Primero, la definición y clasificación de PLC
PLC se basa en microprocesadores, una combinación de tecnología informática, tecnología de control automático y tecnología de comunicaciones, con programación de "lenguaje natural" orientado a procesos de control orientado al usuario, adaptada a entornos industriales, simples y fáciles de entender, fácil de operar, alta confiabilidad de una nueva generación de dispositivos generales de control industrial.
PLC es un dispositivo de control automático de uso general basado en microprocesador desarrollado sobre la base del control de secuencia de retransmisión.
1 Definición de PLC
El controlador lógico programable es un sistema electrónico de operación algorítmica digital diseñado para la aplicación en entornos industriales.
Emplea una memoria programable para almacenar instrucciones dentro de ella para realizar operaciones como operaciones lógicas, control de secuencia, tiempo, conteo y operaciones aritméticas, y para controlar varios tipos de maquinaria o procesos de producción a través de entradas y salidas digitales y analógicas.
El controlador programable y sus periféricos relacionados deben ser fáciles de formar un todo con el sistema de control industrial, fácil de expandir su función del principio del diseño.
2 clasificación PLC
Variedad del producto PLC, sus especificaciones y rendimiento son diferentes. Para PLC, generalmente en función de sus diferentes formas estructurales, diferencias funcionales y el número de puntos de E / S, etc. para la clasificación general.
2.1 Clasificación por forma estructural
De acuerdo con la forma estructural de PLC, los PLC se pueden clasificar en dos tipos: integral y modular.
(1) PLC integrales
El PLC integral es la fuente de alimentación, la CPU, las interfaces de E/S y otros componentes se montan centralmente en un chasis, con una estructura compacta, tamaño pequeño, bajo precio. PLC pequeño generalmente usa esta estructura integral.
El PLC integral por diferentes puntos de E / S de la unidad básica (también conocida como host) y la unidad de expansión consta de una unidad básica de la CPU, la interfaz de E / S y la unidad de expansión de E / S conectada al puerto de expansión y el programador o escritor de EPROM conectado a la interfaz, etc.; Unidad de expansión solo E / S y fuente de alimentación, etc., y no hay CPU.
Entre la unidad básica y la unidad de expansión generalmente está conectada con un cable plano. El PLC integral también se puede equipar con unidades de funciones especiales, como unidades analógicas, unidades de control de posición, etc., para que sus funciones puedan extenderse.
(2) PLC modulares
El PLC modular será que los componentes del PLC se convierten en varios módulos separados, como módulos de CPU, módulos de E / S, módulos de fuente de alimentación (algunos contenidos en el módulo de CPU) y una variedad de módulos funcionales. El PLC modular consiste en un marco o sustrato y varios módulos, que están montados en los enchufes del marco o sustrato, como se muestra en la figura.
Este PLC modular se caracteriza por una configuración flexible, de acuerdo con la necesidad de seleccionar un tamaño diferente del sistema y fácil de ensamblar, fácil de expandir y mantener. Los PLC grandes y medianos generalmente usan una estructura modular.
También hay PLC que combinan las características de los tipos monolíticos y modulares para formar los llamados PLC apilados.
La CPU PLC apilada, la fuente de alimentación, las interfaces de E / S, etc. también son módulos independientes, pero están conectados por el cable, y los módulos se pueden apilar capa por capa. De esta manera, el sistema no solo se puede configurar de manera flexible, sino que también puede hacerse compacto.
2.2 Clasificación por función
Según las diferentes funciones de PLC, el PLC se puede dividir en tres categorías: bajo grado, de grado medio y alto.
(1) PLC de bajo grado
PLC de bajo grado con operaciones lógicas, tiempo, conteo, cambio y autodiagnóstico, monitoreo y otras funciones básicas, pero también una pequeña cantidad de entrada/salida analógica, operaciones aritméticas, transferencia de datos y funciones de comparación y comunicación, principalmente para control lógico, control de secuencia o una pequeña cantidad de control analógico del sistema de control de pie.
