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2024年4月16日

網(wǎng)絡(luò )型PLC可編程控制器綜合實(shí)訓裝置（PLC實(shí)訓+變頻實(shí)訓+電氣控制實(shí)訓+觸摸屏實(shí)訓）

可編程控制器簡(jiǎn)介

一、可編程控制器簡(jiǎn)介
可編程控制器(PLC)是采取順序掃描，不斷循環(huán)，的方式進(jìn)行工作的，即在PLC運行時(shí)，PLC根據用戶(hù)按控制要求編好并存放于用戶(hù)程序存儲器中的程序，按指令步序號或地址號作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執行用戶(hù)程序，直至程序結束，然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪掃描，在每一次掃描過(guò)程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。
二、可編程控制器定義
可編程邏輯控制器簡(jiǎn)稱(chēng)PLC（英文全稱(chēng)：ProgrammableLogicController）。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為適應多品種，小批量生產(chǎn)的需求而產(chǎn)生發(fā)展起來(lái)的一種新型的工業(yè)控制裝置。
輸入輸出接口電路（I/O模塊）
PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數字信號進(jìn)入PLC系統，輸出模塊相反。I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入（DI），開(kāi)關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。
1．現場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。
2．現場(chǎng)輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過(guò)現場(chǎng)輸出接口電路向現場(chǎng)的執行部件輸出相應的控制信號。
常用的I/O分類(lèi)如下：
開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。
模擬量：按信號類(lèi)型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。
按I/O點(diǎn)數確定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。
1987年國際電工委員會(huì )（IEC）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：
“PLC是一種數字運算操作的電子的電子系統，專(zhuān)門(mén)在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可以編制程序的存儲器，用來(lái)在執行存儲邏輯運算和順序控制、定時(shí)、計數和算術(shù)運算等操作的指令，并通過(guò)數字或模擬的輸入(I)和輸出(O)接口，控制各種類(lèi)型的機械設備或生產(chǎn)過(guò)程�！�
三、結構產(chǎn)品
(一）PLC的基本機構：
從PLC的硬件結構形式上，PLC可以分為整體固定I/O型，基本單元加擴展型，模塊式，集成式，分布式5種基本結構形式。
（二）PLC的組成：
1.中央處理單元(CPU)
中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞，是PLC的核心起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU。它按照PLC系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯誤。當PLC投入運行時(shí)，首先它以?huà)呙璧姆绞浇邮宅F場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入I/O映象區，然后從用戶(hù)程序存儲器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶(hù)程序執行完畢之后，最后將I/O映象區的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。
為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來(lái)對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統，或采用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個(gè)CPU出現故障，整個(gè)系統仍能正常運行。
CPU速度和內存容量是PLC的重要參數，它們決定著(zhù)PLC的工作速度，I/O數量及軟件容量等，因此限制著(zhù)控制規模。
2.存儲器
系統程序存儲器是存放系統軟件的存儲器；用戶(hù)程序存儲器是存放PLC用戶(hù)程序應用;數據存儲器用來(lái)存儲PLC程序執行時(shí)的中間狀態(tài)與信息，它相當于PC的內存。
3.輸入輸出接口（I/O模塊）
PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數字信號進(jìn)入PLC系統，輸出模塊相反。I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入（DI），開(kāi)關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。
4.通信接口
通信接口的主要作用是實(shí)現PLC與外部設備之間的數據交換（通信）。通信接口的形式多樣，最基本的有UBS,RS-232,RS-422/RS-485等的標準串行接口�？梢酝ㄟ^(guò)多芯電纜，雙絞線(xiàn)，同軸電纜，光纜等進(jìn)行連接。
5.電源
PLC的電源為PLC電路提供工作電源，在整個(gè)系統中起著(zhù)十分重要的作用。一個(gè)良好的、可靠的電源系統是PLC的最基本保障。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。電源輸入類(lèi)型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。
四、可編程控制器特點(diǎn)
（一）可靠性高，抗干擾能力強
PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線(xiàn)可減少到繼電器控制系統的1/10~1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。
高可靠性是電氣控制設備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(cháng)。從PLC的機外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線(xiàn)及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個(gè)系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。
（二）硬件配套齊全，功能完善，適用性強
PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶(hù)選用，用戶(hù)能靈活方便地進(jìn)行系統配置，組成不同功能、不同規模的系統。PLC的安裝接線(xiàn)也很方便，一般用接線(xiàn)端子連接外部接線(xiàn)。PLC有較強的帶負載能力，可直接驅動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。
