如图4所示是用PLC控制的梯形图程序,可完成与继电器控制的电动机直接起、停(起、保、停)继电器控制电路图相同的功能。
图4 PLC控制的梯形图程序图
为了充分发挥CUP的逻辑运算功能,设置了大量的称为盒的附加命令,如定时器、计算器、格式转换、模拟量I/O、PID调节或数学运算指令等,充分的发挥了计算机的强大计算功能,他们与内部继电器一起完成PLC的各种复杂控制功能。
2.4 PLC的分类
PLC发展到今天,已经有了多种形式,而且功能也不尽相同,分类时,一般按以下原则来考虑
2.4.1 按I/O点数容量分类
一般而言,处理I/O点数越多,则控制关系就 比较复杂,用户要求的程序存储器容量比较大,要求PLC指令及其他功能比较多,指令执行的过程也比较快。按PLC的输入、输出点数的多少可将PLC分为以下三类。 (1)小型机
小型机PLC的功能一般以开关量控制为主,小型PLC输入、输出点数一般在256点以下,用户程序存储器容量
典型的小型机有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整体式PLC产品。 (2)中型机
中型PLC的输入、输出总点数在256~~2048点之间,用户程序存储器容量达到8K字左右。典型的中型机有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列等模块式PLC产品。
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(3)大型机
大型PLC的输入、输出总点数在2048点以上,用户程序储存器容量达到16K以上。大型PLC的性能已经与工业控制计算机相当,它具有计算、控制和调节的能力,还具有强大的网络结构和通信联网能力,有些PLC还具有冗余能力。典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列、AB公司的SLC5/05等系列。
2.4.2 按结构形式分
根据PLC结构形式的不同,PLC主要可分为整体式和模块式两类。 (1)整体式结构
整体式结构的特点是将PLC的基本部件,如CUP板、输入板、输出板、电源板等紧凑的安装在一个标准的机壳内,构成一个整体,组成PLC的一个基本单元(主机)或扩展单元。微型和小型PLC一般为整体式结构。如西门子的S7-200 (2)模块式结构
模块式结构的PLC是由一些模块单元构成,这些标准模块如CUP模块、输入模块、输出模块、电源模块和各种功能模块等,将这些模块插在框架上和基板上即可。各个模块功能是独立的,外型尺寸是统一的,可根据需要灵活配置。
目前大、中型PLC都采用这种方式。如西门子的S7-300和S7-400系列。
2.5 PLC与继电器控制系统的区别
PLC梯形图与继电器控制电路图非常相似,主要原因是 PLC梯形图大致上沿用了继电器控制的元件符号和术语,仅个别之处有不同。同时,信号的输入/输出形式及控制功能也基本上是相同的,但是PLC的控制与继电器的控制又有根本的不同之处,主要表现在以下几个方面。 (1)逻辑控制
继电器控制逻辑采用硬接线逻辑,利用继电器机械触点的串联或并联,及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑,其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高,一旦系统构成后,想改变或增加功能都很困难。另外,继电器触点数目有限,每个只有4——8个对触点。因此,灵活性和扩展性很差。而PLC采用存储器逻辑,其控制逻辑以程序方式存储在内存中,要改变控制逻辑,只需改变程序即可,故称为“软接线”。因此灵活性和扩展性都很好。 (2)工作方式
电源接通时,继电器控制电路中各个继电器都同时处于受控状态,即该吸合的都应该吸合,不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合,它属于并行工作方式。而的控制逻辑中,各内部器件都处于周期性循环扫描过程中,属于串行工作方式。 (3)可靠性和可维护性
继电器控制逻辑使用了大量的机械触点,连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏,并有机械磨损,寿命短,因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配有自监和监督功能,能检查出自身的故障,并随时显示给操作人员,还能动态的监视控制程序的
