Primer, la definició i la classificació de PLC
El PLC es basa en microprocessadors, una combinació de tecnologia informàtica, tecnologia de control automàtic i tecnologia de comunicacions, amb programació orientada al procés de control de control orientada a l’usuari, adaptada a entorns industrials, senzill i fàcil d’entendre, fàcil d’operar, elevada fiabilitat d’una nova generació de dispositius generals de control industrial.
PLC és un dispositiu de control automàtic basat en microprocessador basat en microprocessador desenvolupat a partir del control de seqüències de relé.
1 Definició de PLC
Programable Logic Controller és un sistema electrònic de funcionament algorítmic digital dissenyat per a l'aplicació en entorns industrials.
Utilitza una memòria programable per emmagatzemar instruccions dins d’ella per realitzar operacions com ara operacions lògiques, control de seqüències, sincronització, recompte i operacions aritmètiques i per controlar diversos tipus de processos de maquinària o de producció mitjançant entrades i sortides digitals i analògiques.
El controlador programable i els seus perifèrics relacionats, haurien de ser fàcils de formar un tot amb el sistema de control industrial, fàcil d’expandir la seva funció del principi de disseny.
2 Classificació PLC
La varietat de productes PLC, les seves especificacions i el seu rendiment són diferents. Per a PLC, generalment basat en les seves formes estructurals diferents, les diferències funcionals i el nombre de punts d'E / S, etc. per a la classificació general.
2.1 Classificació per forma estructural
Segons la forma estructural de PLC, els PLC es poden classificar en dos tipus: integral i modular.
(1) PLC integrals
El PLC integral és la font d’alimentació, la CPU, les interfícies d’E/S i altres components es munten centralment en un xassís, amb una estructura compacta, mida petita, un preu baix. PLC petit sol utilitzar aquesta estructura integral.
PLC integral per diferents punts d'E / S de la unitat bàsica (també coneguda com a host) i la unitat d'expansió consisteix en una unitat bàsica de la CPU, la interfície d'E / S i la unitat d'expansió d'E / S connectada al port d'expansió i al programador o escriptor EPROM connectat a la interfície, etc .; Unitat d’expansió només d’E / S i d’alimentació, etc., i no hi ha CPU.
Entre la unitat bàsica i la unitat d’expansió es connecta generalment amb un cable pla. El PLC integral també es pot equipar amb unitats de funcions especials, com ara unitats analògiques, unitats de control de posició, etc., de manera que les seves funcions es puguin ampliar.
(2) PLC modulars
El PLC modular serà els components PLC es converteixen en diversos mòduls separats, com ara mòduls de CPU, mòduls d'E / S, mòduls d'alimentació (alguns continguts en el mòdul CPU) i una varietat de mòduls funcionals. El PLC modular consisteix en un marc o substrat i diversos mòduls, muntats als endolls del marc o del substrat, tal com es mostra a la figura.
Aquest PLC modular es caracteritza per una configuració flexible, segons la necessitat de seleccionar una mida diferent del sistema i fàcil de muntar, fàcil d’expandir i mantenir. Els PLC grans i mitjans utilitzen generalment una estructura modular.
També hi ha PLC que combinen les característiques dels tipus monolítics i modulars per formar els anomenats PLC apilats.
CPU PLC apilat, font d'alimentació, interfícies d'E / S, etc. també són mòduls independents, però estan connectats pel cable i els mòduls es poden apilar capa per capa. D’aquesta manera, no només el sistema es pot configurar de manera flexible, sinó que també es pot fer compacte.
2.2 Classificació per funció
Segons les diferents funcions de PLC, el PLC es pot dividir en tres categories: grau baix, de grau mitjà i de grau alt.
(1) PLC de baix grau
PLC de baix grau amb operacions lògiques, temps, recompte, desplaçament i autodiagnòstic, seguiment i altres funcions bàsiques, però també una petita quantitat d’entrada/sortida analògica, operacions aritmètiques, transferència de dades i funcions de comparació i comunicació, principalment per al control lògic, control de seqüències o una petita quantitat de control analògic del sistema de control autònom.
