Part3 UNIT3 A PLC Overview.docx
- 文档编号:9712458
- 上传时间:2023-02-06
- 格式:DOCX
- 页数:9
- 大小:22.07KB
Part3 UNIT3 A PLC Overview.docx
《Part3 UNIT3 A PLC Overview.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《Part3 UNIT3 A PLC Overview.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
Part3UNIT3APLCOverview
UNIT3APLCOverview
PLC综述
Automationofmanydifferentprocesses,suchascontrollingmachinesorfactoryassemblylines,isdonethroughtheuseofsmallcomputerscalledaprogrammablelogiccontroller(PLC).Programmablelogiccontrollerswerefirstcteatedtoservetheautomobileindustry,andthefirstprogrammablelogiccontrollerprojectwasdevelopedin1968forGeneralMotorstoreplacehard-wiredrelaysystemswithanelectroniccontroller.Sincetheadventofprogrammablelogiccontrollers,theabilitytocentralizefactoryprocesses,especiallyintheautomotiveindustry,hasimprovedgreatly.
许多不同过程的自动化,比如工厂装配线的控制机是通过使用称作可编程逻辑控制器(PLC)这样的小型计算机完成的。
可编程逻辑控制器首先是为服务于汽车工业创建的,第一个可编程逻辑控制器计划是在1968年为通用汽车取代带有电子控制器的硬线继电系统而开发的。
自从可编程逻辑控制器出现以来,它集中处理工厂流程的能力,特别是在汽车工业中,有了极大的提高。
PLC’sArchitecture
PLC的构造
ProgrammableLogicControllers(PLCs)aredisklesscompactcomputersincludingallthenecessarysoftwareandhardwareinterfacestotheprocess.Theyaregenerallyusedforautomationcontrolapplication(e.g.closedloopcontrol)eitherstandaloneorconnectedtodistributedinputs/outputs,tootherPLCsand/ortosupervisionPCs.TheconnectionsareestablishedbymeansoffieldbusessuchasWorldFIP,MPI,PROFIBUSorEthernet.TheFig.3-3A-1showsatypicalPLCsystem,whichiseatablishedbyfieldbusesofMPIandPROFIBUS.
可编程逻辑控制器(PLCs)是包含了针对过程的所有必要软件和硬件接口的无盘紧凑电脑。
它们通常用于自动控制应用(比如闭环控制),单机或多机连在一起去分配输入/输出,连接其他PLC和(或)监督计算机。
它们的连接是通过利用诸如WorldFIP、MPI、PROFIBUS或Ethernet这样的现场总线建立的。
图3-3A-1展示了一个典型的PLC系统,它是用MPI和PROFIBUS现场总线完成的。
AtypicalPLCconsistsin:
●Apowersupply;
●ACPUwheretheuserprogramruns;
●Input/outputmodules;
●Optionalcommunicationmodules.
一台典型的PLC包括:
●一个电源;
●一个CPU,用户程序在里边运行;
●输入/输出模块;
●可选通讯模块。
TheavailableI/Omodulessupportawiderangeofelectricalinterfaces:
●Analogmodule(+/-10V,+/-1V,4-20mA,resister,etc.);
●Temperaturemeasurement(pt100,Ni100,etc);
●Digitalmodule(
24V,220Vetc.);
●TTLmodule(BeckhoffI/Omodule,etc.);
●RS232module;
●etc..
应用I/O模块支持广泛的电接口:
●模拟模块(+/-10V,+/-1V,4-20mA,电阻等。
);
●温度测量(pt100,Ni100,等);
●数字模块(
24V,220V等);
●TTL模块(BeckhoffI/O模块等);
●RS232模块;
●等
ThesemodulesareeitherconnectedtotheinternalbusofthePLCortoabuscouplerconnectedtoafieldbussegment(PROFIBUS,WorldFIPorCAN)sharedwithaPLC.
这些模块不是连到PLC的内部总线上就是连到总线耦合器上,而总线耦合器又连到现场总线的某段(PROFIBUS,WorldFIP或CAN)和PLC共享的一段上。
CustomhardwarecanhardlybeconnecteddirectlythePLCinternalbus.Asolutionconsistsinintegratingthecustomhardwarewithastandardfieldbusinterface(e.g.PROFIBUS,CAN,andWorldFIP)bymeansofspecificcards(e.g.HMS’sAnyBuscards).
定制的硬件很难直接连接到PLC的内部总线上。
一个解决办法就是把定制硬件与一个标准现场总线接口(比如PROFIBUS,CAN,和WorldFIP)通过特殊的卡片连在一起(例如HMS的任意总线卡)。
Nowadays,PLCsareprovidedwithEthernet-basedcommunications.AlthoughbasedonTCP/IPandIEEE802.2,thePLCprotocolsaremanufacturerspecific.Therefore,PLCsofdifferentmanufacturerscannotexchange,bydefault,dataviaEthernet.However,SchneiderPLChasasocketlibraryandonecanimplementtheRFC1006usedbytheSIEMENSPLC.OnecanalsoimplementagatewaybymeansofanOPCDXserver,aSCADAapplicationoraspecificcommunicationcardsuchastheAPPLICOMone.
