PLC和触摸屏的简介设计

图2.4 系统框图

3.1 PLC的控制单元简介及选择

3.1.1 PLC概述

可编程控制器,英文Programmable Controller,简称PLC,本课题中用PLC作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术,但基于电子计算机。它以微处理器为核心,集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体,它通过运行储存在其内存中的程序,把经输入电路的物理过程得到的输入信息,变换为所要求的输出信息,进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC基本结构见图3.1

PLC基于电子计算机,但并不等同于计算机。普通计算机进行入出信息交换时,大多只考虑信息本身,信息入出的物理过程一般不考虑的。而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性、以及信息的实际使用。特别要考虑怎样适应于工业环境,如便于安装便于门内外感应采集信号,便于维修和抗干扰等问题,入出信息变换及可靠地物理实现,可以说是PLC实现控制的两个基本点。PLC可以通过他的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电器控制装置多得多、强得多。PLC有丰富的指令系统,有各种各样

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的I/O接口、通信接口,有大容量的内存,有可靠的自身监控系统,因而具有以下基本功能:

1逻辑处理功能; 2数据运算功能; 3准确定时功能; 4高速计数功能;

5中断处理(可以实现各种内外中断)功能; 6程序与数据存储功能; 7联网通信功能 ; 8自检测、自诊断功能。 可以说,凡普通小型计算机能实现的功能,PLC几乎都可以做到。像 PLC这样,集丰富功能于一身,是别的电控制器所没有的,更是传统的继电器控制电路所无法比拟的。丰富的功能为PLC 的广泛应用提供了可能,同时,也为自动门行业的远程化、信息化、智能化创造了条件。

PLC与其它典型控制系统的区别:

继电器控制系统虽有较好的抗干扰能力,但使用了大量的机械触点。是设备连线复杂,且触点在开闭时易受电弧的损害,寿命短,系统可靠性差。

a控制逻辑

继电器控制逻辑采用硬件接线逻辑,利用继电器机械触点的串联或并联,及时间继电器等组合成控制逻辑,其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高,一旦系统构成后,想在改变或增加功能都很困难。另外,继电器触点数目有限,每个只有4-8对触点,因此灵活性和扩展性很差,而PLC采用存储器逻辑,其控制逻辑以程序方式储存在内存中,要改变控制逻辑,只需要改变程序即可,因此灵活性和扩展性很好。

b.工作方式

电源接通时,继电器控制线路中各继电器同时处于受控制状态,它属于并行方式。而PLC得控制逻辑中,各内部期间都处于周期性扫描过程中,各种逻辑、数值输出地结果都是按照在程序中的前后顺序计算出来的,它属于串行方式。

PLC有微型计算机的许多特点,但他的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。而PLC则采用不断循环的顺序扫描的工作方式。每次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令开始,按顺序逐条的执行用户程序知道用户程序结束,然后返回第一条指令开始新一轮的扫描。PLC就是这样周而复始的重复上述循环扫描的,这种工作方式是在系统的控制下,顺次扫描各输入点的状态,按用户程序进行运算处理,然后顺序向输出点发出相应的控制信号。

PLC是一种工业控制计算机,所以他的工作原理是建立在计算机的工作原理基础上的,即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。但是CPU是分时操作方式来处理各项任务的,计算机在每一瞬间只能做一件事,所以程序的执行是按程序顺序一次完成相应各电器的动作,便成为时间上的串行。由于运算速度极高,各电器的动作似乎是同时完成的,但实际输入输出的响应是有滞后的。

c.控制速度

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继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制,工作频率低,触点开闭动作一般几十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题;而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制,属于无触点控制,速度极快,一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级,且不会出现抖动。

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。

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。

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,I/O数量及软件容量等,因此限制着控制规模。

工作原理:

PLC有两种工作状态,运行状态(RUN)和停止状态(STOP)。在运行状态中,

PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号,用户程序不是只执行一次,而是反复不断的重复执行,直到PLC停机或者切换停止工作状态。除了执行用户程序外,每次循环过程中,PLC要完成内部处理、通信处理等工作,一次循环可分为5个阶段:

开始→诊断→与编程器通信→读入程序→执行程序→输出结果→开始

PLC这种周而复始的循环工作方式被称为“扫描工作方式” 。在工作状态下,这种工作方式被称为“扫描周期” 。其典型值为1-100ms。

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。

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I/O外,还有特殊I/O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24VDC)。 3.1.2 PLC外部连接

传感器作输入信号,5个操作键分别是自动方式开关、手动方式开关、停机

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