艾宝物联网科技有限公司PLC的基础知识＆M部门的基础

作者：西安爱宝物联网科技有限公司aibaov.com

可编程逻辑控制器 (PLC) 已经在工业制造中占据了相当大的份额，如果这项技术没有得到应有的关注，我们就会失职。因此，我们在这个新的 EC&M 部门的基础上展示了一系列基于 PLC 的基础知识，涵盖固态工业自动化技术。在这一系列PLC基础的基础上，我们将介绍PLC硬件模块；软件功能；当前应用；安装参数；测试和故障排除；和硬件/软件维护。

爱博物联网485开关输入输出模块

什么是 PLC？

美国国家电气制造商协会 (NEMA) 将 PLC 定义为“一种数字操作的电子设备，它使用可编程存储器通过数字控制实现特定功能（例如逻辑、排序、计时、计数和算术）在内部存储指令. 或者为各种类型的机器或流程模拟 I/O 模块。”

一家 PLC 制造商将其定义为“一种固态工业控制设备，它接收来自用户提供的受控设备（例如传感器和开关）的信号，用于基于梯形图的应用程序进度确定，存储在用户内存中的精确实施模式，以及提供控制过程或用户提供的设备的输出，例如继电器或电机启动器。”

基本上，它是一种固态可编程电气/电子接口，可以非常高速地操作、执行和/或监控进程或通信系统的状态。它对整个基于微处理器的系统中包含的可编程数据进行操作。

PLC 能够接收（输入）和传输（输出）各种类型的电气和电子信号，并且可以控制和监控几乎任何类型的机械和/或电气系统。因此，它在与计算机、机器和许多其他外围系统或设备的接口方面具有很大的灵活性。

它通常以梯形逻辑编程，设计用于工业环境。

它是什么样子的？

PLC 有多种尺寸。通常，PLC 占用的空间或大小与用户的系统和输入/输出要求以及所选制造商的设计/封装能力直接相关。

PLC 的机箱可以打开或关闭。单个模块插入机箱背板。

电子元件安装在模块内的印刷电路板 (PCB) 上。

它是从哪里来的？

第一批 PLC 是在 1960 年代后期推出的，是可编程控制器或 PC 的产品（不要与用于个人计算机的符号混淆）。自 60 年代初以来，个人计算机就已经在整个行业中流行。

对更好、更快的控制继电器的需求以适应更小的空间以及对程序不灵活（硬接线继电器、步进开关和鼓式编程器）的不满催生了 PC。

虽然PC和PLC在语音上已经互换了，但它们的区别在于PC专用于控制固定程序中的功能，在某种意义上类似于过去能力受限的问题。另一方面，PLC 只需重写其软件逻辑即可满足受控系统的任何新要求。因此，PLC 可以适应许多过程变化或监控应用需求。

PLC 是如何工作的？

要了解 PLC 的工作原理，我们必须了解其中央处理器 (CPU) 的扫描顺序。该方法对所有 PLC 基本相同。但是，由于系统中添加了特殊的硬件模块，因此需要额外的扫描周期。

这是一个涉及每个 PLC 的简单扫描过程。首先，梯形逻辑软件程序扫描 I/O 硬件块，如下所示。

上电时，处理器扫描输入模块并将数据内容传输到输入图像表或寄存器。输出图像表中的数据被传递到输出模块。

接下来，扫描软件程序，检查每条语句，看是否满足条件。如果满足条件，处理器将向输出图像表写入一个数字位“1”，外设将通电。如果条件不满足数字电路基础基本教程，处理器将“0”写入输出图像表，并且外设（使用“正逻辑”）保持断电。

PLC 连接多种类型的外部电气和电子信号。这些信号可以是交流或直流电流或电压。通常，它们的范围为 4 至 20 毫安 (mA) 或 0 至 120VAC，以及 0 至 48VDC。这些信号称为 I/O（输入/输出）点。它们的统称是 PLC 的 I/O 功能。从电子的角度来看，这个数字取决于 PLC 的 CPU 在指定时间内能够查看或扫描的点数。这种性能特征称为扫描时间。但是，从用户的实际角度来看，所需的 I/O 模块的数量以及每个 I/O 模块上包含的 I/O 点数将驱动系统的 I/O 能力。

