În primul rând, definiția și clasificarea PLC
PLC se bazează pe microprocesoare, o combinație de tehnologie computerizată, tehnologie de control automat și tehnologie de comunicații, cu programare „limbaj natural” orientată către utilizator, adaptată la medii industriale, simple și ușor de înțeles, ușor de operat, fiabilitate ridicată a unei noi generații de dispozitive generale de control industrial.
PLC este un dispozitiv de control automat bazat pe microprocesor dezvoltat pe baza controlului secvenței releului.
1 Definiția PLC
Programabil Logic Controller este un sistem electronic de operare algoritmică digitală proiectat pentru aplicare în medii industriale.
Utilizează o memorie programabilă pentru stocarea instrucțiunilor în cadrul acesteia pentru a efectua operații precum operațiuni logice, controlul secvenței, sincronizarea, numărarea și operațiunile aritmetice și pentru a controla diverse tipuri de utilaje sau procese de producție prin intrări și ieșiri digitale și analogice.
Controlerul programabil și perifericele sale aferente ar trebui să fie ușor de format un întreg cu sistemul de control industrial, ușor să -și extindă funcția de principiul proiectării.
2 Clasificare PLC
Varietatea de produse PLC, specificațiile și performanțele sale sunt diferite. Pentru PLC, de obicei bazat pe diferitele sale forme structurale, diferențele funcționale și numărul de puncte I / O, etc. pentru clasificare generală.
2.1 Clasificare după formă structurală
Conform formei structurale a PLC, PLC -urile pot fi clasificate în două tipuri: integral și modular.
(1) PLC -uri integrale
PLC integral este sursa de alimentare, CPU, I/O, iar alte componente sunt montate central într -un șasiu, cu o structură compactă, cu dimensiuni mici, preț scăzut. PLC mic folosește, în general, această structură integrală.
PLC integral de diferite puncte de I / O ale unității de bază (cunoscute și sub numele de gazdă), iar unitatea de expansiune constă dintr -o unitate de bază a CPU, interfața I / O și unitatea de expansiune I / O conectată la portul de expansiune și la programatorul sau scriitorul EPROM conectat la interfață, etc .; Unitatea de expansiune doar I / O și sursa de alimentare etc., și nu există un procesor.
Între unitatea de bază și unitatea de expansiune este în general conectată cu un cablu plat. PLC integral poate fi, de asemenea, echipat cu unități de funcții speciale, cum ar fi unități analogice, unități de control al poziției etc., astfel încât funcțiile sale să poată fi extinse.
(2) PLC -uri modulare
PLC modular va fi componentele PLC sunt făcute într -o serie de module separate, cum ar fi module CPU, module I / O, module de alimentare (unele conținute în modulul CPU) și o varietate de module funcționale. PLC modular este format dintr -un cadru sau un substrat și diverse module, care sunt montate pe soclurile cadrului sau substratului, așa cum se arată în figură.
Acest PLC modular se caracterizează prin configurație flexibilă, în funcție de necesitatea de a selecta o dimensiune diferită a sistemului și ușor de asamblat, ușor de extins și întreținut. PLC-urile mari și mijlocii folosesc, în general, o structură modulară.
Există, de asemenea, PLC care combină caracteristicile tipurilor monolitice și modulare pentru a forma așa-numitele PLC-uri stivuite.
CPU PLC stivuit, sursă de alimentare, interfețe I / O, etc. sunt, de asemenea, module independente, dar sunt conectate prin cablu, iar modulele pot fi stivuite strat prin strat. În acest fel, nu numai că sistemul poate fi configurat flexibil, dar poate fi făcut compact.
2.2 Clasificare după funcție
Conform diferitelor funcții ale PLC, PLC poate fi împărțit în trei categorii: de grad scăzut, de calitate medie și de înaltă calitate.
(1) PLC de grad scăzut
PLC de grad scăzut, cu operații logice, sincronizare, numărare, schimbare și autodiagnostic, monitorizare și alte funcții de bază, dar și o cantitate mică de intrare/ieșire analogică, operații aritmetice, transfer de date și funcții de comparație și comunicare, în principal pentru controlul logic, controlul secvenței sau o cantitate mică de control analogic al sistemului de control de stand -lone.
