一、工作原理
可編程控制器(Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱PC或PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專門(mén)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器,用來(lái)在執(zhí)行存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算和順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入(I)和輸出(O)接口,控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程??删幊炭刂破魇窃陔娖骺刂萍夹g(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的,并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心,把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。PLC已被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中,成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制裝置,被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱(PLC、機(jī)器人、CAD/CAM)之一。
二、安裝與維護(hù)
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(duì)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(xù)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(tǒng)工作可靠,通常把可編程控制器安裝在有保護(hù)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(guī)定環(huán)境溫度范圍內(nèi),安裝機(jī)器應(yīng)有足夠的通風(fēng)空間,基本單元和擴(kuò)展單元之間要有30毫米以上間隔。如果周圍環(huán)境超過(guò)55攝氏度,要安裝電風(fēng)扇,強(qiáng)迫通風(fēng)。
為了避免其他外圍設(shè)備的電干擾,可編程控制器應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離高壓電源線和高壓設(shè)備,可編程控制器與高壓設(shè)備和電源線之間應(yīng)留出至少200毫米的距離。
電源接線
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(dāng)電源恢復(fù)時(shí),若RUN輸入接通,則操作自動(dòng)進(jìn)行。
對(duì)于電源線來(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(yán)重,可以安裝一個(gè)變比為1∶1的隔離變壓器,以減少設(shè)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。接地線與機(jī)器的接地端相接,基本單元接地。如果要用擴(kuò)展單元,其接地點(diǎn)應(yīng)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(yīng)給可編程控制器接上專用地線,接地點(diǎn)應(yīng)與動(dòng)力設(shè)備(如電機(jī))的接地點(diǎn)分開(kāi)。若達(dá)不到這種要求,也必須做到與其他設(shè)備公共接地,禁止與其他設(shè)備串聯(lián)接地。接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近PLC。
直流24伏接線端
PLC上的24伏接線端子,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(kuò)展單元,則應(yīng)將基本單元和擴(kuò)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(xiàn)象,電壓將自動(dòng)跌落,該點(diǎn)輸入對(duì)可編程控制器不起作用。
每種型號(hào)的PLC的輸入點(diǎn)數(shù)量是有規(guī)定的。對(duì)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
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(hào)。輸入接線端子是PLC與外部傳感器負(fù)載轉(zhuǎn)換信號(hào)的端口。輸入接線,一般指外部傳感器與輸入端口的接線。
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(yīng)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(shù)目不能超過(guò)兩只。
輸出接線
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。輸出端接線分為獨(dú)立輸出和公共輸出。當(dāng)PLC的輸出繼電器或晶閘管動(dòng)作時(shí),同一號(hào)碼的兩個(gè)輸出端接通。在不同組中,可采用不同類型和電壓等級(jí)的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級(jí)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(fù)載短路,將燒毀印制電路板,因此,應(yīng)用熔絲保護(hù)輸出元件。
采用繼電器輸出時(shí),承受的電感性負(fù)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(zhǎng)。
三、主要用途
