Primeiro, a definição e classificação do PLC
O PLC é baseado em microprocessadores, uma combinação de tecnologia de computadores, tecnologia de controle automático e tecnologia de comunicação, com a programação de "linguagem natural" orientada ao processo orientada ao usuário, adaptado a ambientes industriais, simples e fácil de operar, alta confiabilidade de uma nova geração de dispositivos gerais de controle industrial.
O PLC é um dispositivo de controle automático de uso geral baseado em microprocessador desenvolvido com base no controle da sequência de relé.
1 Definição de PLC
O controlador lógico programável é um sistema eletrônico de operação algorítmica digital projetado para aplicação em ambientes industriais.
Emprega uma memória programável para armazenar instruções dentro de TI para executar operações como operações lógicas, controle de sequência, tempo, contagem e operações aritméticas e para controlar vários tipos de processos de máquinas ou produção por meio de entradas e saídas digitais e analógicas.
O controlador programável e seus periféricos relacionados devem ser fáceis de formar um todo com o sistema de controle industrial, fácil de expandir sua função do princípio do design.
2 CLASSIFICAÇÃO PLC
Variedade do produto PLC, suas especificações e desempenho são diferentes. Para PLC, geralmente com base em suas diferentes formas estruturais, diferenças funcionais e o número de pontos de E / S, etc. para classificação geral.
2.1 Classificação por forma estrutural
De acordo com a forma estrutural de PLC, os PLCs podem ser categorizados em dois tipos: integrais e modulares.
(1) PLCs integrais
O PLC integral é a fonte de alimentação, a CPU, as interfaces de E/S e outros componentes são montados centralmente em um chassi, com uma estrutura compacta, tamanho pequeno, preço baixo. PLC pequeno geralmente usam essa estrutura integral.
PLC integral por diferentes pontos de E / S da unidade básica (também conhecida como host) e a unidade de expansão consiste em uma unidade básica da CPU, interface de E / S e unidade de expansão de E / S conectada à porta de expansão e ao programador ou escritor EPROM conectado à interface, etc.; Somente unidade de expansão de E / S e fonte de alimentação, etc., e não há CPU.
Entre a unidade básica e a unidade de expansão, geralmente é conectada a um cabo plano. O PLC integral também pode ser equipado com unidades de função especial, como unidades analógicas, unidades de controle de posição etc., para que suas funções possam ser estendidas.
(2) PLCs modulares
O PLC modular será que os componentes do PLC são transformados em vários módulos separados, como módulos de CPU, módulos de E / S, módulos de fonte de alimentação (alguns contidos no módulo CPU) e uma variedade de módulos funcionais. O PLC modular consiste em um quadro ou substrato e vários módulos, que são montados nos soquetes do quadro ou substrato, como mostrado na figura.
Esse PLC modular é caracterizado por configuração flexível, de acordo com a necessidade de selecionar um tamanho diferente do sistema e montar fácil, fácil de expandir e manter. PLCs de tamanho grande e médio geralmente usam uma estrutura modular.
Também existem PLCs que combinam as características dos tipos monolíticos e modulares para formar os chamados PLCs empilhados.
CPU PLC empilhado, fonte de alimentação, interfaces de E / S etc. também são módulos independentes, mas estão conectados pelo cabo e os módulos podem ser empilhados camadas por camada. Dessa forma, o sistema não apenas pode ser configurado com flexibilidade, mas também pode ser compacto.
2.2 Classificação por função
De acordo com as diferentes funções do PLC, o PLC pode ser dividido em três categorias: grau de grau de baixa, média e alta qualidade.
(1) plc de baixo grau
PLC de baixa qualidade com operações lógicas, tempo, contagem, mudança e auto-diagnóstico, monitoramento e outras funções básicas, mas também uma pequena quantidade de entrada/saída analógica, operações aritméticas, transferência de dados e comparação e funções de comunicação, principalmente para controle lógico, controle de sequência ou uma pequena quantidade de controle analógico do sistema de controle padrão.
