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云南省電工培訓(xùn):全面認(rèn)識(shí)PLC技術(shù),由淺入深

[日期:2022-01-17]   來(lái)源:云南技能培訓(xùn)網(wǎng)  作者:云南技能培訓(xùn)網(wǎng)   閱讀:1380次

很多的電力作業(yè)人員都知道,PLC相對(duì)于繼電器控制柜要簡(jiǎn)單的多,自動(dòng)化程度非常高,很多的電工師傅都想系統(tǒng)的學(xué)習(xí)PLC,可是很多人都沒(méi)有合適的途徑,甚至工作多年了,還對(duì)PLC不了解,今天我們就重點(diǎn)來(lái)看看PLC的發(fā)展歷程,原理結(jié)構(gòu),硬件和軟件支持等等,來(lái)系統(tǒng)全面的進(jìn)行一個(gè)基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí):

      可編程序控制器(Programmable LogicController)簡(jiǎn)稱(PLC),是在繼電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的,并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心,將自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。

定義:

國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)于1987年頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。在草案中對(duì)可編程控制器定義如下:

“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出,控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體,易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。

PLC的產(chǎn)生

1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)美國(guó)通用汽車(chē)公司(GM)的要求研制成第一臺(tái)可編程序控制器。

產(chǎn)生背景:

1)繼電控制系統(tǒng)的缺點(diǎn):通用性和靈活性差、可靠性低。

繼電器控制系統(tǒng)體積大、耗電多、可靠性低、接線復(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難,對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差,但簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜。

2)1968年,美國(guó)通用汽車(chē)公司(GM公司)為適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)不斷翻新(小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量),提出要用一種新型的控制裝置取代繼電----接觸器控制裝置。

擬訂了十項(xiàng)公開(kāi)招標(biāo)的技術(shù)要求:

①編程方便,可現(xiàn)場(chǎng)修改程序;

②維修方便,采用插件式結(jié)構(gòu);

③可靠性高于繼電器控制裝置;

④體積小于繼電器控制盤(pán);

⑤數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī);

⑥成本可與繼電器控制盤(pán)競(jìng)爭(zhēng);

⑦輸入可為市電;

⑧輸出可為市電,容量要求在2A以上,可直接驅(qū)動(dòng)接觸器等;

⑨擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最少;

⑩用戶存儲(chǔ)器大于4KB。

PLC的發(fā)展

1)70年代初期:

可編程序控制器僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等一些功能。

2)70年代中期:

70年代后隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,微處理技術(shù)應(yīng)用,PLC還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。

3)80年代以后:

隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中,使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng),可靠性提高,功耗、體積減小,成本降低,編程和故障檢測(cè)更加靈活方便,而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖像顯示等功能。

4)近年來(lái)PLC發(fā)展迅速

具備了計(jì)算機(jī)功能的一種通用工業(yè)控制裝置,成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大技術(shù)支柱(PLC技術(shù)、機(jī)器人、CAD/CAM)之一。

PLC的分類(lèi)

(1)按I/O點(diǎn)數(shù)分類(lèi);

I/O點(diǎn)數(shù)在256以下為微型PLC;I/O點(diǎn)九在256~1024為中型PLC;

I/O點(diǎn)數(shù)大于1024為大型PLC;I/O點(diǎn)數(shù)在4000以上為超大型PLC。

以上劃分不包括模擬量I/O點(diǎn)數(shù),且劃分界限不是固定不變的。

(2)按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)

1.整體式PLC:又稱單元式或箱體式。整體式PLC是將電源、CPU、I/O部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。

2.模塊式PLC:將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊,如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu),有的小型PLC也采用這種結(jié)構(gòu)。

整體式

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PLC的優(yōu)點(diǎn)

①可靠性高(平均無(wú)故障時(shí)間3--5萬(wàn)小時(shí))

②編程簡(jiǎn)單

③通用性強(qiáng)

④體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維護(hù)方便PLC的缺點(diǎn)

各公司的PLC編程語(yǔ)言互不兼容。

PLC的主要生產(chǎn)廠家

歐洲:西門(mén)子(Siemens);法國(guó)的TE(Telemecanique)公司

美國(guó):A-B(A1len-Bradly)、GE(General Electric)公司

日本:三菱電機(jī)(Mitsubishi Electric)、歐姆龍(0MRON)、富士(FUJI)、基恩士(KEYENCE)、松下(PANASONIC)

