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更新時間:2020-04-27
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可編程邏輯控制器PLC(Programmable Logic )簡要介紹
可編程控制器是60年代末在美國首先出現,當時叫可編程邏輯控制器PLC(Programmable Logic Cler),目的是用來取代繼電器,以執行邏輯判斷、計時、計數等順序控制功能。PLC的基本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優點和繼電器控制系統的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優點結合起來,控制器的硬件是標準的、通用的。根據實際應用對象,將控制內容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內。控制器和被控對象連接方便。
隨著半導體技術,尤其是微處理器和微型計算機技術的發展,到70年代中期以后,PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器,輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規模甚至超大規模的集成電路,這時的PLC已不再是邏輯判斷功能,還同時具有數據處理、PID調節和數據通信功能。
可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統,專為在工業環境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器,用來在其內部存儲執行邏輯運算,順序控制、定時、計算和算術運算等操作的指令,并通過數字式和模擬式的輸入輸出,控制各種類型的機械或生產過程。PLC是微機技術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物,它克服了繼電接觸控制系統中機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點,充分利用微處理器的優點。
可編程控制器對用戶來說,是一種無觸點設備,改變程序即可改變生產工藝,因此可在初步設計階段選用可編程控制器,在實施階段再確定工藝過程。另一方面,從制造生產可編程控制器的廠商角度看,在制造階段不需要根據用戶的訂貨要求專門設計控制器,適合批量生產。由于這些特點,可編程控制器問世以后很快受到工業控制界的歡迎,并得到迅速的發展。目前,可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具,得到了廣泛的應用。
可編程控制器的結構多種多樣,但其組成的一般原理基本相同,都是以微處理器為核心的結構。通常由中央處理單元(CPU)、存儲器(RAM、ROM)、輸入輸出單元(I/O)、電源和編程器等幾個部分組成。
1.中央處理單元(CPU)
CPU作為整個PLC的核心,起著總指揮的作用。CPU一般由控制電路、運算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個集成電路的芯片上。CPU通過地址總線、數據總線、控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路連接。CPU的功能有以下一些:從存儲器中讀取指令,執行指令,取下一條指令,處理中斷。
2.存儲器(RAM、ROM)
存儲器主要用于存放系統程序、用戶程序及工作數據。存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器;存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器;存放工作數據的存儲器稱為數據存儲器。常用的存儲器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一種可進行讀寫操作的隨機存儲器存放用戶程序,生成用戶數據區,存放在RAM中的用戶程序可方便地修改。RAM存儲器是一種高密度、低功耗、價格便宜的半導體存儲器,可用鋰電池做備用電源。掉電時,可有效地保持存儲的信息。EPROM、EEPROM都是只讀存儲器。用這些類型存儲器固化系統管理程序和應用程序。
3.輸入輸出單元(I/O單元)
I/O單元實際上是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。I/O單元有良好的電隔離和濾波作用。接到PLC輸入接口的輸入器件是各種開關、按鈕、傳感器等。PLC的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器,而繼電器有交流和直流型,高電壓型和低電壓型,電壓型和電流型。
4.電源
PLC電源單元包括系統的電源及備用電池,電源單元的作用是把外部電源轉換成內部工作電壓。PLC內有一個穩壓電源用于對PLC的CPU單元和I/O單元供電。
5.編程器
編程器是PLC的重要外圍設備。利用編程器將用戶程序送入PLC的存儲器,還可以用編程器檢查程序,修改程序,監視PLC的工作狀態。除此以外,在個人計算機上添加適當的硬件接口和軟件包,即可用個人計算機對PLC編程。利用微機作為編程器,可以直接編制并顯示梯形圖。
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PLC的工作的三個基本過程內容
PLC采用循環掃描的工作方式,在PLC中用戶程序按先后順序存放,CPU從條指令開始執行程序,直到遇到結束符后又返回,如此周而復始不斷循環。PLC的掃描過程分為內部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。當PLC處于停狀態時,只進行內部處理和通信操作服務等內容。在PLC處于運行狀態時,從內部處理、通信操作、程序輸入、程序執行、程序輸出,一直循環掃描工作。
1.輸入處理
輸入處理也叫輸入采樣。在此階段,順序讀入所有輸入端子的通端狀態,并將讀入的信息存入內存中所對應的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序執行階段。在程序執行時,輸入映象寄存器與外界隔離,即使輸入信號發生變化,其映象寄存器的內容也不會發生變化,只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。
2.程序執行
根據PLC梯形圖程序掃描原則,按先左后右先上后下的步序,逐句掃描,執行程序。遇到程序跳轉指令,根據跳轉條件是否滿足來決定程序的跳轉地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態時,PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應輸入端子狀態,從輸出映象寄存器讀出對應映象寄存器,根據用戶程序進行邏輯運算,存入有關器件寄存器中。對每個器件來說,器件映象寄存器中所寄存的內容,會隨著程序執行過程而變化。
3.輸出處理
程序執行完畢后,將輸出映象寄存器,即器件映象寄存器中的Y寄存器的狀態,在輸出處理階段轉存到輸出鎖存器,通過隔離電路,驅動功率放大電路,使輸出端子向外界輸出控制信號,驅動外部負載。