(2) plc de gama média
PLC de gama média, além das funções de PLC de baixa qualidade, mas também possui uma forte entrada / saída analógica, operações aritméticas, transferência e comparação de dados, conversão digital, E / S remota, sub-rotinas e redes de comunicação e outras funções; Alguns também podem ser adicionados para interromper o controle, o controle do PID e outras funções, adequadas para sistemas de controle complexos.
(3) Plc de alta qualidade
PLC de alta qualidade, além das funções do PLC de gama média, mas também aumentou o sinal de operações aritméticas, operações da matriz, operações de lógica de bits, operações quadradas e outras funções especiais, como funções de aritmética, tabulação e transferência de formulários.
O PLC de alta qualidade possui funções de comunicação e rede mais fortes, que podem ser usadas para controle de processos em larga escala ou sistema de controle de rede distribuído, realizando assim a automação de fábrica.
2.3 Classificação de acordo com o número de pontos de E/S
De acordo com o número de pontos de E / S PLC, o PLC pode ser dividido em pequenas, médias e grandes categorias.
(1) pequenos PLCs
Os PLCs pequenos têm menos de 256 pontos de E/S, uma única CPU e um processador 8-} ou 16-} processador de bits e uma capacidade de memória do usuário de 4KB ou menos.
(2) PLCs de tamanho médio
Os PLCs de tamanho médio têm pontos de E/S de 256 a 2048, CPUs duplas e 2 a 8 kb de memória do usuário.
(3) PLCs grandes
Os PLCs de tamanho grande possuem mais de 2048 pontos de E/S, vários processadores de bits CPUs e 16- ou 32-} e uma capacidade de memória do usuário de 8 a 16 kb.
No mundo, os produtos da PLC podem ser divididos geograficamente em três principais escolas, uma escola de produtos americanos, uma escola de produtos europeus, uma escola de produtos japoneses.
A tecnologia PLC dos Estados Unidos e da Europa é pesquisada e desenvolvida independentemente isoladamente uma da outra, então há uma clara diferença entre os produtos PLC dos Estados Unidos e da Europa.
Enquanto a tecnologia PLC do Japão foi introduzida pelos Estados Unidos, os produtos PLC dos Estados Unidos da América têm uma certa herança, mas os principais produtos do Japão estão posicionados no pequeno PLC. Os Estados Unidos e a Europa são conhecidos por PLCs de grande e médio porte, enquanto o Japão é conhecido por pequenos PLCs.
Segundo, as áreas de função e aplicação do PLC
O PLC é uma síntese das vantagens do controle do contator de relé e da flexibilidade do computador, conveniência e vantagens do design, fabricação e desenvolvimento, o que faz com que o PLC tenha muitos outros controladores não podem ser comparados às características.
1 função PLC
PLC is a microprocessor as the core, a combination of computer technology, automatic control technology and communication technology developed a general industrial automatic control device, with high reliability, small size, strong functionality, simple programming, flexible and universal and easy maintenance and a series of advantages, and therefore has a wide range of applications in the fields of metallurgy, energy, chemical industry, transportation, electric power, etc., and has become the modern industrial control of the One of the three pillars (PLC, robótica e CAD/CAM) do controle industrial moderno. De acordo com as características do PLC, sua forma funcional pode ser resumida nos seguintes tipos.
(1) Controle lógico de comutação
O PLC possui um poderoso recurso de operação lógica e pode realizar uma variedade de controle lógico simples e complexo. Esta é a área de aplicação mais básica e generalizada do PLC, que substitui o controle tradicional do contator de relé.
(2) Controle analógico
O PLC está equipado com módulo de conversão A/D e D/A, o módulo A/D pode ser o local da temperatura, pressão, fluxo, velocidade e outra conversão analógica em quantidades digitais e, em seguida, pelo processamento do microprocessador PLC (processamento do microprocessador pode ser apenas quantidades digitais) e, em seguida, controlar; ou pelo módulo d / a convertido em quantidades digitais e, em seguida, controle; ou pelo módulo D / A convertido em quantidades digitais.