臺(tái)灣:臺(tái)達(dá)(DELTA)

韓國(guó):LG

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中央處理器(CPU)


中央處理單元(CPU)一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成,這些電路都集成在一個(gè)芯片上。

CPU的主要功能:

◆從存儲(chǔ)器中讀取指令

◆執(zhí)行指令

◆順序取指令

◆處理中斷

   

存儲(chǔ)器   

·只讀存儲(chǔ)器ROM:存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序    ·隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM:存儲(chǔ)各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào)試的程序    輸入輸出(I/O)單元    采用光電隔離,實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離,減小了電磁干擾令    

1)輸入接口電路:將按鈕、行程開(kāi)關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào),轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。   

2)輸出接口電路:將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào),以便控制接觸器線圈等電器通斷電;另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離    

3)輸出三種形式:

繼電器--低速大功率

可控硅--高速大功率

晶體管--高速小功率

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輸入接口電路

·開(kāi)關(guān)量輸入接口

>直流輸入單元

>交流輸入單元

>交直流輸入單元

·作用:把現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)變成PLC

內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)

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輸出接口電路

·開(kāi)關(guān)量輸出接口

1)繼電器型

2)晶體管型

3)可控硅型

作用:把PLC內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的開(kāi)關(guān)量信號(hào)

·模擬量輸出接口

作用:將PLC運(yùn)算處理后的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量輸出,以滿足生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)控制信號(hào)的需求

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PLC的軟件系統(tǒng)

1、系統(tǒng)軟件

管理程序

解釋程序

程序塊

2、應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件也叫用戶軟件,是用戶為達(dá)到某種控制目的,采用專(zhuān)用編程語(yǔ)言自住編制的程序.

應(yīng)用軟件常用的編程語(yǔ)言

·梯形圖編程(LD)

采用繼電器電氣工程原理邏輯圖,各種軟元件被表示為觸點(diǎn)和線圈,圖形上各個(gè)觸點(diǎn)和線圈之間的電路連接關(guān)系就是它們的控制邏輯關(guān)系

·指令列表編程(IL)

所有的邏輯和運(yùn)算都使用指令和操作數(shù)的方式輸入

·順序功能圖編程(SFC)

順序功能圖是根據(jù)機(jī)械設(shè)備的流程或者工序,將控制分成了多個(gè)步和步到步之間轉(zhuǎn)換的一種語(yǔ)言。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的順序功能圖由初始步、一般步、步間的轉(zhuǎn)換條件、跳轉(zhuǎn)和重置組成、每一步就是機(jī)械設(shè)備的一個(gè)處理工序,一個(gè)步中可以有內(nèi)置梯形圖,也就是這一步需要完成的處理工序。

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PLC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

十進(jìn)制數(shù)(DEC:DECimalnumber),常用于:

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的設(shè)定值;輔助繼電器(M)、定時(shí)器(T)、計(jì)數(shù)器(C)、狀態(tài)(S)

等軟元件的地址號(hào);應(yīng)用指令的數(shù)值型操作數(shù)及指令動(dòng)作常數(shù)(K)。

十六進(jìn)制數(shù)(HEX:HEXdecimal number)

與十進(jìn)制數(shù)一樣,用于指定應(yīng)用指令的數(shù)值型操作數(shù)及指令動(dòng)作常數(shù)(H)。

二進(jìn)制數(shù)(BIN:BINary number)

PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)類(lèi)型,通過(guò)外設(shè)進(jìn)行監(jiān)視時(shí),各軟元件的數(shù)值自動(dòng)變換為十進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)。

八進(jìn)制數(shù)(0CT:0CTalnumber)——用于輸入繼電器和輸出繼電器的軟元件編號(hào)。

輸入繼電器用X00-X07、X10-X17、X20-X27等八進(jìn)制格式進(jìn)行編號(hào)(三菱PLC);

