什麼是PLC?三分鐘看懂西門子PLC!工程師設計基礎知識!

西門子PLC簡單概述

1 PLC產生

上世紀60年代,計算機技術已開始應用於工業控制了。但由於計算機技術本身的複雜性,編程難度高、難以適應惡劣的工業環境以及價格昂貴等原因,未能在工業控制中廣泛應用。當時的工業控制,主要還是以繼電—接觸器組成控制系統。

1968年,美國最大的汽車製造商——通用汽車製造公司(GM),為適應汽車型號的不斷翻新,試圖尋找一種新型的工業控制器,以儘可能減少重新設計和更換繼電器控制系統的硬件及接線、減少時間,降低成本。因而設想把計算機的完備功能、靈活及通用等優點和繼電器控制系統的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優點結合起來,製成一種適合於工業環境的通用控制裝置,並把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化,用 “面向控制過程,面向對象”的“自然語言”進行編程,使不熟悉計算機的人也能方便地使用。即:硬件: 減少,軟件: 靈活 簡單。針對上述設想,通用汽車公司提出了這種新型控制器所必須具備的十大條件(有名的“GM10條” ):

1 編程簡單,可在現場修改程序序

2 維護方便,最好是插件式

3 可靠性高於繼電器控制櫃

4 體積小於繼電器控制櫃

5 可將數據直接送入管理計算機

6 在成本上可與繼電器控制櫃競爭

7輸入可以是交流115V

8輸出可以是交流115V,2A以上,可直接驅動電磁閥

9 在擴展時,原有系統只要很小變更

10 用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K

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1969年,美國數字設備公司(GEC)首先研製成功第一臺可編程序控制器,接著,美國國MODICON公司也開發出可編程序控制器084。由於當時主要用於順序控制,只能進行邏輯運算,故稱為可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)。

1971年,日本從美國引進了這項新技術,很快研製出了日本第一臺可編程序控制器DSC-8。1973年,西歐國家也研製出了他們的第一臺可編程序控制器。我國從1974年開始研製,1977年開始工業應用。早期的可編程序控制器是為取代繼電器控制線路、存儲程序指令、完成順序控制而設計的。主要用於:1. 邏輯運算 2. 計時,計數等順序控制,均屬開關量控制。所以,通常稱為可編程序邏輯控制器(PLC—Programmable Logic Controller)。 進入70年代,隨著微電子技術的發展,PLC採用了通用微處理器,這種控制器就不再侷限於當初的邏輯運算了,功能不斷增強。因此,實際上應稱之為PC——可編程序控制器。

至80年代,隨大規模和超大規模集成電路等微電子技術的發展,以16位和32位微處理器構成的微機化PC得到了驚人的發展。使PC在概念、設計、性能、價格以及應用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強,功耗和體積減小,成本下降,可靠性提高,編程和故障檢測更為靈活方便,而且隨著遠程I/O和通信網絡、數據處理以及圖象顯示的發展,使PC向用於連續生產過程控制的方向發展,成為實現工業生產自動化的一大支柱。

傳統的生產機械自動控制裝置:繼電器控制系統

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優點:結構簡單、價格低廉、容易操作 。

缺點:體積龐大、生產週期長、接線複雜、故障率高、可靠性及靈活性差 。

應用:比較適用於工作模式固定,控制邏輯簡單等工業應用場合。

發展成如今的,先進的自動控制系統:

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2 PLC的定義和分類

可編程序控制器(Programmable Controller,PC),是一臺專為工業環境應用而設計製造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口,並且具有較強的驅動能力。但由於PC容易和個人計算機(Personal Computer)混淆,所以人們還沿用PLC作為可編程控制器的英文縮寫。

國際電工委員會(IEC)對可編程控制器的定義:

“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統,專為在工業環境應用而設計的。它採用一類可編程的存儲器,用於其內部存儲程序,執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令,並通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。”

PLC的分類

一體化緊湊型PLC :電源、CPU中央處理系統、I/O接口都集成在一個機殼內。如西門子S7-200系列。

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標準模塊式結構化PLC :各種模塊相互獨立,並安裝在固定的機架(導軌)上,構成一個完整的PLC應用系統。如:西門子S7-300、S7-400系列。

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3 PLC的功能

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PLC的功能

a控制功能邏輯控制:定時控制.計數控制.順序控制

b 數據採集、存儲與處理功能:數學運算功能.數據處理.模擬數據處理

c輸入/輸出接口調理功能:具有A/D、D/A轉換功能,通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調節

d通信、聯網功能

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e人機界面功能

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f編程、調試等

使用複雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏,進行編程、調試、監視、試驗和記錄,並通過打印機打印出程序文件。

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4 PLC的結構和工作過程

PLC的結構:

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PLC的工作過程:

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PLC的掃描過程:

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PLC的中斷處理過程

響應問題:一般微機系統的CPU,在每一條指令執行結束時都要查詢有無中斷申請。而PLC對中斷的響應則是在相關的程序塊結束後查詢有無中斷申請,或者在執行用戶程序時查詢有無中斷申請,如有中斷申請,則轉入執行中斷服務程序。如果用戶程序以塊式結構組成,則在每塊結束或執行塊調用時處理中斷。

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