Ou convertido pelo módulo D / A em analógico e, em seguida, controla o objeto controlado, para que o PLC possa ser realizado no controle analógico.
(3) Controle de processo
O PLC de grande e médio porte moderno é geralmente equipado com um módulo de controle PID, pode ser o controle de processo de circuito fechado. Quando um desvio de uma variável no processo de controle, o PLC pode calcular a saída correta de acordo com o algoritmo PID e, em seguida, controlar e ajustar o processo de produção para manter a variável no valor definido. Atualmente, muitos pequenos PLC também possuem função de controle de PID.
(4) controle de tempo e contagem
O PLC tem um tempo forte e funções de contagem, pode fornecer aos usuários dezenas ou até centenas, milhares de temporizadores e contadores.
Seu tempo de tempo e valor de contagem podem ser definidos arbitrariamente pelo usuário ao escrever programas de usuário e também podem ser definidos pelo operador no campo industrial através do programador, realizando assim o controle do tempo e da contagem. Se os usuários precisarem contar sinais com maior frequência, poderão escolher o módulo de contagem de alta velocidade.
(5) Controle de sequência
No controle industrial, a programação ou programação de instruções do PLC etapa com registros de turno pode ser usada para realizar o controle de sequência.
(6) Processamento de dados
O Modern PLC não é apenas capaz de operações aritméticas, transferência de dados, classificação e pesquisa de tabela, mas também capaz de comparação de dados, conversão de dados, comunicação de dados, exibição e impressão de dados, etc. Ele possui forte capacidade de processamento de dados.
(7) Comunicação e rede
A maior parte do PLC moderno adota a tecnologia de comunicação e rede, com RS -232 ou RS -485 interface para controle de E/S remoto.
Vários PLCs podem ser em rede e comunicados entre si, e as trocas de programa e dados podem ser realizadas entre dispositivos externos e unidades de processamento de sinais de um ou mais controladores programáveis, como transferência de programa, transferência de arquivos de dados, monitoramento e diagnóstico. Interface de comunicação ou processador de comunicação de acordo com a interface padrão de hardware ou o protocolo de comunicação proprietária para concluir o programa e a transferência de dados.
2 áreas de aplicação de plc
Atualmente, a PLC tem sido amplamente utilizada em casa e no exterior em várias indústrias, como ferro e aço, petróleo, químico, energia elétrica, materiais de construção, fabricação de máquinas, automotivo, têxtil, transporte, proteção ambiental e cultura e entretenimento etc., cujo uso pode ser aproximadamente resumido nas seguintes categorias.
(1) Controle lógico de comutação
Este é o PLC mais básico, mas também as áreas de aplicação mais extensas, substitui o circuito tradicional de relé para obter controle lógico, controle de sequência; ambos para controle de equipamento único.
Pode ser usado para controle de equipamento único, mas também para linhas de controle e automação de grupos de várias máquinas, como máquinas de moldagem por injeção, máquinas de impressão, máquinas de grampeamento, ferramentas de máquinas combinadas, máquinas de moagem, linhas de embalagem e linhas de revestimento.
(2) Controle analógico
No processo de produção industrial, há muitas quantidades contínuas, como temperatura, pressão, fluxo, nível e velocidade são analógicas. Para fazer com que o PLC lide com quantidades analógicas, deve realizar as quantidades analógicas e digitais entre a conversão A / D e a conversão D / A. Os fabricantes de PLC estão produzindo o módulo de conversão A / D e D / A de suporte, de modo que o PLC para controle analógico.
(3) Controle de movimento
O PLC pode ser usado para movimento circular ou controle de movimento linear. A partir da configuração do mecanismo de controle, diretamente diretamente para a comutação do módulo de E / S conectado ao sensor de posição e ao atuador e agora geralmente usa um módulo de controle de movimento dedicado que pode acionar os motores de passo ou os motores de servo único ou módulo de controle de posição de eixo múltiplo.