(2) PLC de rango medio
PLC de rango medio además de las funciones de PLC de bajo grado, pero también tiene una fuerte entrada / salida analógica, operaciones aritméticas, transferencia y comparación de datos, conversión digital, E / S remota, subrutinas y redes de comunicación y otras funciones; También se pueden agregar algunos para interrumpir el control, el control de PID y otras funciones, adecuadas para sistemas de control complejos.
(3) PLC de alto grado
PLC de alto grado además de las funciones de PLC de rango medio, pero también aumentó el signo de operaciones aritméticas, operaciones de matriz, operaciones lógicas de bits, operaciones de raíz cuadrada y otras funciones especiales como aritméticas, tabulación y funciones de transferencia de forma.
El PLC de alto grado tiene funciones de comunicación y red más fuertes, que pueden usarse para control de procesos a gran escala o sistema de control de red distribuido, realizando así la automatización de fábricas.
2.3 Clasificación de acuerdo con el número de puntos de E/S
Según el número de puntos de E / S PLC, el PLC se puede dividir en tres categorías pequeñas, medianas y grandes.
(1) PLCS pequeños
Los PLC pequeños tienen menos de 256 puntos de E/S, una sola CPU y un procesador de bits 8- o 16-, y una capacidad de memoria de usuario de 4KB o menos.
(2) PLC de tamaño mediano
Los PLC de tamaño mediano tienen puntos de E/S de 256 a 2048, CPU duales y 2 a 8 kb de memoria de usuario.
(3) PLC grandes
Los PLC de gran tamaño tienen más de 2048 puntos de E/S, múltiples CPU y 16- bit o 32- bit procesadores, y una capacidad de memoria de usuario de 8 a 16 kb.
En el mundo, los productos PLC se pueden dividir geográficamente en tres escuelas principales, una escuela de productos estadounidenses, una escuela de productos europeos, una escuela de productos japoneses.
La tecnología PLC de los Estados Unidos y Europa se investiga y se desarrolla independientemente de forma aislada entre sí, por lo que existe una clara diferencia entre los productos PLC de los Estados Unidos y Europa.
Si bien los Estados Unidos introdujeron la tecnología PLC de Japón, los productos PLC de los Estados Unidos de Estados Unidos tienen una cierta herencia, pero los principales productos de Japón se posicionan en el pequeño PLC. Estados Unidos y Europa son conocidos por los PLC grandes y medianos, mientras que Japón es conocido por los pequeños PLC.
En segundo lugar, la función y las áreas de aplicación de PLC
PLC es una síntesis de las ventajas del control de contactores de retransmisión y la flexibilidad de la computadora, la conveniencia y las ventajas del diseño, la fabricación y el desarrollo, lo que hace que el PLC tenga muchos otros controladores no se pueden comparar con las características.
1 función PLC
PLC es un microprocesador como el núcleo, una combinación de tecnología informática, tecnología de control automático y tecnología de comunicación desarrolló un dispositivo de control automático industrial general, con alta confiabilidad, pequeño tamaño, funcionalidad sólida, programación simple, mantenimiento flexible y universal y fácil de mantenimiento y una serie de ventajas, y, por lo tanto. (PLC, Robótica y CAD/CAM) del control industrial moderno. Según las características de PLC, su forma funcional se puede resumir en los siguientes tipos.
(1) Cambiar el control lógico
PLC tiene una potente capacidad de operación lógica y puede realizar una variedad de control lógico simple y complejo. Este es el área de aplicación más básica y generalizada de PLC, que reemplaza el control tradicional de contactores de relé.
(2) Control analógico
PLC está equipado con el módulo de conversión A/D y D/A, el módulo A/D puede ser el sitio de la temperatura, la presión, el flujo, la velocidad y otras conversiones analógicas en cantidades digitales, y luego por el procesamiento del microprocesador PLC (el procesamiento del microprocesador solo puede ser cantidades digitales) y luego controlar; o por el módulo D / A convertido a cantidades digitales, y luego controlar; o por el módulo D / A convertido en cantidades digitales.
O convertido por el módulo D / A en analógico, y luego controle el objeto controlado, de modo que el PLC se pueda realizar en el control analógico.
