PLC入門
一. PLC的由來
二. PLC的定義
三、PLC的發(fā)展階段
四. PLC的特點(diǎn)
五、PLC的分類
六. PLC的基本結(jié)構(gòu)
七. PLC的工作原理
八.三菱PLC硬體介紹
一. PLC的由來
可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員,是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller),簡稱PLC,它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展,這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍,因此,今天這種裝置稱作可編程控制器,簡稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡稱混淆,所以將可編程控制器簡稱PLC。
在60年代,汽車生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時(shí)汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,汽車型號(hào)更新的周期愈來愈短,這樣,繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安裝,十分費(fèi)時(shí),費(fèi)工,費(fèi)料,甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀,美國通用汽車公司在1969年公開招標(biāo),要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置,并提出了十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo),即:
1、編程方便,現(xiàn)場可修改程序;
2、維修方便,采用模塊化結(jié)構(gòu);
3、可靠性高于繼電器控制裝置;
4、體積小于繼電器控制裝置;
5、數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī);
6、成本可與繼電器控制裝置競爭;
7、輸入可以是交流115V;
8、輸出為交流115V,2A以上,能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥,接觸器等;
9、在擴(kuò)展時(shí),原系統(tǒng)只要很小變更;
10、用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。
1969年,美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出第一臺(tái)PLC,在美國通用汽車自動(dòng)裝配線上試用,獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂,操作方便,可靠性高,通用靈活,體積小,使用壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn),很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年,已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品,飲料,冶金,造紙等工業(yè)。
這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn),也受到了世界其他國家的高度重視。1971日本從美國引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù),很快研制出了日本第一臺(tái)PLC。1973年,西歐國家也研制出它們的第一臺(tái)PLC。我國從1974年開始研制。于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。
二. PLC的定義
PLC問世以來,盡管時(shí)間不長,但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化,美國電氣制造商協(xié)會(huì)NEMA(National Electrical Manufactory Association)經(jīng)過四年的調(diào)查工作,于1984年首先將其正式命名為PC(Programmable Controller),并給PC作了如下定義:
“PC是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置,它使用了可編程序的記憶體儲(chǔ)存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯,順序,計(jì)時(shí),計(jì)數(shù)與演算等功能,并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊,以控制各種機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是從事執(zhí)行PC之功能著,亦被視為PC,但不包括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制器。”
以后國際電工委員會(huì)(IEC)又先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿,第二稿,并在1987年2月通過了對(duì)它的定義:
“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器,用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序,執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制,定時(shí),計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備,都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體,易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。”
總之,可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī),它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口,并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用,在實(shí)際應(yīng)用時(shí),其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置,其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。
三、PLC的發(fā)展階段
雖然PLC問世時(shí)間不長,但是隨著微處理器的出現(xiàn),大規(guī)模,超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步,PLC也迅速發(fā)展,其發(fā)展過程大致可分三個(gè)階段:
1、早期的PLC(60年代末—70年代中期)
早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時(shí)的PLC多少有點(diǎn)繼電器控制裝置的替代物的含義,其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制,定時(shí)等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn),在I/O接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路,存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施,以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上,采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此,早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置,其優(yōu)點(diǎn)包括簡單易懂,便于安裝,體積小,能耗低,有故障指使,能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。
2、中期的PLC(70年代中期—80年代中,后期)
在70年代,微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國,日本,德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元(CPU)。
這樣,使PLC得功能大大增強(qiáng)。在軟件方面,除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外,還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面,除了保持其原有的開關(guān)模塊以外,還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量,使各種邏輯線圈的數(shù)量增加,還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器,使PLC得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。
3、近期的PLC(80年代中、后期至今)
進(jìn)入80年代中、后期,由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展,微處理器的市場價(jià)格大幅度下跌,使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且,為了進(jìn)一步提高PLC的處 理速度,各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。
四. PLC的特點(diǎn)
PLC的主要特點(diǎn)
1、高可靠性
(1)所有的I/O接口電路均采用光電隔離,使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。
(2)各輸入端均采用R-C濾波器,其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms.