Os produtos dos principais fabricantes de PLC do mundo quase todos têm funções de controle de movimento, amplamente utilizadas em uma variedade de máquinas, máquinas -ferramentas, robôs, elevadores e outras ocasiões.
(4) Controle de processo
O controle do processo refere-se ao controle de circuito fechado da temperatura, pressão, fluxo e outras quantidades analógicas, na metalurgia, indústria química, tratamento térmico, controle da caldeira e outras ocasiões têm uma ampla gama de aplicações. Como computador de controle industrial, o PLC pode programar uma variedade de algoritmos de controle para concluir o controle de malha fechada.
A regulação do PID é geralmente usada no sistema de controle de circuito fechado, mais regulação, PLC de grande e médio porte possui módulo PID, muitos pequenos PLC também possuem esse módulo de função. O processamento do PID geralmente é executado uma sub-rotina PID especial.
(5) Processamento de dados
PLC moderno com operações matemáticas (incluindo operações de matriz, operações de função, operações lógicas), transferência de dados, conversão de dados, classificação, operações de tabela e bit etc., pode concluir a aquisição, análise e processamento de dados. Esses dados podem ser armazenados na memória com a comparação de valor de referência e, em seguida, concluem determinadas operações de controle; Também pode usar a função de comunicação para outros dispositivos inteligentes ou imprimi -los.
O processamento de dados é geralmente usado para sistemas de controle em larga escala, como o sistema de fabricação flexível não tripulado; Também pode ser usado para sistemas de controle de processos, como papel, metalurgia, indústria de alimentos, alguns sistemas de controle em larga escala.
(6) Comunicação e rede
A comunicação do PLC contém comunicação e comunicação do PLC entre o PLC e outros dispositivos inteligentes. Com o desenvolvimento do controle de computador, o desenvolvimento da rede de automação de fábrica é muito rápido, os fabricantes de PLC atribuem grande importância à função de comunicação do PLC, introduziram seu próprio sistema de rede. Os PLCs recém -produzidos têm interfaces de comunicação, a comunicação é muito conveniente.
Terceiro, a estrutura básica e o princípio de trabalho do PLC
Como computador de controle industrial, PLC e computadores comuns têm uma estrutura semelhante; Mas, devido ao uso de diferentes ocasiões e propósitos, existem algumas diferenças na estrutura.
1 composição de hardware PLC
O mainframe de um PLC consiste em uma CPU, memória (EPROM, RAM), unidades de entrada/saída, interfaces de E/S periféricas, interfaces de comunicação e fonte de alimentação. Para PLCs integrais, esses componentes estão todos na mesma habitação.
Para PLCs modulares, por outro lado, cada parte é encapsulada independentemente e chamada de módulo, e os módulos são conectados por racks e cabos.
Cada parte dentro do host é conectada através do barramento elétrico, barramento de controle, barramento de endereço e barramento de dados, de acordo com o objeto de controle real, precisa estar equipado com certos equipamentos externos, constituindo um sistema de controle PLC diferente.
Dispositivos externos comumente usados são programadores, impressoras, escritores EPROM, etc. O PLC pode ser configurado para se comunicar com o computador host e outro módulo de comunicação do PLC, constituindo um sistema de controle distribuído do PLC.
A seguir, é apresentada uma descrição de cada componente do PLC e sua função, para que os usuários possam entender melhor o princípio de controle e o processo de trabalho do PLC.
(1) CPU
A CPU é o centro de controle do PLC, PLC sob o controle da CPU para coordenar o trabalho de maneira ordenada, de modo a alcançar o controle de vários dispositivos na cena. A CPU consiste em microprocessadores e controladores, que podem realizar as operações lógicas e matemáticas e coordenar o sistema de controle dentro do trabalho das várias partes do sistema.
O papel do controlador é controlar todos os componentes do microprocessador para trabalhar de maneira organizada, sua função básica é ler instruções da memória e executar instruções.
(2) memória
O PLC está equipado com dois tipos de memória, a saber, memória do sistema e memória do usuário. A memória do sistema é usada para armazenar o programa de gerenciamento do sistema, o usuário não pode acessar e modificar o conteúdo desta parte da memória.
