”。     PC-based是一种基于PC技术的控制系统。最早的PC-based控制系统是以工控机为核心,通过扩展带PCI接口的专用板卡组成。PC-based借助于IT技术的发展,在运算、存储、组网和软件开放性方面具有优势。     PLC和PC-based两者在技术特点上存在明显区别。PLC具有体积小、功耗低、抗干扰能力强;具有很高的可靠性,其平均无故障率时间间隔(MTBF)可达50万、甚至100万个小时;具有简单直观的编程模式(如梯形图);具有内部实时时钟。而PC-based具有大运算能力;具有开放标准的系统平台和PCI接口;精美且低成本的显示技术;丰富的组网能力。但系统的可靠性略差,如性能较好的IPC的平均无故障时间间隔约5万小时。此外,PC-based虽然具有很强的CPU,但其多任务操作系统是非实时的,所以程序的循环周期反而没有高性能的PLC快。 PLC更适合于设备控制,而PC-based更多地用于设备运行状态的监视。相对于PC-based而言,PLC具有配置灵活、体积小、适应恶劣环境、抗干扰性强、可靠性高等优点,但在软件功能及系统开放性等方面比PC-based稍差。当然,随着计算机技术和控制技术的不断发展,PLC和PC-based都在吸收对方的优点,以适应更多的应用现场。例如,PLC在包装设备中的应用远远多于PC-based在包装设备中的应用。     随着PC-BASED的工业计算机(简称工业PC,与普通的计算机相比,它具有防尘、防振、抗电磁、耐高低温等优点)的发展,以工业PC、I/O及监控装置、控制网络组成的PC-BASED的自动化系统逐渐成为工业自动化的另一种实现方式。PC-BASED自动化系统源于PC,可完全融入到网络时代的信息系统中,具有高性能、低价格、系统开放、丰富的人才和应用基础等优势。
4、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。
 

(1).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。
(2). 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。
(3). 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)。(4). 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。
5、PLC系统的其它设备
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。
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。
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。
二、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。
编程语言
梯形图(LAD)


 从继电器控制系统原理图的基础上演变而来,左右两条垂直的线称为母线,把左边的假想为“火线”而把右边的想为“零线”。如果有“能量”从左至右流向线圈,则线圈被激励,触点代表逻辑“输入”条件。线圈通常代表逻辑“输出”结果。
语句表(STL)
类似于计算机中的助记符语言,它PLC最基础的编程语言用一个或几个容易记忆的字符来代表PLC的某种操作功能。
顺序功能流程图(SFC)
     图形化的编程方法,即成为功能图。
四、经验设计法
 1.三个电机顺序起停
 (1).控制策略
   当按下启动按钮,I0.0触点接通,Q0.0得电,点击M1启动;隔1分钟,T37的动合触点接通,Q0.1得电,电机M2启动,维持1分钟后,T38的动合触点接通,Q0.2得电,电机M3启动,当停止按钮后,I0.1触点接通,电机按次序停止。
      (2).I/O分配
 两个输入点:启动按钮I0.0,停止按钮I0.1
 三个输出点:电机M1的Q0.1和电机的M3的Q0.2
 (3).功能图
 
 (4).梯形图

现代电器控制及PLC应用技术范文相关范文
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