可編程序控制器是在繼電器控制和計算機控制的基礎(chǔ)上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。早期的可編程控制器在功能上只能進行邏輯控制，因而稱為可編程序控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC。隨著技術(shù)的發(fā)展，其控制功能不斷增強，現(xiàn)在的可能編程序控制還可進行算術(shù)運算、模擬理控制。當前PLC的著名生產(chǎn)廠家和產(chǎn)品有日本三菱F系列，OMRON公司的C系列，松下電工FP1，美國通用電氣公司的GE，德國西門子公司的S5、S7等產(chǎn)品。 1.PLC的原理構(gòu)成
可編程控制器有各種不同的外形結(jié)構(gòu)，如分布式結(jié)構(gòu)、模塊化結(jié)構(gòu)等，但在原理構(gòu)成上大致相同，PLC硬件結(jié)構(gòu)圖如圖5.4.1所示。 （1）微處理器 可編程控制器中的微處理器即為CPU板。它包括一臺基本計算機必需的部件：中央處理器CPU，存儲器RAM、ROM，并行/串行接口PIO/SIO，時鐘CTC等。它的作用是對整個可編程控制器的工作進行協(xié)調(diào)控制：一通過系統(tǒng)監(jiān)控程序進行系統(tǒng)管理，如自診斷、查錯、信息傳送、時鐘、計數(shù)刷新等；二是根據(jù)用戶程序執(zhí)行輸入輸出操作、程序解釋、執(zhí)行操作等 （2）接口電路 圖5.4.2為常用的兩種開關(guān)量輸入接口的原理電路。 通常用輸入繼電器來等效表示輸入接口的作用，如圖5.4.3所示。 （3）輸出接口電路 輸出接口電路通常有三種形式：繼電器輸出、晶體管輸出及雙向晶閘管輸出。 圖5.4.4是繼電器輸出方式。當內(nèi)部電路有輸出信號時，繼電器K的線圈通電，其常開觸點閉合，接通輸出電路，發(fā)光二極管給出輸出指示。
圖5.4.5（a）是晶體管輸出電路。輸出信號經(jīng)光電耦合器送給晶體管，晶體管的飽和導(dǎo)通或截止相當于觸點的接通和斷開。圖中的穩(wěn)壓管用來平抑過電壓，保護晶體管。 圖5.4.5（b）是雙向晶閘管輸出電路，它用光電晶閘管耦合器實現(xiàn)G光電隔離。并聯(lián)在雙向晶閘管兩端的R、C和壓敏電阻，用于晶閘管阻容保護。 輸出接口電路通常也用輸出繼電器來等效表示，如圖5.4.6所示。當PLC通過接口電路輸出信號時，相當于輸出繼電器線圈Y400來電，其常開觸點閉合。 （4）電源 用于對CPU、I/O板等內(nèi)部器件供電。有些機型還向外提供穩(wěn)壓電源，用于外部傳感器供電。 （5）擴展接口 擴展接口是用于擴展I/O單元的，它使PLC的點數(shù)規(guī)模配置更為靈活，一般為總線結(jié)構(gòu)，除可以配接開關(guān)量的I/O單元，也可配置作特殊用途的模塊，如：模擬輸入、輸出模塊，溫度傳感器用模擬輸入模塊，高速計數(shù)模塊，定位模塊，脈沖輸出模塊，通訊模塊等。 （6）編程器接口 可編程控制器本體上通常是不帶編程器的。為了能對可編程控制器編程 及監(jiān)控，腫編程 控投影器上專門設(shè)置有編程器接口，通過這個接口可以接各種型式的編程裝置，還可以利用此接口做一些監(jiān)控的工作。 （7）存儲器接口 為了存儲用戶程序以及擴展用戶程序存儲器、數(shù)據(jù)參數(shù)存儲區(qū)，PLC設(shè)有存儲器擴展口，可要據(jù)使用的需要擴展存儲器。其內(nèi)部也是接到總線上的。 （8）編程器 編程器用于對用戶程序的編輯、輸入、調(diào)試，還可通過其鍵盤去調(diào)用和顯示PLC內(nèi)部的一些狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)，實現(xiàn)監(jiān)控功能。一般編程器上有供編程的各種功能鍵和數(shù)碼顯示燈，以及編程、監(jiān)控轉(zhuǎn)換開關(guān)等，如圖5.4.7所示的手持編程器，它通過接口與CPU聯(lián)系，完成人機對話。PLC在正常工作時可不需編程器，所以編程器設(shè)計為獨立部件，一般只是在程序輸入和檢修時使用編程器，一臺編程器可供多臺同系列PLC共用。
