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2022-08-26
PLC控制系统可靠性降低的主要原因

虽然工业控制机和可编程控制器本身都具有很高的可靠性,但如果输入给PLC的开关量信号出现错误,模拟量信号出现较大偏差,PLC输出口控制的执行机构没有按要求动作,这些都可能使控制过程出错,造成无法挽回的经济损失。


影响现场输入给PLC信号出错的主要原因有:

1)造成传输信号线短路或断路(由于机械拉扯,线路自身老化,特别是鼠害),当传输信号线出故障时,现场信号无法传送给PLC,造成控制出错;


2)机械触点抖动,现场触点虽然只闭合一次,PLC却认为闭合了多次,虽然硬件加了滤波电路,软件增加微分指令,但由于PLC扫描周期太短,仍可能在计数、累加、移位等指令中出错,出现错误控制结果;


3)现场变送器,机械开关自身出故障,如触点接触不良,变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等,这些故障同样会使控制系统不能正常工作。


影响执行机构出错的主要原因有:

1)控制负载的接触不能可靠动作,PLC发出了动作指令,但执行机构并没按要求动作;


2)控制变频器起动,由于变频器自身故障,变频器所带电机并没按要求工作;


3)各种电动阀、电磁阀该开的没能打开,该关的没能关到位,由于执行机构没能按PLC的控制要求动作,使系统无法正常工作,降低了系统可靠性。要提高整个控制系统的可靠性,必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性,否则PLC应能及时发现问题,用声光等报警办法提示给操作人员,尽快排除故障,让系统安全、可靠、正确地工作。

2022-08-25
PLC的结构及各部分的作用

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。通常由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几个部分组成。


1.中央处理单元(CPU)

CPU作为整个PLC的核心,起着总指挥的作用。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电路的芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU的功能有以下一些:从存储器中读取指令,执行指令,取下一条指令,处理中断。


2.存储器(RAM、ROM)

存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器;存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。


RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序,生成用户数据区,存放在RAM中的用户程序可方便地修改。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。掉电时,可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。


3.输入输出单元(I/O单元)

I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器,而继电器有交流和直流型,高电压型和低电压型,电压型和电流型。


4.电源

PLC电源单元包括系统的电源及备用电池,电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。


5.编程器

编程器是PLC的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器,还可以用编程器检查程序,修改程序,监视PLC的工作状态。除此以外,在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包,即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器,可以直接编制并显示梯形图。

2022-08-24
PLC系统中的主要干扰源

(1)来自空间的辐射干干扰

空间的辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的,通常称为辐射干扰,其分布极为复杂。


若PLC系统置于所射频场内,就回收到辐射干扰,其影响主要通过两条路径:一是直接对PLC内部的辐射,由电路感应产生干扰;而是对PLC通信内网络的辐射,由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小,特别是频率有关,一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。


(2)来自系统外引线的干扰

主要通过电源和信号线引入,通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。


a来自电源的干扰

PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化,入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源原边。


PLC电源通常采用隔离电源,但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上,由于分布参数特别是分布电容的存在,绝对隔离是不可能的。


b来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线,除了传输有效的各类信息之外,总会有外部干扰信号侵入。

此干扰主要有两种途径:一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰,这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这是很严重的。


由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低,严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统,还将导致信号间互相干扰,引起共地系统总线回流,造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重,由此引起系统故障的情况也很多。


c 来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地,既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地,反而会引入严重的干扰信号,使PLC系统将无法正常工作。


PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地,如果电缆屏蔽层两端A、B都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层,当发生异常状态如雷击时,地线电流将更大。


此外,屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内有会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布,影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。


PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降,引起对信号测控的严重失真和误动作。


(3)来自PLC系统内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生,如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响,模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。


这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容,比较复杂,作为应用部门是无法改变,可不必过多考虑,但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。

2022-08-23
PLC的工作的三个基本过程内容

PLC采用循环扫描的工作方式,在PLC中用户程序按先后顺序存放,CPU从第一条指令开始执行程序,直到遇到结束符后又返回第一条,如此周而复始不断循环。


PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时,只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时,从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出,一直循环扫描工作。


1.输入处理

输入处理也叫输入采样。在此阶段,顺序读入所有输入端子的通端状态,并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段。


在程序执行时,输入映象寄存器与外界隔离,即使输入信号发生变化,其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。


2.程序执行

根据PLC梯形图程序扫描原则,按先左后右先上后下的步序,逐句扫描,执行程序。遇到程序跳转指令,根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。