(3) Control de procesos
El PLC grande y mediano moderno generalmente está equipado con un módulo de control PID, puede ser control de procesos de circuito cerrado. Cuando una desviación de una variable en el proceso de control, el PLC puede calcular la salida correcta de acuerdo con el algoritmo PID, y luego controlar y ajustar el proceso de producción para mantener la variable en el valor establecido. En la actualidad, muchos PLC pequeño también tienen función de control PID.
(4) Control de tiempo y contabilidad
El PLC tiene una fuerte función y funciones de conteo, puede proporcionar a los usuarios docenas o incluso cientos, miles de temporizadores y contadores.
El usuario puede establecer el tiempo de tiempo y el valor de conteo pueden establecerse arbitrariamente al escribir programas de usuarios, y el operador en el campo industrial también puede establecerlo a través del programador, realizando así el control del tiempo y el conteo. Si los usuarios necesitan contar señales con mayor frecuencia, pueden elegir el módulo de conteo de alta velocidad.
(5) Control de secuencia
En el control industrial, la programación o programación de instrucciones del paso PLC con registros de cambio se puede utilizar para realizar el control de secuencia.
(6) Procesamiento de datos
El PLC moderno no solo es capaz de operaciones aritméticas, transferencia de datos, clasificación y búsqueda de tabla, sino también capaz de comparación de datos, conversión de datos, comunicación de datos, visualización de datos e impresión, etc. Tiene una fuerte capacidad de procesamiento de datos.
(7) Comunicación y redes
La mayoría del PLC moderno adopta la tecnología de comunicación y redes, con RS -232 o interfaz RS -485 para el control de E/S remoto.
Se pueden establecer y comunicarse en red y comunicarse múltiples entre sí, y los intercambios de programas y datos se pueden realizar entre dispositivos externos y unidades de procesamiento de señal de uno o más controladores programables, como transferencia de programas, transferencia de archivos de datos, monitoreo y diagnóstico. Interfaz de comunicación o procesador de comunicación de acuerdo con la interfaz de hardware estándar o el protocolo de comunicación patentado para completar el programa y la transferencia de datos.
2 áreas de aplicación de PLC
En la actualidad, el PLC se ha utilizado ampliamente en el hogar y en el extranjero en diversas industrias, como el hierro y el acero, el petróleo, el químico, la energía eléctrica, los materiales de construcción, la fabricación de maquinaria, el automóvil, los textiles, el transporte, la protección del medio ambiente y la cultura y el entretenimiento, etc., cuyo uso puede resumirse aproximadamente en las siguientes categorías.
(1) Cambiar el control lógico
Este es el PLC más básico, pero también las áreas de aplicación más extensas, reemplaza el circuito de retransmisión tradicional para lograr el control lógico, el control de secuencia; Ambos para el control de equipos individuales.
Se puede utilizar para el control de equipos individuales, pero también para el control de grupos múltiples y las líneas de automatización, como máquinas de moldeo por inyección, máquinas de impresión, maquinaria de grapado, máquinas herramientas combinadas, máquinas de molienda, líneas de embalaje y líneas de recubrimiento.
(2) Control analógico
En el proceso de producción industrial, hay muchas cantidades que cambian continuamente, como la temperatura, la presión, el flujo, el nivel y la velocidad son analógicos. Para hacer que el PLC se ocupe de cantidades analógicas, debe realizar las cantidades analógicas y digitales entre la conversión A / D y la conversión D / A. Los fabricantes de PLC están produciendo un módulo de conversión A / D y D / A de soporte, de modo que el PLC para el control analógico.
(3) Control de movimiento
PLC se puede usar para el movimiento circular o el control de movimiento lineal. Desde la configuración del mecanismo de control, temprano directamente para cambiar el módulo de E / S conectado al sensor de posición y al actuador, y ahora generalmente usa un módulo de control de movimiento dedicado que puede conducir motores paso a paso o servo motores de un solo eje o módulo de control de posición múltiple.
Los productos de los principales fabricantes del PLC del mundo casi todos tienen funciones de control de movimiento, ampliamente utilizadas en una variedad de maquinaria, máquinas herramientas, robots, ascensores y otras ocasiones.