在 PLC 系统中拥有足够的 I/O 能力非常重要。最好不要少，这样以后在需要更多I/O点的时候，把现有的备用I/O点写进软件就更容易了（因为硬件已经存在了）。拥有备用 I/O 点对操作系统没有影响；软件可以通过编程忽略它们，这些点对 PLC 的扫描时间影响可以忽略不计。

PLC软件程序

软件程序是 PLC 的核心，由程序员编写，他们使用元素、功能和指令来设计 PLC 想要控制或监控的系统。这些元素放置在继电器梯形逻辑 (RLL) 中单独编号的梯级上。软件的RLL由CPU模块或控制器模块（相同模块，不同名称）中的处理器执行。

有多种类型的 PLC 软件设计包可用。经常选择的软件包是 RLL 格式，它包括触点、线圈、定时器、计数器、寄存器、数字比较块和其他类型的特殊数据处理功能。使用这些元素，程序员设计控制系统。然后将外部设备和组件连接到与程序员的软件梯形逻辑相同的系统中。但是，并非所有软件元素都有硬连线的物理对应物。

RLL 的每个梯级在 PLC 的处理器扫描（从上到下）通过软件程序（梯级）时执行。然后，软件映像的硬连线设备变为活动状态。因此，软件是控制设备，它为程序员或技术人员提供了从系统操作“强制状态”或“阻塞设备”的灵活性。例如，线圈或触点可以直接从软件操作（独立于控制柜的电源或现场输入设备的硬接线）。或者，可以使设备看起来不可见（从系统操作中移除），即使它是电气硬连线并且物理就位。

每个 PLC 部分

所有 PLC 共有四个部分，每个部分都可以细分为更小但同样重要的部分。这些主要部分包括电源部分，它为 PLC 和 I/O 基本模块提供运行直流电源，并包括备用电池；程序软件部分； CPU模块，它包含处理器并保存内存；和 I/O 部分，它控制外围设备并包含输入和输出模块。

电源部分。电源 (PS) 部分从外部 120VAC 或 240VAC 电源（线路电压）获得输入功率，该电源通常通过控制继电器和 PS 外部的滤波器进行熔断和馈电。此外，PS 有自己的集成交流输入保险丝。

然后线路电压被降压、整流、滤波、调节、电压和电流保护以及状态监控，状态指示以几个 LED（发光二极管）的形式显示在 PS 的前面。 PS 可能有用于保护内存或选择特定编程模式的按键开关。

PS的输出为PLC的各个模块提供低直流电压（通常总电流容量为20A或50A），并集成锂电池作为内存备份。如果 PS 发生故障或其输入线电压低于某个值，则内存内容不会从故障前的状态发生变化。

PS 输出为 PLC 中的每个模块供电；但是，它不向 PLC 的外围 I/O 设备提供直流电压。

CPU 模块。 “CPU”、“控制器”或“处理器”都是不同制造商用来指代执行基本相同功能的相同模块的术语。 CPU模块可分为处理器部分和存储部分两部分。

处理器部分做出 PLC 需要的决定，以便它可以操作并与其他模块通信。它通过串行或并行数据总线进行通信。 I/O 基本接口模块或单独的板载接口 I/O 电路提供与处理器通信所需的信号调节。处理器部分还执行程序员的 RLL 软件程序。

内存部分（以电子方式）将可检索的数字信息存储在内存中的三个专用位置。处理器会定期扫描这些内存位置。存储器将接收（“写”模式）数字信息或被处理器访问（“读”模式）。这种读/写 (R/W) 功能提供了一种更改程序的简单方法。