今天,PLC基于以太网来提供通讯。
虽然基于TCP/IP和IEEE802.2,PLC协议是由制造商明确的。
因此,不同制造商的PLC不能互换通过以太网的默认数据。
然而,SchneiderPLC有一个套结字库并且自己就能完成SIEMENSPLC使用的RFC1006。
它自己也能依靠一个OPCDX服务实现一个网关,实现一个SCADA应用或一个像APPLICOM这样的特定通讯卡。
PLC-basedsolutionsarewelladaptedtotwo-levelcontrolarchitectureswherethefront-endlayerhastobeautonomousandindependentfromthesupervisionlayer.Theprocesscontrol(input/outputreadout,closedloopcontrol,etc.)doesnotdependonthenetworkneitheronaremotecomputer,itismoresecure.
基于PLC的解决方案很好地适用于两层控制结构,两层控制结构的前端层必须自治并独立于监管层。
过程控制(输入/输出读出,闭环控制等)既不依赖于网络也不依赖于遥控计算机,它更安全。
PLCshavealongtermavailabilityandsupport:
oldgenerationofhardwareorsoftwarearetypicallysupportedduringmorethan10yearsbytheirrespectivemanufacturers.
PLC有长期的可用性并受到支持:
旧一代的软硬件受到它们各自制造商的支持超过十年。
PLCOperation
PLC运行
PLCsareprovidedwithmanufacturerspecificoperatingsystems.TheOShandles:
●ThestatesoftheCPU(start,stop,init,etc.);
●Thecallstotheuserprogram;
●Theinterrupts;
●Thememory;
●Thecommunicationwithprogrammingdevicesandothercommunicatorpartner.
PLC从制造商那里获得了特定的操作系统。
操作系统处理以下任务:
●CPU的状态(启动,停止,初始化等);
●调用用户程序;
●中断;
●存储器;
●与可编程设备和其他通讯器材伙伴联系。
PLCsoperateinapollingmodewithapreciseexecutioncycle.Thiscycleconsistsbasicallyinthreesteps(asshownintheFig.3-3A-2SIEMENSPLCcycle)whicharecontinuouslyexecuted:
●Inthe“ReadInputs”state,thePLCkernelreadsalltheinputmodulesandcopythevalluesintoitsinternalinputmemory;
●Inthe“Operateuserprogram”state,thePLCkernelexecutestheuserprogramwhichhasaccesstoallthePLCmemoryareas.Itstorestheexecutionresultsinitsoutputinternalmemory;
●Inthe“WriteOutputs”state,thePLCkernelcopiestheinternaloutputmemorytotheoutputmodule.
PLC使用轮询方式借助一个精确的执行周期来运行。
这个周期基本上由三个步骤组成(如图3-3A-2显示的西门子PLC周期),三个步骤持续执行:
●在“读输入”阶段,PLC内核读入所有的输入模块并把值复制到它的内部输入存储器中;
●在“运行用户程序”阶段,PLC内核执行已经进入PLC存储器区域的用户程序。
它把执行结果存储在它的输出内部存储器中;
●在“写输出”阶段,PLC内核把内部输出存储器的内容复制到输出模块中。
Inadditiontothecycle,theOSmanagestheinterrupts(hardwareinterrupts,userprogramerrors,etc.).Userprogram(controlprogram)areproducedwithadevelopmentenvironmentwhichisvendordependentandthendownloadedtothetargetCPU.ItremainsintheROMmemoryoftheCPUevenifthepowersupplyisoff.Ingeneral,allthePLCshavetwodifferentoperatingmodes:
STOPandRUNselectedbykeyswitchorbysoftware.Atstartup,thePLCgoesinRUNorSTOPmodedependingonwhatwasconfigured.
除了周期,OS(操作系统)还管理中断(硬件中断,用户程序错误等)。
用户程序(控制程序)借助一个供应商提供的开发环境产生,然后下载到目标CPU中。
即使电力中断,程序也保存在CPU的只读存储器中。
通常,所有的PLC都有两套不同的运行模式:
通过键开关或通过软件选择停止或运行。
启动时,PLC是以运行模式还是以停止模式工作取决于如何设置的。
PLCProgramming
PLC编程
ThedevelopmentofPLCprogramsistwofolds.OneshalldefinethehardwareconfigurationofthePLCandproducetheuserprogramsourcecode.
PLC程序开发是两折。
一个将定义PLC的硬件结构并产生用户程序源代码。
Thehardwareconfigurationdescribesthemodules(I/Oandcommunication)andtheorderinwhichtheyareinstalledinthePLC,theaddressesoftheI/Oareautomaticallygeneratedaccordingtothisorder.