輸出繼電器用Y00-Y07、Y10-Y17、Y20-Y27等八進(jìn)制格式進(jìn)行編號(hào)(三菱PLC)。

BCD碼(BCD:BINary Code Decima1)——用二進(jìn)制形式表示的十進(jìn)制數(shù),常采用8421BCD碼。常用BCD碼編碼開(kāi)關(guān)將BCD碼數(shù)據(jù)送入PLC;PLC常以BCD碼格式將輸出數(shù)據(jù)送數(shù)碼顯示器顯示。

浮點(diǎn)數(shù)據(jù)(標(biāo)繪值)二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)常用于高精度浮點(diǎn)運(yùn)算;十進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)用于實(shí)施監(jiān)視。

PLC的軟元件介紹

軟元件分類(lèi)

◆輸入繼電器(如三菱PLCX開(kāi)頭)

◆輸出繼電器(如三菱PLCY開(kāi)頭)

◆輔助繼電器(如三菱PLCM開(kāi)頭)

◆狀態(tài)繼電器(如三菱PLCS開(kāi)頭)

◆計(jì)數(shù)器(如三菱PLCC開(kāi)頭)

◆計(jì)時(shí)器(如三菱PLCT開(kāi)頭)

◆數(shù)據(jù)寄存器(如三菱PLCD開(kāi)頭)

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PLC軟元件(邏輯元件)

·輸出繼電器(Y)

>輸出繼電器采用八進(jìn)制編號(hào),有內(nèi)部觸點(diǎn)和外部輸出觸點(diǎn)(繼電器觸點(diǎn)、雙向可控硅、晶體管等輸出元件)之分,由程序驅(qū)動(dòng)。

>在PLC內(nèi)部,外部輸出觸點(diǎn)與輸出端子相連,向外部負(fù)載輸出信號(hào),且一個(gè)輸出繼電器只有一個(gè)常開(kāi)型外部輸出觸點(diǎn)。

>輸出繼電器有無(wú)數(shù)個(gè)內(nèi)部常開(kāi)和常閉觸點(diǎn),編程時(shí)可隨意使用。

·輔助繼電器(M)

>由內(nèi)部軟元件的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng),常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不限,但不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載,采用十進(jìn)制編號(hào)。

>通用輔助繼電器

>掉電保持輔助繼電器

>特殊輔助繼電器

√只能利用其觸點(diǎn)的特殊輔助繼電器

√可驅(qū)動(dòng)線圈的特殊輔助繼電器

>通用輔助繼電器與掉電保持用輔助繼電器的比例,可通過(guò)外設(shè)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

·狀態(tài)繼電器(S)

>狀態(tài)是對(duì)工序步進(jìn)型控制進(jìn)行簡(jiǎn)易編程的內(nèi)部軟元件,采用十進(jìn)制編號(hào)。與步進(jìn)指令STL配合使用;

>狀態(tài)有無(wú)數(shù)個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn),編程時(shí)可隨意使用;

>狀態(tài)不用于步進(jìn)階梯指令時(shí),可作輔助繼電器使用。>狀態(tài)同樣有通用狀態(tài)和掉電保持用狀態(tài),其比例分配可由外設(shè)設(shè)定。

·定時(shí)器(T)

>定時(shí)器實(shí)際是內(nèi)部脈沖計(jì)數(shù)器,可對(duì)內(nèi)部1ms、

10ms和100ms時(shí)鐘脈沖進(jìn)行加計(jì)數(shù),當(dāng)達(dá)到用戶設(shè)定值時(shí),觸點(diǎn)動(dòng)作。

>定時(shí)器可以用用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)的常數(shù)k或日作為設(shè)定值,也可以用數(shù)據(jù)寄存器D的內(nèi)容作為設(shè)定值。

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·數(shù)據(jù)寄存器(D)

>通用數(shù)據(jù)寄存器,只要不寫(xiě)入其它數(shù)據(jù),已寫(xiě)入的數(shù)據(jù)不會(huì)變化。但是PLC狀態(tài)由運(yùn)行一停止時(shí),全部數(shù)據(jù)均清零。

>斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器,只要不改寫(xiě),原有數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

>特殊數(shù)據(jù)寄存器,這些數(shù)據(jù)寄存器供監(jiān)視PLC中各種元件的運(yùn)行方式用。

>文件寄存器。