A memória do usuário é usada para armazenar o programa de aplicativos programado e o estado de dados de trabalho. A parte da memória do usuário que armazena o estado de dados de trabalho também é chamada de área de armazenamento de dados, que inclui a área da imagem de dados de entrada/saída, a área de dados para o número do timer/contador predefinido e o valor atual e a área de buffer para armazenar os resultados intermediários.
A memória do PLC inclui principalmente o seguinte.
(1) Memória somente leitura
(2) memória somente leitura programável
(3) Memória programável apenas para leitura programável
(4) Memória programável eletricamente apagável
(5) Memória de acesso aleatório
(3) módulos de entrada/saída (E/S)
① Módulo de entrada de lojas
Os dispositivos de entrada de comutação são vários interruptores, botões, sensores etc. Os tipos de entrada de PLC geralmente podem ser CC, AC e AC/DC. A fonte de alimentação para o circuito de entrada pode ser fornecida externamente ou internamente pelo PLC.
② Módulo de saída de desvio
A função do módulo de saída é converter a saída dos sinais de controle de nível TTL pela CPU executando o programa de usuário nos sinais necessários no local de produção, que pode direcionar dispositivos específicos para direcionar a ação do atuador.
(4) Programador
O programador é um dispositivo externo importante do PLC, usando o programador pode ser enviado ao programa do usuário para a memória do programa do usuário do PLC, depurando o programa, monitorando o processo de execução do programa. Os programadores podem ser estruturalmente divididos nos três tipos a seguir.
(1) programador simples
(2) Programador gráfico
(3) Programador de computador de uso geral
(5) Fonte de alimentação
A função da unidade de fonte de alimentação é converter a fonte de alimentação externa (energia CA 220V) na tensão de operação interna. A fonte de alimentação conectada externamente, através do PLC, está equipada com uma fonte de alimentação de regulador de comutação interna especial, fonte de alimentação AC / CC no circuito interno do PLC necessário para o trabalho da fonte de alimentação (CC 5V, ± 12V, 24V) e para os componentes de entrada externos (como proximidade) para fornecer uma fonte de alimentação de 24V (apenas para os usos de entrada. A fonte de alimentação para direcionar as cargas do PLC é fornecida pelo usuário.
(6) Interface periférica
O circuito de interface periférico é usado para conectar o programador portátil ou outro programador gráfico, exibição de texto e pode formar uma rede de controle PLC através da interface periférica.PLC usa o cabo PC/PPI ou a placa MPI para conectar -se à interface RS {-485, que podem realizar as funções de programação, monitoramento, monitoramento e -485, que podem realizar as funções de programação, monitoramento, e
2 componentes de software PLC
O software PLC consiste em programas de sistema e programas de usuário.
Programa de sistema projetado e escrito pelo fabricante do PLC e armazenado na memória do sistema PLC, o usuário não pode ler, escrever e alterar diretamente. Os programas do sistema geralmente incluem procedimentos de diagnóstico do sistema, programas de processamento de entrada, programas de compilação, programas de transferência de informações e programas de monitoramento.
O PLC User Program é o usuário para usar a linguagem de programação do PLC, de acordo com os requisitos de controle do programa. Na aplicação do PLC, o mais importante é escrever o programa de usuário com a linguagem de programação do PLC para obter o objetivo de controle.
Como o PLC é um dispositivo desenvolvido especificamente para controle industrial, seus principais usuários são a maioria dos técnicos elétricos, a fim de atender aos seus hábitos tradicionais e dominar a capacidade de usar a linguagem de programação principal do PLC do que a linguagem do computador é relativamente simples, fácil de entender, a imagem da linguagem especial.
1. Estrutura de instrução gráfica
2. Constantes variáveis claras
3. Estrutura simplificada do programa
4. Processo simplificado de geração de software de aplicativo
5. Ferramentas de depuração aprimoradas
3 O princípio de trabalho básico do PLC
A varredura de PLC funciona em três fases principais, a saber, a fase de amostragem de entrada, a fase de execução do programa do usuário e a fase de atualização de saída.