(3)各模塊均采用屏蔽措施,以防止輻射干擾。
(4)采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。
(5)對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。
(6)良好的自診斷功能,一旦電源或其他軟,硬件發(fā)生異常情況,CPU立即采用有效措施,以防止故障擴(kuò)大。
(7)大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。
2、豐富的I/O接口模塊
PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào),如:交流或直流;開關(guān)量或模擬量;電壓或電流;脈沖或電位; 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備,如:按鈕;行程開關(guān);接近開關(guān);傳感器及變送器;電磁線圈;控制閥等直接連接。
另外為了提高操作性能,它還有多種人-機(jī)對(duì)話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò),它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊,等等。
3、采用模塊化結(jié)構(gòu)
為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要,除了單元式的小型PLC以外,絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件,包括CPU,電源,I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì),由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來,系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。
4、編程簡單易學(xué)
PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式,對(duì)使用者來說,不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí),因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。
5、安裝簡單,維修方便
PLC不需要專門的機(jī)房,可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接,即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置,便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。
由于采用模塊化結(jié)構(gòu),因此一旦某模塊發(fā)生故障,用戶可以通過更換模塊的方法,使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。
PLC的功能
1、邏輯控制
2、定時(shí)控制
3、計(jì)數(shù)控制
4、步進(jìn)(順序)控制
5、PID控制
6、數(shù)據(jù)控制:PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。
7、通信和聯(lián)網(wǎng)
8、其它:PLC還有許多特殊功能模塊,適用于各種特殊控制的要求,如:定位控制模塊,CRT模塊
五、PLC的分類
1、小型PLC
小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般在128點(diǎn)以下,其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊,整個(gè)硬件融為一體,除了開關(guān)量I/O以外,還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。
2、中型PLC
中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu),其I/O點(diǎn)數(shù)一般在256~1024點(diǎn)之間。I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外,還能采用直接處理方式,即在掃描用戶程序的過程中,直接讀輸入,刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊,
通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng),指令系統(tǒng)更豐富,內(nèi)存容量更大,掃描速度更快。
3、大型PLC
一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng),有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊,可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng),實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng),使機(jī)器的可靠性更高。
六. PLC的基本結(jié)構(gòu)
PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī),其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同,、中央處理單元(CPU)
中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù);檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài),并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí),首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分別存入I/O映象區(qū),然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序,經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后,最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置,如此循環(huán)運(yùn)行,直到停止運(yùn)行。
為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性,近年來對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng),或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣,即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障,整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。
2、存儲(chǔ)器
存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。
PLC常用的存儲(chǔ)器類型
(1)RAM (Random Assess Memory) 這是一種讀/寫存儲(chǔ)器(隨機(jī)存儲(chǔ)器),其存取速度最快,由鋰電池支持。
(2)EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種可擦除的只讀存儲(chǔ)器。在斷電情況下,存儲(chǔ)器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。(在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容)。
(3)EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除的只讀存儲(chǔ)器。使用編程器就能很容易地對(duì)其所存儲(chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行修改。
PLC存儲(chǔ)空間的分配
雖然各種PLC的CPU的最大尋址空間各不相同,但是根據(jù)PLC的工作原理,其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域:
(1)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)
(2)系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)(包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等)
(3)用戶程序存儲(chǔ)區(qū)
系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū):在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中,用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC的性能。
系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū):系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備,如:邏輯線圈;數(shù)據(jù)寄存器;計(jì)時(shí)器;計(jì)數(shù)器;變址寄存器;累加器等存儲(chǔ)器。
