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可编程控制器基本原理及应用
发布时间:2014-08-08   点击次数:2347次

基本性能
    可编程控制器的基本性能可用如下六条予以概括:
1工作速度
    工作速度是指PLC的CPU执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应速度。工作速度是PLC工作的基础。速度高了,才可能通过运行程序实现控制,才可能不断扩大控制规模,才可能发挥PLC的多种多样的作用。
PLC的指令是很多的。不同的PLC。指令的条数也不同。少的几十条,多的几百条。指令不同,执行的时间也不同。但各种PLC总有一些基本指令,而且各种的PLC都有这些基本指令,故常以执行一条基本指令的时间来衡量这个速度。这个时间当然越短越好,已从微秒级缩短到零点微秒级。并随着微处理器技术的进步,这个时间还在缩短。
执行时间短可加快PLC对一般输入信号的响应速度。从讨论PLC的工作原理知,从对PLC加入输入信号,到PLC产生输出,zui理想的情况也要延迟一个PLC运行程序的周期。因为PLC监测到输入信号,经运行程序后产生的输出,才是对输入信号的响应。不理想时,还要多延长一个周期。当输入信号送入PLC时,PLC的输入刷新正好结束,就是这种情况。这时,要多等待一个周期,PLC的输入映射区才能接受到这个新的输入信号。对一般的输入信号,这个延迟虽可以接受,但对急需响应的输入信号,就不能接受了。对急需处理的输人信号延迟多长时间PLC能予以响应,要另作要求。
为了处理急需响应的输入信号,PLC有种种措施。不同的PLC措施也不完全相同,提高响应速度的效果也不同。一般的作法是采用输入中断,然后再输出即时刷新,即中断程序运行后,有关的输出点立即刷新,而不等到整个程序运行结束后再刷新。
这个效果可从两个方面来衡量:一是能否对几个输入信号作快速响应;二是快速响应的速度有多快。多数PLC都可对一个或多个输入点作快速响应,快速响应时间仅几个毫秒。性能高的、大型的PLC响应点数更多。
工作速度关系到PLC对输入信号的响应速度,是PLC对系统控制是否及时的前提。控制不及时,就不可能准确与可靠,特别是对一些需作快速响应的系统。这就是把工作速度作为PLC*指标的原因。
2控制规模
    控制规模代表PLC控制能力,看其能对多少输入、输出点及对多少路模拟进行控制。
控制规模与速度有关。因为规模大了,用户程序也长,执行指令的速度不快,势必延长PLC循环的时间,也必然会延长PLC对输入信号的响应。为了避免这个情况,PLC的工作速度就要快。所以,大型PLC的工作速度总是比小的要快。
控制规模还与内存区的大小有关。规模大,用户程序长,要求有更大的用户存储区。同时点数多,系统的存储器输入、输出的信号区(输入输出继电器区或称输入、输出映射区)也大。这个区大,相应地内部器件(解释见后)也要增多,这些都要求有更大的系统存储区。
控制规模还与输入、输出电路数有关。如控制规模为1024点,那就得有1024条I/O电路。这些电路集成于I/O模块中,而每个模块有多少路的I/O点总是有数的。所以,规模大,所使用的模块也多。
控制规模还与PLC指令系统有关。规模大的PLC指令条数多,指令的功能也强,才能应付对点数多的系统进行控制的需要。
控制规模是对PLC其它性能指标起着制约作用的指标;也是PLC划分为微、小、中、大和特大型
3组成模块
    PLC的结构虽有箱体及模块式之分,但从质上看,箱体也是模块,只是它集成了更多的功能。在此,不妨把PLC的模块组成当作所有PLC的结构性能。
这个性能含义是指某型号PLC具有多少种模块,各种模块都有什么规格,并各具什么特点。
一般讲,规模大的PLC,档次高的PLC模块的种类也多,规格也多,反映它的特点的性能指标也高。但模块的功能则单一些。相反,小型PLC、档次低的PLC模块种类也少,规格也少,指标也低。但功能则多样些,以至于集成为箱体。
组成PLC的模块是PLC的硬件基础,只有弄清所选用的PLC都具有那些模块及其特点,才能正确选用模块,去组成一台完整的PLC,以满足控制系统对PLC的要求。
常见的PLC模块有:
CPU模块,它是PLC的硬件核心。PLC的主要性能,如速度、规模都由它的性能来体现。
电源模块,它为PLC运行提供内部工作电源,而且,有的还可为输入信号提供电源。
I/O模块,它集成了I/O电路,并依点数及电路类型划分为不同规格的模块。
内存模块,它主要存储用户程序,有的还为系统提供辅加的工作内存。在结构上内存模块都是附加于CPU模块之中。
底板、机架模块,它为PLC各模块的安装提供基板,并为模块间的提供总线。若干底板间的有的用接口模块,有的用总线接口。不同厂家或同一厂家但不同类型的PLC都不大相同。
箱体式的小型PLC的主箱体就是把上述几种模块集成在一个箱体内的,并依可能提供I/O点数的多少,划分为不同的规格。
箱体式的PLC还有I/O扩展箱体,它不含CPU,仅有电源及I/O单元的功能。扩展箱体也依I/O点数的多少划分有不同的规格。