2. PLC的工作原理 PLC是如何工作的呢？首先用戶根據(jù)控制要求編制好程序輸入到PLC的用戶程序存儲器中。PLC運行工作時，CPU對用戶程序作周期性循環(huán)掃描，在無跳轉(zhuǎn)指令的情況下，CPU從第一條指令開始順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直到及程序結(jié)束，然后又返回第一條指令，開始新的一輪掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號采集和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的工作過程可按圖5.4.8所示，分為三個階段。 （1）輸入采樣階段 程序執(zhí)行前，可編程控制器的全部輸入端子的通/斷狀態(tài)讀入輸入映象寄存器。 在程序執(zhí)行中，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不變。直到下一掃描刷新階段才讀入這變化。 ?。?/span>2）程序執(zhí)行階段 對應(yīng)用戶程序存儲器所存的指令，從輸入映像寄存器和其它元件的映象寄存器和其它元件的寄存器中將有關(guān)元件的通/斷狀態(tài)讀出，從0步開始順序運算，每次結(jié)果都寫入有關(guān)的元件映像寄存器。因此，各元件（X除外）的映象寄存器的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行在不斷變化。 ?。?/span>3）輸出刷新階段 全部指令執(zhí)行完畢，將輸出Y的寄存器的通/斷狀態(tài)向輸出鎖存器送傳，然后成為可編程控制器的實際輸出。 2.PLC的器件與器件編號 為了便于閱讀，C表示計數(shù)器，M表示輔助繼電路，并給每種器件以特定的編號。不同型號的PLC，器件的編號會有所不同，具體參考產(chǎn)品手冊。 圖5.4.10所示各圖為T、C、M等器件的功能示意圖。圖5.4.10（a）中，當觸點X400接通后，定時器T450要延時5.5s（圖中K值×0.1s）才能使它的動合觸點閉合、動斷觸點打開，它們分別去接通Y430的線圈和斷開Y431的線圈。圖5.4.10（b）中，當觸點X411閉合4次，即輸入4個計數(shù)脈沖時，計數(shù)器C461（計數(shù)設(shè)定值K為4）動作，觸點C46閉合，將Y430線圈接通。此后若觸點X410動作（即輸入復(fù)位信號），則計數(shù)器復(fù)位，觸點C461斷開，計數(shù)器恢復(fù)計數(shù)設(shè)定值。圖5.4.10（c）中，當輔助繼電器線圈M100有電時，其觸點動作。輔助繼電器的作用是在PLC內(nèi)部傳遞信號。
1. 啟動、保持和停止電路 在前面已經(jīng)介紹過三相異步電動機的接觸器自鎖控制電路，若采用PLC進行控制，該電路所對應(yīng)的梯形圖畫在圖5.4.15中。圖中的起動信號X410和停止信號X411持續(xù)的時間一般很短，這種信號稱為短信號。該電路最主要的特點是具有“記憶”功能，當啟動信號X410變?yōu)?/span>“1”狀態(tài)時，Y430的線圈“通電”。它的常閉觸點同時接觸。X410變?yōu)椤?/span>0”狀態(tài)后。“概念電流”經(jīng)Y430的閉和觸點流過它的線圈，這就實現(xiàn)了所謂的自鎖或自保功能 在實際電路中，起動信號和停止信號可能是由多個觸點組成的串、并聯(lián)電路提供的。 