(2) PLC de gamma mitjana
PLC de gamma mitjana, a més de funcions de PLC de baix grau, però també té una forta entrada / sortida analògica, operacions aritmètiques, transferència i comparació de dades, conversió digital, E / S remot, subrutines i xarxes de comunicació i altres funcions; Alguns també es poden afegir per interrompre el control, el control PID i altres funcions, adequades per a sistemes de control complexos.
(3) PLC de gran grau
PLC de gran grau a més de les funcions del PLC de gamma mitjana, però també va augmentar el signe d’operacions aritmètiques, operacions de matrius, operacions lògiques de bits, operacions d’arrel quadrada i altres funcions especials com ara funcions aritmètiques, tabulació i transferència de formularis.
El PLC d’alt grau té funcions de comunicació i xarxa més fortes, que es poden utilitzar per al control de processos a gran escala o el sistema de control de xarxa distribuït, realitzant així l’automatització de fàbriques.
2.3 Classificació segons el nombre de punts d'E/S
Segons el nombre de punts d'E / S PLC, el PLC es pot dividir en tres categories petites, mitjanes i grans.
(1) PLCs petits
Els PLCs petits tenen menys de 256 punts d'I/S, una CPU única i un processador de bits 8- o 16- i una capacitat de memòria d'usuari de 4KB o menys.
(2) PLC de mida mitjana
Els PLC de mida mitjana tenen 256 a 2048 punts d'E/S, CPU dual i 2 a 8 kb de memòria d'usuari.
(3) PLC grans
Els PLC de mida gran tenen més de 2048 punts d'E/S, múltiples CPU i 16- bit o {32- bits i una capacitat de memòria d'usuari de 8 a 16 kb.
Al món, els productes PLC es poden dividir geogràficament en tres grans escoles, una escola de productes nord -americans, una escola de productes europeus, una escola de productes japonesos.
La tecnologia PLC dels Estats Units i Europa s’investiga i es desenvolupa independentment aïlladament els uns dels altres, de manera que hi ha una clara diferència entre els productes PLC dels Estats Units i Europa.
Si bé la tecnologia PLC del Japó va ser introduïda pels Estats Units, els productes PLC dels Estats Units d'Amèrica tenen una certa herència, però els principals productes del Japó es posicionen en el petit PLC. Els Estats Units i Europa són coneguts per PLC de gran i mitjana, mentre que el Japó és conegut per PLCs petits.
En segon lloc, les àrees de funció i aplicació de PLC
El PLC és una síntesi dels avantatges del control del contactor de relé i la flexibilitat informàtica, la comoditat i els avantatges del disseny i la fabricació i el desenvolupament, cosa que fa que el PLC tingui molts altres controladors no es poden comparar amb les característiques.
1 Funció PLC
El PLC és un microprocessador com el nucli, una combinació de tecnologia informàtica, tecnologia de control automàtic i tecnologia de comunicació va desenvolupar un dispositiu de control automàtic industrial general, amb alta fiabilitat, mida petita, forta funcionalitat, programació senzilla, flexible i universal i fàcil de manteniment i una sèrie d’avantatges i, per tant Pilars (PLC, Robòtica i CAD/CAM) del control industrial modern. Segons les característiques del PLC, la seva forma funcional es pot resumir en els següents tipus.
(1) Control de lògica de commutació
PLC té una potent capacitat d’operació lògica i pot realitzar una varietat de control lògic senzill i complex. Es tracta de l’àrea d’aplicació més bàsica i generalitzada de PLC, que substitueix el control tradicional del contactor del relleu.
(2) Control analògic
El PLC està equipat amb mòdul de conversió A/D i D/A, el mòdul A/D pot ser el lloc de la temperatura, la pressió, el flux, la velocitat i una altra conversió analògica en quantitats digitals, i després pel processament de microprocessadors PLC (processament de microprocessador només pot ser quantitats digitals) i després controlar; o pel mòdul D / A convertit en quantitats digitals i, a continuació, control; o pel mòdul D / A convertit en quantitats digitals.
O convertit pel mòdul D / A en analògic i, a continuació, controleu l'objecte controlat, de manera que el PLC es pugui realitzar al control analògic.
