PLC基础入门教程
发表时间：2018-09-20
可编程逻辑控制器（PLC）已经在工业制造领域占据了相当大的份额，如果这项技术没有得到应有的重视，我们就会失职。因此，我们在这个新的EC＆M部门的基础上展示了一系列基于PLC的基础知识，涵盖了固态工业自动化技术。在本系列PLC基础知识的基础上，我们将介绍PLC硬件模块; 软件功能; 目前的申请; 安装参数; 测试和故障排除; 和硬件/软件维护。
什么是PLC？
美国国家电气制造商协会（NEMA）将PLC定义为“数字操作电子设备，通过实现特定功能，如逻辑，排序，定时，计数和算术，通过数字控制，使用可编程存储器进行内部存储指令或模拟I / O模块各种类型的机器或过程。“
一家PLC制造商将其定义为“固态工业控制设备，它接收来自用户提供的受控设备（如传感器和开关）的信号，以存储在用户存储器中的基于梯形图的应用程序进度确定的精确模式实现它们，以及提供控制过程或用户提供的设备的输出，例如继电器或电机启动器。“
基本上，它是一种固态可编程电气/电子接口，可以非常快的速度操纵，执行和/或监控过程或通信系统的状态。它基于整个基于微处理器的系统中包含的可编程数据运行。
PLC能够接收（输入）和传输（输出）各种类型的电气和电子信号，并且几乎可以控制和监控任何类型的机械和/或电气系统。因此，它在与计算机，机器和许多其他外围系统或设备的接口方面具有极大的灵活性。
它通常以梯形逻辑编程，设计用于工业环境。
它看起来像什么？
PLC有各种尺寸。通常，PLC占用的空间或大小与用户系统和输入/输出要求以及所选制造商的设计/封装能力直接相关。
PLC的底盘可以是开放式或封闭式。各个模块插入机箱的背板。
电子元件安装在包含在模块内的印刷电路板（PCB）上。
它从哪里来的？
第一台PLC于20世纪60年代末推出，是可编程控制器或PC的产物（不要与用于个人计算机的符号混淆）。自60年代初以来，个人电脑一直围绕着这个行业。
需要更好，更快的控制继电器，以适应更小的空间以及对程序不灵活性的挫败感（硬接线继电器，步进开关和鼓编程器）催生了PC。
尽管PC和PLC在语音上已经互换，但它们之间的区别在于PC专用于控制固定程序中的功能，在某种意义上类似于过去的能力有限的问题。另一方面，PLC仅需要重写其软件逻辑以满足被控制系统的任何新要求。因此，PLC可以适应许多过程的变化或监控应用程序要求。
PLC如何工作？
要了解PLC的工作原理，我们必须了解其中央处理单元（CPU）的扫描顺序。所有PLC的方法基本相同。但是，由于特殊硬件模块已添加到系统中，因此需要额外的扫描周期。
上电时，处理器扫描输入模块并将数据内容传输到输入的图像表或寄存器。来自输出图像表的数据被传送到输出模块。
接下来，扫描软件程序，检查每个语句以查看是否满足条件。如果满足条件，则处理器将数字位“1”写入输出图像表，并且外围设备将被激励。如果不满足条件，则处理器将“0”写入输出图像表，并且外围设备（使用“正逻辑”）保持断电。
PLC连接多种类型的外部电气和电子信号。这些信号可以是AC或DC电流或电压。通常，它们的范围为4至20毫安（mA）或0至120VAC，以及0至48VDC。这些信号称为I / O（输入/输出）点。它们的总称为PLC的I / O能力。从电子的角度来看，这个数字取决于PLC的CPU能够在指定的时间内查看或扫描多少点。这种性能特征称为扫描时间。但是，从用户的实际角度来看，所需的I / O模块数量以及每个I / O模块上包含的I / O点数将推动系统的I / O能力。
在PLC系统中具有足够的I / O功能非常重要。最好不要少，以便在将来需要更多的I / O点时，将现有的备用I / O点写入软件更容易（因为硬件已经存在）。拥有备用I / O点对操作系统没有任何影响; 可以对软件进行编程以忽略它们，这些点对PLC的扫描时间的影响可以忽略不计。
软件程序是PLC的核心，由程序员编写，程序员使用元素，功能和指令来设计PLC要控制或监视的系统。这些元件放置在继电器梯形逻辑（RLL）中的单独编号的梯级上。软件的RLL由CPU模块或控制器模块中的处理器执行（相同的模块，不同的名称）。
有许多类型的PLC软件设计包可用。一个经常选择的软件包是RLL格式，包括触点，线圈，定时器，计数器，寄存器，数字比较块和其他类型的特殊数据处理功能。使用这些元素，程序员设计控制系统。然后将外部设备和组件连接到与程序员软件梯形逻辑相同的系统中。然而，并非所有的软件元素都具有硬连线的物理对应物。