(2) PLC de gamă medie
PLC de gamă medie, pe lângă funcțiile PLC de grad scăzut, dar are și o intrare / ieșire analogică puternică, operații aritmetice, transfer de date și comparație, conversie digitală, I / O la distanță, subrutine și rețele de comunicare și alte funcții; Unele pot fi, de asemenea, adăugate pentru a întrerupe controlul, controlul PID și alte funcții, adecvate pentru sisteme de control complexe.
(3) PLC de înaltă calitate
PLC de înaltă calitate, în plus față de funcțiile PLC de gamă medie, dar a crescut și semnul operațiunilor aritmetice, operațiunilor matriceale, operațiunilor logice de biți, operațiunilor rădăcinii pătrate și alte funcții speciale, cum ar fi aritmetică, tabelare și funcții de transfer de formă.
PLC de înaltă calitate are funcții de comunicare și rețea mai puternice, care pot fi utilizate pentru controlul proceselor pe scară largă sau pentru sistemul de control al rețelei distribuite, realizând astfel automatizarea fabricii.
2.3 Clasificare în funcție de numărul de puncte I/O
Conform numărului de puncte I / O PLC, PLC poate fi împărțit în trei categorii mici, medii și mari.
(1) PLC -uri mici
PLC -urile mici au mai puțin de 256 puncte I/O, un singur procesor și un bit 8- sau 16- bit procesor și o capacitate de memorie a utilizatorului de 4KB sau mai puțin.
(2) PLC-uri de dimensiuni medii
PLC-urile de dimensiuni medii au 256 până la 2048 puncte I/O, procesoare duale și 2 până la 8 kb de memorie utilizator.
(3) PLC -uri mari
PLC-uri de dimensiuni mari au mai mult de 2048 puncte I/O, mai multe procesoare și 16- bit sau 32- bit procesoare și o capacitate de memorie a utilizatorului de 8 până la 16 kb.
În lume, produsele PLC pot fi împărțite geografic în trei școli majore, o școală de produse americane, o școală de produse europene, o școală de produse japoneze.
Tehnologia PLC din Statele Unite și Europa este cercetată și dezvoltată independent în mod izolat unul de celălalt, astfel încât există o diferență clară între produsele PLC din Statele Unite și Europa.
În timp ce tehnologia PLC a Japoniei a fost introdusă de Statele Unite, produsele PLC din Statele Unite ale Americii au o anumită moștenire, dar principalele produse ale Japoniei sunt poziționate în micul PLC. Statele Unite și Europa sunt cunoscute pentru PLC-uri mari și mijlocii, în timp ce Japonia este cunoscută pentru PLC-urile mici.
În al doilea rând, funcțiile și zonele de aplicare ale PLC
PLC este o sinteză a avantajelor controlului contactorului releului și a flexibilității computerului, a comodității și a avantajelor proiectării și fabricării și dezvoltării, ceea ce face ca PLC să aibă multe alte controlere nu pot fi comparate cu caracteristicile.
1 funcție PLC
PLC este un microprocesor ca nucleu, o combinație de tehnologie computerizată, tehnologie de control automat și tehnologie de comunicare a dezvoltat un dispozitiv de control automat industrial general, cu fiabilitate ridicată, dimensiuni mici, funcționalitate puternică, programare simplă, întreținere flexibilă și universală și ușoară și o serie de avantaje și, prin urmare Dintre cei trei piloni (PLC, robotică și CAD/CAM) de control industrial modern. Conform caracteristicilor PLC, forma sa funcțională poate fi rezumată în următoarele tipuri.
(1) Controlul logicii de comutare
PLC are o capacitate puternică de operare logică și poate realiza o varietate de control logic simplu și complex. Aceasta este cea mai de bază și răspândită zonă de aplicație a PLC, care înlocuiește controlul tradițional al contactorului releului.
(2) Control analogic
PLC este echipat cu A/D și D/A Modul de conversie, modulul A/D poate fi locul temperaturii, presiunii, debitului, vitezei și al altei conversii analogice în cantități digitale, iar apoi prin procesarea microprocesorului PLC (procesarea microprocesorului poate fi doar cantități digitale), apoi controlul; sau prin modulul D / A convertit în cantități digitale, apoi controlează; sau prin modulul D / A convertit în cantități digitale.
