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状态继电器(S)是PLC内部“软继电器”的一种,它和输入继电器(X)和输出继电器(Y)一样,有无数对常开触点和常闭触点,如不作步进状态软元件,可作一般的辅助继电器(M)使用。FX系列内部共有状态继电器1000个,S0~S9主要应用在状态转移图(SFC)的初始状态,S10~S19主要应用在状态转移图(SFC)的状态回零,S20~S499主要应用在状态转移图(SFC)的中间状态,S500~S899与S900~S999分别用在停电保持和信号报警。
在图1所示的工序步进控制中 如果启动信号X000为ON。则状态S20置位ON,下降用的电磁阀Y000动作。若下限限位开关X001为ON,则状态S21置位ON,夹紧用的电磁阀Y001动作。如果夹紧动作的限位 开关X002为ON,则状态S22置位ON。随着动作的转 移,状态自动返回原状态。普通用途状态在电源断开后,都变为OFF状态;而停电保持用的状态,可记忆停电前 一刻的ON或OFF状态,所以也能够从中途工序开始运行。 在工业控制中,某些输入量(如压力、温度、流量、转速等)是连续变化的模拟量,某些执行机构(如伺服电动机、调节阀、记录仪等)要求PLC输出模拟信号,而PLC的CPU只能处理数字量。模拟量首先被传感器和变送器转换为标准的电流或电压,如4~20mA,1~5V,0~10V,PLC用A/D转换器将它们转换成数字量。这些数字量可能是二进制的,也可能是十进制的,带正负号的电流或电压在A/D转换后一般用二进制补码表示。
D/A转换器将PLC的数字输出量转换为模拟电压或电流,再去控制执行机构。模拟量I/O模块的主要任务就是完成A/D转换(模拟量输入)和D/A转换(模拟量输出)。
例如在炉温控制系统中,炉温用热电偶检测,温度变送器将热电偶提供的几十毫伏的电压信号转换为标准电流(如4~20mA)或标准电压(如l~5V)信号后送给模拟量输入模块,经A/D转换后得到与温度成比例的数字量,CPU将它与温度设定值比较,并按某种控制规律(如PID)对二者的差值进行运算,将运算结果(数字量)送给模拟量输出模块,经D/A转换后变为电流信号或电压信号,用来调节控制天然气的电动调节阀的开度,实现对温度的闭环控制 有的PLC有温度检测模块,温度传感器(热电偶或热电阻)与它们直接相连,省去了温度变送器。
大中型PLC可以配置成百上千个模拟量通道;它们的D/A,A/D转换器一般是12位的。模拟量I/O模块的输入、输出信号可以是电压,也可以是电流;可以是单极性的,如0~5V,0~10V,1~5V,4~20ms,也可以是双极性的,如 50mV,±5V,±10V和±20mA,模块一般可以输入多种量程的电流或电压。
A/D,D/A转换器的二进制位数反映了它们的分辨率,位数越多,分辨率越高,例如8位A/D转换器的分辨率为2-8=0.38%;模拟量输入/输出模块的另一个重要指标是转换时间
PLC的组成及内部结构
本文介绍了在控制系统中选择PLC的一般方法,详细说明了在PLC机型的多样性,以及在PLC的输入输出点数功能等方面作如何选择。
随着PLC的推广普及,PLC产品的种类和数量越来越多,而且功能也日趋完善。近年来,从美国、日本、德国等国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列、上百种型号。PLC的品种繁多,其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同,适用场合也各有侧重。因此,合理选择PLC,对于提高PLC在控制系统中的应用起着重要作用。
1机型的选择
PLC机型选择的基本原则是,在功能满足要求的前提下,选择较可靠、维护使用较方便以及性能价格比的较优化机型。
在工艺过程比较固定、环境条件较好(维修量较小)的场合,建议选用整体式结构的PLC;其它情况则较好选用模块式结构的PLC。
对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中,一般其控制速度无须考虑,因此,选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。
而在控制比较复杂,控制功能要求比较高的工程项目中(如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等),可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。根据不同的应用对象,表1列出了PLC的几种功能选择。
表1PLC的功能及应用场合
对于一个大型企业系统,应尽量做到机型统一。这样,同一机型的PLC模块可互为备用,便于备品备件的采购和管理;同时,其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发;此外,由于其外部设备通用,资源可以共享,因此,配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制系统,这样便于相互通信,集中管理。
2输入/输出的选择
PLC是一种工业控制系统,它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程,工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。
通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数,并以这些现场数据作为控制信息对被控对象进行控制。同时通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给被控设备或工业生产过程,从而驱动各种执行机构来实现控制。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离,为了确保这些信息的正确无误,PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要,一般情况下,PLC都有许多I/O接口模块,包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其它一些特殊模块,使用时应根据它们的特点进行选择。
2.1确定I/O点数
根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时,应再增加10%~20%的备用量,以便随时增加控制功能。对于一个控制对象,由于采用的控制方法不同或编程水平不同,I/O点数也应有所不同。
表2列出了典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数 PLC原理及应用 -内容简介
本书从实际工程应用和教学需要出发,首先简要介绍了常用低压电器、继电-接触器控制系统、电气控制系统图的绘制等基本知识。然后以西门子S7-200系列PIC为背景,介绍了PLC的工作原理、系统特性、硬件构成、指令系统、编程语言及程序结构等内容。在此基础上,根据作者多年PLC系统设计、调试经验,重点介绍了PLC系统软、硬件设计与高度等内容。最后以实例形式对PLC控制系统的设计进行总结。本书内容由浅入深,注重理论和实际应用相结合,所举示例均为工程实例。本书不仅介绍了PLC在开关量、模拟量控制系统中的应用,同时还介绍了PLC网络通信、现场总线、人机界面等技术。