西門子PLC主機(jī)CPU414-3        西門子PLC主機(jī)CPU414-3

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潯之漫智控技術(shù)（上海）有限公司 上海詩慕自動(dòng)化設(shè)備有限公司

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   一、定義

    可編程控制器,，簡稱PLC（ProgrammablelogicController）,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置,。

    在1987年電工委員會(huì)（InternationalElectricalCommittee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器,，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算,、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí),、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，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)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體,，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。”

    二,、基本結(jié)構(gòu)

    各種PLC的組成結(jié)構(gòu)基本相同,，主要有CPU,電源，儲(chǔ)存器和輸入輸出接口電路等組成,。

    plc處理器

    plc處理器單元一般由控制器,、運(yùn)算器和寄存器組成。CPU通過地址總線,、數(shù)據(jù)總線,、控制總線與儲(chǔ)存單元、輸入輸出接口,、通信接口,、擴(kuò)展接口相連,。CPU是PLC的核心,，它不斷采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序,，刷新系統(tǒng)輸出,。

    儲(chǔ)存器

    PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩種。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用于存放PLC的系統(tǒng)程序,，用戶存儲(chǔ)器用于存放PLC的用戶程序?，F(xiàn)在的PLC一般均采用可電擦除的E2PROM存儲(chǔ)器來作為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。

    輸入輸出接口單元

    PLC的輸入接口電路的作用是將按鈕,、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號輸入CPU,；PLC的輸出接口電路的作用是將CPU向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行元件的信號，以便控制接觸器線圈等電器的通,、斷電,。PLC的輸入輸出接口電路一般采用光耦合隔離技術(shù),，可以有效地保護(hù)內(nèi)部電路。

    1,、輸入接口電路

    PLC的輸入接口電路可分為直流輸入電路和交流輸入電路,。直流輸入電路的延遲時(shí)間比較短，可以直接與接近開關(guān),，光電開關(guān)等電子輸入裝置連接,；交流輸入電路適用于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用,。

    交流輸入電路和直流輸入電路類似,，外接的輸入電源改為220V交流電源。

    2,、輸出接口電路

    輸出接口電路通常有3種類型：繼電器輸出型,、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。

    繼電器輸出型,、晶體管輸出型和晶閘管輸出型的輸出電路類似,，只是晶體管或晶閘管代替繼電器來控制外部負(fù)載。

    擴(kuò)展接口和通信接口

    PLC的擴(kuò)展接口的作用是將擴(kuò)展單元和功能模塊與基本單元相連,，使PLC的配置更加靈活,，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要；通信接口的功能是通過這些通信接口可以和監(jiān)視器,、打印機(jī),、其他的PLC或是計(jì)算機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)”或“機(jī)-機(jī)”之間的對話,。

    電源

    PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源,，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的**處理器、存儲(chǔ)器等電路提供5V,、12V,、24V直流電源，使PLC能正常工作,。

    三,、工作原理

    PLC的工作方式為循環(huán)掃描方式，當(dāng)PLC投入運(yùn)行后,，其工作過程一般分為三個(gè)階段,，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段,。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期,。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段,。

    其工作過程大致分為3個(gè)階段：輸入采樣,、程序執(zhí)行和輸入采樣,、程序執(zhí)行和輸出刷新

    四、PLC的分類

    (1)小型PLC

    小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般在128點(diǎn)以下,，其特點(diǎn)是體積小,、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體,，除了開關(guān)量I/O以外,，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算,、計(jì)時(shí),、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算,、數(shù)據(jù)處理和傳送,、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。

    (2)中型PLC

    中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu),，其I/O點(diǎn)數(shù)一般在256~1024點(diǎn)之間,。I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式,，即在掃描用戶程序的過程中,，直接讀輸入，刷新輸出,。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊,，

    通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富,，內(nèi)存容量更大,，掃描速度更快。

    (3)大型PLC

    一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱為大型PLC,。大型PLC的軟,、硬件功能*。具有*的自診斷功能,。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng),，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊,，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng),，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng),，使機(jī)器的可靠性更高,。

    五、功能特點(diǎn)

