PLC的基本概念

PLC的几个流派1969年美国的DEC公司开发了世界第一台PLC。 1971年日本从美国引进PLC技术进行消化，日本公司开发了日本第一台PLC。 从70年代初开始，不到30年，PLC生产就发展成了一个巨大的产业，据不完整的统计，目前世界上生产PLC及其网络的厂家有200多家，生产着约400个品种的PLC产品。 其中在美国注册的工厂超过100家，生产约200个品种的日本有6070家PLC制造商，也生产200种以上的PLC产品。在欧洲注册的也有数十家，生产数十个品种的PLC产品。PLC产品的产量、销售量和用量在所有产业控制装置中居首位，市场需求仍在稳步上升。 进入20世纪90年代以来，全球PLC年销售额达到100亿美元，并保持了15%的年增长势头。 面对200多家PLC厂家、400多个品种的PLC产品，别人目不转睛，眼花缭乱。 这无疑给广大PLC用户选择、开发、使用和学习PLC带来了诸多困难。学习一种PLC，一次可以举出三次，一次可以举出百度吗？简单的逻辑控制是有可能的，随着PLC功能的发展，通百通几乎是不可能的。 熟悉西门子的S5系列PLC的人，知道他采用了结构化编程的方法，尽管他也有很多梯形图和逻辑图等其他的编程语言，只是稍微复杂的问题采用句表，用STEP5语言调用各种功能来实现但是，美国的A-B公司的PLC-5系列的可编程控制器远离西门子的S5系列的PLC，因为A-B的PLC-5完全没有抱怨表，其他的所有程序都必须用梯形图制作，所以A-B的梯形图和西门子的梯形图的形式、功能日本的小型PLC产品具有特征性，在重视梯形图、句子表的同时，还配置了包括功能命令在内的功能强大的命令系统。 用户可以通过日本的小型PLC产品解决相同的应用问题，而欧美产品则多选择中型或大型PLC。 这主要是欧美的小型PLC产品指令系统太弱。随着PLC功能的发展，想学习一件事是明显不可能的，不管是什么样的PLC都想学习吧这样做既不现实也不必要。 沿着PLC的发展历史，世界上200多家PLC厂商，400多种PLC产品按地区划分为三大流派。 一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，另一个流派是日本产品。 同一地区的产品多互相借鉴，互相影响大，技术深厚，面临的主要市场相同，支持要求接近，与同一地区的PLC产品显示出很多相似性。由于美国PLC技术的形成与欧洲PLC技术的形成是在相互隔离的情况下，通过独自的研究开发得到的，因此美国PLC产品与欧洲PLC产品总是显示出明显的差异。 因为日本的PLC技术是从美国引进的，所以日本的产品对美国的产品有一定的继承性。 只有日本把自己的主力产品定位于小型PLC，面临的主要市场在亚洲，他继承了美国的PLC技术，进一步发展。 在小型PLC中，他从蓝色胜过蓝色，日本产品在世界小型PLC市场占有70%的份额。基于将PLC产品分为三个流派的想法，从各个流派中选出许多具有代表性的厂家，结合他们产品在我国的使用量来决定本书内容的采访。 据不完全统计，我国每年引进的PLC产品价值在5500万美元左右，其中美国产品约2000万美元，欧洲产品约2500万美元，日本产品约1000万美元。 欧美产品以中等规模到大规模的PLC为中心，基本上由德国西门子公司和美国A-B公司分秋色。 小型PLC主要是日本产品，其中OMRON公司居首位，松下电工是后发的优秀人才，后有上位之势。按地域划分PLC产品流派的做法不太科学，只有他有一定的使用价值，同一流派的PLC产品显示出很多相似性，不同流派的PLC产品显示出明显的差异，这就介绍了各流派中最具代表性的产品，然后与到达其他品种时相比，一反三PLC的基本概念- PLC的由来可编程控制器(Programmable Controller )是计算机家族的一部分，为工业控制应用而设计制造。 初期的可编程控制器称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller )，简称为PLC，主要用于代替继电器实现逻辑控制。 随着技术的发展，这种装置的功能已大大超出了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置被称为可编程控制器，简称为PC。 但是，为了不与电脑(Personal Computer )的简称混淆，将处理器简称为PLC。