(3) Control de processos
El PLC modern i gran i mitjà està generalment equipat amb un mòdul de control PID, es pot controlar el procés de bucle tancat. Quan una desviació d'una variable en el procés de control, el PLC pot calcular la sortida correcta segons l'algoritme PID, i després controlar i ajustar el procés de producció per mantenir la variable al valor SET. Actualment, molts PLC petits també tenen una funció de control PID.
(4) Control de cronometratge i recompte
PLC té un fort temps i funcions de recompte, pot proporcionar als usuaris desenes o fins i tot centenars, milers de temporitzadors i mostradors.
El seu temps de sincronització i el seu valor de recompte es poden configurar arbitràriament per l'usuari quan escriuen programes d'usuari i també pot ser configurat per l'operador en el camp industrial a través del programador, realitzant així el control del temps i el recompte. Si els usuaris han de comptar senyals amb freqüència més alta, poden triar el mòdul de recompte d’alta velocitat.
(5) Control de seqüències
En el control industrial, es pot utilitzar la programació o programació d’instruccions de pas PLC amb registres de canvis per realitzar el control de la seqüència.
(6) Processament de dades
El PLC modern no només és capaç d’operacions aritmètiques, transferència de dades, ordenació i cerca de taula, sinó que també és capaç de comparació de dades, conversió de dades, comunicació de dades, visualització de dades i impressió, etc. té una forta capacitat de processament de dades.
(7) Comunicació i xarxa
La major part del PLC modern adopta tecnologia de comunicació i xarxa, amb la interfície RS -232 o RS -485 per al control remot d'E/O.
Es poden comunicar i comunicar diversos PLC entre ells, i es poden realitzar intercanvis de programes i dades entre dispositius externs i unitats de processament de senyal d’un o més controladors programables, com ara la transferència de programes, la transferència de fitxers de dades, el seguiment i el diagnòstic. Interfície de comunicació o processador de comunicació segons la interfície de maquinari estàndard o el protocol de comunicació propietari per completar el programa i la transferència de dades.
2 àrees d'aplicació de PLC
Actualment, PLC ha estat àmpliament utilitzat a casa i a l'estranger en diverses indústries com el ferro i l'acer, el petroli, el producte químic, l'energia elèctrica, els materials de construcció, la fabricació de maquinària, l'automoció, el tèxtil, el transport, la protecció ambiental i la cultura i l'entreteniment, etc., l'ús dels quals es pot resumir aproximadament a les següents categories.
(1) Control de lògica de commutació
Aquest és el PLC més bàsic, però també les àrees d’aplicació més extenses, substitueix el circuit de relé tradicional per aconseguir el control lògic, el control de seqüències; Tots dos per al control d’un sol equip.
Es pot utilitzar per al control d’un sol equipament, però també per a les línies d’automatització de control de grups i multi-màquines, com ara màquines de modelat per injecció, màquines d’impressió, maquinària de grapats, màquines-eina combinades, màquines de mòlta, línies d’envasament i línies de xapa.
(2) Control analògic
En el procés de producció industrial, hi ha moltes quantitats que canvien contínuament, com la temperatura, la pressió, el flux, el nivell i la velocitat són analògiques. Per tal de fer que el PLC tracti quantitats analògiques, ha de realitzar les quantitats analògiques i digitals entre la conversió A / D i la conversió D / A. Els fabricants de PLC estan produint el mòdul de conversió A / D i D / A, de manera que el PLC per al control analògic.
(3) Control de moviment
El PLC es pot utilitzar per al moviment circular o el control de moviment lineal. A partir de la configuració del mecanisme de control, directament directament per canviar el mòdul E / S connectat al sensor de posició i a l’actuador, i ara generalment utilitza un mòdul de control de moviment dedicat que pot conduir motors pas a pas o servo motors d’un mòdul de control de posició d’un sol eix o de múltiples eixos.
Els productes dels principals fabricants del PLC del món gairebé tots tenen funcions de control de moviment, àmpliament utilitzades en una varietat de maquinària, màquines -eina, robots, ascensors i altres ocasions.
(4) Control de processos
El control de processos es refereix al control de bucle tancat de la temperatura, la pressió, el flux i altres quantitats analògiques, en metal·lúrgia, indústria química, tractament tèrmic, control de les calderes i altres ocasions tenen una àmplia gamma d’aplicacions. Com a ordinador de control industrial, PLC pot programar diversos algoritmes de control per completar el control de llaç tancat.
