PLC课程综述Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:20837410
- 上传时间:2023-01-25
- 格式:DOCX
- 页数:9
- 大小:89.08KB
PLC课程综述Word文档下载推荐.docx
《PLC课程综述Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《PLC课程综述Word文档下载推荐.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
六.总结10
一、plc的产生与发展
PLC从诞生至今,其发展大体经历了三个阶段:
从20世纪70年代至80年代中期,以单
机为主发展硬件技术,为取代传统的继电器—接触器控制系统而设计了各种PLC的基本型号。
到80年代末期,为适应柔性制造系统(FMS)的发展,在提高单机功能的同时,加强软件的开
发,提高通信能力。
90年代以来,为适应计算机集成制造系统(CIMS)的发展,采用多CPU的PLC系统,不断提高运算速度和数据处理能力。
二、可编程序控制器的组成与工作过程
1.可编程序控制器的组成
中央处理单元(CPU)是系统的核心部件,是由大规模或超大规模的集成电路微处理芯片构成,主要完成运算和控制任务,可以接收并存贮从编程器输入的用户程序和数据。
进入运行状态后,用扫描的方式接收输入装置的状态或数据,从内存逐条读取用户程序,通过解释后按指令的规定产生控制信号。
执行数据的存取、传送、比较和变换等处理过程。
完成用户程序所设计的逻辑或算术运算任务,根据运算结果控制输出设备。
可编程序控制器中的中央处理单元多数使用8位到32位字长的单片机。
存贮器单元
按照物理性能存贮器可以分为两类。
随机存贮器(RAM)由一系列寄存器阵组成,每位寄存器可以代表一个二进制数,在刚开始工作时,它的状态是随机的,只有经过置“
1”或清“
0”的操作后,它的状态才确定。
若关断电源,状态丢失。
这种存贮器可以进行读、写操作,主要用来存贮输入输出状态,计数、计时以及系统组态参数。
为防止断电后数据丢失,可采用后备电池进行数据保护。
只读存贮器有两种。
一种是不可擦除ROM,这种存贮器只能写入一
次,不能改写。
另一种是可擦除EPROM和E2PROM
,这种存贮器经过擦除以后还可以重写。
其中EPROM只能用紫外线擦除内部信息,E2PROM可以用电擦除内部信息。
只读存贮器主要用来存贮程序。
电源单元可编程序控制器配有开关电源,电源的交流输入端一般都有脉冲吸收电路,交流输入电压范围-般都比较宽,抗干扰能力比较强。
有些可编程序控制器还配有大容量电容作为数据后备,停电可以保持50小时。
一般直流5V电源供可编程序控制器内部使用,直流24
V电源供输入输出端和各种传感器使用。
输入输出单元
输入单元用于处理输入信号,对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等,把输入信号的逻辑值安全可靠地传递到可编程序控制器内部。
输入单元有直流输入模块、交流输入模块和交直流输入模块。
输出单元用于把用户程序的逻辑运算结果输出到可编程序控制器外部
,输出单元具有隔离PLC内部电路和外部执行元件的作用,还具有功率放大的作用。
输出单元有晶体管输出模块、可控硅输出模块和继电器输出模块。
功能模块是一些智能化了的输入和输出模块。
比如,温度检测模块。
位置检测模块、位置控制模块、PID控制模块等。
中央处理单元与输入输出设备的连接,是由输入单元和输出单元完成的。
接口单元
接口单元包括扩展接口、编程器接口、存贮器接口和通讯接口。
外部设备
可编程序控制器的外部设备主要有编程器、文本显示器、操作面板、打印机等等。
2.可编程序控制器的工作过程
PLC最主要的方式是周期扫描方式。
可以细分成下面几个过程。
上电处理过程