硬件结构描述了模块(输入/输出和通信)和它们安装在PLC中的顺序,I/O的地址就是按照这个顺序自动生成。
ThesourcecodeisproducedwithIntegratedDevelopmentEnvironmentswhicharevendorspecific.Theyconsist,ingeneral,inasetoftoolsfor:
●Settingupandmanagingtheapplications;
●Configuringandassigningparameterstohardware;
●Configuringthefieldbusandthedevicesconnectedtoit;
●Configuringcommunicationlinks;
●CreatingtheuserprogramforthePLC;
●Downloadingtheuserprogramtothetargetandtestingit.
源代码是借助开发商指定的集成开发环境产生的。
它们(集成开发环境)通常用一套工具组成:
●建立和管理应用程序;
●构造和分配参数给硬件;
●设置现场总线和连接设备;
●设置通讯链路;
●为PLC创建用户程序;
●下载用户程序给目标并测试;
TheuserprogramcanbedoneinoneofthefiveprogramminglanguagesofIEC1131-3(InternationalElectrotechnicalCommission’sstandard).TheIEC1131-3isaworldwidestandardthathastriedtomergePLCprogramminglanguagesunderoneinternationalstandard.Itharmonizesthewaypeoplelooktoindustrialcontrolbystandardizingtheprogramminginterface.ThisincludesthedefinitionofthelanguageSequentialFunctionCharts(SFC),usedtostructuretheinternalorganizationofaprogram,andfourinteroperablelanguages:
LadderDiagram(LD),FunctionBlockDiagram(FBD),StructuredText(ST)andInstructionList(IL).Thefirstthreelanguagesaregraphicalandthelasttwoaretextual.Eachmanufacturercanalsohavetheirownproprietarylanguages.
用户程序可以用IEC1131-3(国际电工技术委员会标准)的五种编程语言之一来编写。
IEC1131-3是一个世界范围的标准,它试图在一个国际标准下融合PLC编程语言。
它通过标准化编程接口协调了人们看待工业控制的方式。
这包括顺序功能图(SFC)语言定义,用于构造程序的内部组织,还有四种内部操作语言:
梯形图(LD),功能模块图(FBD),结构化文本(ST)和指令集(IL)。
前三种语言是图形化的,后两种语言是文本化的。
每个制造商也有自己的专有语言。
Byusingmodularizationanddeclarationofvariables,eachprogramisstructuredandsimplified,increasingitsreusability.Inaddition,IEC1131-3structuresthewayacontrolsystemisconfigured.Thereare,unfortunately,somedifferencesinthelanguages,thesourcecodeisnot100%portablefromonePLCtoanother.ThemajorissuesareinhardwareaddressingandthePLCkernel(howitoperates,howithandlestheinterrupts,howitcallstheuserprogram,etc.).
通过使用模块化和变量申明,每个程序被构建和简化,增加了它的可靠性。
另外,IEC1131-3构建一个控制系统的方式得到配置。
不幸的是,所用的语言有一些不同,源代码不能100%从一台PLC移植到另一台。
主要问题是硬件中的地址和PLC内核(它怎样运行,怎样处理中断,怎样调用用户程序等)。
MostofthePLCvendorsbelongtothePLCopenorganizationwhichisavendorandproductindependentworldwideassociationthatbringsgreatervaluetousersofProgrammableControllersthroughthepursuitoftheIEC1131-3opensoftwaredevelopmentstandard.
大部分PLC制造商属于PLC开放组织,这个组织是一个全球供应商和产品独立的协会,协会通过追踪IEC1131-3开放软件开发标准给可编程控制器的用户带来更大的价值。
Today’sPLC
今天的PLC
AsPLCtechnologyhasadvanced,sohaveprogramminglanguagesandcommunicationscapabilities,alongwithmanyotherimportantfeatures.Today’sPLCsofferfasterscantimes,spaceefficienthigh-densityinput/outputsystems,andspecialinterfacestoallownon-traditionaldevicestobeattacheddirectlytothePLC.Notonlycantheycommunicatewithothercontrolsystems,theycanalsoperformreportingfunctionsanddiagnosetheirownfailures,aswellasthefailureofamachineorprocess.
随着PLC技术进步,它有可编程语言和通讯能力,连同许多其他重要特点。
今天的PLC提供更快的扫描时间、空间高效的高密度输入/输出系统、还有特殊接口允许非传统设备直接连到PLC。
它们不仅能与其他控制系统通信,也能执行报告功能并能诊断自身的故障、还有机器或过程的故障。
Sizeistypicallyusedtocategorizetoday’sPLC,andisoftenanindicationofthefeaturesandtypesofapplicationsitwillaccommodate.Small,non-modularPLCs(alsoknownasfixedI/OPLCs)generallyhavelessmemoryandaccommodateasmallnumberofinputsandoutputsinfixedconfiguratio
- 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:
- Part3 UNIT3 PLC Overview
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)