PLC采用微電子技術(shù)來(lái)完成各種控制功能,在現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)作用下,按照預(yù)先輸入的程序,控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),按照一定規(guī)律進(jìn)行動(dòng)作。其主要功能如下。
順序邏輯控制
這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,用來(lái)取代繼電器控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。它即可用于單機(jī)控制或多機(jī)控制又可用于自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制。PLC根據(jù)操作按鈕、限位開(kāi)關(guān)及其他現(xiàn)場(chǎng)給出的指令信號(hào),控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行相應(yīng)的操作。
運(yùn)動(dòng)控制
在機(jī)械加工行業(yè),可編程控制器與計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)集成在一起,完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制。很多PLC制造廠家已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸的位置控制模板。在多數(shù)情況下,PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模板,模板移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。當(dāng)每個(gè)軸移動(dòng)時(shí),位置控制模板保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?,確保運(yùn)動(dòng)平滑。已用于控制無(wú)心磨削、沖壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削、磨消應(yīng)用當(dāng)中。
定時(shí)控制
PLC為用戶提供了一定數(shù)量的定時(shí)器,設(shè)置了定時(shí)器指令,如OMRON公司的CPM1A,,每個(gè)定時(shí)器可實(shí)現(xiàn)0·1~999·9s或0·01~99·9s的定時(shí)控制,SIEMENS公司S7—200系列可提供時(shí)基單位為0·1s/0`01s及0·00s的定時(shí)器,實(shí)現(xiàn)從0·001s到3276·7s的定時(shí)制。可按一定方式進(jìn)行定時(shí)時(shí)間的擴(kuò)展。定時(shí)精度高,定時(shí)設(shè)定方便、靈活。PLC還提供了高精度的時(shí)鐘脈沖,用于準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)控制。
記數(shù)控制
PLC為用戶提供的記數(shù)器分為普通記數(shù)器,可逆記數(shù)器(增減計(jì)數(shù)器)、高速計(jì)數(shù)器等,用來(lái)完成不同用途的記數(shù)控制命令。計(jì)數(shù)器值等于計(jì)數(shù)器設(shè)定值,或在某一數(shù)值范圍時(shí),發(fā)出控制命令。計(jì)數(shù)器的記數(shù)值可在運(yùn)行中被讀出,也可在運(yùn)行中進(jìn)行修改。
步進(jìn)控制
PLC為用戶提供了一定數(shù)量的移位寄存器,用移位寄存器可方便地完成步進(jìn)控制功能。在一道工序完成之后,自動(dòng)進(jìn)行下一道工序。一個(gè)工作周期結(jié)束后,自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)工作周期。有些PLC還專門(mén)設(shè)有步進(jìn)控制指令,使得步進(jìn)控制更為方便。
數(shù)據(jù)處理
大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能,如F2系列、C系列、S7系列PLC等,能完成數(shù)據(jù)運(yùn)算如;加、減、乘、除、乘方、開(kāi)方等,邏輯運(yùn)算如;字與、字或、字異或、求反等,移位、數(shù)據(jù)比較和傳送數(shù)值的轉(zhuǎn)換等操作。
模、數(shù)和數(shù)、模轉(zhuǎn)換
在過(guò)程控制或閉環(huán)控制系統(tǒng)中,存在溫度、壓力、流量、速度位移、電流、電壓等連續(xù)變化的物理量。過(guò)去,PLC用于邏輯控制,對(duì)于這些物理量的控制主要靠?jī)x表控制或分布式系統(tǒng)DCS。大、中型PLC都具有物理處理功能,很多小型PLC也具有物理量處理功能,編程和使用都很方便 。
通信及聯(lián)網(wǎng)
大都分PLC都具備通信能力,能夠?qū)崿F(xiàn)PLC與計(jì)算機(jī),PLC與PLC之間的通信。通過(guò)這些通信技術(shù),使PLC更容易構(gòu)成工廠自動(dòng)化(FA)系統(tǒng)。也可與打印機(jī)、監(jiān)視器等外部設(shè)備相連,記錄和監(jiān)視有關(guān)數(shù)據(jù)
根據(jù)用戶的使用方式和特點(diǎn),可編程控制器可以分為兩種完全不同的市場(chǎng):項(xiàng)目型市場(chǎng)和OEM型市場(chǎng)。可編程控制器的主要應(yīng)用:
項(xiàng)目型市場(chǎng)中,可編程控制器主要應(yīng)用在冶金、汽車、市政、電力等行業(yè);OEM市場(chǎng)中,可編程控制器主要應(yīng)用在紡織機(jī)械、包裝、機(jī)床等傳統(tǒng)行業(yè)。小型PLC主要用于OEM市場(chǎng),主要以三菱,西門(mén)子,歐姆龍、愛(ài)德克等品牌為主,愛(ài)德克的可編程控制器有:FC4A,FC5A,FT1A,其中FT1A將 PLC 功能與小型顯示器結(jié)合在一起,無(wú)需主機(jī)設(shè)備,省接線,省空間,性價(jià)比高。而FT1A使用非常方便,例如其觸點(diǎn)輸出為10A,可以直接帶動(dòng)大容量負(fù)載,如電磁閥等。
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