PLC上电后,要进行上电的初始化处理。
占用的时间为T0
。
共同处理过程,共同处理的主要任务是复位监视计时器、检查I/O总线、检查扫描周期、
检查程序存储器。
该过程占用的时间为T1
(1)通讯服务过程
当PLC和微机构成通讯网络或由PLC构成网络时,需要有通讯服务过程。
该过程占用的时间为T2
当PLC接有外部设备如编程器、打印机等,则需要进行外设服务过程。
该过程占用的时间为T3
(2)程序执行过程
该过程用于执行用户程序。
从输入映像区读入输入信息,根据用户程序进行运算操作,并向输出映像区送出控制信息。
该过程占用的时间为T4。
显然T4和PLC的速度、用户程序长短及指令种类有关。
(3)
I/O刷新过程
这个过程可分为输入信号刷新和输出信号刷新。
输入信号刷新为输入处理过程,输出信号刷新为输出处理过程。
该过程占用时间为T5。
显然T5和可编程序控制器所带的输入输出模块的种类和点数多少有关。
可编程序控制器的扫描周期T和上述各个过程的关系录为:
T=T1+T2+T3+T4+T5
关于PLC的时间滞后问题
PLC对输入和输出信号的响应是有延时的,这就是滞后现象。
为了确保PLC在任何情况下都能正常无误地工作,一般情况下,输入信号的脉冲宽度必须大于一个扫描周期T。
还应该注意一个问题是输出信号的状态是在输出刷新时才送出的。
因此,在一个程序中若给一个输出端多次赋值时,中间状态只改变输出映像区。
只有最后一次赋的值才能送到输出端。
三、PLC与其它系统的比较
一、plc与计算机控制系统中的比较
一般来说,PLC本身可以控制工业设备的自动运行,可是如果想修改运行参数,控制方法,可以通过现场配电柜上的触摸屏或者中控室的工控机(计算机)。
计算机还可以实时显示设备的运行状态,随时停止或启动设备。
也就是说,计算机和PLC是配合使用的。
计算机通过总线或网络接受PLC采集的现场信号。
计算机发出控制指令给PLC,PLC实现现场设备启停控制。
当然,控制程序是在PLC上,计算机只是给PLC个指令或选择或配合使用的。
二、PLC与继电接触器控制系统的比较
1)由于采用了大规模集成电路和计算机技术,因此可靠性高、逻辑功能强,且体积小。
2)在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合,PLC
无需增加硬设备,
利用微处理器及存储器的功能,就可以很容易地完成这些逻辑组合和运算,大大降低了控制成本。
3)由于PLC采用软件编制程序来完成控制任务,所以随着要求的变更对程序进行修改
显得十分方便,具有很好的柔性。
继电器线路则是通过许多真正的“硬”继电器和它们之间的硬接线达到的,要想改变控制功能,必须变更硬接线,重新配置,灵活性差。
4)新一代PLC除具有远程通讯功能以及易于与计算机接口实现群控外,还可通过附加高性能模块对模拟量进行处理,实现各种复杂的控制功能,这对于布线逻辑的继电器控制系统是无法办到的。
传统的继电接触器控制系统,是由输入设备(按钮、开关等)、控制线路(由各类继电器、接触器、导线连接而成,执行某种逻辑功能的线路)和输出设备(接触器线圈、指示灯等)三部分组成。
这是一种由物理器件连接而成的控制系统。
PLC的梯形图虽与继电接触器控制电路相类似,但其控制元器件和工作方式是不一样的,主要区别有以下几个方面。
(1)元器件不同
继电接触器控制电路是由各种硬件低压电器组成,而PLC梯形图中输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等软继电器是由软件来实现的,不是真实的硬件继电器。
(2)工作方式不同
继电接触器控制电路工作时,电路中硬件继电器都处于受控状态,凡符合条件吸合的硬件继电器都同时处于吸合状态,受各种约束条件不应吸合的硬件继电器都同时出在断开状态。
PLC梯形图中软件继电器都处于周期性循环扫描工作状态,受同一条件制约的各个软继电器的动作顺序取决于程序扫描顺.