1.PLC的由来60年代，汽车生产线的自动控制系统基本上由继电器控制装置构成。 当时的汽车每次改造都直接导致继电器控制装置的重新设计和设置。 随着生产的发展，汽车模型的更新周期越来越短，继电器控制装置始终需要重新设计和安装，非常耗时、费事、费用，阻碍了更新周期的缩短。 为了改变这一现状，美国通用汽车公司于1969年公开招标，要求新的控制装置代替继电器控制装置，提出了十项招标指标1 .编程方便，可在现场修改程序2 .维护方便，采用模块化结构3 .比继电器控制装置可靠性高4 .体积小于继电器控制装置5、数据可以直接送到管理计算机6 .成本可与继电器控制装置竞争7 .输入可以是交流115V8、输出功率为交流115V、2A以上，可直接驱动电磁阀、接触器等9 .在扩张时，如果原系统稍有改变10 .用户程序的存储容量至少可扩展到4K。1969年，美国数字设备公司(DEC )首次开发了PLC，并在美国的通用汽车装配线上试用成功。 该新型工业控制装置具有简单易懂、操作方便、可靠、通用灵活、体积小、寿命长等一系列优点，立即在美国其他产业领域推广应用。 到1971年为止，食品、饮料、冶金、造纸等工业取得了成功。这种新型工业控制装置的出现受到世界其他国家的重视。 1971日本从美国引进了这项新技术，很快开发出了日本第一台PLC。 1973年，西欧国家也开发了最初的PLC。 我国自1974年开始研究。 1977年开始了工业应用。PLC的基本概念- PLC的特点3.PLC的特点PLC的主要特点1 .高可靠性(1)所有I/O接口电路采用光电隔离，将工业现场外部电路与PLC内部电路之间电隔离。(2)在各输入端采用R-C滤波器，其滤波器时间常数一般为1020ms .(3)各模块采用屏蔽措施以防止辐射干扰。(4)采用性能优异的开关电源。(五)严格筛选采用的设备；(6)良好的自诊断功能，在电源、其他软件、硬件发生异常时，CPU立即采取有效措施，防止故障扩大。(7)大型PLC也可以采用由双CPU构成的冗馀系统和由三CPU构成的投票系统，进一步提高可靠性。2 .丰富的I/O接口模块PLC根据交流或直流等工业现场的信号，开关量或模拟量电压或电流脉冲或电位强电或弱电等。 有相应的I/O模块和工业现场设备和设备。 例如，按钮行程开关接近开关传感器及变送器电磁线圈控制阀等直接连接。另外，为了提高操作性，还有一些人与机器对话的接口模块。为了构成产业的本地网络，还有很多通信网络的接口模块。3 .采用模块化结构为了满足各种工业控制需求，除了单元式的小型PLC，大部分PLC都采用模块结构。 PLC的各部件、CPU、电源、I/O等采用模块设计，通过机架和电缆连接各模块，系统的规模和功能可以根据用户的需要进行组合。4 .编程简单易学PLC的编程多采用类似于继电器控制电路的梯形图形式，对于使用者来说，因为不需要计算机的专业知识，所以容易被一般的工程技术人员理解并把握。5、设置简单，易于维护PLC不需要专用的机房，可以在各种工业环境下直接运转。 只需将现场的各种设备连接到对应PLC的I/O侧，即可开始运行。 各模块有运行和故障指示装置，便于用户掌握运行状况，发现故障。由于采用了模块结构，当某个模块发生故障时，用户通过更换模块可以迅速恢复系统。PLC的功能1 .逻辑控制2 .定时控制3 .计数控制4 .步进控制5、PID控制6、数据控制： PLC具有数据处理能力。7 .通信和网络8、其他： PLC有很多特殊的功能模块，适合定位控制模块、CRT模块等各种特殊的控制要求。PLC的基本概念- PLC的基本结构6.PLC的基本构成PLC基本上是工业控制专用计算机，其硬件结构基本上与微机相同1 .中央处理单元(CPU )中央处理单元(CPU )是PLC的控制中枢。 按照PLC系统程序提供的功能，接收并保存从程序箱输入的用户程序和数据。可以检查电源、存储器、I/O以及警戒计时器的状态，诊断用户程序中的语法错误。 PLC开始运行时，首先扫描接收现场的各输入装置的状态和数据，分别存储在I/O映射区域后，从用户程序存储器中读取用户程序一条，经过指令解释，按照指令的规定执行逻辑和算术运算，将结果存储在I/O映射区域和数据寄存器中所有用户程序执行完毕后，最后将I/O映射区域的各输出状态或输出寄存器内的数据传输至相应的输出装置，进行循环运行，直至停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来，在大型PLC中采用双CPU构成冗馀系统，或采用采用三重CPU的投票系统。 