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1、 PLC原理及其应用 PLC的组成 工作原理 及在输煤 除灰过程中的应用 一 什是PLC PLC是英文 ProgrammableLogicController 的缩写 译为可编程逻辑控制器 可编程逻辑控制器是以微处理器为核心 把自动化技术 计算机技术 通信技术融为一体的新型工业自动化控制装置 简称4C技术 一 什是PLC 国际电工委员会于1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境下应用而设计 它采用可编程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字 模拟的输人和输出 控制各种类型的
2、机械或生产过程 可编程序控制器及其有关设备 都应按易于与工业控制系统连成一个整体 易于扩充功能的原则设计 二 PLC由哪些硬件组成 l 中央处理单元 CPU 2 存储器3 输入 输出接口电路 中央处理器 存储器 输入接口电路 输出接口电路 按钮开关 继电器触点 行程开关 继电器线圈 信号灯 电磁阀 CPU RAM 中央处理器 存储器 输入接口电路 输出接口电路 按钮开关 继电器触点 行程开关 继电器线圈 信号灯 电磁阀 PLC的基本组成框图 CPU RAM 三 这些硬件有哪些功能 1 CPU主要具有以下功能 从存储器中读取指令 CPU从地址总线上给出存储地址 从控制总线上给出读命令 从数据总线
3、上得到读出的指令 并放在CPU内的指令寄存器中去 2 执行指令 对存入在指令寄存器中的指令操作码进行译码 执行指令规定的操作 例如 读取输入信号 读取操作数 进行逻辑运算和算术运算 将结果输出等 三 这些硬件有哪些功能 3 取下一条指令 CPU在执行完一条指令后 能根据条件产生下一条指令的地址 取出和执行下一条指令 在CPU的控制下 程序的指令可以按顺序执行 也可以进行分支和转移 4 处理中断 CPU除了能按顺序执行程序外 还能接收输入输出接口发来的中断请求 并进行中断处理 中断处理完后 再返回原地 继续顺序进行 三 这些硬件有哪些功能 2 存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路 用来存放系统
4、程序 用户程序以及工作数据 所谓系统程序是指控制和完成PLC各种功能的程序 这些程序是由制造厂家用微型计算机的指令系统编写的 并固化到只读存储器中 所谓用户程序是指用户根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序 用户程序由使用者通过编程器输入到随机存储器 RAM 允许修改 由用户启动运行 三这些硬件有哪些功能 3 输入 输出接口电路输入 输出接口电路是PLC与现场被控设备或其他外围设备相连接的部件 它起着PLC与外围设备之间传递信息的作用 输入接口电路 开关量输入模块模拟量输入模块 输入接口电路 输入PLC的各种控制信号 如按钮开关 选择开关 行程开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量
5、等输入信号 通过输入接口电路将这些信号转换成中央处理器能够接受和处理的信号 开关量是指只有两种对立状态的量 如 按钮开关 二进制数 脉冲量等 模拟量是指连续变化的量 如 温度 压力 液位 流量等 三 这些硬件有哪些功能 输出接口电路 开关量输出模块模拟量输出模块输出接口电路用于控制现场的执行部件 如接触器 继电器 电磁阀 指示灯及报警装置等 四 PLC有哪些特点 1 模块化设计 体积小 重量轻 便于组装 维护 扩展及排除故障 模块类型有 CPU 开关量输入开关量输出 模拟量输入 模拟量输出 电源 通信网卡 底板 扩展底板等 四 PLC有哪些特点 工作温度0 55 抗干扰能力1000V30 10