(1)I/O映象區(qū):由于PLC投入運(yùn)行后,只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此,它需要一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元(RAM)以存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù),這些單元稱作I/O映象區(qū)。一個(gè)開關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位(bit),一個(gè)模擬量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字(16個(gè)bit)。因此整個(gè)I/O映象區(qū)可看作兩個(gè)部分組成:開關(guān)量I/O映象區(qū);模擬量I/O映象區(qū)。
(2)系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) :除了I/O映象區(qū)區(qū)以外,系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備(邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等)的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域,前者在PLC斷電時(shí),由內(nèi)部的鋰電池供電,數(shù)據(jù)不會(huì)遺失;后者當(dāng)PLC斷電時(shí),數(shù)據(jù)被清零。
1)邏輯線圈
與開關(guān)輸出一樣,每個(gè)邏輯線圈占用系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè)位,但不能直接驅(qū)動(dòng)外設(shè),只供用戶在編程中使用,其作用類似于電器控制線路中的繼電器。 另外,不同的PLC還提供數(shù)量不等的特殊邏輯線圈,具有不同的功能。
2)數(shù)據(jù)寄存器
與模擬量I/O一樣,每個(gè)數(shù)據(jù)寄存器占用系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè)字(16 bits)。 另外,PLC還提供數(shù)量不等的特殊數(shù)據(jù)寄存器,具有不同的功能。
3)計(jì)時(shí)器
4)計(jì)數(shù)器
用戶程序存儲(chǔ)區(qū)
用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC,其存儲(chǔ)容量各不相同。
3、電源
PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的,因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi),可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。
七. PLC的工作原理
最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置,但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的:
(1)繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式,即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電,該繼電器所有的觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。
(2)PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式,即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開,該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作,必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。
為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異,考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100ms以上,而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms,因此,PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式---掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于I/O響應(yīng)要求不高的場合,PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。
1、掃描技術(shù)
當(dāng)PLC投入運(yùn)行后,其工作過程一般分為三個(gè)階段,即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間,PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。
(1)輸入采樣階段
在輸入采樣階段,PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后,轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中,即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化,I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此,如果輸入是脈沖信號(hào),則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。
(2)用戶程序執(zhí)行階段
在用戶程序執(zhí)行階段,PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí),又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路,并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算,然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果,刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài);或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài);或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即,在用戶程序執(zhí)行過程中,只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化,而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化,而且排在上面的梯形圖,其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用;相反,排在下面的梯形圖,其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。
(1)輸出刷新階段
當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后,PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間,CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路,再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí),才是PLC的真正輸出。
這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果完全一樣,但在PLC中執(zhí)行的過程卻不一樣。程序1只用一次掃描周期,就可完成對(duì)%M4的刷新; 程序2要用四次掃描周期,才能完成對(duì)%M4的刷新。
這兩個(gè)例子說明:同樣的若干條梯形圖,其排列次序不同,執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外,也可以看到:采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然,如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來說可以忽略,那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。
一般來說,PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等,如下圖所示,即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。
2、PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間
為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力,提高其可靠性,PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。
為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制,PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式(掃描技術(shù))。
以上兩個(gè)主要原因,使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多,其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期,一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長。
所謂I/O響應(yīng)時(shí)間指從PLC的某一輸入信號(hào)變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。其最短的I/O響應(yīng)時(shí)間與最長的I/O響應(yīng)時(shí)間.
