雷神電氣圖解PLC控制柜基礎,類型及應用示例
摘要：PLC控制柜在自動化領域起著至關重要的作用?？梢愿鶕^程的操作要求對PLC進行編程。在制造業中，由于生產性質的變化，將需要重新編程。為了克服這個困難，引入了基于PLC的控制系...
什么是PLC？
PLC代表“可編程邏輯控制器”。PLC控制柜是專門設計用于在惡劣的工業環境（例如，極端溫度，潮濕，干燥和/或多塵環境）中可靠運行的計算機。它用于自動化工業過程，例如制造廠的裝配線，礦石加工廠或廢水處理廠。PLC具有您在家中擁有的個人計算機的許多功能。它們都具有電源，CPU（中央處理單元），輸入和輸出（I / O），內存和操作軟件（盡管它是不同的操作軟件）。最大的區別是PLC可以執行PC無法執行的離散和連續功能，而PLC更適合于惡劣的工業環境。PLC可以看作是管理工業環境中機電過程的“堅固型”數字計算機。
PLC控制柜是大型SCADA系統的組成部分，在自動化領域起著至關重要的作用?？梢愿鶕^程的操作要求對PLC進行編程。在制造業中，由于生產性質的變化，將需要重新編程。為了克服這個困難，引入了基于PLC的控制系統。在介紹PLC的各種應用之前，我們將首先討論PLC的基礎知識。
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PLC基礎
PLC由Dick Morley于1964年發明。此后，PLC徹底改變了工業和制造業。PLC具有多種功能，例如定時，計數，計算，比較和處理各種模擬信號。與“硬接線”控制系統相比，PLC的主要優勢在于，您可以在對PLC進行編程之后返回并更換PLC，而所花費的成本卻很少（僅僅是程序員的時間）。在硬接線的控制系統中，您實際上必須拔出電線并從頭開始（這樣更昂貴，并且花費更長的時間）。讓我們看一個例子，以更好地理解這一優勢。
想象一下，您將燈連接到了交換機。通常，燈在兩種條件下工作–開和關?，F在，您將獲得一個任務，當您打開開關時，指示燈應僅在30秒后發光。通過這種硬連線設置–我們陷入了困境。實現此目的的唯一方法是完全重新布線電路，以添加定時繼電器??。進行微小的更改非常麻煩。
PLC出現的地方，不需要任何額外的接線和硬件即可確保進行更改。而是需要對代碼進行簡單的更改，將PLC編程為僅在開關打開30秒后打開燈。因此，通過使用PLC，很容易合并多個輸入和輸出。這只是一個簡單的例子– PLC能夠控制更大，更復雜的過程?？梢愿鶕煤陀脩粜枨蠖ㄖ芇LC。
PLC控制柜如何工作？
PLC的工作可以很容易地理解為稱為掃描周期的循環掃描方法。
PLC工作原理圖
PLC掃描過程包括以下步驟
- 操作系統將啟動循環并監視時間。
- CPU開始從輸入模塊讀取數據并檢查所有輸入的狀態。
- CPU開始執行以梯形圖邏輯或任何其他PLC編程語言編寫的用戶程序或應用程序。
- 接下來，CPU執行所有內部診斷和通訊任務。
- 根據程序結果，它將數據寫入輸出模塊，以便更新所有輸出。
- 只要PLC處于運行模式，該過程就會繼續。
PLC的物理結構
PLC的結構幾乎類似于計算機的體系結構。
PLC框圖
可編程邏輯控制器連續監視來自各種輸入傳感設備（例如，加速度計，體重秤，硬連線信號等）的輸入值，并根據生產和行業的性質產生相應的輸出。PLC的典型框圖包括五個部分：
- 機架或底盤
- 電源模塊
- 中央處理器（CPU）
- 輸入輸出模塊
- 通訊接口模塊
機架或機箱
在所有PLC系統中，PLC機架或機箱構成最重要的模塊，并充當系統的骨干。PLC有各種形狀和尺寸。當涉及更復雜的控制系統時，它需要更大的PLC機架。小型PLC配備有固定的I / O引腳配置。因此，他們選擇了模塊化的機架式PLC，該機架式的PLC可以接受不同類型的I / O模塊。所有I / O模塊都將駐留在此機架/機箱中。
PLC機架故障
電源模塊
該模塊用于為整個PLC系統提供所需的電源。它將可用的交流電轉換為CPU和I / O模塊所需的直流電。PLC通常在24V DC電源上工作。很少有PLC使用隔離電源。CPU模塊和內存
CPU模塊具有中央處理器，ROM和RAM存儲器。ROM存儲器包括操作系統，驅動程序和應用程序。RAM存儲器用于存儲程序和數據。CPU是具有八邊形或六邊形微處理器的PLC的大腦。作為基于微處理器的CPU，它取代了計時器，繼電器和計數器。PLC可以結合兩種類型的處理器，例如單位或字處理器。一位處理器用于執行邏輯功能。而文字處理器用于處理文本，數字數據，控制和記錄數據。CPU從傳感器讀取輸入數據，進行處理，最后將命令發送到控制設備。如前面的討論中提到的，直流電源是必需的電壓信號。CPU還包含其他電氣部件，用于連接其他設備使用的電纜。輸入輸出模塊