6、0Hz冗余设计双机热备 双线通信 双电源等 2 可靠性高 从器件选择到电路设计都进行了优化 可在恶劣环境下工作 四 PLC有哪些特点 3 时间响应块 控制精度高 单条指令执行时间1 s左右 重要事件优先处理 控制精度0 001V 四 PLC有哪些特点 4 运行人员无需了解软件知识 即可进行操作 当专业人员按照生产过程的控制要求编写好PLC的梯形图后 运行人员只需操作相应的按钮 或上位机 操作员站 操作画面中的虚拟按钮 即可实现自动运行 五 PLC的工作原理 1 逐条扫描最初研制生产的PLC主要用于替代传统的由继电器接触器构成的控制装置 但是这两者的运行方式是不一样的 继电器控制装置采用硬逻辑并
7、行运行的方式 即如果一个继电器的线圈通电或断电 该继电器的所有触点不论在继电器控制线路的哪个位置上 都会立即同时动作 PLC则采用顺序 自上而下 从左到右 逐条地扫描用户程序的运行方式 全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期 即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开 该线圈的所有触点不会立即动作 必须等扫描到该触点时才会动作 PLC的这种 串行 工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题 五 PLC的工作原理 2 循环扫描循环扫描的工作方式是在系统软件控制下 顺次扫描各输入点的状态 按用户程序进行运算处理 然后顺序向输出点发出相应的控制信号 整个工作过程可分为内部处理 通信操作 程序
8、输入处理 程序执行和输出处理五个阶段 完成一个扫描周期后 再重新开始扫描第一条程序 称为循环扫描 五 PLC的工作原理 3 输入处理输入处理又叫输入采样 在此阶段 PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据 并将它们存入内存中所对应的映象寄存器 输入采样结束后 进入程序执行阶段 在程序执行时 即使输入状态和数据发生变化 输入映象寄存器的内容也不会发生变化 只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息 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 才能保证输入被读入 五 PLC的工作原理 4 程序执行在程序执行阶段 PLC的CPU总是按先左后右 先上后下的顺序依次扫描程序 梯
9、形图 但对于跳转指令 则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址 当用户程序涉及到输入输出状态时 PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采人的对应输入状态 从输出映象寄存器读出对应映象寄存器的当前状态 根据用户程序进行逻辑运算 运算结果再存入有关器件的寄存器中 五 PLC的工作原理 5 输出刷新当程序执行阶段结束后 PLC就进入输出刷新阶段 在此期间 CPU按照映象寄存器内对应的状态和数据刷新所有的输出电路 并驱动相应的外设 这时 才是PLC的真正输出 扫描既可按固定的顺序进行 也可按用户程序所指定的可变顺序进行 这不仅因为有的程序不需每扫描一次就执行一次 而且也因为在一些大系统中需要处理的1
10、0点数多 通过安排不同的组织模块 采用分时分批扫描的执行方法 可缩短循环扫描的周期和提高控制的实时响应性 六 与PLC连接的输入设备 当紧急事故发生时 在现场沿线任意处拉动拉绳开关 均可发出停机信号 实现对人身及设备的保护作用 双向拉线开关 用于皮带输送机 梭式输送机 裙边式给料输送机 斗式提升机等设备现场紧急事故停车的一种保护装置 六 与PLC连接的输入设备 如立棍继续倾斜大于二级动作角度时则输出另一组开关信号 两组开关信号可分别用于报警和停机 胶带机复位正常运行后 立棍自动复位 两极跑偏开关当运行中的胶带发生跑偏现象时 胶带边缘带动立棍旋转并挤压使之倾斜 若立棍倾斜角度大于一级动作角度时
11、开关发出一组开关信号 六 与PLC连接的输入设备 当它安装在一个进料系统上面 堵塞发生时 监测器就能提供一个可靠的报警信号 超声波煤流监测器能提供可靠的方法探测管道中货落料筒中煤的流动或中断 六 与PLC连接的输入设备 撕裂检测器成对安装在传送带两侧 由两段乙浠外套的航空钢丝绳连接起来 航空钢丝绳的一端固定在支撑托架上 另一端连接在撕裂检测器的拉环 两段航空钢丝绳在传送带下形成一个监控面 当物体或撕裂的皮带悬吊下来 扫落到航空钢丝绳时 航空钢丝绳拉动撕裂检测器拉环使其动作 撕裂检测器发出警报信号或停机信号 纵向撕裂检测器在传送带出现由于撕裂 戳破 交界处损坏或锐利物凸出时 撕裂检测器能给监视人