八.三菱PLC硬體介紹
常用CPU 一覽表
SERIES CPU TYPE I / O 點(diǎn) 程式容量step OMRON
FX (超小型) FX2N 128 16K C28P
AnU(S)
(小型) A2USCPU 512 14K C200H
A2USCPU-S1 1024 14K C200H
A2USHCPU-S1 1024 30K C200HS
QnA(S)
(小型) Q2ASCPU 512 28K C200HE
Q2ASCPU-S1 1024 60K
Q2ASHCPU 512 28K C200HG
Q2ASHCPU-S1 1024 60K
Q2ACPU-S1 1024 60K CV1000
Q (最新型)
Q01CPU 1024 14K CS1G
Q25HCPU 4096 252K CS1H
註 : A2USHCPU-S1之 S 表示PLC為Small 型式,-S1 表示CPU可控制I/O
點(diǎn)數(shù)較多,H 表示CPU 演算速度提高約2.67倍。
PLC (AnUS / QnAS)系統(tǒng)硬體組成
項(xiàng)目 規(guī)格
Power Supply Unit (1). A1S61PN ( DC5V / 5A /AC110~240V入力)
(2). A1S62PN (DC5V3A & DC24V0.6A / AC110~240V入力)
(3). A1S63P (DC5V / 5A / DC24V入力)
CPU Unit AnUS , QnAS (RAM memory 內(nèi)含)
Main Base A1S3 X B , X = 2 , 3 , 5 , 8
Extension Base (1). A1S5X B(S1) , X = 2 , 5 , 8
無POEWR式之ext. base power由main base power提供
(2). A1S6X B(S1) , X = 5 , 8
Extension Cable A1SCX X B , X X = 01(55mm) , 03(300mm) , 07(700mm) , 12(1200mm) , 30(3000mm) , 60(6000mm)
Memory Cassette
(擴(kuò)充記憶體) (1)A :EPROM > 8K(A1S),14K(A2S),
EEPROM(2K/8K)(A1S),30K(A2S)
(2)QnA :RAM(64K~2M),RAM+E2ROM(RAM:32K~512K,E2PROM:32K~512K)
Battery(電池) A6BAT(voltage:DC3.6V)
Input Unit (1) .AC100V入力:A1SX10 (16Pt)
(2). AC200V入力:A1SX20 (16Pt)
(3) .DC12V/24 V入力:A1SX40 (16Pt),A1SX41 (32Pt)
A1SX42 (64Pt)
(4) .DC5V / 12 V入力:A1SX71 (32Pt)
Output Unit (1)接點(diǎn)出力(AC / DC):A1SY10 (16Pt) / 2A每點(diǎn)
(2)晶體出力(DC12/24V):A1SY40(16Pt) / A1SY41(32Pt) / A1SY42 (64Pt) / 0.1A 每點(diǎn)
A1SY50 (16Pt) / 0.5 A , A1SY60(16Pt) / 2A
Input / Output
Combination
Unit (1) A1SH42 – Input (16Pt) , 晶體Output (32Pt)/0.1A
(2) A1SX48Y18 – Input (8Pt) , 接點(diǎn)Output (8Pt) /2A
(3) A1SX48Y58 -- Input (8Pt) , 晶體Output (8Pt) /0.5A
註 :
I/O Unit若接點(diǎn)為16Pt,為端子臺(tái)型式 。若接點(diǎn)為32 Pt以上,每32Pt使用一40 Pin- Connector , user可挑選32 Pt 端子臺(tái)搭配使用,配線時(shí)較方便。
I/O Unit點(diǎn)數(shù),入力unit 最多64 Pt,晶體出力unit最多64 Pt,接點(diǎn)出力unit最多16Pt。
Extension Base (A1S5X B)不含Power Unit (A1S6X B ),則Power由Base Unit Power (A1S6X B)提供 ,user若選擇不含power型式之ext base,使用時(shí)需計(jì)算Base Power 是否足夠提供extension I/O 使用。
Extension base (A1S5X B(S1)) 之(S1) 表示ext base 右側(cè)具有ext bus port,可連接下個(gè)ext. base。若ext base 規(guī)格為(A1S5X B),則無ext port,,無法繼續(xù)串接其它ext base。
常用特殊UNIT
TYPE 型名 說明
High-Speed Counter
(高速計(jì)數(shù)器) A1SD61
A1SD62 可接收高頻入力訊號(hào)
61 type:50kpps(max)
62 type:100kpps(max)
A/D Convert Unit A1S64/68AD 可接收外部4/8組類比(A:~ 20mA/解析度6000,V:~ +/- 10V/ 解析度12000)訊號(hào)
D/A Convert Unit A1S62DA 輸出類比訊號(hào)至外部devcie
Position CTL. Uni
(位置控制器) A1SD75P1/P2/P3-S3 1~3 Axis,可外接step/servo motor
A1SD75M1/M2/M3 SSCNET 接線使用
Computer Link Unit
(計(jì)算機(jī)) A1SJ71UC24 –R2/R4 (A) R2 type:RS232
R4 type:RS422 or RS485 port x 19200 bps(MAX)
A1SJ71QC24 –R2/R4 (QnA) 同上
Ethernet Unit
(乙太網(wǎng)路) A1SJ71E71– B5-S3 (A)
A1SJ71QE71-B5 (QnA) 10 BASE 5,10Mbps,~ 2500m,同軸線
NET/ B AJ71AT21B (A) 2線式
NET/ II A1SJ71AP/AR21 (A)
AJ71AP/AR21 (QnA) AP:光纖
AR:同軸
NET/10 A1SJ71LP/LR/BR21 (A)
AJ71QLP/LR/BR21(QnA) LP:光纖,LR:雙迴路同軸,
BR:同軸
CC-Link Master A1SJ61BT11 (A)
A1SJ61QBT11 (QnA) 三線式,目前較常使用之Remote I/O network。
NET/ MINI-S3 A1SJ71PT32-S3 三線式/光纖,早期之Remote I/O network,目前以停產(chǎn)。PDP-I Fab 使用
NET/ IO-Link A1SJ51T64 早期之Remote I/O,目前甚少使用