从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入的对应输入端子状态,从输出映象寄存器读出对应映象寄存器,根据用户程序进行逻辑运算,存入有关器件寄存器中。对每个器件来说,器件映象寄存器中所寄存的内容,会随着程序执行过程而变化。


3.输出处理

程序执行完毕后,将输出映象寄存器,即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态,在输出处理阶段转存到输出锁存器,通过隔离电路,驱动功率放大电路,使输出端子向外界输出控制信号,驱动外部负载。

2022-08-22
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2022-08-19
PLC的核心CPU和存储器介绍

PLC的核心部件是CPU和存储器:

(1)中央处理单元(CPU)

中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能,接受并存储从编程器键入的用户程序和数据,检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能检查用户程序的语法错误。


当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区, 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算等任务。


并将逻辑或算术运算等结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕以后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行为止。


(2)存储器

与微型计算机一样,除了硬件以外,还必须有软件。才能构成一台完整的PLC。PLC的软件分为两部分: 系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。


PLC存储空间的分配:虽然大、中、小型 PLC的CPU的最大可寻址存储空间各不相同,但是根据PLC的工作原理, 其存储空间一般包括以下三个区域:系统程序存储区,系统RAM存储区(包括I/O映象区和系统软设备等)和用户程序存储区。

2022-08-19
PLC的物理结构介绍

1.整体式PLC

整体式又叫做单元式或机箱式,它的体积小、价格低,对箱体式PLC,有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,当然按CPU性能分成若干型号,并按I/O点数又有若干规格。


对模块式PLC,有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC,都属于总线式开放型结构,其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。


2.模块式PLC

大、中型PLC一般采用模块式结构,它由机架和模块组成,模块插在模块插座上,后者焊接在机架中的总线连接板上,有不同槽数的机架供用户选用,如果一个机架容纳不下选用的模块,可以增设一个或数个扩展机架,各机架之间用接口模块和电缆相连。


用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能块,对硬件配置的选择余地较大,维修时更换模块也很方便。


3.CPU模块中的存储器

存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器,系统程序相当于个人计算机中的操作系统,它使PLC具有基本的智能,能完成PLC设计者的规定的各种工作。系统程序由PLC的生厂家设计并固定化在ROM(只读存储器)中,用户不能读取。用户程序由用户设计,它使PLC能完成用户要球的特定功能,用户程序存储器的容量以字节(B)为单位。


(1).随机存取存储器(RAM)

用户可以用编程装置读出RAM中的内容,也可以将用户程序写入RAM,因此RAM又叫读/写存储器。RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。


(2).只读存储器(ROM)

ROM的内容只能读出,不能写入。


(3).可以电檫出可编程的只读存储器(EEPROM)

S7-200用EEPROM来存储用户程序和长期保存的重要数据。


4.I/O模块

各I/O点的通/断状态用发光二极管(LED)显示,PLC与外部接线的连接一般用接线端子,某些模块使用可以拆卸的插座型端子板,不需断开端子板上的连接线,就可以迅速的更换模块。


输入模块:PLC通过输入模块来接收和采集输入信号,通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调速装置等执行器,PLC控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。输入电路中设有RC滤波电路,以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号。


输出模块:输出模块的率放大元件有大功率晶体管和场效应管(驱动直流负载)、双向可控硅(驱动交流负载)和小型继电器,继电器可以驱动交流负载或直流负载。输出电流的典型值为0.5—2A,负载电源由外部现场提供。

2022-08-18
PLC的CPU要完成的主要工作

PLC的中央处理器(CPU 一般由控制器、运算器和寄存器组成,这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。


与一般的计算机一样,CPU是整个PLC的控制中枢,它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊的进行工作。CPU主要完成下述工作:


(1)接收、存储用户通过编程器等输入设备输入的程序和数据。


(2)用扫描的方式通过I/O部件接收现场信号的状态或数据,并存入输入映像寄存器或数据存储器中。


(3)诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。


(4) PLC进入运行状态后,执行用户程序,完成各种数据的处理、传输和存储相应的内部控制信号,以完成用户指令规定的各种操作。


(5)响应各种外围设备(如编程器、打印机等)的请求。


PLC采用的CPU随机型不同而不同, 目前,小型PLC为单CPU系统,中型及大型则采用双CPU甚至多CPU系统。目前,PLC通常采用的微处理器有三种:通用微处理器、单片微处理器(即单片机)、位片式微处理器。

2022-08-17