12、员提供报警信号或关闭输送机 它主要用于容器内导电或非导电液体 固体 块状 粉状 细粒状或卵石状 的物位测量 在容器内由电容式物位变送器电级和导电材料制造的容器壁构成一个电容 对于一个给定的电级 被测介质的介电常数不变时 给电级加一个固定频率的测量电压 则流过电容的电流取决于电容电级间介质的高度 并与之成比例 特点 应用广泛 多种形式的电级 无可移动部件 六 与PLC连接的输入设备 电容式料位计是利用电容量的变化来测量容器内介质物位的测量仪表 可直接输出4 20mA电流信号 是一种两线制物位变送器 用户可根据需要进行安装 不同的角度有不同的指示灯显示 这样可在控制室观察现场物料输送情况 接通电源
13、后 输送机空载触板静止且垂直于胶带 对应的指示灯量 表示为空载运行状态 胶带上有物料时 触板被物料推动而发生偏转 对应指示灯 包括正向 逆向运行 六 与PLC连接的输入设备 料流检测器采用微动开关 输出状态设有一个 常开节点四个 六 与PLC连接的输入设备 超声波物位计是一种非接触式 低成本 易于安装的料位计 它是将航天先进的技术运用在一般民生工业上 使量测技术更上层楼 超音波物位计不像一般的物位计有较多的使用限制 其易于安装的特性可满足大多数的物位量测需求 超声波物位计工作原理 音波探测器能发射一束强烈音波脉冲 当此音波到达物料表面时会有反射波传回感测头 此反射波经由感测头转换成电器信号 然
14、后被送到超音波控制器 由控制器计算传递时间 再转换成料位或距离 六 与PLC连接的输入设备 以上介绍的与PLC连接的输入设备仅仅是与输煤有关的几种设备 凡是能输出接点信号的设备都可以通过开关量输入模块与PLC连接 凡是能输出模拟信号的设备都可以通过模拟量输入模块与PLC连接 如 按钮开关 行程开关 温度开关 压力开关 料位开关 流量开关 继电器触点及各种变送器等 光电开关 接近开关 温度开关 行程开关 七 与PLC连接的输出设备 电磁阀电磁阀的工作原理是利用电磁铁通电励磁产生的吸引力直接带动阀门的启闭件动作 电磁铁断电失磁时 依靠弹簧使启团件复位 电磁铁只能是通电励磁 断电失磁两种状态 所以电
15、磁阀也只能是通流和断流两种状态 相当于 开 与 关 PLC可以通过控制电磁阀间接控制气动执行机构或液动执行机构 七 与PLC连接的输出设备 气动薄膜调节阀气动薄膜执行机构由上下膜盖 波纹膜片 推杆 弹簧 调节件等组成 信号压力增大 阀杆向下移动称为正作用式 信号压力增大 阀杆向上移动称为反作用式 PLC开关量输出模块 电气转换器 气动薄膜调节阀 七 与PLC连接的输出设备 接触器交流接触器主要用于交流50Hz 或60Hz 额定电压至660V 电流10A至630A的电力系统中远距离高频繁接通和分断电路 并可与适当的热继电器或电子式保护装置组合成电动机起动器 以保护可能发生过载的电路 七 与PLC
16、连接的输出设备 PLC控制电动机示意图 PLC开关量输出模块 中间继电器 接触器或电磁开关 电动机 七 与PLC连接的输出设备 凡是直接或间接可以通过电器开关控制的设备 都可以通过PLC的开关量输出模块进行控制 如 电磁阀 电动机 气动执行机构 液动执行机构等 凡是可以用模拟信号控制的设备都可以通过PLC的模拟量输出模块进行控制 如 电动调节阀 气动调节阀等 电液伺服阀等 八 PLC与上位机的链接 PLC通过通信网络与上位计算机链接 上位机为DCS的操作站或工业控制计算机 上位机通过工控软件与PLC进行数据交换 运行人员在上位机上通过键盘 鼠标和操作画面控制各种设备 九 PLC的编程语言 目前世界上生产PLC的厂家很多 常见的有 德国西门子公司 SIEMENS 的S7系列法国施耐德公司的MODICON 140 系列 美国AB公司1794 1797系列日本三菱公司的FX系列日本立石公司的OMRON C 系列这些厂家的编程语言略有差异 但梯形图语句基本一致 九 PLC的编程语言 PLC的编程语言有两种 助记符和梯形图 以日本立石公司的OMRON C 系列为例 母线 常开触点 继电器线圈 从