1. Estágio de amostragem de entrada
No estágio de amostragem de entrada, o PLC lê em todos os estados de entrada e dados sequencialmente de maneira de varredura e os armazena nas unidades correspondentes na área de imagem de E/S. Após o término da amostragem de entrada, ela se move para a fase de execução e saída do programa de usuários. Durante essas duas fases, mesmo que os estados de entrada e os dados alterem, os estados e os dados das células correspondentes na área de imagem de E/S não mudam.
Portanto, se a entrada for um sinal de pulso, a largura do sinal de pulso deve ser maior que um ciclo de varredura para garantir que a entrada possa ser lida em qualquer circunstância.
2. Fase de execução do programa do usuário
Na fase de execução do programa de usuários, o PLC sempre verifica o programa de usuário (diagrama da escada) em sequência de cima para baixo. Ao digitalizar cada diagrama de escada, e sempre examine o lado esquerdo do diagrama da escada pelos contatos constituem a linha de controle e, de acordo com a primeira esquerda e depois à direita, primeiro para cima e depois a ordem dos contatos constituem a linha de controle para operações lógicas; e, de acordo com os resultados das operações lógicas, atualize a bobina lógica na área de armazenamento do sistema RAM no estado do bit correspondente ou atualize a bobina de saída na área de imagem de E/S no estado do bit correspondente ou determine se deve executar o diagrama da escada do bit correspondente. O programa do usuário executa a instrução de função especial especificada no diagrama da escada.
Ou seja, durante a execução do programa de usuários, apenas o estado e os dados dos pontos de entrada na área da imagem de E/S não mudam, enquanto o estado e os dados dos outros pontos de saída e os dispositivos suaves na área de imagem de E/S ou na área de memória do sistema podem alterar os diagramas de escada em cima da escada da escada da escada, os resultados dos resultados da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada do Execution da concha da escada da escada do que os resultados da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada da escada. dados; Pelo contrário, os diagramas de escada alinhados na parte inferior dos diagramas de escada, o resultado da execução do programa estarão os diagramas de escada alinhados no fundo dos diagramas de escada. Pelo contrário, a escada abaixo, o estado ou os dados da bobina lógica que é atualizada só pode funcionar na escada acima dela até o próximo ciclo de varredura.
3. Fase de atualização de saída
Quando a digitalização do programa de usuário é concluída, o PLC insere a fase de atualização de saída. Durante esse período, a CPU de acordo com o estado correspondente da área da imagem de E / S e atualizam todo o circuito de trava de saída e, em seguida, através do circuito de saída para acionar o periférico correspondente. Neste ponto, a saída real do PLC.
Fenômeno de lag de entrada / saída
A partir do processo de trabalho do PLC, as seguintes conclusões podem ser resumidas:
1, para escanear o caminho para executar o programa, a relação lógica entre seus sinais de entrada / saída, existe um princípio de histerese. Quanto mais tempo o ciclo de varredura, mais grave a histerese.
2, o ciclo de varredura inclui o tempo ocupado pelas três principais fases de trabalho, a saber, a fase de amostragem de entrada, a fase de execução do programa do usuário e a fase de refrescamento de saída, além do tempo ocupado pela operação de gerenciamento do sistema. Entre eles, o tempo para a execução do programa está relacionado à duração do programa e à complexidade da operação de comando, enquanto outros permanecem basicamente inalterados. O período de varredura é geralmente da ordem dos milissegundos.
3, a enésima varredura para executar o programa, com base nos dados de entrada é o ciclo de varredura na fase de amostragem do valor de varredura x com base nos dados de saída, tem o valor de saída da última varredura y (n -1}), mas também o valor de saída do YN atual; n enviado ao terminal de saída do sinal, ou seja, a implementação de todos os cálculos do resultado final do YN.
4, a histerese de resposta de entrada/saída não está apenas relacionada ao método de varredura, mas também aos acordos de design do programa.