除上述模块,PLC还有特殊的或称智能或称功能模块。如A/D(模入)模块、D/A(模出)模块、高速计数模块、位控模块、温度模块等等。这些模块有自己的CPU,可对信号作预处理或后处理,以简化PLC的CPU对复杂的程控制量的控制。智能模块的种类、特性也大不相同,性能好的PLC,这些模块种类多,性能也好。
通讯模块,它接人PLC后,可使PLC与计算机,或PLC与PLC进行通讯,有的还可实现与其它控制部件,如变频器、温控器通讯,或组成局部网络。通讯模块代表PLC的组网能力,代表着当今PLC性能的重要方面。
掌握PLC性能,一定要了解它的模块,并通过了解模块的性能,去弄清楚PLC的性能。
除了模块,PLC还有外部设备。
尽管用PLC实现对系统的控制可不用外部设备,配置好合适的模块就行了。然而,要对PLC编程,要监控PLC及其所控制的系统的工作状况,以及存储用户程序、打印数据等,就得使用PLC的外部设备。故一种PLC的性能如何,与这种PLC所具外部设备丰富与否,外部设备好用与否直接相关。
PLC的外部设备有四大类:
编程设备:简单的为简易编程器,多只接受助记将编程,个别的也可用图形编程(如日本东芝公司的EX型可编程控制器)。复杂一点的有图形编程器,可用梯形图语编程。有的还有专用的计算机,可用其它语编程。编程器除了用于编程,还可对系统作一些设定,以确定PLC控制方式,或工作方式。编程器还可监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况,以进行PLC用户程序的调试。
监控设备:小的有数据监视器,可监视数据;大的还可能有图形监视器,可通过画面监视数据。除了不能改变PLC的用户程序,编程器能做的它都能做,是使用PLC很好的界面。性能好的PLC,这种外部设备已越来越丰富。
存储设备:它用于*性地存储用户数据,使用户程序不丢失。这些设备,如存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器。而为实现这些存储,相应的就有存卡器、磁带机、软驱或ROM写入器,以及相应的接口部件。各种PLC大体都有这方面的配套设施。
输入输出设备:它用以接收信号或输出信号,便于与PLC进行人机对话。输入的有条码读入器,输入模拟量的电位器等。输出的有打印机、编程器、监控器虽也可对PLC输入信息,从PLC输出信息,但输入输出设备实现人机对话更方便,可在现场条件下实现,并便于使用。随着技术进步,这种设备将更加丰富。
外部设备已发展成为PLC系统的不可分割的一个部分。它的情况,当然是选用PLC必须了解的重要方面,所以也应把它列为PLC性能的重要内容。
4内存容量
    PLC内存有用户及系统两大部分。用户内存主要用以存储用户程序,个别的还将其中的一部分划为系统所用。系统内存是与CPU配置在一起的。CPU既要具备访问这些内存的能力,还应提供相应的存储介质。
用户内存大小与可存储的用户程序量有关。内存大,可存储的程序量大,也就可进行更为复杂的控制。从发展趋势看,内存容量总是在不断增大着。大型PLC的内存容量可达几十k,以至于一百多k。系统内存对于用户,主要体现在PLC能提供多少内部器件。不同的内部器件占据系统内存的不同区域。在物理上并无这些器件,仅仅为RAM。但通过运行程序进行使用时,给使用者提供的却实实在在有这些器件。
内存器件种类越多,数量越多,越便于PLC进行种种逻辑量及模拟控制。它也是代表
PLC性能的重要指标。
PLC内部器件有:
I/O继电器,或称映射区。它与PLC所能控制的I/O点数及模拟量的路数直接相关。
内部继电器数,有的称为标志位数,代表着PLC的内部继电器数。它与I/O继电器区相着,有时与后者相进行处理。内部继电器多,便于PLC建立复杂的时序关系,以实现多种多样的控制要求。一般讲,内部继电器数比I/O继电器要多得多。
有的内部继电器还可丢电保持,即它的状态(ON或OFF)、PLC丢电后,靠内部电池仍予以保持。再上电后可继续丢电前的状态。保持继电器可增强PLC控制能力,特别对记录故障,故障排除后恢复运行,更显得有用。
定时器,可进行定时控制。定时值可任意设定。定时器有多少,设定范围有多大,设定值的分辨率又是多少,这些都代表定时器件的性能。
计数器,可进行计数,到达某设定计数值可发送相应信号。可进行什么样的计数,计数范围多大,怎么设定,有多少计数器,则是PLC计数器性能的代表指标。
数据存储区,用以存储工作数据。多以字、两字或多字为单位予以使用,是PLC进行模拟量控制,或记录数据所必不可少的。这个存储区的大小代表PLC的性能也是越大越好。趋势也是越来越大。小型机也如此。如日本OMRON公司的CQM1机,其DM区就有6k字。而过去同是小型机的C60P的DM区才64个字。大型机的DM可达10K以至几十K。
此外还有其它一些内部器件,了解某PLC性能时,也都必须掌握它。
内部器件也是PLC指令的操作数,不弄清楚是无法编程的。
5指令系统
    PLC有多少条指令,各条指令又具有什么功能,是了解与使用PLC的重要方面。你不懂PLC指令怎么编程,没有程序,PLC又怎么工作?
