西门子东营PLC模块总代理商

1.2.2   PLC可编程控制器的特点

    1）、可靠性高，抗干扰能力强。工业生产一般对控制设备的可靠性要求很高，并且要有很强的抗干扰能力。PLC能在恶劣的环境中可靠的工作，平均无故障时间达到数万小时以上，已被公认为可靠的工业控制设备之一。

    PLC本身具有较强的自诊断功能，保证硬件核心设备（CPU、存储器、I/O总线等）在正常情况下执行用户程序，一旦出现故障则立即给出出错信号，停止用户程序的执行，切断所有输出信号，等待修复。PLC的主要模块均采用大规模和超大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路。在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有jingque的考虑，在硬件上采用隔离，屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施，在软件上采用数字滤波等措施。与继电器系统和通用计算机相比，PLC更能适应工业现场环境要求。

    2） 硬件配套齐全，使用方便，适应性强

    PLC是通过执行程序实现控制的。当控制要求发生改变时，只要修改程序即可，大限度地缩短了工艺更新所需要的时间。PLC的产品已标准化、系列化、模块化，而且PLC及配套产品的模块品种多，用户可以灵活方便地进行系统配置组合成各种不同规模、不同功能的控制系统。在PLC控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入/输出信号线即可，不需要进行大量且复杂的硬接线，并且PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。

    3）、编程直观、易学易会

    PLC提供了多种编程语言，其中梯形图使用普遍。PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，因此PLC程序的编制采用梯形图的简单指令形式。梯形图与继电原理图相似，这种编程语言形象直观，易学易懂，不需要专门的计算机知识和语言，现场工程技术人员可在短时间内学会使用。用户在购买PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和进行简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

    4）、系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便

    PLC用软件取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大为减少。同时PLC的用户程序大部分可以在实验室进行模拟调试，模拟调试好后再将PLC控制系统安装到生产现场，进行联机调试，既安全，又快捷方便。
    PLC的故障率很低，并且有完善的自诊断和显示功能。当发生故障时，可以根据PLC的状态指示灯显示或编程器提供的信息迅速查找到故障原因，排除故障。

    5）、体积小，能耗低

    由于PLC采用了半导体集成电路，其体积小，重量轻，结构紧凑、功耗低、便于安装，是机电一体化的理想控制器。对于复杂的控制系统，采用PLC后，一般可将开关柜的体积缩小到原来的1/10~1/2。

1.2.3   PLC的应用
    目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，随着其性能价格比的不断提高，应用的范围还在不断扩大，PLC的应用大致可归纳为以下几类。
    1)、开关量的逻辑控制
    这是PLC基本、广泛的应用领域。PLC的逻辑控制取代传统的继电系统控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单机控制，也可用于多机及自动化生产线的控制等。如机床电气控制、装配生产线、电梯控制、冶金系统的高炉上料系统以及各种生产线的控制。    
    2)、运动控制
    PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。目前，大多数的PLC制造商都提供拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，这一功能可广泛用于各种机械，如金属切削机床、金属成型机床、机器人、电梯等。
    3)、过程控制
     过程控制是指对温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。现代的大、中型PLC一般都有闭环PID控制模块，这一功能可以用PID子程序来实现，而更多的是使用专用PID模块来实现。
    4)、数据处理
    PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以通过通信接口传送到指定的智能装置进行处理，或将它们打印备用。数据处理一般用于大型控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
    5）、通信及联网
    PLC通信括PLC相互之间、PLC与上位机、PLC与其它智能设备间的通信。PLC与其它智能控制设备一起，可以构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化系统发展的需要。

● PLC控制系统与继电器控制系统的区别 ：

    ⑴ 组成器件不同：继电器控制线路是许多真正的硬件继电器组成，而梯形图则由许多所谓“软继电器”组成。
    ⑵ 触点数量不同：硬继电器的触点数量有限，用于控制的继电器的触 点数一般只有4～8对；而梯形图中每个“软继电器”供编程使用的触点数有无限对。
    ⑶ 实施控制的方法不同：在继电器控制线路中，实现某种控制是通过各种继电器之间硬接线解决的。而PLC控制是通过梯形图即软件编 程解决的。
    ⑷ 工作方式不同：在继电器控制线路中，采用并行工作方式；而在梯形图的控制线路中，采用串行工作方式。