当PLC的处理器通过软件程序（梯级）扫描（自上而下）时，执行RLL的每个梯级。然后，软件镜像的硬连线设备变为活动状态。因此，软件是控制设备，并为程序员或技术人员提供了从系统操作“强制状态”或“阻止设备”的灵活性。例如，可以使线圈或触点直接从软件操作（独立于控制柜对源或现场输入设备的硬连线）。或者，可以使设备看起来不可见（从系统的操作中移除），即使它是电硬连线和物理到位的。
各个PLC部分
所有PLC的共同点是四个部分，每个部分可以细分为更小但同样重要的部分。这些主要部分包括电源部分，它为PLC和I / O基本模块提供工作直流电源，并包括备用电池; 程序软件部分; CPU模块，包含处理器并保存内存; 和I / O部分，它控制外围设备并包含输入和输出模块。
电源部分。电源（PS）部分从外部120VAC或240VAC电源（线电压）获得其输入电源，该电源通常通过控制继电器和PS外部的滤波器进行熔断和馈电。此外，PS还有自己的集成交流输入保险丝。
然后，该线电压逐步降压，整流，滤波，调节，电压和电流保护以及状态监控，状态指示以几个LED（发光二极管）的形式显示在PS的正面。PS可以具有用于保护存储器或选择特定编程模式的键开关。
PS的输出为PLC的各种模块（通常具有20A或50A的总电流容量）以及用于存储器备份的集成锂电池提供低DC电压。如果PS发生故障或其输入线电压降至特定值以下，则存储器内容将不会从故障前的状态改变。
PS输出为PLC中的每个模块供电; 但是，它不向PLC的外围I / O设备提供直流电压。
CPU模块。“CPU”，“控制器”或“处理器”是不同制造商用来表示执行基本相同功能的相同模块的所有术语。CPU模块可以分为两部分：处理器部分和存储部分。
处理器部分做出PLC所需的决定，以便它可以操作并与其他模块通信。它沿着串行或并行数据总线进行通信。I / O基本接口模块或单独的板载接口I / O电路提供与处理器通信所需的信号调节。处理器部分还执行程序员的RLL软件程序。
存储器部分（可电子地）将可检索的数字信息存储在存储器的三个专用位置中。处理器例行扫描这些存储器位置。存储器将接收（“写入”模式）数字信息或由处理器访问（“读取”模式）数字信息。这种读/写（R / W）功能提供了一种简单的方法来改变程序。
存储器包含几种类型信息的数据。通常，数据表或图像寄存器以及软件程序RLL位于CPU模块的存储器中。程序消息可以或可以不与其他存储器数据一起驻留。
某些制造商使用备用电池来保护存储器内容在电源或内存模块出现故障时丢失。还有一些使用各种集成电路（IC）存储器技术和设计方案，其将在不使用备用电池的情况下保护存储器内容。
CPU模块的典型存储器部分具有96,000（96K）字节的存储器大小。此大小告诉我们内存中可用的存储位置。当需要更大的内存大小时，可以在PLC系统中添加额外的内存模块。随着I / O模块数量的增加或软件程序变大，这些扩展模块将添加到PLC系统中。完成此操作后，内存大小可以高达1,024,000（1024K）字节。
制造商将以“字节”或“字”表示存储器大小。一个字节是8位，一位是二进制代码中的最小位。它是逻辑“1”或逻辑“0”。一个字的长度等于两个字节或16位。并非所有制造商都使用16位字，因此请注意您的PLC制造商已将其定义为其存储器字位大小。
软件项目。PLC不仅需要电子元件操作，还需要软件程序。PLC编程器不仅限于以一种格式编写软件。有许多类型可供选择，每种类型都可以更容易地将一个应用程序放在另一个应用程序之上。典型的是先前讨论的RLL类型。其他S / W程序包括“C”，状态语言和SFC（顺序功能图表）。
无论选择哪种软件，它都将由PLC的CPU模块执行。软件可以在处理器处于在线状态（PLC实际运行时）或处于离线状态（由此S / W执行不影响I / O基板的当前操作）的情况下编写和执行。
在RLL软件程序中，我们发现了几种类型的编程元素和函数来控制PLC（存储器和寄存器）以及外部（现场）器件内部的过程。下面列出了一些更常见的元素，功能和说明：
*触点（可以是正常打开或关闭;在监视器上突出显示它们是活动的）。
*线圈（可以是正常的或锁定的;突出显示意味着它们通电）。
*定时器（线圈可以在指定的延迟时间内为ON或OFF）。
*计数器（可以向上或向下递增计数）。
*位移位寄存器（激活时可将数据移位一位）。
*单次触发（意味着在一个扫描时间内有效;对脉冲定时器有用）。
*鼓（可以根据时间或事件排序）。
*数据操作指令（启用移动，比较数字值）。
*算术指令（启用数字值的加法，减法，乘法和除法）。