Sau convertit de modulul D / A în analog, apoi controlați obiectul controlat, astfel încât PLC să poată fi realizat pe controlul analogic.
(3) Controlul procesului
PLC modern de dimensiuni mari și medii sunt în general echipate cu un modul de control PID, poate fi controlul procesului cu buclă închisă. Când o abatere a unei variabile în procesul de control, PLC poate calcula ieșirea corectă în funcție de algoritmul PID, apoi poate controla și regla procesul de producție pentru a menține variabila la valoarea setată. În prezent, multe PLC mici au, de asemenea, funcție de control PID.
(4) controlul de calendar și numărare
PLC are o funcție puternică de timp și numărare, poate oferi utilizatorilor zeci sau chiar sute, mii de cronometre și contoare.
Timpul său de sincronizare și valoarea de numărare pot fi setate în mod arbitrar de către utilizator atunci când scrie programe de utilizator și poate fi setat și de operatorul în câmpul industrial prin intermediul programatorului, realizând astfel controlul calendarului și numărării. Dacă utilizatorii trebuie să numere semnale cu o frecvență mai mare, pot alege modulul de numărare de mare viteză.
(5) Controlul secvenței
În controlul industrial, programarea sau programarea instrucțiunilor PLC Step cu registre de schimb poate fi utilizată pentru a realiza controlul secvenței.
(6) Prelucrarea datelor
Modern PLC nu este capabil doar de operații aritmetice, transfer de date, sortare și căutare a tabelului, ci și capabilă de compararea datelor, conversia datelor, comunicarea datelor, afișarea datelor și imprimarea, etc. Are o capacitate puternică de prelucrare a datelor.
(7) Comunicare și rețea
Cea mai mare parte a PLC -ului modern adoptă tehnologia de comunicare și rețea, cu interfață RS -232 sau RS -485 pentru controlul I/O la distanță.
Mai multe PLC -uri pot fi în rețea și comunicate între ele, iar schimburile de programe și date pot fi realizate între dispozitivele externe și unitățile de procesare a semnalului unuia sau mai multor controlere programabile, cum ar fi transferul de programe, transferul de fișiere de date, monitorizarea și diagnosticarea. Interfață de comunicare sau procesor de comunicare în conformitate cu interfața hardware standard sau protocolul de comunicare proprie pentru a completa programul și transferul de date.
2 Zonele de aplicare ale PLC
În prezent, PLC a fost utilizat pe scară largă la domiciliu și în străinătate în diverse industrii, cum ar fi fier și oțel, petrol, chimică, energie electrică, materiale de construcție, fabricare de mașini, automobile, textile, transport, protecție asupra mediului și cultură și divertisment, etc.
(1) Controlul logicii de comutare
Acesta este cel mai de bază PLC, dar și cele mai extinse zone de aplicare, înlocuiește circuitul de releu tradițional pentru a obține controlul logic, controlul secvenței; atât pentru controlul echipamentului unic.
Poate fi utilizat pentru controlul echipamentelor unice, dar și pentru linii de control și automatizare a grupului multi-machine, cum ar fi mașini de turnare prin injecție, mașini de imprimare, utilaje de capsing, mașini-unelte combinate, mașini de măcinare, linii de ambalare și linii de placare.
(2) Control analogic
În procesul de producție industrială, există multe cantități în schimbare continuă, cum ar fi temperatura, presiunea, debitul, nivelul și viteza sunt analogice. Pentru a face PLC să se ocupe de cantități analogice, trebuie să realizeze cantitățile analogice și digitale între conversia A / D și conversia D / A. Producătorii PLC produc un modul de conversie A / D și D / A, astfel încât PLC pentru control analogic.
(3) Controlul mișcării
PLC poate fi utilizat pentru mișcare circulară sau control liniar al mișcării. Din configurația mecanismului de control, direct timpuriu pentru comutarea modulului I / O conectat la senzorul de poziție și la actuator, iar acum utilizați, în general, un modul dedicat de control al mișcării care poate conduce motoare pas cu pas sau servo cu motoare sau un modul de control al poziției cu mai multe axe.
Produsele principalilor producători de PLC din lume au aproape toate funcții de control al mișcării, utilizate pe scară largă într -o varietate de utilaje, mașini -unelte, roboți, ascensoare și alte ocazii.
