西門子PLC主機CPU414-3 西門子PLC主機CPU414-3
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一、定義
可編程控制器，簡稱PLC（ProgrammablelogicController）,是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。
在1987年電工委員會（InternationalElectricalCommittee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。”
二、基本結(jié)構(gòu)
各種PLC的組成結(jié)構(gòu)基本相同，主要有CPU,電源，儲存器和輸入輸出接口電路等組成。
plc處理器
plc處理器單元一般由控制器、運算器和寄存器組成。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與儲存單元、輸入輸出接口、通信接口、擴展接口相連。CPU是PLC的核心，它不斷采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出。
儲存器
PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩種。系統(tǒng)存儲器用于存放PLC的系統(tǒng)程序，用戶存儲器用于存放PLC的用戶程序?，F(xiàn)在的PLC一般均采用可電擦除的E2PROM存儲器來作為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。
輸入輸出接口單元
PLC的輸入接口電路的作用是將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號輸入CPU；PLC的輸出接口電路的作用是將CPU向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行元件的信號，以便控制接觸器線圈等電器的通、斷電。PLC的輸入輸出接口電路一般采用光耦合隔離技術(shù)，可以有效地保護內(nèi)部電路。
1、輸入接口電路
PLC的輸入接口電路可分為直流輸入電路和交流輸入電路。直流輸入電路的延遲時間比較短，可以直接與接近開關(guān)，光電開關(guān)等電子輸入裝置連接；交流輸入電路適用于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。
交流輸入電路和直流輸入電路類似，外接的輸入電源改為220V交流電源。
2、輸出接口電路
輸出接口電路通常有3種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。
繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型的輸出電路類似，只是晶體管或晶閘管代替繼電器來控制外部負載。
擴展接口和通信接口
PLC的擴展接口的作用是將擴展單元和功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要；通信接口的功能是通過這些通信接口可以和監(jiān)視器、打印機、其他的PLC或是計算機相連，從而實現(xiàn)“人-機”或“機-機”之間的對話。
電源
PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的**處理器、存儲器等電路提供5V、12V、24V直流電源，使PLC能正常工作。
三、工作原理
PLC的工作方式為循環(huán)掃描方式，當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。
其工作過程大致分為3個階段：輸入采樣、程序執(zhí)行和輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新
四、PLC的分類
(1)小型PLC
小型PLC的I/O點數(shù)一般在128點以下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，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)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、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點數(shù)一般在256~1024點之間。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，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點數(shù)在1024點以上的稱為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能*。具有*的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器的可靠性更高。
五、功能特點
1.使用靈活、通用性強——PLC的硬件是標準化的，加之PLC的產(chǎn)品已系列化，功能模塊品種多，可以靈活組成各種不同大小和不同功能的控制系統(tǒng)。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入輸出信號線。當需要變更控制系統(tǒng)的功能時，可以用編程器在線或離線修改程序，同一個PLC裝置用于不同的控制對象，只是輸入輸出組件和應(yīng)用軟件的不同。
2.可靠性高、抗干擾能力強——微機功能強大但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾，電源波動，機械振動，溫度和濕度的變化，都可能導致一般通用微機不能正常工作；傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制系統(tǒng)抗干擾能力強，但由于存在大量的機械觸點（易磨損、燒蝕）而壽命短，系統(tǒng)可靠性差。PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和繁雜連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性**提高，從實際使用情況來看，PLC控制系統(tǒng)的平均*時間一般可達4～5萬小時。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，能適應(yīng)有各種強烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場，并具有故障自診斷能力。如一般PLC能抗1000V、1ms脈沖的干擾，其工作環(huán)境溫度為0～60℃，無需強迫風冷。
3.接口簡單、維護方便——PLC的接口按工業(yè)控制的要求設(shè)計，有較強的帶負載能力（輸入輸出可直接與交流220V，直流24V等強電相連），接口電路一般亦為模塊式，便于維修更換。有的PLC甚至可以帶電插拔輸入輸出模塊，可不脫機停電而直接更換故障模塊，**縮短了故障修復時間。
4.體積小、功耗小、性價比高——以小型PLC（TSX21）為例，它具有128個I/O接口，可相當于400～800個繼電器組成的系統(tǒng)的控制功能，其尺寸僅為216×127×110mm3，重2.3kg，不帶接口的空載功耗為1.2W，其成本僅相當于同功能繼電器系統(tǒng)的10～20％。PLC的輸入輸出系統(tǒng)能夠直觀地反應(yīng)現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、I/O點狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等，對此均有醒目的指示，非常有利于運行和維護人員對系統(tǒng)進行監(jiān)視。
5.編程簡單、容易掌握——PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計者充分考慮了現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和**慣。大多數(shù)PLC的編程均提供了常用的梯形圖方式和面向工業(yè)控制的簡單指令方式。編程語言形象直觀，指令少、語法簡便，不需要專門的計算機知識和語言，具有一定的電工和工藝知識的人員都可在短時間內(nèi)掌握。利用的編程器，可方便地查看、編輯、修改用戶程序。
6.設(shè)計、施工、調(diào)試周期短——用繼電器—接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏（柜）的布置和接線圖等，進行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其靠軟件實現(xiàn)控制，硬件線路非常簡潔，并為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量（輸入輸出點數(shù)、內(nèi)存大?。┑冗x用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進行，因而縮短了設(shè)計周期，使設(shè)計和施工可同時進行。由于用軟件編程取代了硬接線實現(xiàn)控制功能，**減輕了繁重的安裝接線工作，縮短了施工周期。PLC是通過程序完成控制任務(wù)的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語言，且都具有強制和仿真的功能，故程序的設(shè)計、修改和調(diào)試都很方便，這樣可**縮短設(shè)計和投運周期。
六、編程語言
五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和指令表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。
順序功能圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖，梯形圖和功能模塊圖是圖形化語言，指令表、結(jié)構(gòu)文本兩種文本語言，梯形圖的應(yīng)用直觀，與指令表可以相互轉(zhuǎn)換。
