plc組成、工作原理、基本特點(diǎn)以及應(yīng)用領(lǐng)域
2020-06-04 14:06
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plc 是什么
plc是一種智能控制器，全稱是programmable logic controller，就是可編程控制器。
plc定義是：一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展器功能原則而設(shè)計(jì)。
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plc特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）
可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)
功能齊全，設(shè)備完善，適用性強(qiáng)
易學(xué)，操作簡(jiǎn)單
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，維護(hù)方便，改造容易，建造簡(jiǎn)單
體積小，較輕，能耗低
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plc的結(jié)構(gòu)及各部分的作用
可編程控制器的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。通常由中央處理單元（cpu）、存儲(chǔ)器（ram、rom）、輸入輸出單元（i/o）、電源和編程器等幾個(gè)部分組成。
中央處理單元（cpu）
cpu作為整個(gè)plc的核心，起著總指揮的作用。cpu一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路通常都被封裝在一個(gè)集成電路的芯片上。
cpu通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路連接。cpu的功能有以下一些：從存儲(chǔ)器中讀取指令、執(zhí)行指令、取下一條指令、處理中斷。
存儲(chǔ)器（ram、rom）
存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器，存放工作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
常用的存儲(chǔ)器有ram、eprom和eeprom。ram是一種可進(jìn)行讀寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器存放用戶程序，生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放在ram中的用戶程序可方便地修改。ram存儲(chǔ)器是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池做備用電源。掉電時(shí)，可有效地保持存儲(chǔ)的信息。eprom、eeprom都是只讀存儲(chǔ)器。用這些類型存儲(chǔ)器固化系統(tǒng)管理程序和應(yīng)用程序。
輸入輸出單元（i/o單元）
i/o單元實(shí)際上是plc與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)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(guān)、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。
電源
plc電源單元包括系統(tǒng)的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。plc內(nèi)有一個(gè)穩(wěn)壓電源用于對(duì)plc的cpu單元和i/o單元供電。
編程器
編程器是plc的最重要外圍設(shè)備。利用編程器將用戶程序送入plc的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視plc的工作狀態(tài)。除此以外，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖�，即可用個(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì)plc編程。利用微機(jī)作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。
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plc的工作原理
plc采用循環(huán)掃描的工作方式，在plc中用戶程序按先后順序存放，cpu從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。
plc的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。全過程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。當(dāng)plc處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在plc處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。
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(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。
程序執(zhí)行
根據(jù)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(zhí)行程序。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，plc從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對(duì)應(yīng)映象寄存器，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，存入有關(guān)器件寄存器中。對(duì)每個(gè)器件來說，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而變化。
輸出處理
程序執(zhí)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(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。
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plc應(yīng)用領(lǐng)域
plc由于有機(jī)電一體化控制，儲(chǔ)存邏輯替代外部接線，數(shù)據(jù)運(yùn)算能力強(qiáng)，加之通信技術(shù)的增強(qiáng)被廣泛應(yīng)用較廣泛，如鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、交通、文化娛樂等行業(yè)，可實(shí)現(xiàn)如下控制。
開關(guān)量的邏輯控制
它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。
模擬量控制
在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間的a/d轉(zhuǎn)換及d/a轉(zhuǎn)換。plc廠家都生產(chǎn)配套的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。
運(yùn)動(dòng)控制
plc可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。
過程控制
過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運(yùn)行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。
數(shù)據(jù)處理
現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票�。�?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。
通信及聯(lián)網(wǎng)
plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通信接口，通信非常方便。
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