(4) Controlul procesului
Controlul procesului se referă la controlul cu buclă închisă a temperaturii, presiunii, debitului și a altor cantități analogice, în metalurgie, industria chimică, tratamentul termic, controlul cazanului și alte ocazii au o gamă foarte largă de aplicații. Ca computer de control industrial, PLC poate programa o varietate de algoritmi de control pentru a finaliza controlul cu buclă închisă.
Reglarea PID este utilizată în general în sistemul de control cu buclă închisă mai mult reglementarea, PLC de dimensiuni mari și medii au modul PID, multe PLC mici au, de asemenea, acest modul funcțional. Procesarea PID este în general rulată o subrutină PID specială.
(5) Prelucrarea datelor
PLC modern cu operații matematice (inclusiv operații matriceale, operații funcționale, operații logice), transfer de date, conversie a datelor, sortare, operațiuni de tabel și biți etc., poate completa achiziția, analiza și procesarea datelor. Aceste date pot fi stocate în memorie cu comparația valorii de referință, apoi pot completa anumite operații de control; Poate utiliza, de asemenea, funcția de comunicare la alte dispozitive inteligente sau le poate imprima fila.
Prelucrarea datelor este utilizată în general pentru sisteme de control pe scară largă, cum ar fi sistemul de fabricație flexibil fără pilot; Poate fi, de asemenea, utilizat pentru sisteme de control al proceselor, cum ar fi hârtie, metalurgie, industria alimentară, unele sisteme de control pe scară largă.
(6) Comunicare și rețea
Comunicarea PLC conține comunicare PLC și comunicare între PLC și alte dispozitive inteligente. Odată cu dezvoltarea controlului computerului, dezvoltarea rețelei de automatizare din fabrică este foarte rapidă, producătorii de PLC acordă o importanță deosebită funcției de comunicare a PLC, au introdus propriul sistem de rețea. PLC -urile nou produse au interfețe de comunicare, comunicarea este foarte convenabilă.
În al treilea rând, structura de bază și principiul de lucru al PLC
Ca computer de control industrial, PLC și calculatoarele obișnuite au o structură similară; Dar datorită utilizării diferitelor ocazii și scopuri, există unele diferențe în structură.
1 compoziție hardware PLC
Mainframe -ul unui PLC este format dintr -un procesor, memorie (EPROM, RAM), unități de intrare/ieșire, interfețe I/O periferice, interfețe de comunicare și alimentare de energie. Pentru PLC -uri integrale, aceste componente sunt toate în aceeași carcasă.
Pentru PLC -uri modulare, pe de altă parte, fiecare parte este încapsulată în mod independent și numită modul, iar modulele sunt conectate între ele prin rafturi și cabluri.
Fiecare parte din gazdă este conectată prin autobuzul electric, autobuzul de control, autobuzul de adrese și autobuzul de date, în funcție de obiectul de control real trebuie să fie echipat cu anumite echipamente externe, constituind un sistem de control PLC diferit.
Dispozitivele externe utilizate în mod obișnuit sunt programatori, imprimante, scriitori EPROM, etc. PLC poate fi configurat pentru a comunica cu computerul gazdă și cu alt modul de comunicare PLC, constituind un sistem de control distribuit PLC.
Următoarea este o descriere a fiecărei componente a PLC și a rolului său, astfel încât utilizatorii să poată înțelege în continuare principiul de control și procesul de lucru al PLC.
(1) Procesor
CPU este centrul de control al PLC, PLC sub controlul procesorului pentru a coordona lucrarea într -o manieră ordonată, astfel încât să se obțină controlul diferitelor dispozitive de pe scenă. CPU este format din microprocesoare și controlere, care pot realiza logica și operațiunile matematice și pentru a coordona sistemul de control în cadrul lucrărilor diferitelor părți ale sistemului.
Rolul controlerului este de a controla întregul component al microprocesorului pentru a funcționa într -un mod organizat, funcția sa de bază este de a citi instrucțiunile din memorie și de a executa instrucțiuni.
(2) memorie
PLC este echipat cu două tipuri de memorie, și anume, memoria sistemului și memoria utilizatorului. Memoria de sistem este utilizată pentru a stoca programul de gestionare a sistemului, utilizatorul nu poate accesa și modifica conținutul acestei părți a memoriei.
