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PLC系统原理

1、概念部分

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的、数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储并执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

取代继电器接触器系统

2.结构

PLC作为一种工业控制装置，其组成主要由中央处理单元CPU、存储器、输入输出（I/O）单元、电源、外部接口和各种功能模块组成。

3、工作原理

PLC一般采用循环扫描的工作方式。PLC上电后，执行系统程序规定的任务、周而复始地扫描并执行用户程序。完成一次扫描所用的时间称为扫描周期。一次循环过程可归纳为五个阶段，依次为：公共处理→执行用户程序→扫描周期计算→输入输出刷新→外设端口服务。完成上述各阶段的处理后，又返回公共处理阶段，周而复始地进行扫描。

4、PLC监控技术

所谓PLC监控技术，就是利用PLC及其功能模块将工业现场中被监控对象的实际运行状态（如运行、停止、报警等）和物理参量（如温度、压力、流量、液位等）进行采集，并将物理参量转换为标准的电压或电流信号，然后将这些表示状态的开关量以及代表实际物理参量的模拟量输入控制器，在用户程序中将这些信号处理以后，通过现场通讯总线传送到上位机中，并且在上位机中以数字、图形、指示灯或曲线的方式显示出来。如果出现异常情况，则及时用声光报警，提醒有关工作人员注意，从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化过程。除此之外，计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行分析、统计和显示并制作各种报表。如果需要对被监控对象进行控制，则由计算机中的应用软件根据采集到的物理参量和状态量的变化情况进行分析判断，然后在输出装置中输出相应的电信号并且推动执行装置（如调节阀、电动机等）动作从而完成相应的控制任务。

5、PLC监控系统的结构

PLC监控系统近年来有了较大的发展。从整个发展过程来看，硬件结构从集中式向分布式发展。集中式结构是指由单一的PLC单元完成控制系统的所有功能以及对被控对象实施统一控制的一种系统结构。而分布式结构是相对于集中式结构而言的一种新型PLC控制系统，由于采用了现场总线技术，所以更适用于控制对象多而复杂的大型系统，现在它已成为计算机监控系统的主流结构。

5.1 集中式结构

集中式结构比较简单，通常在下位机中采用一个PLC单元将过程数据或状态进行采集和处理，当CPU本体中的I/O点数不够用时，采用该系列PLC的扩展模块进行扩展，系统中的CPU本体及其所有扩展模块紧凑连接，并且都放在一个控制柜内，但扩展能力随PLC的不同有异，扩展能力有限。

5.2 分布式结构

虽然不同的PLC分布式监控系统存在着许多差异，但其核心结构基本上是一致的，它们都是分布式控制系统（DCS：Distributed Control System）的范畴。PLC分布式系统一般由系统网络、CPU本体、现场I/O控制站、操作员站和工程师站等部分组成。在PLC分布式系统中，各现场I/O控制站都是相对独立的，这些完成特定功能的I/O站点称为“节点”。

目前除了少数系统因监控对象少，位置又相对集中，采用集中式结构外，许多PLC监控系统为适应现代化规模较大的监控对象，都采用分布式结构。特别是当监控对象数目较多，位置相对分散，距离主控室较远时，分布式系统就更能体现出其较高的性价比和优越性。

5.3主流PLC

施奈德（法国） 140系列PLC 

西门子（Siemens）公司：（德国）

S7-200系列： S7-300系列： S7-400系列：

罗克韦尔(Rockwell)公司/AB(Allen-Bradley): （美国）

ControLogix系列(1756):LOGIX5555/LOGIX5561等

三菱（MITSUBISH）公司： （日本）

FX1N、FX1S、FX2N、FX0N-3A、Q系列

欧姆龙（OMRON）公司：（日本）

CMP1A、CMP2A、C200H、CS1系列

此外还有：通用(GE)、LG、台达、光洋、横河、松下、ABB等PLC。

5.4王家岭选煤厂分布式系统

施奈德（法国） 140系列PLC      DCS

CUP:   140系列的I/O模块（包括的模块类型）

多种通讯协议    电机综保并入系统

AB1756系列     西门子S-300系列

5.5下位机编程部分：

编程软件：Unity pro XL  V4.0

编程步骤：

1.硬件组态      （组态CPU、电源、机架、通讯模块、子站等）

2.配置通讯      （新建连接、CPU通讯口配置）

3.建立变量表

4.编写梯形图程序

5.与SIM连接测试

6.在线仿真程序

5.6上位机编程部分：

编程软件：iFix  V4.5

上位机的功能介绍：

1.简单直观的工艺流程 （动态性）

2.监视、控制         （设备运行状态、模拟量）

3.数据报表           （工艺分析、打印报表）

4.历史趋势、实时趋势 （直观地观测数据变化）

5.报警查询            (事故或故障查询)

6.用户管理               (管理员、操作员)

上位机编程步骤：

1.配置通讯系统：MBE、SIM

2.组态画面

3.建立数据库

4.动画设置

5.编写脚本：VBA

6.动态模拟

5.7 PID 技术

比例：作用在于按比例反应系统的偏差、加快系统的响应速度，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用以减少偏差，比例作用大,可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。

积分：在系统控制中，积分调节规律主要作用在于消除稳态误差，提高无差度；只要有误差，积分调节就进行，直至误差消失。

微分：调节作用主要是反映系统偏差信号的变化率，针对大惯性过程引入的，它能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，可以改善系统的动态性能。