(4) Control de procesos
El control del proceso se refiere al control del circuito cerrado de la temperatura, la presión, el flujo y otras cantidades analógicas, en metalurgia, industria química, tratamiento térmico, control de calderas y otras ocasiones tienen una amplia gama de aplicaciones. Como computadora de control industrial, PLC puede programar una variedad de algoritmos de control para completar el control de circuito cerrado.
La regulación PID generalmente se usa en el sistema de control de circuito cerrado más regulación, el PLC grande y de tamaño mediano tiene un módulo PID, muchos PLC pequeño también tienen este módulo de función. El procesamiento de PID generalmente se ejecuta una subrutina PID especial.
(5) Procesamiento de datos
PLC moderno con operaciones matemáticas (incluidas operaciones de matriz, operaciones de funciones, operaciones lógicas), transferencia de datos, conversión de datos, clasificación, operaciones de tabla y bit, etc., puede completar la adquisición de datos, el análisis y el procesamiento. Estos datos se pueden almacenar en la memoria con la comparación del valor de referencia y luego completar ciertas operaciones de control; También puede usar la función de comunicación para otros dispositivos inteligentes, o imprimirlos.
El procesamiento de datos generalmente se usa para sistemas de control a gran escala, como el sistema de fabricación flexible no tripulado; También se puede utilizar para sistemas de control de procesos, como papel, metalurgia, industria alimentaria, algunos sistemas de control a gran escala.
(6) Comunicación y redes
La comunicación del PLC contiene la comunicación y la comunicación del PLC entre PLC y otros dispositivos inteligentes. Con el desarrollo del control de la computadora, el desarrollo de la red de automatización de fábrica es muy rápido, los fabricantes del PLC otorgan una gran importancia a la función de comunicación del PLC, han introducido su propio sistema de red. Los PLC recién producidos tienen interfaces de comunicación, la comunicación es muy conveniente.
Tercero, la estructura básica y el principio de funcionamiento de PLC
Como computadora de control industrial, el PLC y las computadoras ordinarias tienen una estructura similar; Pero debido al uso de diferentes ocasiones y propósitos, existen algunas diferencias en la estructura.
1 composición de hardware de PLC
El mainframe de un PLC consiste en una CPU, memoria (EPROM, RAM), unidades de entrada/salida, interfaces de E/S periféricas, interfaces de comunicación y fuente de alimentación. Para los PLC integrales, estos componentes están todos en la misma carcasa.
Para los PLC modulares, por otro lado, cada parte está encapsulada independientemente y se llama módulo, y los módulos están conectados juntos por bastidores y cables.
Cada parte dentro del host está conectada a través del bus de energía, el bus de control, el bus de direcciones y el bus de datos, de acuerdo con el objeto de control real, debe equiparse con ciertos equipos externos, que constituye un sistema de control PLC diferente.
Los dispositivos externos de uso común son programadores, impresoras, escritores EPROM, etc. El PLC se puede configurar para comunicarse con la computadora host y otro módulo de comunicación PLC, que constituye un sistema de control distribuido por PLC.
La siguiente es una descripción de cada componente del PLC y su papel, para que los usuarios puedan comprender mejor el principio de control y el proceso de trabajo del PLC.
(1) CPU
La CPU es el centro de control del PLC, PLC bajo el control de la CPU para coordinar el trabajo de manera ordenada, a fin de lograr el control de varios dispositivos en la escena. La CPU consta de microprocesadores y controladores, que pueden realizar las operaciones lógicas y matemáticas, y para coordinar el sistema de control dentro del trabajo de las diversas partes del sistema.
El papel del controlador es controlar todos los componentes del microprocesador para que funcionen de manera organizada, su función básica es leer instrucciones de la memoria y ejecutar instrucciones.
(2) Memoria
PLC está equipado con dos tipos de memoria, a saber, memoria del sistema y memoria de usuario. La memoria del sistema se utiliza para almacenar el programa de gestión del sistema, el usuario no puede acceder y modificar el contenido de esta parte de la memoria.