La regulació PID s’utilitza generalment en el sistema de control de bucle tancat. Regulació de més regulació, PLC de gran i mitjana té un mòdul PID, molts PLC petits també tenen aquest mòdul de funció. El processament de l’avió s’executa generalment una subrutina PID especial.
(5) Processament de dades
PLC modern amb operacions matemàtiques (incloent operacions de matrius, operacions de funcions, operacions lògiques), transferència de dades, conversió de dades, ordenació, taula i operacions de bits, etc., poden completar l’adquisició, l’anàlisi i el processament de dades. Aquestes dades es poden emmagatzemar a la memòria amb la comparació de valor de referència i, a continuació, completar determinades operacions de control; També pot utilitzar la funció de comunicació a altres dispositius intel·ligents o imprimir -los.
El processament de dades s’utilitza generalment per a sistemes de control a gran escala, com ara el sistema de fabricació flexible no tripulat; També es pot utilitzar per a sistemes de control de processos, com ara paper, metal·lúrgia, indústria alimentària, alguns sistemes de control a gran escala.
(6) Comunicació i xarxa
La comunicació PLC conté la comunicació i la comunicació de PLC entre PLC i altres dispositius intel·ligents. Amb el desenvolupament del control informàtic, el desenvolupament de la xarxa d’automatització de fàbriques és molt ràpid, els fabricants del PLC aporten una gran importància a la funció de comunicació del PLC, han introduït el seu propi sistema de xarxa. Els PLC de nova producció tenen interfícies de comunicació, la comunicació és molt convenient.
En tercer lloc, l'estructura bàsica i el principi de funcionament del PLC
Com a ordinador de control industrial, PLC i ordinadors ordinaris tenen una estructura similar; Però, a causa de l’ús de diferents ocasions i propòsits, hi ha algunes diferències en l’estructura.
1 composició de maquinari PLC
El mainframe d’un PLC consisteix en una CPU, memòria (EPROM, RAM), unitats d’entrada/sortida, interfícies d’E/S perifèriques, interfícies de comunicació i subministrament d’alimentació. Per als PLC integrals, aquests components es troben en el mateix habitatge.
Per als PLC modulars, d’altra banda, cada part s’encapsula de manera independent i s’anomena mòdul, i els mòduls estan connectats entre si per bastidors i cables.
Cada part de l'amfitrió es connecta a través del bus d'energia, el bus de control, el bus d'adreces i el bus de dades, segons l'objecte de control real ha d'estar equipat amb determinats equips externs, constituint un sistema de control de PLC diferent.
Els dispositius externs que s’utilitzen habitualment són programadors, impressores, escriptors d’EPROM, etc. El PLC es pot configurar per comunicar -se amb l’ordinador amfitrió i un altre mòdul de comunicació PLC, que constitueix un sistema de control distribuït PLC.
A continuació es mostra una descripció de cada component del PLC i el seu paper, de manera que els usuaris puguin comprendre encara més el principi de control i el procés de treball del PLC.
(1) CPU
La CPU és el centre de control del PLC, PLC sota el control de la CPU per coordinar el treball de manera ordenada, per aconseguir el control de diversos dispositius de l'escena. La CPU consisteix en microprocessadors i controladors, que poden adonar -se de la lògica i les operacions matemàtiques i per coordinar el sistema de control dins del treball de les diverses parts del sistema.
El paper del controlador és controlar els components de microprocessador sencers per funcionar de manera organitzada, la seva funció bàsica és llegir instruccions de la memòria i executar instruccions.
(2) Memòria
PLC està equipat amb dos tipus de memòria, a saber, la memòria del sistema i la memòria d’usuari. La memòria del sistema s’utilitza per emmagatzemar el programa de gestió del sistema, l’usuari no pot accedir i modificar el contingut d’aquesta part de la memòria.
La memòria d’usuari s’utilitza per emmagatzemar el programa d’aplicacions programades i l’estat de dades de treball. La part de la memòria de l’usuari que emmagatzema l’estat de dades de treball també s’anomena àrea d’emmagatzematge de dades, que inclou l’àrea d’imatge de dades d’entrada/sortida, l’àrea de dades del número de reordenació del temporitzador/comptador i el valor actual i l’àrea buffer per emmagatzemar els resultats intermedis.
