软件的介绍 plc的组成 1

软件的介绍 plc的组成 1 你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。 ==================================================================== ======== 第三章 软件的介绍 1.1 PLC的基本知识 1.1.1 PLC的产生及发展 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车制造公司(GM)，为适应汽车型号的不断翻新，试图寻找一种新型的工业控制器，以尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件及接线、减少时间，降低成本。因而设想把计算机的完备功能、灵活及通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种适合于工业环境的通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用“面向控制过程，面向对象”的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller(PC)。上世纪80年代至90年代中期是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 1.1.2 PLC的组成 PLC由中央处理单元，存储器，输入单元，输出单元，电源五部分组成。其结构框图如图(2,1)。 图1-1 PLC结构简化框图 1(中央处理单元(简称CPU) 中央处理单元是PLC的控制中枢，核心部件，其性能决定了PLC的性能。 组成:由控制器，运算器和寄存器组成，这些电路都集中在一块芯片上，6 通过地址总线，数据总线，控制总线，与存储器的输入，输出接口电路相连。 常用芯片:通用微处理器，单片机，位片式微处理器。 作用:处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算，控制整个系统，使之协调的工作。具体有: (1)接收并存储从编程器键入的用户程序和数据，用扫描方式接收现场输入设备的状态或数据，并将输入状态或数据存入输入印象区或数据寄存器。 (2)诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。 (3)PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经指令解释后按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路，分时、分渠道地去执行数据的存取，传送，组合，比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算等任务。 (4)根据运算结果，更换有关影像区的状态和输出状态寄存器的内容，根据输出状态寄存器或数据寄存器的内容实现对输出的控制。 2(存储器 存储器是具有记忆功能的半导体电路。 作用:存放系统程序，用户程序，逻辑变量和其它一些信息。 系统程序:控制PLC完成各种功能的程序，由PLC生产厂家编写，并固化到只读式存储器ROM中，用户不能访问。 用户程序:用户根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的程序。通过编程器输入到PLC的随机存储器RAM中，允许修改，由用户启动运行。 (1)结构:由存储体、地址译码电路、读写控制电路、数据寄存器组成。 存储体由存储单元构成，作用:存放二进制数据。 地址译码电路的作用:根据地址总线上的地址编码选取相应的存储单元。 读写控制电路的作用:将选中的存储单元的内容读到数据寄存器中或将数据寄存器的内容写到选中的存储单元中。 数据寄存器的作用:存放从存储单元读出的数据，或者存放从数据总线送来并准备写到存储单元去的数据。 (2)存储器的工作过程: 数据的写入过程 数据的读出过程 (3)PLC中使用的存储器:只读存储器ROM 随机存储器RAM ROM为只读存储器，存放PLC制造厂家写入的系统程序，并永远驻留在ROM中，PLC去电后再上电，ROM内 命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中 ============================================================== 你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。 ==================================================================== ======== 容不变。 RAM为可读写的存储器，读出时其内容不被破坏，写入时，新写入的内容覆盖原有的内容。为防止掉电后信息丢失，配有后备锂电池。 除此而外，PLC还有EPROM、EEPROM存储器。 PLC产品样本或使用说明书中给出的存储器形式或容量等均指用户存储器。存储器容量是PLC的一个重要性能指标。 3(输入单元: 输入单元是PLC与工业生产现场被控设备相连的输入接口，是现场信号进入PLC的桥梁。 作用:接收主令元件，检测元件传来的信号。 输入类型:直流输入，交流输入，交直流输入。 输入接口采用光电耦合电路，目的是把PLC与现场电路隔离，提高PLC的 抗干扰能力。接口电路内部有滤波，电平转移，信号锁存电路。各PLC生产厂家都提供了多种形式的X/O部件或模块供用户选用。 4(输出单元 输出单元也是PLC与现场设备之间的连接部件，把输出信号送给控制对象的输出接口。作用:将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号，驱动被控设备的执行元件。 输出类型: 继电器输出 晶体管输出 晶闸管输出 输出接口电路也采用光电耦合，每一点输出都有一个内部电路，由指示电路，隔离电路，继电器组成。输出接口电路也有输出状态锁存、显示、电平转移和输出接线端子排，输出部件或模块也有多种类型供选用。 5(电源 作用:将交流电转换成PLC内部所需的直流电源。 类型:目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。 PLC除上述五部分外，随机型的不同还有多种外部设备，其作用是帮助编程，实现监控以及网络通讯，常用的外部设备有编程器，打印机，盒式磁带录音机，计算机等。 1.1.3 PLC的工作原理 由于PLC以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但它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，如常见的键盘扫描方式或X/O扫描方，若有键按下或有X/O变化，则转入相应的子程序，若无则继续扫描等待。PLC则是采用循环扫描的工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素:一是CPU执行指令的速度;二是执行每条指令占用的时间;三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期主要可分为3个阶段。 1(输入刷新阶段 在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。 2(程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后9 一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。 3.出刷新阶段 当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路(输出映像寄存器)，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。 由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为X/O刷新阶段。实际上，除了执行程序和X/O刷新外，PLC还要进行各种错误检测(自诊断功能)并与编程工具通讯，这些操作统称为"监视服务"，一般在程序执行之后进行。扫描周期的长短主要取决于程序的长短。扫描周期越长，响应速 命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中 ============================================================== 你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。 ==================================================================== ======== 度越慢。由于每个扫描周期只进行一次X/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存 器更新一次，所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。但是由于其对X/O的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般PLC都会采取高速模块。 1.2 PLC的应用领域 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类: (1)开关量逻辑控制 取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 (2)工业过程控制 在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量)，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PXD调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 (3)运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 (4)数据处理 PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 (5)通信及联网 PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 但是，可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。 命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中 ==============================================================