您是否考慮過如何感測諸如溫度，壓力，流量等物理參數？使用PLC？當然，PLC具有用于輸入和輸出接口的專用模塊，稱為輸入和輸出模塊。輸入設備可以是啟動和停止按鈕，開關等，輸出設備可以是電加熱器，閥門，繼電器等。I/ O模塊有助于將輸入和輸出設備與微處理器接口。下圖說明了PLC的輸入模塊。
PLC輸入模塊
PLC輸入模塊電路圖
PLC的輸入模塊具有四個主要功能。
1. 輸入模塊接口以220 V AC接收來自過程設備的信號
2. 將輸入信號轉換為5 V DC，PLC可以使用
3. 隔離塊用于隔離/防止PLC發生波動
4. 之后，信號被發送到輸出端，即PLC
輸入模塊中有兩個主要部分，即電源部分和邏輯部分。兩個部分彼此電氣隔離。最初，按鈕已關閉。因此，通過電阻器R1和R2向橋電路提供220 V AC電源。橋式整流器用于將交流信號轉換為直流信號，而齊納二極管用于向LED提供低壓電源。當來自LED的光落在光電晶體管上時，它將在導電區域中工作。最后，將5V DC電源提供給處理器。
PLC的輸出模塊的工作原理與輸入模塊類似，但過程相反。它連接輸出負載和處理器。因此，這里的第一部分是邏輯會話，第二部分是電源。輸出模塊的工作如下圖所示
PLC輸出模塊
因此，在這里，當從處理器生成邏輯高信號時，LED將打開并允許光落在光電晶體管上。當晶體管進入導通區域時，它會向三端雙向可控硅開關晶體管的柵極產生脈沖。隔離器塊用于隔離邏輯部分和控制部分。
通訊接口模塊
為了在CPU和通信網絡之間傳輸信息，使用了智能I / O模塊。這些通信模塊有助于與放置在遠程位置的其他PLC和計算機進行連接。PLC的種類
PLC的兩種主要類型是固定/緊湊型PLC和模塊化PLC。緊湊型PLC
在單個情況下，將有許多模塊。它具有固定數量的I / O模塊和外部I / O卡。因此，它沒有擴展模塊的能力。每個輸入和輸出將由制造商決定。模塊化PLC
這種類型的PLC允許通過“模塊”進行多次擴展，因此稱為模塊化PLC。I / O組件可以增加。由于每個組件彼此獨立，因此更易于使用。
模塊化PLC
根據物理尺寸，PLC分為微型，微型和納米PLC。
一些PLC制造商包括：
- 艾倫·布拉德利
- ABB
- 西門子
- 三菱PLC
- 日立PLC
- 臺達PLC
- 通用電氣（GE）PLC
- 霍尼韋爾PLC
PLC控制柜應用
PLC具有多種應用和用途，包括：1. 過程自動化工廠（例如采礦，石油和天然氣）
2. 玻璃行業
3. 造紙業
4. 水泥制造
5. 在鍋爐中–火力發電廠
PLC編程
使用PLC時，根據您的特定用例設計和實現概念很重要。為此，我們首先需要更多地了解PLC編程的細節。PLC程序由一組文本或圖形形式的指令組成，這些指令表示控制PLC正在控制的過程的邏輯。PLC編程語言有兩種主要分類，它們進一步分為許多子分類類型。1. 文字語言
· 指令清單
· 結構化文字
2. 圖形形式
· 梯形圖（LD）（即梯形邏輯）
· 功能框圖（FBD）
· 順序功能圖（SFC）
由于具有簡單方便的功能，圖形表示比文本語言更受青睞。
梯形邏輯
梯形邏輯是PLC編程的最簡單形式。它也被稱為“繼電器邏輯”。繼電器控制系統中使用的繼電器觸點使用梯形邏輯表示。下圖顯示了梯形圖的簡單示例。
PLC梯形圖邏輯
功能框圖
功能塊圖（FBD）是一種簡單的圖形化方法，可在PLC中編程多個功能。PLCOpen在標準IEC 61131-3中描述了使用FBD。功能塊是程序指令單元，執行該程序指令單元會產生一個或多個輸出值。如下圖所示。它表示為一個矩形塊，其中輸入在左側輸入，輸出在右側輸出。給出輸入和輸出狀態之間的關系
功能塊
示例功能框圖
結構化文本編程
結構化文本是一種文本編程語言，它利用語句來確定要執行的內容。它遵循更常規的編程協議，但不區分大小寫。一系列語句（邏輯）由使用多個運算符表達分配和關系構成。結構文本運算符在圖像下面列出。
結構化文本編程
PLC編程實例
如果泵正在運行并且壓力令人滿意，或者如果燈泡測試開關閉合，則需要打開信號燈。在此應用中，如果燈的輸出應該來自泵和壓力傳感器的輸入。因此，使用AND邏輯。“或”邏輯用于測試輸入條件，無論AND系統是否有信號，都需要打開燈的輸出。通過在梯形圖中使用END或RET指令，我們可以知道PLC已到達程序結尾。功能框圖和梯形圖如下圖所示。
PLC程序測試燈的發光