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执行情况,为现场调试和维护提供了方便。
从以上几个方面的比较可知,PLC在性能上比继电器控制逻辑优异,特别是可靠性高、通用性强、设计施工周期短、调试修改方便,而且体积小、功耗低、使用维护方便。但是在很小的系统中使用时,价格要高于继电器系统。
2.6 PLC控制系统的结构
使用PLC可以构成多种形式的控制结构,下面介绍几种常用的PLC控制系统。 2.6.1 单机控制系统
单机控制系统是较普通的一种PLC控制系统。该系统使用一台PLC控制一个对象,控制系统要求的I/O点数和存储器容量都比较小,没有PLC的通讯问题,采样条件和执行结构都比较集中,控制系统的构成简单明了。
如图5所示是一个简单的单机控制系统,图中PLC可以选用任何一种类型。在单机控制系统中由于控制对象比较确定,因此系统要完成的功能一般较明确,I/O点数、存储器容量等参数的余量适中即可等参数的余量适中即可。
图5 简单的单机控制系统
2.6.2 集中控制系统
集中控制系统用仪态功能强大的PLC监视、控制多个设备,形成中央集中式的控制系统。其中,各个设备之间的联络,连锁关系、运行顺序等统一由中央PLC来完成,如图6示
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图6 集中控制系统
2.6.3 分散控制系统
分散控制系统的构成如图7所示,每一个控制对象设置一台PLC,各台PLC可以通过信号传递进行内部连锁、响应或发令等,或者由上位机通过数据通信总线进行通讯。
图7 分散控制系统
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2.7 PLC网络及特点
2.7.1 网络概述
分散控制系统的控制思想就是集中操作、分散操作。一个实际的工业控制过程中是比较复杂的,一个控制过程可能由多个控制任务完成。这些控制任务既有独立性,有与其他任务有联系,而这些相对独立的任务需要构成一个整体。当控制系统达到一定规模时,分散控制系统解决方案并不理想,因此许多厂家开发了自己的网络系统。虽然现在对网络的系统结构等问题还没有同意的标准,但是很显然,网络控制系统比分散控制系统更能准确的描述现实控制系统,并且控制、改变更加灵活,组态也更容易,能够实现管控一体化的控制思想。
2.7.2 网络控制系统PLC的影响
PLC网络控制系统的发展,使PLC的应用更加广泛。许多PLC产品都在PLC上加上了具有网络功能的硬件和软件,因此,组成PLC网络非常方便。PLC网络系统对任何一个站的操作都和使用同PLC一样方便,并且在网络中任何一个站都可以对其他站的元件及数据乃至程序进行操作。
3. 系统硬件设计
随着PLC功能的不断完善和提高,PLC几乎可以完成工业领域的所以控制任务。但是PLC还是有最适合它的应用场合,所以接到一个控制任务以后,要分析被控对象的控制过程和要求,看看用什么控制设备来完成该任务最合适。其实现在的可编程不仅处理开关量,而且对模拟量的处理能力也很强。所以在很多情况下也可以取代工业控制计算机(IPC)作为主控器
控制对象以及控制装置确定后,还要进一步确定PLC的控制范围。一般来说,能够反映生产过程的运行情况,能用传感器直接测量的参数,控制逻辑复杂的部分都由PLC控制来完成。
当某一个控制任务决定由PLC来完成后。选择PLC就成为最重要的事情。选择多大容量的PLC,首先要对控制任务进行详细的分析,把所有的I/O点找出来,包括开关量I/O模拟量I/O以及这些I/O点的性质。I/O点是性质主要是指他们是直流信号还是交流信号,它们的电源电压。控制系统输出点的类型非常关键,如果它们之中既有交流220V的接触器、电磁阀,又有直流24V的指示灯,则最后选用的PLC的输出点有可能大于实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端,这一组的输出只能有一个电源的种类和等级。
3.1 恒压供水系统的基本构成
恒压供水泵站一般需设多台水泵及电机,这比设单台水泵及电机节能而可靠。下图为恒压供水泵站的示意图。如图8所示,图中压力传感器用于检测管网中的水压,常装设在泵站的出水口。当用水量大时,水压降低;用水量小时,水压升高。水压传感器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给调节器。
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