Memoria utilizatorului este utilizată pentru a stoca programul de aplicații programate și starea de date de lucru. Partea din memoria utilizatorului care stochează starea de date de lucru se numește și zona de stocare a datelor, care include zona de imagine de date de intrare/ieșire, zona de date pentru numărul de presetare a cronometrului/contorului și valoarea curentă și zona tampon pentru stocarea rezultatelor intermediare.
Memoria PLC include în principal următoarele.
(1) Memorie numai pentru citire
(2) memorie programabilă numai pentru citire
(3) Memorie de citire exclusivă programabilă ștersă
(4) Memorie de citire exclusivă programabilă cu șters electric
(5) Memorie de acces aleatoriu
(3) Module de intrare/ieșire (I/O)
① Modul de intrare de comandă
Dispozitivele de intrare de comutare sunt diverse întrerupătoare, butoane, senzori, etc. Tipurile de intrare de PLC pot fi de obicei DC, AC și AC/DC. Sursa de alimentare pentru circuitul de intrare poate fi furnizată extern sau intern de către PLC.
② Modul de ieșire de comandă
Funcția modulului de ieșire este de a converti semnalele de control al nivelului TTL de ieșire de către CPU care execută programul de utilizator în semnalele necesare pe site -ul de producție, care poate conduce dispozitive specifice pentru a conduce acțiunea actuatorului.
(4) Programator
Programator este un dispozitiv extern important al PLC, folosind programatorul poate fi trimis la programul de utilizator în memoria programului de utilizator al PLC, depangând programul, monitorizarea procesului de execuție a programului. Programatorii pot fi împărțiți structural în următoarele trei tipuri.
(1) Programator simplu
(2) Programator grafic
(3) Programator de computer cu scop general
(5) Sursa de alimentare
Funcția unității de alimentare este de a converti sursa de alimentare externă (220V PUNICĂ) în tensiunea de funcționare internă. Sursa de alimentare conectată extern, prin intermediul PLC este echipată cu o sursă de alimentare cu regulator de comutare internă specială, sursa de alimentare AC / DC în circuitele interne PLC necesare pentru lucrările sursei de alimentare (DC 5V, ± 12V, 24V) și pentru componentele de intrare externe (cum ar fi întrerupătoarele de proximitate) pentru a furniza o sursă de alimentare cu curent continuu (numai pentru utilizarea punctelor de intrare). Sursa de alimentare pentru a conduce încărcările PLC este furnizată de utilizator.
(6) Interfață periferică
Circuitul de interfață periferică este utilizat pentru a conecta programatorul portabil sau alt programator grafic, afișarea textului și poate forma o rețea de control PLC prin interfața periferică.plc utilizează cablu PC/PPI sau MPI pentru a se conecta la computer prin interfața RS -485, care poate realiza funcțiile de programare, monitorizare și rețea.
2 componente software PLC
Software -ul PLC constă din programe de sistem și programe de utilizator.
Programul de sistem proiectat și scris de producătorul PLC și stocat în memoria sistemului PLC, utilizatorul nu poate citi și scrie direct și modificarea. Programele de sistem includ, în general, proceduri de diagnosticare a sistemului, programe de procesare a intrării, programe de compilare, programe de transfer de informații și programe de monitorizare.
Programul de utilizator PLC este utilizatorul care utilizează limbajul de programare PLC, conform cerințelor de control ale programului. În aplicarea PLC, cel mai important lucru este să scrieți programul de utilizator cu un limbaj de programare PLC pentru a realiza scopul de control.
Întrucât PLC este un dispozitiv dezvoltat special pentru controlul industrial, principii săi utilizatori sunt majoritatea tehnicienilor electrici, pentru a -și îndeplini obiceiurile tradiționale și stăpânirea capacității de a utiliza principalul limbaj de programare al PLC decât limbajul computerului este relativ simplu, ușor de înțeles, imagine a limbajului special.
1. Structura de instrucțiuni grafice
2.. Constante variabile clare
3. Structura programului simplificat
4. Procesul de generare a software -ului simplificat pentru aplicații
5. Instrumente îmbunătățite de depanare
3 Principiul de lucru de bază al PLC
Scanarea PLC funcționează în trei faze principale, și anume faza de eșantionare de intrare, faza de execuție a programului de utilizator și faza de actualizare a ieșirii.