2. 三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路 圖5.5.16是異步電動機正反轉(zhuǎn)控制的主電路和繼電器控制電路，圖5.4.17是功能與圖5.4.16中的控制電路相同的PLC控制系統(tǒng)的外部接線圖和梯形圖，其中KM1和KM2分別是控制正轉(zhuǎn)運行和反轉(zhuǎn)運行的交流接觸器。圖5.4.16中用KM1和KM2的主觸點改變進入電動機的三相電源的相序，即可改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向。圖中的FR是熱繼電器，在電動機過載時，它的動斷觸點斷開，使KM1和KM2的線圈斷電。 梯形圖中用兩個起（動）保（持）停（止）電路來分別控制電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。按下正轉(zhuǎn)起動按鈕SB2，X400接通，Y430線圈得電并自保持，使KM1線圈通電，電機開始正轉(zhuǎn)運行。按下停止按鈕SB1，X402為“1”狀態(tài)，其動斷觸點斷開，使Y430線圈失電，電動機停止運行。 在梯形圖中，將Y430和Y431的動斷觸點分別與對方的線圈串聯(lián)，可以保證它們不會同時為“1”狀態(tài)，因此KM1和KM2的線圈不會同時通電，這種安全措施在繼電接觸器電路中稱為“互鎖”。除此之外，為了方便操作和保證Y430、Y431不會同時為“1”狀態(tài)，在梯形圖中還設(shè)置了所謂的“按鈕聯(lián)鎖”，即將反轉(zhuǎn)起動按鈕控制的X401的常閉觸點與正轉(zhuǎn)輸出繼電器Y430的線圈串聯(lián)，將正轉(zhuǎn)起動按鈕控制的X400的常閉觸點與控制反轉(zhuǎn)的Y431的線圈串聯(lián)。設(shè)Y430接通，電動機正轉(zhuǎn)，這時如果想改為反轉(zhuǎn)運行，可以不按停止按鈕SB1，直接按反轉(zhuǎn)起動按鈕SB3，X401變?yōu)椤?/span>1”狀態(tài)，它的常閉觸點斷開，使Y430線圈失電，同時它的常開觸點接通，使Y431接通，電機由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)。 梯形圖中的互鎖電路只能保證PLC內(nèi)與Y430、Y431對應(yīng)的硬件繼電器的常閉觸點不會同接通，如果因主電路電流過大或接觸器質(zhì)量不好，某一接觸器的主觸點被電弧熔焊，其線圈斷電后主觸點仍然是接通的，這時如果另一接觸器線圈通電，仍然造成三相電源短路事故。為了防止出現(xiàn)這種情況，應(yīng)在PLC外部設(shè)置由KM1和KM2的輔助常閉觸點組成的硬件互鎖電路（見圖5.4.16）假設(shè)KM1的主觸點補電弧熔焊，這時它的與KM2線圈串聯(lián)的輔助常閉觸點處于斷開狀態(tài)，因此KM2的線圈不可能得電。 3.長延時電路 圖5.4.18是由定時器和計數(shù)器組合而成的長延時電路。當X400接通，其常開觸點閉合，使T450開始計時，100s后，T450常開觸點閉合，作為C460的計數(shù)輸入，而T450的常閉觸點使T450自復(fù)位。待下一掃描時，T450又接通定時，因此T450的常開觸點每隔100s閉合一次，每次接通的時間為一個掃描周期。而計數(shù)器C460則對這個脈沖計數(shù)，當計數(shù)150次時，C460的常開觸點閉合，使Y430線圈接通。因此從X400接通到Y430輸出，總的延時時間為定時器和計數(shù)器設(shè)定值的乘積。 T=100×150=15000s 圖中M71用于動行開始對C460復(fù)位。 |
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