plc的基本組成和工作原理

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1、模塊一PLC的基本組成和工作原理教學(xué)目標(biāo)：掌握PLC的基本組成和工作原理一、工作任務(wù)：圖4-2PLC硬件系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖PLC組成及工作原理如圖4-2所示。二、相關(guān)實(shí)踐知識(shí)（一）PLC的基本概念1．PLC產(chǎn)生在60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時(shí)汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號(hào)更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安裝，十分費(fèi)時(shí)，費(fèi)工，費(fèi)料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國(guó)通用汽車公司在1969年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項(xiàng)招標(biāo)

2、指標(biāo)，即：(1）編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序；(2）維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；(3）可靠性高于繼電器控制裝置；(4）體積小于繼電器控制裝置；(5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；(6）成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；(7）輸入可以是交流115V；(8）輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等；(9）在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更；(10）用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái)PLC，在美國(guó)通用汽車自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國(guó)其他

3、工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國(guó)家的高度重視。1971日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)PLC。1973年，西歐國(guó)家也研制出它們的第一臺(tái)PLC。我國(guó)從1974年開始研制。于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。2．PLC概念PLC問世以來，盡管時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通過了對(duì)它的定義：“可編程控制器是一種數(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

4、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?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！睘榱吮苊馀c個(gè)人計(jì)算機(jī)PC（PersonalComputer）相混淆，所以改為PLC（ProgrammableLogicController）即可編程邏輯控制器，但從功能上講，現(xiàn)在的PLC早已不是原來意義上的“PLC”了。總之，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入、輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并

5、不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。3.PLC特點(diǎn)(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)一般對(duì)控制設(shè)備要求很高，應(yīng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力和高的可靠性，能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng)，故障修復(fù)時(shí)間短。這是PLC控制優(yōu)于微機(jī)控制的一大特點(diǎn)。例如日本的三菱公司F1、F2系列平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30萬h，而A系列的可靠性比F1、F2系列更高。PLC控制系統(tǒng)的故障通常有兩種：一種是偶發(fā)性故障，即由于惡劣環(huán)境（電磁干擾、超高溫、過電壓、欠電壓）引起的，這類故障只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復(fù)正常，系統(tǒng)本應(yīng)隨

6、之恢復(fù)正常，但因PLC受外界影響后，內(nèi)部存儲(chǔ)的信息被破壞，必須從初始狀態(tài)重新起動(dòng)。另一類是永久性故障，是由于元器件不可恢復(fù)的損壞引起的。在PLC設(shè)計(jì)中，可以從硬件和軟件兩方面采取措施，防止以上故障的發(fā)生，以提高其可靠性。主要措施有：①硬件措施有：屏蔽:對(duì)電源變壓器、CPU編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。濾波:對(duì)供電系統(tǒng)及輸入/輸出線路采用多種形式的濾波，如LC式π型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除高頻干擾和削弱各種模塊之間的相互影響。電源的調(diào)整與保護(hù):對(duì)微處理器這個(gè)核心部件所需的+5V電源，采用多級(jí)濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、欠電壓

7、影響。隔離:在微處理器與輸入/輸出電路之間，采用光電隔離，有效地隔離輸入/輸出間電的聯(lián)系，減少故障和誤動(dòng)作的可能。聯(lián)鎖:所有輸出模塊都受開門信號(hào)控制，而這個(gè)信號(hào)只在規(guī)定的各種條件都滿足時(shí)才有效，這樣就有效地防止了產(chǎn)生不正常輸出的可能性。采用模塊式結(jié)構(gòu):這種結(jié)構(gòu)有助于故障情況下短時(shí)修復(fù)。設(shè)置環(huán)境檢測(cè)和診斷電路:這種分電路與軟件配合，可以實(shí)現(xiàn)靈活保護(hù)與故障指示等功能。②軟件措施有：故障檢測(cè):軟件定期地檢測(cè)外界環(huán)境，對(duì)諸如掉電、強(qiáng)干擾信號(hào)等情況能及時(shí)