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关于PLC控制柜工作原理及知识

文章出处:nianchao 人气:发表时间:2017-05-13 16:11

深圳plc控制柜研发公司
关于PLC控制柜工作原理及知识
PLC控制柜的组成部分
  ① 空开:一个总的空气开关,这个是整个控制柜的电源控制。相信每个柜子都必须装这样的一个东西。
  ② PLC:这个要根据工程需要选择。比方工程小可以直接用一个一体化的PLC,但如果工程量较大可能就需要模块、卡件式的,同时可能需要两套交替使用。
  ③ 24VDC的电源:一个24VDC的开关电源,根据是否确实需要来定是否要这个开关电源。
  ④ 继电器:一般PLC是可以直接将指令发到控制回路里,但也可能先由继电器中转。比如你PLC的输出口带电是24VDC的,但是你的控制回路里画的图需要PLC供的节点却是220VAC的,那么就必须在PLC输出口加上一个继电器,即指令发出时继电器动作,但后让控制回路的节点接到继电器的常开或常闭点上。也是根据情况选择是否使用继电器。
  ⑤ 接线端子:这个每个柜子都必不可少的东西根据信号数量可以配置。如果只是一个单纯的PLC控制柜基本就需要这些,如果控制柜内还需要有其他的东西就看情况增加。比如有可能要对某些现场的仪表或者小控制箱供电,可能你就得要增加空开数量。或者你要PLC接至上位机,可能就需要增加交换机什么的。视情况决定。
 
PLC控制柜可完成设备自动化和过程自动化控制,实现网络功能,性能稳定、还可以扩展、抗干扰强等特点,PLC控制柜是现代工业的核心。可以根据用户需求设计PLC控制柜、变频控制柜等。
 
    扫描技术
    当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
    ㈠ 输入采样阶段 在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。
    ㈡ 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
    即,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
   在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话,输入过程影像寄存器的值不会被更新,程序直接从I/O模块取值,输出过程影像寄存器会被立即更新,这跟立即输入有些区别。
    ㈢ 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后,PLC就进入输出刷新阶段。在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。这时,才是PLC的真正输出。
   PLC控制柜组成部分一般有:
    ① 空开:一个总的空气开关,这个是整个柜体的电源控制。相信每个柜子都必须要有的一个东西。
    ② PLC:这个要根据工程需要选择。打个比方如果工程小可以直接就是一个一体化的PLC 但如果工程比较大 可能就需要模块、卡件式的,同时还可能需要冗余(也就是两套交替使用)。
    ③ 24VDC的电源:一个24VDC的开关电源,大多数的PLC都是自带24VDC的电源,根据是否确实需要来定是否要这个开关电源。
    ④ 继电器:一般PLC是可以直接将指令发到控制回路里,但也可能先由继电器中转。打个比方,如果你PLC的输出口带电是24VDC的,但是你的控制回路里画的图 需要PLC供的节点却是220VAC的,那么就必须在PLC输出口加上一个继电器,即指令发出时 继电器动作,但后让控制回路的节点接到继电器的常开或常闭点上。也是根据情况选择是否使用继电器。
    ⑤ 接线端子:这个肯定是每个柜子都必不可少的东西根据信号数量可以配置。如果只是一个单纯的PLC控制柜 基本就是需要这些玩意,如果你的控制柜内还需要有其他的东西 就看情况增加。比方说你有可能要对某些现场的仪表或者小控制箱供电,可能你就得要增加空开数量。或者你要PLC接至上位机,可能就需要增加交换机什么的。视情况而定。
 
   PLC控制柜可完成设备自动化和过程自动化控制,实现完美的网络功能,性能稳定、可扩展、抗干扰强等特点,是现代工业的核心和灵魂。可以按需求设计PLC控制柜、变频柜等,并可搭配人机界面触摸屏,达到轻松操作的目的。设备更可与DCS总线上位机 modbus、profibus等通讯协议的数据传输;工控机、以太网等实现的控制和监控。
 
 
PLC应用领域
  PLC应用与水处理、恒压供水、空压机、风机水泵、中央空调、机床、锅炉等等。
  PLC控制柜概述
  PLC控制柜具有过载、短路、缺相保护等功能。具有结构紧凑、工作稳定、功能齐全。可根据实际控制规摸进行组合,既可实现单个控制柜自动控制,也可实现多个控制柜通过工业以太网或工业现场总线网络组成集散(DSC)控制系统。PLC控制柜能适应各种规模的工业自动化控制场合。广泛应用与电力、冶金、化工、环保污水处理等行业中。
  PLC控制柜使用条件
  PLC控制柜供电电源:DC直流24V,两相交流220v,(-10%,+15%),50HZ
  PLC控制柜防护等级:IP30(可定制)
  PLC控制柜使用环境条件:环境温度在0℃-55℃,防止太阳光直接照射;空气的相对湿度应小于85%(无凝露)。远离强烈的震动源,防止震动频率为10-55HZ的频繁或连续震动。避免有腐蚀和易燃的气体。
PLC控制柜结构
  可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同,基本构成为:
  一、电源
  可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。没有一个良好可靠的电源系统是无法正常工作的,因此,可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造是十分重视的。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
  二、中央处理单元(CPU)
  中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。
  为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性,近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的表决式系统。这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运行。
  三、存储器
  存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
  存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
  四、输入输出接口电路
  ① 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路,作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。
  ② 现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成,作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
  五、功能模块
  如计数、定位等功能模块。
  六、通信模块
  工作原理:当可编程逻辑控制器投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
  ① 输入采样阶段
  在输入采样阶段,可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。
  ② 用户程序执行阶段
  在用户程序执行阶段,可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
  即,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
  在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话,输入过程影像寄存器的值不会被更新,程序直接从I/O模块取值,输出过程影像寄存器会被立即更新,这跟立即输入有些区别。
  ③ 输出刷新阶段
  当扫描用户程序结束后,可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。这时,才是可编程逻辑控制器的真正输出。
 
