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在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是代可编程序控制器,称Programmable Controller(PC)。

  

  个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。

  

  上世纪80年代至90年代中期,是PLC发展快的时期,年增长率一直保持为30~40%。在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

  

  PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的。



2 PLC的构成

  

  从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。



3 CPU的构成



  CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每套PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路。

  

  CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。

  

  在使用者看来,不必要详细分析CPU的内部电路,但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。

  

  CPU速度和内存容量是PLC的重要参数,它们决定着PLC的工作速度,IO数量及软件容量等,因此限制着控制规模。



4 I/O模块

  

  PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。I/O分为开关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等模块。

  

  常用的I/O分类如下:

  

  开关量:按电压水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分,有继电器隔离和晶体管隔离。



  模拟量:按信号类型分,有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。

  

  除了上述通用IO外,还有特殊IO模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

  

  按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受大的底板或机架槽数限制。



5 电源模块

  

  PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时,有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有:交流电源(220VAC或110VAC),直流电源(常用的为24VDC)。



6 底板或机架



  大多数模块式PLC使用底板或机架,其作用是:电气上,实现各模块间的联系,使CPU能访问底板上的所有模块,机械上,实现各模块间的连接,使各模块构成一个整体。



7 PLC系统的其它设备



  7.1 编程设备:编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件,用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况,但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器,目前一般由计算机(运行编程软件)充当编程器。也就是我们系统的上位机。



  7.2 人机界面:简单的人机界面是指示灯和按钮,目前液晶屏(或触摸屏)式的一体式操作员终端应用越来越广泛,由计算机(运行组态软件)充当人机界面非常普及。



8 PLC的通信联网

  

  依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此,网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著,甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。

  

  PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息,形成一个统一的整体,实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口,还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口(MPI)的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。
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三菱PLC是三菱电机在大连生产的主力产品。 它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。三菱PLC在中国市场常见的有以下型号: FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-A FR-Q)。PLC系统组成及各部分的功能:
PLC相关组成
PLC相关组成(6张)
一.系统组成。
二.各部分的作用。
1. CPU运算和控制中心
起“心脏”作用。
纵:当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中,然后CPU根据系统所赋予的功能(系统程序存储器的解释编译程序),把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。
横:输入状态和输入信息从输入接口输进,CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中,然后输出到输出接口、控制外部驱动器。
组成:CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。
2.存储器
具有记忆功能的半导体电路。
分为系统程序存储器和用户存储器。
系统程序存储器用以存放系统程序,包括管理程序,监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器组成。厂家使用的,内容不可更改,断电不消失。
用户存储器:分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器(RAM)组成。用户使用的。断电内容消失。常用的锂电池作为后备电源,寿命一般为3~5年。
3.输入/输出接口
(1)输入接口:
光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。
发光二级管:在光电耦合器的输入端加上变化的电信号,发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。
光电三级管:在光信号的照射下导通,导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内,输出信号与输入信号有线性关系。
输入接口电路工作过程:当开关合上,二极管发光,然后三极管在光的照射下导通,向内部电路输入信号。当开关断开,二极管不发光,三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。
(2)输出接口
PLC的继电器输出接口电路
工作过程:当内部电路输出数字信号1,有电流流过,继电器线圈有电流,然后常开触点闭合,提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0,则没有电流流过,继电器线圈没有电流,然后常开触点断开,断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。
三种类型:
继电器输出:有触点、寿命短、频率低、交直流负载
晶体管输出:无触点、寿命长、直流负载
晶闸管输出:无触点、寿命长、交流负载
4.编程器
编程器分为两种,一种是手持编程器,方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过NSTP-GR软件(或WINDOWS下软件)向PLC内部输入程序。
第二节 PLC的基本工作原理
一.PLC采用“顺序扫描,不断循环”的工作方式
1.每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。
2.输入刷新过程。当输入端口关闭时,程序在进行执行阶段时,输入端有新状态,新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时,新状态才被读入。
3.一个扫描周期分为输入采样,程序执行,输出刷新。
4.元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
5.扫描周期的长短由三条决定。(1)CPU执行指令的速度(2)指令本身占有的时间(3)指令条数
6.由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象,即输入/输出响应延迟。
二.PLC与继电器控制系统、微机区别
1.PLC与继电器控制系统区别
前者工作方式是“串行”,后者工作方式是“并行”。
前者用“软件”,后者用“硬件”。
2.PLC与微机区别
前者工作方式是“循环扫描”。后者工作方式是“待命或中断”
PLC 编程方式
PLC突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。
PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言,等等。尤其前两者为常用。
梯形图语言特点:
1.每个梯形图由多个梯级组成。
2.梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“1”时,有假想的电流通过。
3.继电器线圈只能出现一次,而它的常开、常闭触点可以出现无数次。
4.每一梯级的运算结果,立即被后面的梯级所利用。
5.输入继电器受外部信号控制。只出现触点,不出现线圈。
第四节 主要技术性能
用户程序存储容量:是衡量可存储用户应用程序多少的指标。通常以字或K字为单位。16位二进制数为一个字,每1024个字为1K字。PLC以字为单位存储指令和数据。一般的逻辑操作指令每条占1个字。定时/计数,移位指令占2个字。数据操作指令占2~4个字。
第五节 PLC的分类
按结构分类:
1. 整体式:是把PLC各组成部分安装在一起或少数几块印刷电路板上,并连同电源一起装在机壳内形成一个单一的整体,称之为主机或基本单元、小型、超小型PLC采用这种结构。
2.模块式:是把PLC各基本组成做成独立的模块。中型、大型PLC采用这种方式,便于维修。
产品系列
编辑
FX1S系列
常用的几款三菱plc
常用的几款三菱plc
三菱PLC是一种集成型小型单元式PLC。且具有完整的性能和通讯功能等扩展性。如果考虑安装空间和成本是一种理想的选择。
FX1N系列
是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。具有扩展输入输出,模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。
FX2N系列
在当时,是三菱PLC是FX家族中先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点,为工厂自动化应用提供大的灵活性和控制能力。
FX3U系列
是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC,可能称得上是小型至尊产品。基本性能大幅提升,晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立高100kHz的定位功能,并且增加了新的定位指令,从而使得定位控制功能更加强大,使用更为方便。FX3U系列产品为FX2N替代产品,FX2N系列产品2012年12月三菱电机不再供货。以后大家都会选用FX3U系列产品。三菱PLC-FX3U系列产品介绍:
  ● FX3U系列PLC第三代微型可编程控制器,内置高达64K大容量的RAM存储器。
  ● 内置业界高水平的高速处理0.065μS/基本指令。
  ● 控制规模:16~384(包括CC-LINK I/O)点。
  ● 内置独立3轴100kHz定位功能(晶体管输出型)。
  ● 基本单元左侧均可以连接功能强大简便易用的适配器。
  ● 内置的编程口可以达到115.2kbps 的高速通信,而且多可以同时使用3 个通信口。
  ● 通过CC-Link 网络的扩展可以实现高84 点(包括远程I/O 在内)的控制。
  ● 模块上可以进行软元件的监控、测试,时钟的设定。
  ● FX3U系列还可以将该显示模块安装在控制柜的面板上。
  ● FX3U系列PLC编程软件:需要GX Developer 8.23Z 以上版本。
FX3G系列
是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC,基本单元自带两路高速通讯接口(RS422&USB,内置高达32K大容量存储器,标准模式时基本指令处理速度可达0.21μs,控制规模:14~256点(包括CC-LINK网络I/O),定位功能设置简便(多三轴),基本单元左侧多可连接4台FX3U特殊适配器,可实现浮点数运算,可设置两级密码,每级16字符,增强密码保护功能
FX1NC FX2NC FX3UC三菱PLC:
在保持了原有强大功能的基础上实现了极为可观的规模缩小I/O型接线接口降低了接线成本,并大大节省了时间。
Q系列三菱PLC:
三菱机公司推出的大型PLC,CPU类型有基本型CPU,高性能型CPU,过程控制CPU,运动控制CPU,冗余CPU等。可以满足各种复杂的控制需求。三菱电机中国事业的快速发展,为了更好地满足国内用户对三菱PLC,Q系列产品高性能、低成本的要求,三菱电机自动化特推出经济型QUTESET型三菱PLC,即一款以自带64点高密度混合单元的5槽Q00JCOUSET;另一款自带2块16点开关量输入及2块16点开关量输出的8槽Q00JCPU-S8SET,其性能指标与Q00J完全兼容,也完全支持GX-Developer等软件,故具有极佳的性价比。
A系列三菱PLC:
三菱PLC\A系列
三菱PLC\A系列
使用三菱顺控芯片(MSP),速度/指令可媲美大型三菱PLC;A2ASCPU支持32个PID回路。而QnASCPU的回路数目无限制,可随内存容量的大小而改变;程序容量由8K步至124K步,如使用存储器卡,QnASCPU则内存量可扩充到2M字节;有多种特殊模块可选择,包括网络,定位控制,高速计数,温度控制等模块。


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