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发布:2023-10-22 21:43,更新:2024-04-11 14:12

用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。

条件提出后,立即引起了开发热潮。1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台可编程控制器,并应用于通用汽车公司的生产线上。当时叫可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller),目的是用来取代继电器,以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。紧接着,美国MODICON公司也开发出同名的控制器。1971年,日本从美国引进了这项新技术,很快研制成了日本第一台可编程控制器。1973年,西欧国家也研制出自己的第一台可编程控制器。

随着半导体技术,尤其是微处理器和微型计算机技术的发展,到20世纪70年代中期以后,特别是进入20世纪80年代以来,PLC已广泛地采用16位甚至32位微处理器作为中央处理器,输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路,使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用方面都有了新的突破。这时的PLC已不仅仅是逻辑判断功能,还同时具有数据处理、PID(比例-积分-微分)调节和数据通信等功能。

可编程控制器是一种无触点设备,对用户来说,改变程序即可改变生产工艺,因此如果在初步设计阶段就选用可编程控制器,可以使得设计和调试变得简单容易。从制造生产可编程控制器的厂商角度看,在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器,适合批量生产。由于这些特点,可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎,并得到迅速的发展。目前,可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具,得到了广泛的应用。

我国从1974年也开始研制可编程控制器,1977年开始工业应用。目前它已经大量地应用在楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域,并涌现出大批应用可编程控制器的新型设备。掌握可编程控制器的工作原理,具备设计、调试和维护可编程控制器控制系统的能力,已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。

1.2 可编程控制器的定义

国际电工委员会(IEC)曾于1982年11月颁发了可编程控制器标准草案第一稿,1985年1月又发表了第二稿,1987年2月颁发了第三稿。该草案中对可编程控制器的定义是:“可编程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。它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备,都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”

定义强调了可编程控制器是“数字运算操作的电子系统”,是一种计算机。它是“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机,是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机,除了能完成各种各样的控制功能外,还有与其他计算机通信联网的功能。这种工业计算机采用“面向用户的指令”,因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术操作,它还具有“数字量和模拟量输入输出控制”的能力,并且非常容易与“工业控制系统联成一体”,易于“扩充”。

定义还强调了可编程控制器应直接应用于工业环境,它须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。

应该强调的是,可编程控制器与以往所讲的顺序控制器在“可编程”方面有质的区别。PLC引入了微处理机及半导体存储器等新一代电子器件,并用规定的指令进行编程,能灵活地修改,即用软件方式来实现“可编程”的目的。

可编程控制器是应用面Zui广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置。自研制成功开始使用以来,它已经成为了当代工业自动化的主要支柱之一。1.3 可编程控制器的硬件系统

PLC的硬件系统由主机系统、输入/输出扩展环节及外部设备组成。1.3.1 主机系统

可编程控制器主要由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成。可编程控制器的结构多种多样,但其组成的一般原理基本相同,都是以微处理器为核心的结构,。编程装置将用户程序送入可编程控制器,在可编程控制器运行状态下,输入模块接收到外部元件发出的输入信号,可编程控制器执行程序,并根据程序运行后的结果,由输出模块驱动外部设备。

.中央处理单元

中央处理单元主要由微处理器CPU和存储器组成。

(1)微处理器CPU

微处理器CPU是可编程控制器的核心,相当于人的大脑。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成的芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储器、输入输出接口电路连接。CPU的功能有:在系统监控程序的控制下工作,通过扫描方式,将外部输入信号的状态写入输入映像寄存区域,PLC进入运行状态后,从存储器逐条读取用户指令,按指令规定的任务进行数据的传送、逻辑运算、算术运算等,然后将结果送到输出映像寄存区域。

常用的微处理器有通用型微处理器、单片机和位片式计算机等。通用型微处理器常见的如Intel公司的8086、80186、到Pentium系列芯片,单片机型的微处理器如Intel公司的MCS-96系列单片机,位片式微处理器如AMD2900系列的微处理器。小型PLC的CPU多采用单片机或专用CPU,中型PLC的CPU大多采用16位微处理器或单片机,大型PLC的CPU多采用高速位片式处理器,具有高速处理能力。

(2)存储器

存储器是PLC存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。可编程控制器的存储器由只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM三大部分构成。只读存储器ROM用以存放系统程序,可编程控制器在生产过程中将系统程序固化在ROM中,用户是不可改变的。用户程序和中间运算数据存放在随机存储器RAM中,RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器,可用锂电池做备用电源。它存储的内容是易失的,掉电后内容丢失;当系统掉电时,用户程序可以保存在只读存储器EEPROM或由高能电池支持的RAM中。EEPROM兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点,用来存放需要长期保存的重要数据。

2.输入/输出(I/O)单元及I/O扩展接口

(1)输入/输出(I/O)单元

PLC的对外功能主要是通过各类接口模块的外接线,实现对工业设备和生产过程的检测与控制。通过各种输入/输出接口模块,PLC既可检测到所需的过程信息,又可将处理结果传送给外部过程,驱动各种执行机构,实现工业生产过程的控制。通过输入模块单元,PLC能够得到生产过程的各种参数;通过输出模块单元,PLC能够把运算处理的结果送至工业过程现场的执行机构实现控制。为适应工业过程现场对不同输入/输出信号的匹配要求,PLC配置了各种类型的输入/输出模块单元。

(2)I/O扩展接口

I/O扩展接口是PLC主机用于扩展输入/输出点数和类型的部件,输入/输出扩展单元、远程输入/输出扩展单元、智能输入/输出单元等都通过它与主机相连。I/O扩展接口有并行接口、串行接口等多种形式。

3.外设I/O接口

外设I/O接口是PLC主机实现人机对话、机机对话的通道。通过外设I/O接口,PLC可以和编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备相连,也可以与其他PLC或上位计算机连接。外设I/O接口一般是RS232C或RS422A串行通信接口,该接口的功能是进行串行/并行数据的转换、通信格式的识别、数据传输的出错检验、信号电平的转换等。对于一些小型PLC,外设I/O接口中还有与专用编程器连接的并行数据接口。


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