La memoria del usuario se utiliza para almacenar el programa de aplicaciones programadas y el estado de datos de trabajo. La parte de la memoria del usuario que almacena el estado de datos de trabajo también se llama área de almacenamiento de datos, que incluye el área de imagen de datos de entrada/salida, el área de datos para el número de temporizador/contador preajuste y el valor actual, y el área del búfer para almacenar los resultados intermedios.
La memoria de PLC incluye principalmente lo siguiente.
(1) memoria de solo lectura
(2) memoria programable de solo lectura
(3) memoria de solo lectura programable borrable
(4) Memoria de solo lectura programable eléctricamente borrable
(5) Memoria de acceso aleatorio
(3) módulos de entrada/salida (E/S)
① Módulo de entrada de ajuste
Los dispositivos de entrada de conmutación son varios interruptores, botones, sensores, etc. Los tipos de entrada de PLC generalmente pueden ser CC, AC y AC/CC. La fuente de alimentación para el circuito de entrada puede ser suministrada externamente o internamente por el PLC.
② Módulo de salida de cambio
La función del módulo de salida es convertir las señales de control de nivel TTL Salida por la CPU que ejecuta el programa de usuario en las señales requeridas en el sitio de producción, lo que puede impulsar dispositivos específicos para impulsar la acción del actuador.
(4) Programador
El programador es un dispositivo externo importante de PLC, el uso del programador se puede enviar al programa de usuario en la memoria del programa de usuario del PLC, depurando el programa, monitoreando el proceso de ejecución del programa. Los programadores pueden dividirse estructuralmente en los siguientes tres tipos.
(1) programador simple
(2) Programador gráfico
(3) Programador de computadoras de uso general
(5) Fuente de alimentación
La función de la unidad de fuente de alimentación es convertir la fuente de alimentación externa (alimentación de CA de 220 V) en el voltaje de funcionamiento interno. La fuente de alimentación conectada externamente, a través del PLC, está equipada con una fuente de alimentación de regulador de conmutación interna especial, la fuente de alimentación AC / CC en los circuitos internos del PLC requeridos para el trabajo de la fuente de alimentación (DC 5V, ± 12V, 24V) y para los componentes de entrada externos (como los interruptores de proximidad) para proporcionar una fuente de alimentación de 24 V DC (solo para el uso de los puntos finales de entrada). El usuario proporciona la fuente de alimentación para impulsar las cargas del PLC.
(6) interfaz periférica
El circuito de la interfaz periférica se utiliza para conectar el programador portátil u otro programador gráfico, la pantalla de texto y puede formar una red de control PLC a través de la interfaz periférica. PLC utiliza cable PC/PPI o tarjeta MPI para conectarse a la computadora a través de la interfaz RS -485}, que puede realizar las funciones de programación de la programación de la programación y la red.
2 componentes de software PLC
El software PLC consta de programas de sistemas y programas de usuario.
Programa del sistema diseñado y escrito por el fabricante del PLC, y almacenado en la memoria del sistema PLC, el usuario no puede leer y escribir directamente. Los programas del sistema generalmente incluyen procedimientos de diagnóstico del sistema, programas de procesamiento de insumos, programas de compilación, programas de transferencia de información y programas de monitoreo.
El programa de usuario del PLC es el usuario que use el lenguaje de programación PLC, de acuerdo con los requisitos de control del programa. En la aplicación de PLC, lo más importante es escribir el programa de usuario con el lenguaje de programación PLC para realizar el propósito de control.
Como PLC es un dispositivo desarrollado específicamente para el control industrial, sus usuarios principales son la mayoría de los técnicos eléctricos, para cumplir con sus hábitos tradicionales y dominio de la capacidad de usar el lenguaje de programación principal de PLC que el lenguaje de la computadora es relativamente simple, fácil de entender, imagen del lenguaje especial.
1. Estructura de instrucciones gráficas
2. Corrientes constantes variables
3. Estructura del programa simplificada
4. Proceso de generación de software de aplicación simplificado
5. Herramientas de depuración mejoradas
3 El principio de trabajo básico de PLC
El escaneo PLC funciona en tres fases principales, a saber, la fase de muestreo de entrada, la fase de ejecución del programa de usuario y la fase de actualización de salida.