轉(zhuǎn)換端子臺(tái)(32點(diǎn)I/O) cable:AC05~100TB(0.5m~10m)
端子臺(tái):A6TBXY36
C.C-LINK 常用Remote I/O unit
品名 規(guī)格 說明
Master unit A1SJ61BT11 (AnS)
A1SJ61QBT11 (QnAS)
端子式入力unit AJ65SBTB1-16D 16點(diǎn) ,DC24 ,7mA, 1.5ms
AJ65SBTB1-32D 32點(diǎn) ,DC24 ,5mA , 1.5ms
端子式出力unit AJ65SBTB1-16T 16點(diǎn) ,DC12/24V ,7mA, 1.5ms(應(yīng)答time)
AJ65SBTB1-32T 32點(diǎn) ,DC24 ,5mA, 1.5ms
端子式入出力unit AJ65SBTB1-16DT 入力8點(diǎn) , DC24V , 7mA
出力8點(diǎn) , DC24V , 0.5A
AJ65SBTB1-32DT 入力16點(diǎn) , DC24V , 7mA
出力16點(diǎn) , DC24V , 0.5A
AD/DA AJ65SBT-64AD V:+/- 10v,A:0~20Ma
AJ65SBT-62DA V:-4000~4000,A:0~4000
註:AJ65S BTB1-16D1 之 S 表示 small 型式。1 表示response time 較快之型式。
GOT (操作顯示器)
GOT BODY
品名 規(guī)格 說明
A985GOT A985GOT-TBA-B
A985GOT-TBD-B 800x600 / 256色 / 12”TFT / AC100~240入力(TBA),/ DC2V入力(TBD)
A975GOT A975GOT-TBA-B
A975GOT-TBD-B 640x480 / 256色 / 10”TFT / AC100~240入力(TBA),/ DC2V入力(TBD)
A970GOT A970GOT-TBA/TBD-B 640 x 480 / 10”TFT / 16色
A970GOT-SBA/SBD 640 x 480 / 10”STN / 8色
A970GOT-LBA/LBD 640 x 480 / 10”STN / 黑白
A960GOT A960GOT-EBA/EBD 640 x 400 / 9”EL / 2色
A956GOT A956WGOT-TBD 480x234 / 7” TFT / 256色
註:
A985 (12”)/ A975/A970/A960 (10”) 為大型GOT,A956GOT(7”)為中型GOT
TBA 為AC100 ~ AC240 V 入力,TBD 為 DC24V 入力型式。
Display screen type:TB @:TFT / SB @:STN / EB @:EL 型式
GOT 配件
品名 規(guī)格 說明
Comm. I/F A9GT-BUSS GOT BUS type
A9GT-BUS2S GOT BUS type 接續(xù)用
A9GT-RS2 / 4 計(jì)算機(jī)RS232 /RS422 連接用
A7GT – J71LP23
A7GT – J71BR13 Net10 / 光纖
Net10 / 同軸
A8GT-J61BT13 /15 C.C Link 用
Memory A9GT-FNB/1M~8M A/FX 用,mem:1M~8M
A9GT-QFNB/1M~8M A/FX/QnA,mem:1M~8M
bus cable AC06B~AC50B 0.6m ~ 5m (A/QnA)
QC06B~QC100B 0.6m ~ 10m (Q)
A8GT-C100/200/300EXSS 10m ~ 30m (目前已停產(chǎn)) (A/QnA)
GOT接續(xù)cable A8GT-C100/200/300BS GOT間接續(xù)用,10m ~ 30m (A/QnA)
A9GT-QC150/200/250/300
/350BS GOT間接續(xù)用,10m ~ 30m (Q)
註:
GOT bus 長距離連接cable (A8GT-CXXXEXSS) 目前已停產(chǎn),替換規(guī)格為(A8GT-CXXXEXSS-1),實(shí)為GOT間續(xù)cable (A8GT-CXXXBS) + convert cable(A8GT-EXCNB),其中convert cable 需接在PLC側(cè)。
Comm. I/F (A8GT-BUS2S) 之”2” 為GOT具有IN/OUT接續(xù)port。1個(gè)PLC 可連接至多3臺(tái)bus I/F之GOT 且bus cable總長需少於36m。
Comm. I/F (A8GT-BUSSU)之”U”表I/F board 安裝於GOT 背面上方之bus port,Comm. I/F (A8GT-BUSS)表I/Fboard安裝於GOT 背面下方之bus port。
GOT 需 install memory 才具R/W PLC program 之功能。A900GOT 可R/W PLC program,其中write功能需以” instruction list” 方式edit 。A800GOT
PLC network
Network 機(jī)能 適用PLC
c.c link PLC remote i/o 網(wǎng)路,至多可連接64局,入出力達(dá)2048 點(diǎn),512個(gè) word,baudrate由156kbps(1200m)~10M bps(100m) 主局待機(jī),子局切離,自動(dòng)復(fù)歸。
Melsecnet/B 雙絞線,125Kbps(1Km)~1Mbps(100m) AnS / QnAS/A/QnA
Melsecnet/II 光纖 /同軸,1.25Mbps(max),loop-back A / QnA /QnAS
Melsecnet/10 光纖 /同軸,10Mbps(max),loop-back,Hot/Stand by remote contorl(QnA/Q2AS),floating master A2AS/QnAs/AnU/QnA
註 :網(wǎng)路單元 NET /B 類似OMR之PC -Link , NET /II 類似OMR之SYSMAC Link ,
NET /10 類似OMR之CTL. Link ,各NODE間可SHARE 網(wǎng)路元件(B/W)。
常用unit DC5V耗電量統(tǒng)計(jì)
Unit 耗電量(Ma) Unit 耗電量(Ma)
Q2ASHCPU-S1 700 A1SD75P1/P2/P3 700
A2USHCPU-S1 320 A1SD61/62 350/100
A1SX40/41/42 50/80/160 A1SJ71QLP/LP21 650
A1SY10/40/41/42 100/270/520/930 A1SJ71QLR/LR21 1140
AJ65SBTB1-16D/32D 35/45 A1SJ71AP/AR21 330/800
AJ65BTB1-16T/32T 50/65 A1SJ71PT32-S3 340
AJ65BTB1-16DT 50 A1SJ71QE71/E71-B5 350 /350
A1SJ71UC24-R2/R4 100/100