PLC的指令越来越多,越来越丰富。功能很强的指令,综合多种作用的指令日见增多。
PLC的指令繁多,但主要的有这么几种类型:
基本逻辑指令,用于处理逻辑关系,以实现逻辑控制。这类指令不管什么样的PLC都总是有的。
数据处理指令,用于处理数据,如译码,编码,传送、移位等等。
数据运算指令,用于进数据的运算,如十、一、X、/等,可进行整形数计算,有的还可浮点数运算;也可进行逻辑量运算,等等。
流程控制指令,用以控制程序运行流程。PLC的用户程序一般是从零地址的指令开始执行,按顺序推进。但遇到流程控制指令也可作相应改变。流程控制指令也较多,运用得好,可使程序简练,并便于调试与阅读。
状态监控指令,用以监视及记录PLC及其控制系统的工作状态,对提高PLC控制系统的工作可靠性大有帮助。
当然,并不是所有的PLC都有上述那么多类的指令,也不是有的PLC仅有上述几类指令。以上只是指出几个例子,说明要从哪几个方面了解PLC指令,从中也可大致看出指令的多少及功能将怎样影响PLC的性能。
除了指令,为进行通讯,PLC还有相应的协议与通讯指令或命令,这些也反映了PLC的性能。
6支持软件
    为了便于编制PLC程序,多数PLC厂家都开发有关计算机支持软件。
从本质上讲,PLC所能识别的只是机器语言。它之所以能使用一些助记符语言、梯形图语言、流程图语言,以至语言,全靠为使用这些语言而开发的种种软件。
助记符语言是zui基本也是zui简单的PLC语言。它类似计算机的汇编语言,PLC的指令系统就是用这种语言表达的。这种语言仅使用文字符号,所使用的编程工具简单,用简易编程器即可。所以,多数PLC都配备有这种语言。
梯形图语言是图形语言,它用类似于继电器电路图的符号表达PLC实现控制的逻辑关系。这种语言与符号语言有对应关系,很容易互相转换,并便于电气工程师了解与熟悉,故用得很普遍,几乎所有的PLC都开发有这种语言。由于它是用图形表达,小的编程器不好使用它,得有较大的液晶画面的编程器,才能使用它。多数是在计算机对PLC编程时,才使用这种语言。
流程图语言,它也是图形语言,不过所用的符号不与电气元件符号相似,而与计算机用的流程图符号相似,便干计算机工作人员了解与熟悉。流程图语言与符号语言也有一一对应关系,只是它对应的符号语言与梯形图的对应不一样。熟悉计算机而又未从事过一般电气工作的人员,乐于用这种语言对PLC编程。日本OMRON公司开发的F系列机就是使用这种语言。
梯形图与流程图混合语言。这种语言,梯形图与流程图两者兼用,可使PLC程序结构化。它用流程图把PLC程序划分成若干结构块,并规范块间的逻辑。用梯形图再确定块中的种种量间的逻辑关系。这种混合语言有不同的实现方法,而且多用于大型的PLC的编程
语言,PLC编程也可以使用语言,如BASIC、C语言等。可以在DOS,也可在WINDOWS平台上运行。关键在于要把用语言编写的程序转换成助记符语言,或直接转换成PLC所能识别的机器语言。从根本上讲,只要能实现这个转换的,什么语言都可以。而编写这个转换的软件工作量很大,当然应由有关厂家开发与提供。当前不少PLC厂家已有提供。如GE-FANAC的PLC就提供有可用C语言编程的软件。
再前进一步,从理论上讲使用自然语言编程也是完全可能的。只是要下力气去开发,以及市场有这个需要。
支持软件不仅编制PLC程序需要,监控PLC运行,特别是监视PLC所控制的系统的工作状况也需要。所以,多数支持编程的软件,也具有监视PLC工作的功能。
此外,也有专用于监控PLC工作的软件,它多与PLC的监视终端连用。
有的PLC厂家或第三方厂家还开发了使用PLC的组态软件,用以实现计算机对PLC控制系统监控,以及与PLC交换数据。
PLC的用户也可基于DOS或WINDOWS平台开发用于PLC控制系统的应用软件,以提高PLC系统自动化及智能化水平。这方面的软件已日益受到重视。
总之,为了用好PLC,PLC的支持软件越来越丰富,性能也越来越好,其界面也越来越友好,也因此,它的情况如何,已成为评判PLC性能的指标之一。

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