PLC的定义
1987年2月,国际电工委员会(IEC)对可编程控制器(PLC)的定义是:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,是专为在工业环境下的应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令,并通过数字式或模拟式输人/输出,控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则而设计。
PLC的基本结构
工业自动控制中使用的可编程控制器的种类有很多,不同类型的产品各有特点,但可编程控制器在组成、工作原理及编程方法等许多方面是基本相同的。
PLC是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。其硬件组成与微型计算机相似。PLC控制系统示意图如图1所示。
(1) CPU
CPU是整个系统的核心部件,主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成。此外,还有外围芯片、总线接口及有关电路。
作为PLC的核心,CPU的功能主要包括以下几个方面。
➢CPU接收从编程器或计算机输入的程序和数据,并送人用户程序存储器中存储。
➢监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态。
➢诊断编程过程中的语法错误,对用户程序进行编译。
➢在PLC进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并分析、执行该指令。
➢采集由现场输人装置送来的数据,并存人指定的寄存器中。
➢按程序进行处理,根据运算结果,更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器的内容。
➢根据输出状态或数据寄存器的有关内容,将结果送到输出接口。
➢响应中断和各种外围设备(如编程器、打印机等)的任务处理请求。
(2)存储器
PLC的内部存储器分为系统程序存储器、用户程序及数据存储器。系统程序存储器用于存放系统工作程序(或监控程序)调用管理程序以及各种系统参数等。系统程序相当于PC的操作系统，能够完成PLC设计者规定的各种工作。系统程序由PLC生产厂家设计并固化在ROM(只读存储器)中,用户不能读取。用户程序及数据存储器主要存放用户编辑的应用程序及各种暂存数据和中间结果,使PLC完成用户要求的特定功能。
(3)输入/输出电路
输人模块和输出模块简称为1/O模块,是联系外部设备与CPU的桥梁。
①输人模块
输人模块一般由输人接口、光耦合器、PLC内部电路输人接口和驱动电源4部分组成。输入模块可以用来接收和采集两种类型的输人信号。一种是由按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器或速度继电器等提供的开关量(或数字量)输入信号;另一种是由电位器、热电偶、测速发电机或各种变送器等提供的连续变化的模拟信号。
各种PLC输入电路结构大都相同,其输入方式有两种类型。一种是直流输人(DC 12V或24V) ,其外部输人器件可以是无源触点,如按钮、行程开关等,也可以是有源器件,如各类传感器、接近开关.光电开关等。在PLC内部电源容量允许前提下,有源输人器件可以采用PLC输出电源,否则必须外接电源。另一种是交流输入(AC 100~ 120V或AC 200~240V),当输入信号为模拟量时,信号必须经过专用的模拟器输入模块进行A/D转换，然后通过输人电路进入PLC。输人信号通过输人端子经RC滤波、光隔离进人内部电路。
②输出模块
数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等设备。为适应不同负载的需要,各类PLC的数字量输出都有三种方式,即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。继电器输出方式最常用,适用于交、直流负载,其特点是带负载能力强,但动作频率与响应速度慢;晶体管输出适用于直流负载,其特点是动作频率高,响应速度快,但带负载能力小;晶闸管输出适用于交流负载,其特点是响应速度快,带负载能力不大。
模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。
输入/输出模块除了传递信号外,还具有电平转换与隔离的作用。此外,输入/输出点的通断状态由发光二极管显示,外部接线--般接在模块面板的接线端子上,或使用可拆卸的插座型端子板,不需要断开端子板上的外部连线,就可以迅速地更换模块。
(4)编程装置
编程装置采用安装有TIA博途编程软件的计算机,并且计算机与PLC连接了通信电缆,这种方式可以在线观察梯形图中触点和线圈的通断情况及运行时PLC内部的各种参数,便于程序调试和故障查找。程序编译后下载到PLC,也可将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印,通过网络还可以实现远程编程和传送。
(5)电源
PLC使用220 V交流电源或24 V直流电源。内部的开关电源为各种模块提供5 V.土12 V、24V等直流电源。小型PLC-般都可以为输人电路和外部的电子传感器(如接近开关等)提供24V直流电源,驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
(6)外围接口
通过各种外围接口,PLC可以与编程器、计算机、PLC、变频器、E2 PROM写入器和打印机等连接,总线扩展接口用来扩展I/O模块和智能模块等。