元件触点数量的不同
硬件继电器的触电数量有限,一般只有4-8对,PLC梯形图中软件继电器的触点数量在编程时可无限制使用,可常开又可常闭。
(4)控制电路实施方式不同
继电接触器控制电路是通过各种硬件继电器之间接线来实施,控制功能固定,当要修改控制功能时,必修重新接线。
PLC控制电路由软件编程来实施,可以灵活变化和在线修改。
PLC的梯形图与继电器控制电路图十分相似,主要原因是PLC梯形图大致沿用了继电器控制的电路元器件符号,仅个别之处有些不同。
同时,信号的输入/输出形式及控制功能基本上也是相同的,但PLC的控制与继电器的控制以有不同之处,主要表现在以下几个方面。
1、控制逻辑
继电器控制逻辑采用硬接线逻辑,利用继电器触点的串联或并联,及延时继电器的的滞后动作等到组合成控制逻辑,其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高,一旦系统构成后,想再改变或增加功能都很困难。
另
外继电器触点数目有限,每只仅有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存储在内存中,要改变控制逻辑只需改变程序即可,故称“软接线”。
其接线少,体积小,因此灵活性和扩展性都很好。
PLC由大、中规模集成电路组成,因而功耗较小。
2、工作方式
电源接通时,继电器控制电路中各继电器同时都处于受控状态,即该吸合的都应吸合,不该吸合的都应受到某种条件限制不能吸合,它属并联工作方式。
而PLC的控制逻辑中,各内部器件都处于周期性循环扫描中,属串联工作方式。
3、可靠性和可维护性
继电器控制逻辑使用了大量的机械触点,连线较多。
触点断开或闭合时会受到电弧的损坏,并有机械磨损、寿命短,因此可靠性和维护性差。
而PLC采用微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,
4/6
体积小、寿命长、可靠性高。
PLC配有自检和监督功能,能检查出自身的故障并随时显示给操作人员,还能动态地监视控制程序的执行情况,为现场调试和维护提供了方便。
4、控制速度
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,触点的开闭一般在几十毫秒数量级;
另处,机械触点还会出现抖动问题。
而PLC由程序指令控制半导体电路来实现控制,属无触点控制,速度极快,一条用户指令的执行时间一般在微秒数量级,且不会出现抖动。
5、定时控制
继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。
一般来说,时间继电器存在定时精确度不高、定时范围窄,且易受到环境湿度和温度变化的影响,时间调整困难等问题。
PLC使用半导体集成电路做定时器,时基脉冲由晶体振荡产生,精度相当高,且定时时间不受环境的影响,定时范围一般从0.001S到若干天或更长;
用户可根据需要在程序中设置定时值,然后用软件来控制定时时间。
从以上几个方面的比较可知,PLC在性能上优于继电器控制系统,特别是具有可靠性高,设计施工周期短,调试修改方便的特点;
而且体积小、功耗低、使用维护方便。
正是基于以上优点,PLC控制系统正在逐步地取代继电器控制系统。
三、plc与其他工业控制系统中的比较
1)PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯,采用了面向控制过程和操作者的逻辑语言,以继电器逻辑梯形图为编程语言,梯形图符号和定义与常规继电器展开图完全一致,容
易学习和掌握。
并作了大量的扩展改进,可以视为继电器系统的超集,所以,对于有继电器
系统方面知识和经验的人来说,尤其是现场的技术人员,学习起来十分方便。
2)PLC是从针对工业顺序控制并扩大应用而发展起来的,一般是由电气控制器的制造厂
家研制生产,其硬件结构专用,标准化程度低,各厂家的产品不通用。
工业控制计算机是指
能够与现场工业控制对象的传感器、执行机构直接接口,能够提供各种数据采集和控制功能,并能在恶劣的工业环境中可靠运行的计算机系统,简称工业控制机或工控机。
工业控制机是
由通用计算机推广应用发展起来的,一般由微机厂、芯片及板卡制造厂开发生产。
它在硬件结构方面的突出优点是总线标准化程度高,产品兼容性强。
3)PLC的运行方式与工业控制机不同,它对逻辑顺序控制很适应,虽也能完成数据运算、PID调节等功能,但微机的许多软件还不能直接使用,须经过二次开发。
它采用的梯形图编
程语言很受熟悉继电器控制而不熟悉计算机的电气技术人员的欢迎。
工业控制机可使用通用微机的各种编程语言,因而其软件资源十分丰富,特别是有实时操作系统的支持,故对要求
快速、实时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势。
但它对使用者的技术水平要求较高,即应具有一定的计算机专业知识。
4)PLC
和工业控制机都是专为工业现场应用环境而设计的。
PLC
在结构上采取整体密封或插件组合型,并采取了一系列的抗干扰措施,使其具有很高的可靠性。
工业控制机对各种模板的电气和机械性能也有严格的考虑,因而可靠性也较高。
5)PLC一般具有模块结构,可以针对不同的对象进行组合和扩展,以满足工业控制的需
要,因而具有很好的性能/价格比。
6)由于PLC是专为工业控制而设计的,其结构紧密、坚固、体积小巧,易于装入机械设备内部,是实现机电一体化的理想控制设备。
可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上开发出来,并逐渐发展成以微处理
器为核心,集计算机技术、自动控制技术及通讯技术于一体的一种新型工业控制装置。
它是一种面向生产过程控制的数字电子装置。
不仅可以取代传统的继电器控制系统,还可构成复杂的工业过程控制网络。
作为一种先进而又成熟的技术,目前PLC被广泛地应用到机械、冶
金、化工、电力、轻纺等各个领域,产品遍及世界各地。
这种新型的电控装置极大地提高了
劳动生产率和自动化程度。
可编程控制器将传统继电器控制技术和现代计算机信息处理两者
的优点结合起来,成为工业自动化领域中最重要,应用最多的控制设备,并已跃居工业生产
自动化三大支柱。
可编程序控制器PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学;
调试与查错也都很方便。
用户在购