1. Etapa de muestreo de entrada
En la etapa de muestreo de entrada, el PLC se lee en todos los estados de entrada y datos secuencialmente de manera de escaneo y los almacena en las unidades correspondientes en el área de imagen de E/S. Después de finalizar el muestreo de entrada, se mueve a la ejecución del programa del usuario y la fase de refrescante de salida. Durante estas dos fases, incluso si los estados de entrada y los datos cambian, los estados y los datos de las celdas correspondientes en el área de imagen de E/S no cambian.
Por lo tanto, si la entrada es una señal de pulso, el ancho de la señal de pulso debe ser mayor que un ciclo de escaneo para garantizar que la entrada se pueda leer en cualquier circunstancia.
2. Fase de ejecución del programa de usuario
En la fase de ejecución del programa de usuario, el PLC siempre escanea el programa de usuario (diagrama de escalera) en secuencia de arriba a abajo. Al escanear cada diagrama de escalera, y siempre escanee el lado izquierdo del diagrama de la escalera por los contactos constituye la línea de control, y de acuerdo con la primera izquierda y luego derecha, primero hacia arriba y luego hacia abajo el orden de los contactos constituye la línea de control para operaciones lógicas; Y luego, según los resultados de las operaciones lógicas, actualice la bobina lógica en el área de almacenamiento de RAM del sistema en el estado del bit correspondiente, o actualice la bobina de salida en el área de imagen de E/S en el estado del bit correspondiente, o determine si debe ejecutar el diagrama de la escalera del bit correspondiente. El programa de usuario ejecuta la instrucción de función especial especificada en el diagrama de escalera.
Es decir, durante la ejecución del programa de usuario, solo el estado y los datos de los puntos de entrada en el área de imagen de E/S no cambiarán, mientras que el estado y los datos de los otros puntos de salida y los dispositivos suaves en el área de imagen de E/S o el área de memoria RAM del sistema pueden cambiar, y los diagramas de la escalera se alinearon encima de los diagramas de la escalera, los resultados de la ejecución de la ejecución del programa actuarán en el diagramas de la escalera. Por el contrario, los diagramas de escalera se alinearon en la parte inferior de los diagramas de la escalera, el resultado de la ejecución del programa serán los diagramas de escalera alineados en la parte inferior de los diagramas de la escalera. Por el contrario, la escalera a continuación, el estado o los datos de la bobina lógica que se actualiza solo puede funcionar en la escalera encima hasta el siguiente ciclo de escaneo.
3. Fase de actualización de salida
Cuando el escaneo del programa de usuario está terminado, el PLC ingresa a la fase de actualización de salida. Durante este período, la CPU de acuerdo con el estado correspondiente del área de imagen de E / S y los datos actualizan todo el circuito de pestillo de salida, y luego a través del circuito de salida para conducir el periférico correspondiente. En este punto, la salida real del PLC.
Fenómeno de lag de entrada / salida
Desde el proceso de trabajo de PLC, se pueden resumir las siguientes conclusiones:
1, para escanear la forma de ejecutar el programa, la relación lógica entre sus señales de entrada / salida existe un principio de histéresis. Cuanto más largo sea el ciclo de escaneo, más grave será la histéresis.
2, el ciclo de escaneo incluye el tiempo ocupado por las tres fases de trabajo principales, a saber, la fase de muestreo de entrada, la fase de ejecución del programa de usuario y la fase de refrescante de salida, además del tiempo ocupado por la operación de gestión del sistema. Entre ellos, el tiempo para la ejecución del programa está relacionado con la duración del programa y la complejidad de la operación de comando, mientras que otros permanecen básicamente sin cambios. El período de escaneo es generalmente del orden de milisegundos.
3, el enésimo escaneo para ejecutar el programa, en función de los datos de entrada es el ciclo de escaneo en la fase de muestreo del valor de escaneo x en función de los datos de salida tiene el valor de salida del último escaneo y (n -1), pero también el valor de salida del yn actual; n enviado al terminal de salida de la señal, es decir, la implementación de todos los cálculos del resultado final de la YN.
4, la histéresis de respuesta de entrada/salida no solo está relacionada con el método de escaneo, sino también con los arreglos de diseño del programa.