La memòria de PLC inclou principalment la següent.
(1) Memòria de només lectura
(2) Memòria de només lectura programable
(3) Memòria de només lectura programable esborrable
(4) Memòria de només lectura programable elèctricament esborrable
(5) Memòria d'accés aleatori
(3) mòduls d'entrada/sortida (E/S)
① Mòdul d'entrada de commutació
Els dispositius d’entrada de commutació són diversos commutadors, botons, sensors, etc. Els tipus d’entrada de PLC solen ser DC, CA i AC/DC. La font d'alimentació del circuit d'entrada pot ser subministrada externament o internament pel PLC.
② Mòdul de sortida de Switching
La funció del mòdul de sortida és convertir la sortida dels senyals de control de nivell TTL per part de la CPU que executi el programa d’usuari en els senyals necessaris al lloc de producció, que poden conduir dispositius específics per impulsar l’acció de l’actuador.
(4) Programador
El programador és un dispositiu extern important de PLC, mitjançant el programador es pot enviar al programa d'usuari a la memòria del programa d'usuari del PLC, depurar el programa, supervisar el procés d'execució del programa. Els programadors es poden dividir estructuralment en els tres tipus següents.
(1) Programador senzill
(2) Programador gràfic
(3) Programador informàtic de propòsit general
(5) Alimentació
La funció de la unitat d’alimentació és convertir l’alimentació externa (potència de CA de 220V) en la tensió de funcionament intern. La font d’alimentació connectada externament, a través del PLC, està equipada amb una font d’alimentació especial de regulador de commutació interna, l’alimentació AC / DC al circuit intern PLC necessari per al treball de l’alimentació (DC 5V, ± 12V, 24V) i per als components d’entrada externs (com els interruptors de proximitat) per proporcionar una font d’alimentació de 24V DC (només per a l’ús dels punts finals d’entrada). L'usuari proporciona l'alimentació per conduir les càrregues PLC.
(6) Interfície perifèrica
El circuit d’interfície perifèrica s’utilitza per connectar el programador de mà o un altre programador gràfic, visualització de text i pot formar una xarxa de control PLC a través de la interfície perifèrica.PLC Utilitza cable PC/PPI o targeta MPI per connectar -se a l’ordinador a través de la interfície RS -485, cosa que pot adonar -se de les funcions de programació, control i xarxa.
2 components de programari PLC
El programari PLC consisteix en programes de sistema i programes d’usuaris.
Programa del sistema dissenyat i escrit pel fabricant PLC i emmagatzemat a la memòria del sistema PLC, l’usuari no pot llegir i escriure i canviar directament. Els programes del sistema generalment inclouen procediments de diagnòstic del sistema, programes de processament d’entrades, programes de recopilació, programes de transferència d’informació i programes de control.
El programa d'usuari de PLC és l'usuari que utilitza el llenguatge de programació PLC, segons els requisits de control del programa. En l'aplicació de PLC, el més important és escriure el programa d'usuari amb el llenguatge de programació PLC per aconseguir el propòsit de control.
Com que PLC és un dispositiu desenvolupat específicament per al control industrial, els seus principals usuaris són la majoria dels tècnics elèctrics, per tal de complir els seus hàbits tradicionals i el domini de la capacitat d’utilitzar el llenguatge de programació principal de PLC que el llenguatge informàtic és relativament senzilla, fàcil d’entendre, de la imatge especial.
1. Estructura d’instruccions gràfiques
2. Constants variables clares
3. Estructura del programa simplificat
4. Procés de generació de programari d'aplicacions simplificat
5. Eines de depuració millorades
3 El principi de funcionament bàsic del PLC
L’escaneig PLC funciona en tres fases principals, és a dir, la fase de mostreig d’entrada, la fase d’execució del programa d’usuari i la fase de refresc de sortida.
