plc組成、工作原理、基本特點以及應用領域
2020-06-04 14:06
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plc 是什么
plc是一種智能控制器，全稱是programmable logic controller，就是可編程控制器。
plc定義是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術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械或生產(chǎn)過程。plc及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制形成一個整體，易于擴展器功能原則而設計。
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plc特點（優(yōu)點）
可靠性高，抗干擾能力強
功能齊全，設備完善，適用性強
易學，操作簡單
系統(tǒng)的設計，維護方便，改造容易，建造簡單
體積小，較輕，能耗低
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plc的結構及各部分的作用
可編程控制器的結構多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結構。通常由中央處理單元（cpu）、存儲器（ram、rom）、輸入輸出單元（i/o）、電源和編程器等幾個部分組成。
中央處理單元（cpu）
cpu作為整個plc的核心，起著總指揮的作用。cpu一般由控制電路、運算器和寄存器組成，這些電路通常都被封裝在一個集成電路的芯片上。
cpu通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路連接。cpu的功能有以下一些：從存儲器中讀取指令、執(zhí)行指令、取下一條指令、處理中斷。
存儲器（ram、rom）
存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器，存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器，存放工作數(shù)據(jù)的存儲器稱為數(shù)據(jù)存儲器。
常用的存儲器有ram、eprom和eeprom。ram是一種可進行讀寫操作的隨機存儲器存放用戶程序，生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放在ram中的用戶程序可方便地修改。ram存儲器是一種高密度、低功耗、價格便宜的半導體存儲器，可用鋰電池做備用電源。掉電時，可有效地保持存儲的信息。eprom、eeprom都是只讀存儲器。用這些類型存儲器固化系統(tǒng)管理程序和應用程序。
輸入輸出單元（i/o單元）
i/o單元實際上是plc與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。i/o單元有良好的電隔離和濾波作用；接到plc輸入接口的輸入器件是各種開關、按鈕、傳感器等，plc的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流和直流型、高電壓型和低電壓型、電壓型和電流型。
電源
plc電源單元包括系統(tǒng)的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉換成內(nèi)部工作電壓。plc內(nèi)有一個穩(wěn)壓電源用于對plc的cpu單元和i/o單元供電。
編程器
編程器是plc的最重要外圍設備。利用編程器將用戶程序送入plc的存儲器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視plc的工作狀態(tài)。除此以外，在個人計算機上添加適當?shù)挠布涌诤蛙浖纯捎脗�人計算機對plc編程。利用微機作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。
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plc的工作原理
plc采用循環(huán)掃描的工作方式，在plc中用戶程序按先后順序存放，cpu從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結束符后又返回第一條，如此周而復始不斷循環(huán)。
plc的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。當plc處于停狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作服務等內(nèi)容。在plc處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。
輸入處理
輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通端狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。
程序執(zhí)行
根據(jù)plc梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。遇到程序跳轉指令，根據(jù)跳轉條件是否滿足來決定程序的跳轉地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時，plc從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對應映象寄存器，根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，存入有關器件寄存器中。對每個器件來說，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會隨著程序執(zhí)行過程而變化。
輸出處理
程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅(qū)動外部負載。
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plc應用領域
plc由于有機電一體化控制，儲存邏輯替代外部接線，數(shù)據(jù)運算能力強，加之通信技術的增強被廣泛應用較廣泛，如鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、交通、文化娛樂等行業(yè)，可實現(xiàn)如下控制。
開關量的邏輯控制
它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。
模擬量控制
在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間的a/d轉換及d/a轉換。plc廠家都生產(chǎn)配套的a/d和d/a轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。
運動控制
plc可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。
過程控制
過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。
數(shù)據(jù)處理
現(xiàn)代plc具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。
通信及聯(lián)網(wǎng)
plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通信接口，通信非常方便。
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