1.3   PLC可编程控制器的基本组成

    PLC种类繁多，功能虽然多种多样，但其组成结构和工作原理基本相同。PLC的控制系统由硬件和软件两大部分组成，硬件指PLC本身及其外围设备，软件是指管理PLC的系统软件和PLC的应用程序

   1.3.1   PLC的硬件系统组成

    PLC实质上是一种工业控制计算机，PLC与计算机的组成十分相似。只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口，以及更直接的适应控制要求的编程语言。从硬件结构看，它由CPU、存储器、输入/输出接口、电源等组成。PLC的基本组成框图如图1所示。下面对PLC控制系统的主要硬件部分进行介绍。

    1）、中央处理器（CPU）
    一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。

    与一般的计算机一样，CPU是整个PLC的控制中枢，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊的进行工作。CPU主要完成下述工作：

    （1）接收、存储用户通过编程器等输入设备输入的程序和数据。

    （2）用扫描的方式通过I/O部件接收现场信号的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据存储器中。

    （3）诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。

    （4） PLC进入运行状态后，执行用户程序，完成各种数据的处理、传输和存储相应的内部控制信号，以完成用户指令规定的各种操作。

    （5）响应各种外围设备(如编程器、打印机等）的请求。

    PLC采用的CPU随机型不同而不同， 目前，小型PLC为单CPU系统，中型及大型则采用双CPU甚至多CPU系统。目前，PLC通常采用的微处理器有三种：通用微处理器、单片微处理器（即单片机）、位片式微处理器。

    2）、 存储器

    PLC系统中的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作状态数据。PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器。

    （1）系统存储器

    系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏很大程度上决定了PLC的性能。

    （2）用户存储器

    用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务采用PLC编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同（可以是RAM、EPROM或EEPROM存储器），其内容可以由用户修改或增删。用户数据存储器可以用来存放（记忆）用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数据等。用户存储器的大小关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。
    为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在只读存储器EPROM中。现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。
    工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。存放在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。
    由于系统程序及工作数据与用户无直接联系，所以在PLC 产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。当PLC提供的用户存储器容量不够用，许多PLC还提供有存储器扩展功能。

    存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器或可擦除可编程的只读存储器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。

    3）、输入/输出接口

    输入/输出接口是PLC与现场I/O设备或其它外部设备之间的连接部件。PLC通过输入接口把外部设备(如开关、按钮、传感器)的状态或信息读入CPU，通过用户程序的运算与操作，把结果通过输出接口传递给执行机构（如电磁阀、继电器、接触器等）。

    在输入/输出接口电路中，一般均配有电子变换、光耦合器和阻容滤波等电路，以实现外部现场的各种信号与系统内部统一信号的匹配和信号的正确传递，PLC正是通过了这种接口实现了信号电平的转换。发光二极管(LED)用来显示某一路输入端子是否有信号输入。当系统的I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展。

    （1）输入接口电路

    各种PLC的输入接口电路结构大都相同，按其接口接受的外信号电源划分有两种类型：直流输入接口电路、交流输入接口电路。其作用是把现场的开关量信号变成PLC内部处理的标准信号。PLC的输入接口电路如图2所示。

    在输入接口电路中，每一个输入端子可接收一个来自用户设备的离散信号，即外部输入器件可以是无源触点，如按钮、开关、形程开关等，也可以是有源器件，如各类传感器、接近开关、光电开关等。在PLC内部电源容量允许条件下，有源输入器件可以采用PLC输出电源（24V），否则必须外设电源。

       直流输入接口电路中，当输入开关闭合时，光敏晶体管接收到光信号，并将接受的信号送入内部状态寄存器。即当现场开关闭合时，对应的输入映像寄存器为“1”状态，同时该输入端的发光二极管(LED)点亮；当现场开关断开时，对应的输入映像寄存器为“0”状态。光电耦合器隔离了输入电路与PLC内部电路的电气连接，使外部信号通过光电耦合变成内部电路能接收的标准信号。
      交流输入接口电路中，当输入开关闭合时，经双向光电耦合器，将该信号送至PLC内部电路，供CPU处理，同时发光二极管（LED）点亮。