1. Etapa de mostreig d’entrada
A l’etapa de mostreig d’entrada, el PLC es llegeix a tots els estats d’entrada i dades de manera seqüencial de manera escanejada i les emmagatzema a les unitats corresponents a l’àrea d’imatge d’E/S. Un cop finalitzat el mostreig d’entrada, es trasllada a l’execució del programa d’usuari i a la fase de refrescació de sortida. Durant aquestes dues fases, fins i tot si els estats d’entrada i les dades canvien, els estats i les dades de les cel·les corresponents a l’àrea d’imatge d’E/S no canvien.
Per tant, si l’entrada és un senyal de pols, l’amplada del senyal de pols ha de ser superior a un cicle d’exploració per assegurar -se que l’entrada es pot llegir en qualsevol circumstància.
2. Fase d'execució del programa d'usuari
A la fase d’execució del programa d’usuari, el PLC sempre escaneja el programa d’usuari (diagrama d’escala) en seqüència de dalt a baix. En escanejar cada diagrama d’escala, i sempre escanejar primer el costat esquerre del diagrama d’escala pels contactes constitueixen la línia de control i, segons la primera esquerra i després a la dreta, primer amunt i després cap avall de l’ordre dels contactes constitueixen la línia de control per a les operacions lògiques; I, a continuació, segons els resultats de les operacions lògiques, actualitzeu la bobina lògica a l’àrea d’emmagatzematge de la memòria RAM del sistema en l’estat del bit corresponent, o actualitzeu la bobina de sortida a l’àrea d’imatge d’E/S en l’estat del bit corresponent o determineu si s’executa el diagrama d’escala del bit corresponent. El programa d'usuari executa la instrucció de funció especial especificada al diagrama de l'escala.
És a dir, durant l’execució del programa d’usuari, només l’estat i les dades dels punts d’entrada de l’àrea d’imatge d’E/S no canviaran, mentre que l’estat i les dades dels altres punts de sortida i els dispositius suaus de l’àrea d’imatge d’E/S o l’àrea de memòria RAM del sistema poden canviar i els diagrames d’escala alineats a la part superior dels diagrames d’escala, els resultats de l’execució del programa actuaran en els diagrames d’escala que s’utilitzen per sota de les coques o les dades; Per contra, els diagrames de l'escala alineats a la part inferior dels esquemes de l'escala, el resultat de l'execució del programa seran els diagrames de l'escala alineats a la part inferior dels esquemes de l'escala. Al contrari, l’escala següent, l’estat o les dades de la bobina lògica que s’actualitza només pot funcionar a l’escala que hi ha a sobre fins al següent cicle d’exploració.
3. Fase de refresc de sortida
Quan s'acaba l'escaneig del programa d'usuari, el PLC entra a la fase de refresc de sortida. Durant aquest període, la CPU d’acord amb l’estat corresponent de l’àrea d’imatge d’E / S i les dades actualitzen tot el circuit de tancament de sortida, i després a través del circuit de sortida per conduir el perifèric corresponent. En aquest punt, la sortida real del PLC.
Fenomen de retard d'entrada / sortida
Des del procés de treball de PLC, es poden resumir les conclusions següents:
1, Per escanejar la manera d’executar el programa, la relació lògica entre els seus senyals d’entrada / sortida hi ha un principi d’histèresi. Com més llarg sigui el cicle d’escaneig, més greu és la histèresi.
2, el cicle d’escaneig inclou el temps ocupat per les tres principals fases de treball, és a dir, la fase de mostreig d’entrada, la fase d’execució del programa d’usuari i la fase de refrescació de sortida, a més del temps ocupat per l’operació de gestió del sistema. Entre ells, el temps d’execució del programa està relacionat amb la longitud del programa i la complexitat de l’operació de comandament, mentre que d’altres es mantenen bàsicament inalterades. El període d’escaneig és generalment de l’ordre dels mil·lisegons.
3, la NTH Scan Per executar el programa, basat en les dades d’entrada és el cicle d’escaneig en la fase de mostreig del valor d’escaneig X basat en les dades de sortida té el valor de sortida de l’última exploració y (n -1), però també el valor de sortida del actual yn; n Enviat al terminal de sortida del senyal, és a dir, la implementació de tots els càlculs del resultat final del YN.
4, la histèresi de resposta d’entrada/sortida no només està relacionada amb el mètode d’escaneig, sinó també amb els arranjaments de disseny del programa.