到所需的PLC后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用户程序编制工作,就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
四、plc的特点
1.可靠性高、抗干扰能力强
可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。
PLC的平均无故障时间可达几十万个小时
,之所以有这么高的可靠性,是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施:
(1)硬件方面
I/O通道采用光电隔离,有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响;
对供电电源及线路采用多种形式的滤波,从而消除或抑制了高频干扰;
对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽,以减少空间电磁干扰;
对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。
(2)软件方面
PLC采用扫描工作方式,减少了由于外界环境干扰引起故障;
在PLC系统程序中设有故障检测和自诊断程序,能对系统硬件电路等故障实现检测和判断;
当由外界干扰引起故障时,能立即将当前重要信息加以封存,禁止任何不稳定的读写操作,一旦外界环境正常后,便可恢复到故障发生前的状态,继续原来的工作。
2.编程简单、使用方便
目前,大多数PLC采用的编程语言是梯形图语言,它是一种面向生产、面向用户的编程语言。
梯形图与电器控制线路图相似,形象、直观,不需要掌握计算机知识,很容易让广大工程技术人员掌握。
当生产流程需要改变时,可以现场改变程序,使用方便、灵活。
同时,PLC编程器的操作和使用也很简单。
这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。
许多PLC还针对具体问题,设计了各种专用编程指令及编程方法,进一步简化了编程。
3.功能完善、通用性强
现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能,而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网等许多功能。
同时,由于PLC产品的系列化、模块化,有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,可以组成满足各种要求的控制系统。
4.设计安装简单、维护方便
由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件,控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。
PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试,缩短了应用设计和调试周期。
在维修方面,由于PLC的故障率极低,维修工作量很小;
而且PLC具有很强的自诊断功能,如果出现故障,可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息,迅速查明原因,维修极为方便。
5.体积小、重量轻、能耗低
由于PLC采用了集成电路,其结构紧凑、体积小、能耗低,因而是实现机电一体化的理想控制设备。
五、plc的应用领域
(1)开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,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)模拟量控制
在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。
(3)运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在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。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
(4)过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
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。
(5)数据处理
现代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。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;
也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
(6)通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
PLC的应用领域仍在扩展,在日本,PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制,扩展到以下应用领域:
中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统,以及与生活关连的机器、与环境关连的机器,而且
均有急速的上升趋势。
值得注意的是,随着PLC、DCS相互渗透,二者的界线日趋模糊的时候,PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展。
六.总结
随着电气行业的设计和制造水平在不断提高,特别是自动化控制等高新技术的发展,促进了控制系统发生了巨大变化,可编程控制器、变频技术、计算机控制技术等在电气技术中的应用越来越广泛,使得控制的性能日趋先进,原需要人为操作的部分逐渐减少,机器对整个流程的自身控制能力不断增强。
经过一个学期的学习,使我对PLC这门课的相关理论及其设计应用方面的知识有了较多的了解,同时进行的PLC实验使得我们的动手能力大大加强。
通过一个学期的接触和学习,深刻地感觉到PLC控制这门课程在实际应用中的重要性和普遍性。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- PLC 课程 综述