摘要:介紹可編程控制器在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用以及PLC在應(yīng)用過程中,要保證正常運(yùn)行應(yīng)該注意的一系列問題,并給出一些合理的建議。
關(guān)鍵詞:PLC 工業(yè)控制 抗干擾 布線 接地 建議
一、簡述
多年來,可編程控制器(以下簡稱PLC)從其產(chǎn)生到現(xiàn)在,實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍;其功能從弱到強(qiáng),實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步;其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大,實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅提高,成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備,在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。
二、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域
目前,PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè),使用情況主要分為如下幾類:
1.開關(guān)量邏輯控制
取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制,既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制,也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。
2.工業(yè)過程控制
在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中,存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量(即模擬量),PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量,完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。
3.運(yùn)動(dòng)控制
PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊,如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊,廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。
4.?dāng)?shù)據(jù)處理
PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。
5.通信及聯(lián)網(wǎng)
PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,現(xiàn)在的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
三、PLC的應(yīng)用特點(diǎn)
1.可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)
高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù),采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造,內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù),具有很高的可靠性。使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng),和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比,電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)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(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中,應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序,使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣,整個(gè)系統(tǒng)將極高的可靠性。
2.配套齊全,功能完善,適用性強(qiáng)
PLC發(fā)展到今天,已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品,可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外,PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn),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(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展,使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。
3.易學(xué)易用,深受工程技術(shù)人員歡迎
PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易,編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近,為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。
4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì),工作量小,維護(hù)方便,容易改造
PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯,大大減少了控制設(shè)備外部的接線,使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短,同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來,更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。
四、PLC應(yīng)用中需要注意的問題
PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制的設(shè)備,一般不需要采取什么措施,就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而,盡管有如上所述的可靠性較高,抗干擾能力較強(qiáng),但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣,電磁干擾特別強(qiáng)烈,或安裝使用不當(dāng),就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤,從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出,這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作,從而不能保證PLC的正常運(yùn)行,要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性,一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力;另一方面,要求設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視,多方配合才能完善解決問題,有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。因此在使用中應(yīng)注意以下問題:
1.工作環(huán)境
(1)溫度
PLC要求環(huán)境溫度在0~55oC,安裝時(shí)不能放在發(fā)熱量大的元件下面,四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大。
(2)濕度
為了保證PLC的絕緣性能,空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于85%(無凝露)。
(3)震動(dòng)
應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動(dòng)源,防止振動(dòng)頻率為10~55Hz的頻繁或連續(xù)振動(dòng)。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動(dòng)時(shí),必須采取減震措施,如采用減震膠等。
(4)空氣
避免有腐蝕和易燃的氣體,例如氯化氫、硫化氫等。對(duì)于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境,可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。
(5)電源
PLC對(duì)于電源線帶來的干擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境中,可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的隔離變壓器,以減少設(shè)備與地之間的干擾。一般PLC都有直流24V輸出提供給輸入端,當(dāng)輸入端使用外接直流電源時(shí),應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源。因?yàn)槠胀ǖ恼鳛V波電源,由于紋波的影響,容易使PLC接收到錯(cuò)誤信息。
2.控制系統(tǒng)中干擾及其來源
現(xiàn)場電磁干擾是PLC控制系統(tǒng)中最常見也是最易影響系統(tǒng)可靠性的因素之一,所謂治標(biāo)先治本,找出問題所在,才能提出解決問題的辦法。因此必須知道現(xiàn)場干擾的源頭。(1)干擾源及一般分類
影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源,大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位,其原因是電流改變產(chǎn)生磁場,對(duì)設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射;磁場改變產(chǎn)生電流,電磁高速產(chǎn)生電磁波。通常電磁干擾按干擾模式不同,分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是信號(hào)對(duì)地的電位差,主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)(同方向)電壓疊加所形成。共模電壓通過不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓,直接影響測控信號(hào),造成元器件損壞(這就是一些系統(tǒng)I/O模件損壞率較高的主要原因),這種共模干擾可為直流,亦可為交流。差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓,主要由空間電磁場在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓,這種干擾疊加在信號(hào)上,直接影響測量與控制精度。
(2)PLC系統(tǒng)中干擾的主要來源及途徑
強(qiáng)電干擾
PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣,它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化,刀開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等,都通過輸電線路傳到電源原邊。
柜內(nèi)干擾
控制柜內(nèi)的高壓電器,大的電感性負(fù)載,混亂的布線都容易對(duì)PLC造成一定程度的干擾。
來自信號(hào)線引入的干擾
與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線,除了傳輸有效的各類信息之外,總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是通過變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾,這往往被忽視;二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾,即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾,這是很嚴(yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測量精度大大降低,嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。
來自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾
接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地,既能抑制電磁干擾的影響,又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯(cuò)誤的接地,反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào),使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。
來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾
主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生,如邏輯電路相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響,模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。
變頻器干擾
一是變頻器啟動(dòng)及運(yùn)行過程中產(chǎn)生諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾,引起電網(wǎng)電壓畸變,影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量;二是變頻器的輸出會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾,影響周邊設(shè)備的正常工作。
3.主要抗干擾措施
(1)電源的合理處理,抑制電網(wǎng)引入的干擾
對(duì)于電源引入的電網(wǎng)干擾可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的變比為1:1的隔離變壓器,以減少設(shè)備與地之間的干擾,還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。如圖1所示
(2)安裝與布線
● 動(dòng)力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應(yīng)分別配線,隔離變壓器與PLC和I/O之間應(yīng)采用雙膠線連接。將PLC的IO線和大功率線分開走線,如必須在同一線槽內(nèi),分開捆扎交流線、直流線,若條件允許,分槽走線最好,這不僅能使其有盡可能大的空間距離,并能將干擾降到最低限度。
● PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、大功率硅整流裝置和大型動(dòng)力設(shè)備,不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線(二者之間距離應(yīng)大于200mm)。與PLC裝在同一個(gè)柜子內(nèi)的電感性負(fù)載,如功率較大的繼電器、接觸器的線圈,應(yīng)并聯(lián)RC消弧電路。
● PLC的輸入與輸出最好分開走線,開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。模擬量信號(hào)的傳送應(yīng)采用屏蔽線,屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地,接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10。
● 交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜,輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動(dòng)力線,避免并行。
(3)I/O端的接線
輸入接線
● 輸入接線一般不要太長。但如果環(huán)境干擾較小,電壓降不大時(shí),輸入接線可適當(dāng)長些。
● 輸入/輸出線不能用同一根電纜,輸入/輸出線要分開。
● 盡可能采用常開觸點(diǎn)形式連接到輸入端,使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致,便于閱讀。
輸出連接
● 輸出端接線分為獨(dú)立輸出和公共輸出。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。
● 采用繼電器輸出時(shí),所承受的電感性負(fù)載的大小,會(huì)影響到繼電器的使用壽命,因此,使用電感性負(fù)載時(shí)應(yīng)合理選擇,或加隔離繼電器。
● PLC的輸出負(fù)載可能產(chǎn)生干擾,因此要采取措施加以控制,如直流輸出的續(xù)流管保護(hù),交流輸出的阻容吸收電路,晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護(hù)。
(4)正確選擇接地點(diǎn),完善接地系統(tǒng)
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。接地的目的通常有兩個(gè),其一為了安全,其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。
PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均,不同接地點(diǎn)間存在地電位差,引起地環(huán)路電流,影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地,如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地,就存在地電位差,有電流流過屏蔽層,當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí),地線電流將更大。
此外,屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路,在變化磁場的作用下,屏蔽層內(nèi)又會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流,通過屏蔽層與芯線之間的耦合,干擾信號(hào)回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂,所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布,影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低,邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯,造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降,引起對(duì)信號(hào)測控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。[ 此帖被sjm213在2009-06-09 16:10重新編輯 ]