  功能特点:可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。
  ① 系统构成灵活,扩展容易,以开关量控制为其特长;也能进行连续过程的PID回路控制;并能与上位机构成复杂的控制系统,如DDC和DCS等,实现生产过程的综合自动化。
  ② 使用方便,编程简单,采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言,而无需计算机知识,因此系统开发周期短,现场调试容易。另外,可在线修改程序,改变控制方案而不拆动硬件。
  ③ 能适应各种恶劣的运行环境,抗干扰能力强,可靠性强,远高于其他各种机型。
    ④ 温度:PLC的使用环境温度与元件的使用温度有关,通常应该在5℃~40℃的范围内。另一方面,在非强制冷却的自然冷却的控制柜等中,由于设备及系统的节省空间及小型化,柜本身也小型化了,那么柜内温度与柜外温度比较,由经验可知有时会高出10℃~15℃以上。因此,有必要针对设置的场所及柜内的发热问题,采取以下的对策,为确保柜内的温度不超过单元的使用温度范围,应尽量保留充足的温度余量,使之在有余量的温度范围内使用。
    ⑤高温:自然风冷式(依靠柜上下的百叶窗自然通风)向柜内安装时,不使用风扇、空调等冷却设备是最好的方法。
有关PLC的安装的注意点如下:
  ㈠ 不要设置在柜内热空气聚集的最上部
  ㈡ 为确保通风空间,上下部要和其他的设备、配线管等之间应维持充分的间隔距离
  ㈢ 不要在指定以外的方向进行安装(如纵向或上下颠倒),否则会造成PLC内部的异常发热
  ㈣ 不要安装在加热器、变压器、大容量电阻等发热量大的设备正上方
  ㈤ 避开阳光直射的地方
  ②强制通风式(依靠柜上部的风扇进行强制通风)
  ③强制循环式(依靠密闭结构的柜内的风扇进行强制循环通风)
  ④房间整体冷却方式   (用空调将放置控制柜的房间整体冷却)
 
  注意事项
  环境条件与冷却方式的关系如下。
  将控制柜设置在粉尘少的房间内→ ①或②
  设置在有粉尘的地方 → ③或④
 
  使用风扇时的对策
  1 在外部空气的吸入口安装空气过滤器,采取防止灰尘进入的措施
  2 空气过滤器要定期用水清洗
  3 防备风扇及空调发生故障,可采取在PLC的附近安装温度感应器以发出报警的对策
 
  低温
  在寒冷地带等地方,早晨开机时温度低于0℃时,可在柜内安装小容量的空间加热器,将柜内空气预热到5℃左右。此外,由于PLC电源在通电状态下发热,所以不要关断电源。
 
湿度
  为了保持PLC的绝缘特性,通常必须在相对湿度为35%~85%的范围内使用。特别是冬季暖气时通时断,有时会因急剧的温度变化而造成结露,导致短路而引起误动作。有此类危险的时候需要在夜间保持电源接通、或者在控制柜内设置加热器进行微加热等,以防止结露现象。
 
振动、冲击
  将PLC按照环境试验方法(电气电子)中的正弦波振动试验法(JISC0040/IEC68-2-6)及冲击试验法(JIS C0041/IEC68-2-27)进行试验,在一般规格的振动冲击下,不应发生误动作,但是,不要设置在经常有振动冲击,特别是这种振动与冲击可能直接施加在PLC或控制柜上的场所。
 
减缓振动和冲击的方法:
  ① 对于来自外部的振动及冲击,可将控制柜与其发生源分开。或将PLC及控制柜用防振橡胶固定
  ② 对有振动和冲击的地方进行防振处理。
 
大气
   在以下场所使用时,可导致连接器类的接触不良及元件零件的腐蚀,因此有必要采取空气净化等对策。
   ① 在灰尘酸铁粉多的场所及有油烟?有机溶剂等漂浮的场所,可使用内部温度不会大幅上升的大的密闭结构的柜。
   ② 特别在有腐蚀性气体的场所,要对控制柜进行空气清洗(空气净化),通过柜内稍微加压,防止外部腐蚀气体的进入。
   ③ 在有可燃性气体的场所,有可能成为火源。可安装防爆设备或者不要在该场所使用。
 
操作空间
   在设置PLC及控制柜的时候,要考虑到使用及可操作性、同时还要考虑维护性等问题,因此请注意以下内容。
  ① 要留有易于程序操作和更换单元的空间。另外,考虑到维护,操作的安全性,尽量远离高压设备及动力设备设置。
  ② PLC输入输出单元的安装位置应考虑到卸载工具等外围设备的连接与操作的方便性。
  ③ PLC输入输出单元往往装有维护检查指示灯,因此要安装到操作人员易看见、手能达到的位置。
  ④ 应用PLC的控制系统中,还要考虑以后的改造、扩展,因此要预留有1-2成的扩展空间。
  ⑤ 如果必要,可在控制柜的后面,留出600mm左右的空间来用作维护通道。
 
PLC控制柜的电气环境
  电源、接地及噪声(干扰)等是主要的电气环境。在设备安装、布线时,最重要的就是要把防止对人体的危害,并不让电气信号受到影响(干扰)等问题
 
PLC的设置场所
  考虑到维护操作的安全性,应与高压设备(600V以上)及动力设备分开设置。不得已的情况下,也要尽可能将其远离设置。
 

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