1. Etapa de eșantionare de intrare
În etapa de eșantionare de intrare, PLC citește în toate stările de intrare și datele secvențial într -o manieră de scanare și le stochează în unitățile corespunzătoare din zona I/O Image. După terminarea eșantionării de intrare, acesta se mută la faza de execuție a programului de utilizator și la ieșire. În aceste două faze, chiar dacă stările de intrare și schimbarea datelor, stările și datele celulelor corespunzătoare din zona imaginii I/O nu se schimbă.
Prin urmare, dacă intrarea este un semnal de impuls, lățimea semnalului pulsului trebuie să fie mai mare decât un ciclu de scanare pentru a se asigura că intrarea poate fi citită în orice circumstanțe.
2. Faza de execuție a programului utilizator
În faza de execuție a programului de utilizator, PLC scanează întotdeauna programul de utilizator (diagrama scării) în secvență de sus în jos. În scanarea fiecărei diagrame a scării și, întotdeauna, scanează mai întâi partea stângă a diagramei scării de către contacte constituie linia de control, iar în funcție de prima stânga și apoi dreapta, mai întâi în sus și apoi în jos, ordinea contactelor constituie linia de control pentru operațiuni logice; Și apoi în funcție de rezultatele operațiunilor logice, reîmprospătați bobina logică în zona de stocare a RAM a sistemului în starea bitului corespunzător sau reîmprospătați bobina de ieșire în zona de imagine I/O în starea bitului corespunzător, sau determinați dacă să executați diagrama scării din bitul corespunzător. Programul de utilizator execută instrucțiunea de funcție specială specificată în diagrama scării.
That is, during the execution of the user program, only the state and data of the input points in the I/O image area will not change, while the state and data of the other output points and the soft devices in the I/O image area or the system RAM memory area may change, and the ladder diagrams lined up on top of the ladder diagrams, the results of the execution of the program will act on the ladder diagrams lined up below that use these coils or date; Dimpotrivă, diagramele scării aliniate pe partea de jos a diagramelor scării, rezultatul executării programului va fi diagramele scării aliniate în partea de jos a diagramelor scării. Dimpotrivă, scara de mai jos, starea sau datele bobinei logice care este reîmprospătată pot funcționa doar pe scara de deasupra acesteia până la următorul ciclu de scanare.
3. Faza de actualizare a ieșirii
Când scanarea programului de utilizator este terminată, PLC intră în faza de actualizare a ieșirii. În această perioadă, CPU în conformitate cu starea corespunzătoare a zonei de imagine I / O și a datelor reîmprospătează tot circuitul de zăvor de ieșire, apoi prin circuitul de ieșire pentru a conduce perifericul corespunzător. În acest moment, ieșirea reală a PLC.
Fenomen de întârziere de intrare / ieșire
Din procesul de lucru al PLC, pot fi rezumate următoarele concluzii:
1, pentru a scana modalitatea de a executa programul, relația logică dintre semnalele sale de intrare / ieșire există un principiu al histerezei. Cu cât ciclul de scanare este mai lung, cu atât histerezisul este mai grav.
2, ciclul de scanare include timpul ocupat de cele trei faze principale de lucru, și anume, faza de eșantionare de intrare, faza de execuție a programului de utilizator și faza de revigorare a ieșirii, pe lângă timpul ocupat de operația de gestionare a sistemului. Printre aceștia, timpul pentru execuția programului este legat de lungimea programului și de complexitatea operației de comandă, în timp ce altele rămân practic neschimbate. Perioada de scanare este, în general, de ordinul milisecundelor.
3, a noua scanare pentru a executa programul, bazată pe datele de intrare este ciclul de scanare în faza de eșantionare a valorii de scanare X pe baza datelor de ieșire au valoarea de ieșire a ultimei scanări y (n -1), dar și valoarea de ieșire a yn -ului curent; n trimis la terminalul de ieșire al semnalului, adică implementarea tuturor calculelor rezultatului final al YN.
4, Histerezisul de răspuns de intrare/ieșire nu este legat doar de metoda de scanare, ci și de aranjamentele de proiectare a programului.