    1.使用靈活,、通用性強(qiáng)——PLC的硬件是標(biāo)準(zhǔn)化的,，加之PLC的產(chǎn)品已系列化,，功能模塊品種多，可以靈活組成各種不同大小和不同功能的控制系統(tǒng),。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中,，只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入輸出信號線。當(dāng)需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí),，可以用編程器在線或離線修改程序,，同一個(gè)PLC裝置用于不同的控制對象，只是輸入輸出組件和應(yīng)用軟件的不同,。

    2.可靠性高,、抗干擾能力強(qiáng)——微機(jī)功能強(qiáng)大但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾,，電源波動(dòng),，機(jī)械振動(dòng)，溫度和濕度的變化,，都可能導(dǎo)致一般通用微機(jī)不能正常工作,；傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，但由于存在大量的機(jī)械觸點(diǎn)（易磨損,、燒蝕）而壽命短,，系統(tǒng)可靠性差。PLC采用微電子技術(shù),，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來完成,，大部分繼電器和繁雜連線被軟件程序所取代，故壽命長,，可靠性**提高,，從實(shí)際使用情況來看，PLC控制系統(tǒng)的平均*時(shí)間一般可達(dá)4～5萬小時(shí),。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施,，能適應(yīng)有各種強(qiáng)烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場，并具有故障自診斷能力,。如一般PLC能抗1000V,、1ms脈沖的干擾，其工作環(huán)境溫度為0～60℃,，無需強(qiáng)迫風(fēng)冷,。

    3.接口簡單、維護(hù)方便——PLC的接口按工業(yè)控制的要求設(shè)計(jì),，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力（輸入輸出可直接與交流220V,，直流24V等強(qiáng)電相連），接口電路一般亦為模塊式,，便于維修更換,。有的PLC甚至可以帶電插拔輸入輸出模塊,，可不脫機(jī)停電而直接更換故障模塊，**縮短了故障修復(fù)時(shí)間,。

    4.體積小,、功耗小、性價(jià)比高——以小型PLC（TSX21）為例,，它具有128個(gè)I/O接口,，可相當(dāng)于400～800個(gè)繼電器組成的系統(tǒng)的控制功能，其尺寸僅為216×127×110mm3,，重2.3kg,，不帶接口的空載功耗為1.2W，其成本僅相當(dāng)于同功能繼電器系統(tǒng)的10～20％,。PLC的輸入輸出系統(tǒng)能夠直觀地反應(yīng)現(xiàn)場信號的變化狀態(tài),，還能通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài),、通訊狀態(tài),、I/O點(diǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等,，對此均有醒目的指示,，非常有利于運(yùn)行和維護(hù)人員對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。

    5.編程簡單,、容易掌握——PLC是面向用戶的設(shè)備,，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮了現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和**慣。大多數(shù)PLC的編程均提供了常用的梯形圖方式和面向工業(yè)控制的簡單指令方式,。編程語言形象直觀,，指令少、語法簡便,，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識和語言,，具有一定的電工和工藝知識的人員都可在短時(shí)間內(nèi)掌握。利用的編程器,，可方便地查看,、編輯、修改用戶程序,。

    6.設(shè)計(jì),、施工、調(diào)試周期短——用繼電器—接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程,，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖,，然后畫出繼電器屏（柜）的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試,，以后修改起來十分不便,。而采用PLC控制，由于其靠軟件實(shí)現(xiàn)控制,，硬件線路非常簡潔,，并為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化,，故僅需按性能,、容量（輸入輸出點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存大?。┑冗x用組裝,，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期,，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行,。由于用軟件編程取代了硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，**減輕了繁重的安裝接線工作,，縮短了施工周期,。PLC是通過程序完成控制任務(wù)的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語言,，且都具有強(qiáng)制和仿真的功能,，故程序的設(shè)計(jì)、修改和調(diào)試都很方便,，這樣可**縮短設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期,。

    六、編程語言

    五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（SFC）,、梯形圖（LD）,、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和指令表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言,。

    順序功能圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖,，梯形圖和功能模塊圖是圖形化語言，指令表,、結(jié)構(gòu)文本兩種文本語言,，梯形圖的應(yīng)用直觀，與指令表可以相互轉(zhuǎn)換,。