外围设备
PLC及其I / O基座的外围设备可以是从主机和控制台到电机驱动单元或场限位开关的任何设备。用于编程的打印机和工业终端也是外围设备。
外围设备可以生成或接收AC或DC电压和电流以及数字脉冲序列或快速长度（脉冲宽度）的单脉冲。
这些外部操作设备有时具有苛刻和/或快速的信号特性，必须能够与PLC的敏感微处理器连接。各种类型的I / O模块（使用适当的屏蔽电缆）可用于完成此项工作。
输入模块
输入模块有两个功能：接收外部信号和该输入点的状态显示。换句话说，它接收外围传感单元的信号并为该信号的状态提供信号调节，终止，隔离和/或指示。
输入模块的输入是离散或模拟形式。如果输入是ON-OFF类型，例如使用按钮或限位开关，则该信号被认为是离散的。另一方面，如果输入变化，例如温度，压力或水平，则信号本质上是模拟的。
向描述外部条件的输入模块发送信号的外围设备可以是开关（限制，接近，压力或温度），按钮或逻辑，二进制编码十进制（BCD）或模数（A / D）电路。扫描这些输入信号点，并通过每个PLC和I / O基座内的接口模块或电路传送它们的状态。下面列出了一些典型类型的输入模块。
*直流电压（110,220,14,24,48,15-30V）或电流（4-20 mA）。
*交流电压（110,240,24,48V）或电流（4-20 mA）。
* TTL（晶体管晶体管逻辑）输入（3-15VDC）。
*模拟输入（12位）。
*字输入（16位/并行）。
*热电偶输入。
*电阻温度检测器。
*高电流继电器。
*低电流继电器。
*锁存输入（24VDC / 110VAC）。
*隔离输入（24VDC / 85-132VAC）。
*智能输入（包含微处理器）。
*定位输入。
* PID（比例，intregal，微分）输入。
*高速脉冲。
输出模块
输出模块传输离散或模拟信号以激活各种设备，例如液压执行器，螺线管，电机启动器，并显示所连接输出点的状态（通过使用LED）。信号调理，终止和隔离也是输出模块功能的一部分。处理器以与输入模块相同的方式处理输出模块。
目前可用的一些典型输出模块包括：
*直流电压（24,48,110V）或电流（4-20 mA）。
*交流电压（110,240v）或电流（4-20 mA）。
*隔离（24VDC）。
*模拟输出（12位）。
*字输出（16位/并行）。
*智能输出。
* ASCII输出。
*双通讯端口。
专业术语知识：
A / D：将模拟信号转换为数字字的设备或模块。
地址：PLC存储器中用于存储信息的编号位置（存储编号）。
模拟输入：变化信号提供过程将信息改变为模拟输入模块。
模拟输出：变化的信号传输过程改变来自模拟输出模块的信息。
波特率：发送或接收的每秒比特数; 还有设备可接受的数字传输速度。
BCD：二进制编码的十进制。一种用于将0到9（基数10）编号系统表示为二进制（基数2）等价的方法。
位：单个二进制数字。
字节：八位。
中央处理单元（CPU）：解释，决定和执行指令的集成电路（IC）。
D / A：将数字字转换为模拟信号的设备或模块
电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）：与EPROM相同，但可以电擦除。
可擦除可编程只读存储器（EPROM）：用户可以多次擦除和加载新数据的存储器，但在应用程序中使用时，它可用作ROM。EPROM在电力损失期间不会丢失数据。它们是纳米易失性存储器。
映像寄存器/映像表：为I / O位状态保留的专用存储单元。
输入模块：处理来自现场设备的数字或模拟信号。
I / O点：连接输入和输出现场设备的I / O模块上的终端点。
毫秒：千分之一秒（1/1000秒，0.001秒）。
调制解调器：调制解调器是调制器/解调器的首字母缩写。这是一种调制（混合）和解调（分离）信号的设备。
操作员界面：允许系统操作员访问PLC和I / O基本条件的设备。
输出模块：控制现场设备。
并行数据：发送或接收字节或字的数据，其所有位同时存在。
程序：完成任务的一个或多个指令或语句。
编程设备：用于告诉PLC应该做什么以及何时应该完成的设备。
随机存取存储器（RAM）：一种存储器，可以在任何地址访问数据，而无需读取多个顺序地址。可以从存储位置读取和写入数据。RAM具有易失性存储器，这意味着断电会导致RAM中的内容丢失。
只读存储器（ROM）：可以读取数据但不能写入数据的存储器。ROM通常用于防止程序或数据因用户干预而被破坏。
软件：控制流程的一个或多个程序。