这样，即使CPU出现故障，整个系统也能正常工作。2、内存存储系统软件的内存称为系统程序存储器。 存储应用软件的内存称为用户程序内存。PLC中常用的存储器类型(1)RAM (Random Assess Memory )是读/写存储器(randommemory )，其访问速度最快，由锂电池支持。(2) eprom (erassableprogrammablereadonlymemory )是可擦除的只读存储器。 关闭电源后，内存中的所有内容都不会改变。 (可通过紫外线连续照射删除存储内容)。(3) EEPROM (electricaleerassableprogrammablereadonlymemory )是电可擦除的只读存储器。 编程方块可让您轻松地修改储存的内容。PLC存储空间的分配各PLC的CPU的最大地址空间各不相同，但根据PLC的动作原理，其存储空间一般由以下3个区域构成(1)系统程序存储区域(2)系统RAM存储区域(包括I/O映射区域和系统软件等)(3)用户程序存储区域系统程序存储区域：系统程序存储区域包含与计算机的操作系统相当的系统程序。 包括监视程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。 由制造商固定在EPROM上，用户无法直接访问。 与硬件一起决定该PLC的性能。系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映射区和各种软设备，如逻辑线圈数据寄存器计数器索引寄存器累加器。(1)I/O映射区域： PLC工作后，仅在输入采样阶段依次读入各输入状态和数据，在输出更新阶段输出的状态和数据被传送到相应的外围设备。 因此，为了存储I/O的状态和数据，需要一些被称为I/O映射区域的存储单元(RAM )。 一个开关量I/O占据存储器单元的1位，一个模拟I/O占据存储器单元的1字(16位)。 因而，可以认为整个I/O映射区域由开关量I/O映射区域和开关量I/O映射区域这两个部分构成。(2)系统软件存储区域：除了I/O映射之外，在系统RAM存储区域中还包含PLC内部的各种软件(逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器、存储器等)的存储区域。 该存储区域还分为具有停电保持的存储区域和不具有停电保持的存储区域，前者在PLC停电时，由内部的锂电池供电，不会丢失数据的后者的PLC切断电源，数据将被清除。1 )逻辑线圈与开关输出同样，各逻辑线圈占据了系统RAM的存储区域内的位，但是，不能直接驱动外围设备，仅仅是用户在程序中使用，就发挥电气控制线路的继电器这样的作用。 另外，根据PLC提供数量不同的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。2 )数据寄存器与模拟I/O相同，各数据寄存器占用系统RAM存储器区域的1字(16 bits )。 另外，PLC提供数量不同的特殊数据寄存器，具有不同的功能。3 )计时器4 )计数器用户程序存储区域用户程序存储区存储用户创建的用户程序。 存储容量因PLC的种类而异。3 .电源PLC的电源在整个系统中起着重要作用。 没有良好可靠的电源系统就无法正常运作，因此PLC的制造商非常重视电源的设计和制造。 一般交流电压的变动在10%(15% )以内，可以不采取其他措施将PLC直接连接到交流电网。PLC的基本概念- PLC的工作原理7.PLC的动作原理最初开发生产的PLC主要取代了以往由继电器接触器构成的控制装置，但两者的运转方式不同(1)继电器控制装置采用硬逻辑并联运转方式，即，当该继电器的线圈通电或被切断时，该继电器的所有触点(包括常开或常闭触点)在继电器控制线的哪个位置立即同时动作。(2)PLC的CPU采用顺序逻辑扫描的用户程序运行方式，即输出线圈或逻辑线圈接通或断开时，该线圈的所有接点(包括常开或常闭接点)不立即动作，不扫描至该接点则不动作。为了消除因两种运转方式的不同而产生的差异，继电器控制装置的各接点的动作时间一般认为是100ms以上，PLC扫描用户程序的时间一般小于