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PLC基本的应用是取代传统的继电接触器进行逻辑控制,此外还可以用于定时/计数控制、步进控制、数据处理、过程控制、运动控制、通信联网和监控等场合。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、功能完善、编程简单、组合灵活、扩展方便、体积小、质量轻及功耗低等特点,其主要性能通常由以下各种指标进行描述。
(1)I/O点数
I/O点数通常指PLC的外部数字量的输入和输出端子数,这是一项重要技术指标,可以用CPU本机自带I/O点数来表示,或者以CPU的I/O大扩展点数来表示。通常小型机多有几十个点,中型机有几百个点,大型机超过千点。另外,还可以用PLC外部扩展的大模拟量数来表示。
(2)存储器容量
存储器容量指PLC所能存储用户程序的多少,一般以“字节(B)”为单位。
(3)扫描速度模块种类、自诊断、监控、主要硬件型号、工作环境及电源等级等。
1.2.3 S7-1200 PLC的技术性能指标S7-1500 PLC是目前西门子公司主推的自动化系统,是在S7-300/400 PLC的基础上开发的中高性能控制器,
S7-1200 PLC是西门子公司2009年推出的面向离散自动化系统和独立自动化系统的紧凑型自动化产品,定位在原有的SIMATIC S7-200 PLC和S7-300 PLC产品之间。S7-1200 PLC涵盖了S7-200 PLC的原有功能并且新增了许多功能,可以满足更广泛领域的应用。
PLC的处理速度一般用基本指令的执行时间来衡量,即一条基本指令的扫描速度,主要取决于所用芯片的性能。目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算及逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表及位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到其他智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金及食品工业中的一些大型控制系统。6.通信及联网
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PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着计算机控制技术和网络技术的发展,工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有支持以太网通信的接口,通信非常方便。
PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制,扩展到以下应用领域:中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统,以及与生活、环境相关联的机器,而且均有急速上升的趋势。值得注意的是,随着PLC、DCS的相互渗透,两者的界线日趋模糊,PLC正从传统的应用于离散制造业向应用到连续的流程工业扩展。
1.4 PLC的分类
1.4.1 PLC的分类方法
目前,PLC的不同厂家或同一厂家的不同产品种类繁多,功能各有侧重,根据不同的角度可将PLC分成不同的类型,其常用的分类方法有如下两种。1.按容量分类
为了适应信息处理量和系统复杂程度的不同需求,PLC具有不同的I/O点数、用户程序存储器容量和功能范围,PLC在20世纪90年代已经形成微、小、中、大及巨型等多种类型。PLC实现对外部设备的控制,其输入端子与输出端子的数目之和,称作PLC的输入/输出点数,简称I/O点数。按I/O点数PLC可分为微型PLC(几十点I/O)、小型PLC(几百点I/O)、中型PLC(上千点I/O)、大型PLC(几千点I/O)和巨型PLC(上万点I/O及以上)。2.按硬件结构形式分类
PLC的结构形式从大的方面来说分为整体式和模块式两大类,另外还出现了内插板式的PLC,也可以看作为模块式PLC。
(1)整体式结构型就是这种结构,比较紧凑。西门子的S7-300 PLC也是类似的结构,这种结构需要采用接线插头连接,如要单独固定时,还需另外定购固定支架。
2)有底板。所有模块都固定在底板上,比较牢固,但底板的槽数是固定的,如3、5、8、10槽等。这个槽数与实际的模块数不一定相等,所以,配置时难免有空槽。这样既造成浪费,又多占空间,甚至有时还得用占空单元把多余的槽覆盖好。西门子的S7-400 PLC即是此类。
3)用机架代替底板。所有模块都固定在机架上。这种结构比底板式的复杂,但更牢靠。采用此种组合时,它的模块不用外壳,但有小面板,用于组合后密封与信号显示。
模块式结构的优点之一是用户根据生产要求,可以灵活地配置成小、中、大系统,这种积木式结构可以供用户逐步扩展系统和增加功能;优点之二是模块有密封外壳,既安全又防尘;优点之三是模块采用独立接线方式,安装和维护方便。
4)内插板式。为了适应机电一体化的要求,有的PLC制造成内插板式的,可嵌入到有关装置中。如有的数控系统,其逻辑量控制用的内置PLC,就可用内插板式的PLC代替。它有输入点、输出点,以及通信口、扩展口和编程口等。它可实现PLC所有的功能,但它只是一个控制板,可很方便地镶嵌到有关装置中。
1.4.2 PLC与单片机、计算机的比较
目前,应用于控制场合的控制装置除了PLC,还包括单片机系统以及各种工业计算机等,它们拥有不同的特点,适合不同的应用环境。
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统,它具有一个完整计算机所需要的大部分部件,包括CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会配有外存;同时,集成诸如通信接口、定时器及实时时钟等外围设备。而现在强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络以及复杂的输入/输出系统集成在一块芯片上。它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
采用单片机系统具有成本低、效益高的优点,但是由于稳定性和抗电磁干扰能力比较差,需要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定。
而计算机系统与PLC相比较,计算机的编程语言为汇编语言或语言,其门槛要高于梯形图等编程语言,另外计算机系统的工作环境要求很高,为满足工业级的可靠性要求需要进行很多的特殊设计,也大大提高了其应用成本。
习题
1.当选择PLC时,通常要考虑哪些性能指标
2.请总结S7-200与S7-1200 PLC的异同。与通用计算机一样,PLC中CPU也是整个系统的核心部件,主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成。此外,还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能,如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。
CPU中的控制器控制PLC工作,由它读取指令,解释并执行命令。工作的时序(节奏)则由振荡信号控制。
CPU中的运算器用于完成算术或逻辑运算,在控制器的指挥下工作。
CPU中的寄存器参与运算,并存储运算的中间结果。它也是在控制器的指挥下工作。
作为PLC的核心,CPU的功能主要包括以下几个方面。
1)CPU接收从编程器或计算机输入的程序和数据,并送入用户程序存储器中存储。
2)监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态。CPU模块一般都有相应的状态指示灯,如电源指示、运行停止指示、输入/输出指示和故障指示等。总线接口用于扩展连接I/O模块或特殊功能模块,内存接口用于外部存储器,外设接口用于连接编程器等外部设备,通信接口则用于通信。此外,CPU模块上还有用来设定工作方式和内存区等的设定开关。
CPU模块的工作电压一般是5V,而PLC的I/O信号电压一般较高,有直流24V和交流220V。在使用时,要防止外部尖峰电压和干扰噪声侵入,以免损坏CPU模块中的部件或影响PLC正常工作。因此,CPU模块不能直接与外部输入/输出装置相连接,I/O模块除了传递信号外,还需进行电平转换与噪声隔离。2.存储器
PLC的内部存储器分为系统程序存储器和用户程序及数据存储器。系统程序存储器用于存放系统工作程序(或监控程序)、调用管理程序以及各种系统参数等。系统程序相当于个人计算机的操作系统,能够完成PLC设计者规定的各种工作。系统程序由PLC生产厂家设计并固化在ROM(只读存储器)中,用户不能读取。用户程序及数据存储器主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果,使PLC完成用户要求的特定功能。
PLC使用以下几种物理存储器。