（三）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎
PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語(yǔ)言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。
（四）容易改造
系統的設計、安裝、調試工作量小，維護方便，容易改造。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規律，很容易掌握。對于復雜的控制系統，梯形圖的設計時(shí)間比設計繼電器系統電路圖的時(shí)間要少得多。
PLC用存儲邏輯代替接線(xiàn)邏輯，大大減少了控制設備外部的接線(xiàn)，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。
（五）體積小，重量輕，能耗低
以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開(kāi)關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實(shí)現機電一體化的理想控制器。
五、安裝維護
PLC的安裝
在安裝PLC時(shí)，要避開(kāi)下列場(chǎng)所：
①環(huán)境溫度超過(guò)0~50攝氏度的范圍。
②相對濕度超過(guò)85%或者存在露水凝聚（由溫度突變或其他因素所引起的）。
③太陽(yáng)光直接照射。
④有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。
⑤有大量鐵屑及灰塵。
⑥頻繁或連續的振動(dòng)，振動(dòng)頻率為10~55赫茲、幅度為0.5毫米（峰—峰）。
⑦超過(guò)10g（重力加速度）的沖擊。
為了使控制系統工作可靠，通常把可編程控制器安裝在有保護外殼的控制柜中，以防止灰塵、油污、水濺。為了保證其溫度保持在規定環(huán)境溫度范圍內，安裝機器應有足夠的通風(fēng)空間，基本單元和擴展單元之間要有30毫米以上間隔。如果周?chē)h(huán)境超過(guò)55攝氏度，要安裝電風(fēng)扇，強迫通風(fēng)。
為了避免其他外圍設備的電干擾，可編程控制器應盡可能遠離高壓電源線(xiàn)和高壓設備，可編程控制器與高壓設備和電源線(xiàn)之間應留出至少200毫米的距離。
電源接線(xiàn)
PLC供電電源為50赫茲、220伏±10%的交流電。
如果電源發(fā)生故障，中斷時(shí)間少于10毫秒，PLC工作不受影響。若電源中斷超過(guò)10毫秒或電源下降超過(guò)允許值，則PLC停止工作，所有的輸出點(diǎn)均同時(shí)斷開(kāi)。當電源恢復時(shí)，若RUN輸入接通，則操作自動(dòng)進(jìn)行。
對于電源線(xiàn)來(lái)的干擾，PLC本身具有足夠的抵制能力。如果電源干擾特別嚴重，可以安裝一個(gè)變比為1∶1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾。
接地
良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地線(xiàn)與機器的接地端相接，基本單元接地。如果要用擴展單元，其接地點(diǎn)應與基本單元的接地點(diǎn)接在一起。為了抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應給可編程控制器接上專(zhuān)用地線(xiàn)，接地點(diǎn)應與動(dòng)力設備（如電機）的接地點(diǎn)分開(kāi)。若達不到這種要求，也必須做到與其他設備公共接地，禁止與其他設備串聯(lián)接地。接地點(diǎn)應盡可能靠近PLC。
直流24伏接線(xiàn)端
PLC上的24伏接線(xiàn)端子，還可以向外部傳感器（如接近開(kāi)關(guān)或光電開(kāi)關(guān)）提供電流。24伏端子作傳感器電源時(shí)，COM端子是直流24伏地端。如果采用擴展單元，則應將基本單元和擴展單元的24伏端連接起來(lái)。另外，任何外部電源不能接到這個(gè)端子上。
如果發(fā)生過(guò)載現象，電壓將自動(dòng)跌落，該點(diǎn)輸入對可編程控制器不起作用。
每種型號的PLC的輸入點(diǎn)數量是有規定的。對每一個(gè)尚未使用的輸入點(diǎn)，它不耗電，因此在這種情況下，24伏電源端子向外供電流的能力可以增加。
輸入接線(xiàn)
一般接受行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)等輸入的開(kāi)關(guān)量信號。輸入接線(xiàn)端子是PLC與外部傳感器負載轉換信號的端口。輸入接線(xiàn)，一般指外部傳感器與輸入端口的接線(xiàn)。
輸入器件可以是任何無(wú)源的觸點(diǎn)或集電極開(kāi)路的NPN管。輸入器件接通時(shí)，輸入端接通，輸入線(xiàn)路閉合，同時(shí)輸入指示的發(fā)光二極管亮。
輸入端的一次電路與二次電路之間，采用光電耦合隔離。二次電路帶RC濾波器，以防止由于輸入觸點(diǎn)抖動(dòng)或從輸入線(xiàn)路串入的電噪聲引起PLC誤動(dòng)作。
若在輸入觸點(diǎn)電路串聯(lián)二極管，在串聯(lián)二極管上的電壓應小于4伏。若使用帶發(fā)光二極管的舌簧開(kāi)關(guān)，串聯(lián)二極管的數目不能超過(guò)兩只。
輸出接線(xiàn)
可編程控制器有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出3種形式。輸出端接線(xiàn)分為獨立輸出和公共輸出。當PLC的輸出繼電器或晶閘管動(dòng)作時(shí)，同一號碼的兩個(gè)輸出端接通。在不同組中，可采用不同類(lèi)型和電壓等級的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類(lèi)型、同一電壓等級的電源。
由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負載短路，將燒毀印制電路板，因此，應用熔絲保護輸出元件。
采用繼電器輸出時(shí)，承受的電感性負載大小影響到繼電器的工作壽命，因此繼電器工作壽命要求長(cháng)。
21世紀，PLC會(huì )有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會(huì )更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會(huì )有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現；從產(chǎn)品規模上看，會(huì )進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì )更豐富、規格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會(huì )更好地適應各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì )隨著(zhù)國際競爭的加劇而打破，會(huì )出現少數幾個(gè)品牌壟斷國際市場(chǎng)的局面，會(huì )出現國際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構成大型的控制系統是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可編程控制器應用。伴隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò )和國際通用網(wǎng)絡(luò )的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。