    （2）输出接口电路

    为适应不同负载需要，各类PLC的输出都有三种类型的接口电路，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。其作用是把PLC内部的标淮信号转换成现场执行机构所需的开关量信号，驱动负载。发光二极管(LED)用来显示某一路输出端子是否有信号输出。

  继电器输出型接口电路中，当CPU根据用户程序的运算把输出信号送入PLC的输出映像区后，通过内部总线把输出信号送到锁存器中。当输出锁存器的对应位为“1”时，其对应的发光二极管（LED）导通发光，继电器的线圈带电，其触点则把负载和电源连通起来，使得负载获得电流；当输出锁存器的对应位为“0”时,其对应的发光二极管（LED）不导通，线圈不带电，其触点则把负载L和电源隔断，使得负载不会获得电流。
     晶体管输出型接口电路中，当输出锁存器的对应位为“1”时，其对应的晶体管导通，把负载和电源连通起来，使得负载获得电流，发光二极管（LED）导通；当输出锁存器的对应为“0”时，其对应的晶体管截止，把负载和电源隔断，使得负载不会获得电流，发光二极管（LED）不导通。
     晶闸管输出型接口电路中，当输出锁存器的对应位为“1”时，其对应的光耦合器导通，把负载和电源连通起来，使得负载获得电流，发光二极管（LED）发光。当输出锁存器的对应位为“0”时，由于负载电源过零，其对应的光耦合器截止，把负载和电源隔断，使得负载不会获得电流，发光二极管（LED）不导通。
上述三种类型的输出接口电路中，继电器输出型常用，它适用于交、直流负载，其特点是带负载能力强，但动作频率与相应速度慢。晶体管输出型适用于直流负载，其特点是动作频率高，相应速度块，但带负载能力小。晶闸管输出型适用于交流负载，相应速度快，带带负载能力不强。

    在输出接口电路中，外部负载直接与PLC输出端子相连，负载电源由用户根据负载要求自行配备。在实际应用中，在考虑外驱动电源时，需考虑输出器件的类型，同时PLC输出端子的输出电流不能超出其额定值。

4）、电源部分

    PLC内部配有一个专用开关型稳压电源，它将交流／直流供电电源变换成系统内部各单元所需的电源，即为PLC各模块的集成电路提供工作电源。
    PLC一般使用220V的交流供电电源。PLC内部的开关电源对电网提供的电源要求不高，与普通电源相比，PLC电源稳定性好、抗干扰能力强。许多PLC都向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。
    对于整体式结构的PLC，通常电源封装在机壳内部；对于模块式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与PLC封装到一个模块中。

5）、编程器

    编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件。它是PLC的外部设备，是人机交互的窗口。可用于编程、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。编程器可以是专用编程器，也可以是配有编程软件包的通用计算机系统。专用编程器是由PLC生产厂家，该厂家生产的某些PLC产品使用，使用范围有限，价格较高。目前，大多是使用个人计算机为基础的编程器，用户只要购买PLC厂家提供的编程软件和相应的硬件接口装置，就可以得到高性能的PLC程序开发系统。

6）、扩展接口和外设通信接口

    (1）外设通信接口

    PLC配有多种通信接口，PLC通过这些通信接口可与编程器、打印机、其它PLC、计算机等设备实现通信。可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。

    (2）扩展接口

    用于连接I/O扩展单元和特殊功能单元。 通过扩展接口可以扩充开关量 I/O 点数和增加模拟量的I/0端子，也可配接智能单元完成特定的功能，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。I/0扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。

    工业控制中，除了用数字量信号来控制外，有时还要用模拟量信号来进行控制。模拟量模块有三种：模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入/输出模块。

    (Ⅰ) 模拟量输入模块

    模拟量输入模块又称A/D模块，将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC的CPU可以接收的数字量，一般多为12位二进制数，数字量位数越多的模块，分辨率就越高。

    (Ⅱ) 模拟量输出模块

    模拟量输出模块又称为D/A模块，把PLC的CPU送往模拟量输出模块的数字量转换成外部设备可以接收的模拟量（电压或电流）。模拟量输出模块所接收的数字信号一般多为12位二进制数，数字量位数越多的模块，分辨率就越高