工业PLC控制一:PLC基础知识

1 PLC的发展历程

1.1 PLC的启源

世界上第一台PLC是1969年由美国数字设备公司(DEC)根据美国通用汽车公司(GM)的要求研制成功。

1.2 PLC研发背景

1968年美国通用汽车公司(GM),为了适应汽车型号的不断更新,生产工艺不断变化的需要,实现小批量、多品种生产,希望能有一种新型工业控制器,它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线,以降低成本,缩短周期。

1.3 PLC进化演变

70年代初期:仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能,只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller);

70年代中期:微处理器技术应用到PLC中,使PLC不仅具有逻辑控制功能,还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能;

80年代以后:随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展, 16位和32位微处理器应用于PLC中,使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强,同时可靠性提高,功耗、体积减小,成本降低,编程和故障检测更加灵活方便,而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。

近些年来PLC发展迅速,PLC集三电(电控、电仪、电传)为一体、性能价格比高、高可靠性的特点,已成为自动化工程的核心设备。PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置,其使用量高居首位。PLC已经成为现代工业自动化的三大技术支柱(PLC、机器人、CAD/CAM) 之一。

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2 PLC的架构

可编程逻辑控制器(PLC)通常被定义为包含用于执行控制功能的硬件和软件的微型工业计算机。更具体地说,PLC将用于工业机电过程的自动化,例如工厂装配线上的机械控制,娱乐乘坐装置或食品加工。它们设计用于多种数字和模拟输入和输出,具有扩展的温度范围,抗电噪声,抗振动和抗冲击性。

PLC将包含两大基本部分:中央处理单元(CPU)和输入/输出(I / O)接口系统。

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2.1 PLC 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。

2.2 PLC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)。
6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。

2.3 PLC系统的其他设备

2.3.1 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。也就是我们系统的上位机。

2.3.2 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。

2.4 PLC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的通信现在主要采用通过多点接口(MPI)的数据通讯、PROFIBUS或工业以太网进行联网。

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