内存包含多种信息的数据。通常，数据表或图像寄存器和软件程序 RLL 位于 CPU 模块的内存中。程序消息可能与其他内存数据一起存在数字电路基础基本教程，也可能不存在。

一些制造商使用备用电池来保护内存内容在电源或内存模块出现故障时不会丢失。还有一些人使用各种集成电路 (IC) 内存技术和设计方案，无需使用备用电池即可保护内存内容。

CPU 模块的典型内存部分的内存大小为 96,000 (96K) 字节。这个大小告诉我们内存中可用的存储位置。当需要更大的内存容量时，可以将额外的内存模块添加到 PLC 系统中。随着 I/O 模块数量的增加或软件程序变大，这些扩展模块将被添加到 PLC 系统中。执行此操作后，内存大小可高达 1,024,000 (1024K) 字节。

制造商会以“字节”或“字”表示内存大小。一个字节是 8 位，一个位是二进制代码中的最小位。它是逻辑“1”或逻辑“0”。一个字的长度等于两个字节或 16 位。并非所有制造商都使用 16 位字，因此请注意您的 PLC 制造商已将其定义为其内存字长。

软件项目。 PLC 不仅需要电子元件来操作，还需要软件程序。 PLC 程序员不限于以一种格式编写软件。有多种类型可供选择，每种类型都可以更轻松地将一个应用程序放在另一个应用程序之上。典型的是前面讨论的 RLL 类型。其他软件程序包括“C”、状态语言和SFC（顺序功能图）。

无论选择哪个软件，都由PLC的CPU模块执行。软件可以在处理器在线（PLC 实际运行时）或离线（因此 S/W 执行不会影响 I/O 基板的当前操作）时编写和执行。

在 RLL 软件程序中，我们发现了几种类型的编程元素和函数来控制 PLC（存储器和寄存器）内部以及外部（现场）设备的过程。下面列出了一些更常见的元素、功能和描述：

*联系人（可以正常打开或关闭；在监视器上突出显示它们处于活动状态）。

* 线圈（可以是正常的或锁定的；突出显示的表示它们已通电）。

*定时器（线圈可以在指定的延迟时间内开启或关闭）。

*计数器（可以向上或向下计数）。

* 移位寄存器（激活时可以将数据移位一位）。

*单次触发（表示在一个扫描时间内有效；对脉冲定时器有用）。

*鼓（可按时间或事件排序）。

* 数据操作指令（启用移动、比较数值）。

* 算术指令（启用数值的加法、减法、乘法和除法）。

外设

PLC 及其 I/O 基础的外围设备可以是任何东西，从主机和控制台到电机驱动单元或现场限位开关。用于编程的打印机和工业终端也是外围设备。

外围设备可以产生或接收交流或直流电压和电流以及数字脉冲序列或快速长度（脉冲宽度）的单个脉冲。

这些外部操作设备有时具有苛刻和/或快速的信号特性，并且必须能够与 PLC 的敏感微处理器接口。可以使用各种类型的 I/O 模块（带有适当屏蔽的电缆）来完成这项工作。

输入模块

输入模块有两个功能：接收外部信号和显示输入点的状态。换言之，它接收来自外围传感单元的信号，并提供信号调节、终止、隔离和/或信号状态指示。

输入模块的输入是离散的或模拟的。如果输入是 ON-OFF 类型的，例如带有按钮或限位开关，则信号被认为是离散的。另一方面，如果输入发生变化，例如温度、压力或液位，则信号本质上是模拟的。

向输入模块发送描述外部条件的信号的外围设备可以是开关（限制、接近、压力或温度）、按钮或逻辑、二进制编码的十进制 (BCD) 或模数 (A/D) 电路。这些输入信号点被扫描并通过每个 PLC 和 I/O 基座内的接口模块或电路传达其状态。下面列出了一些典型的输入模块类型。

*直流电压 (110, 220, 14, 24, 48, 15-30V) 或电流 (4-20 mA)。

*交流电压（110、240、24、48V）或电流（4-20 mA）。

*TTL（晶体管晶体管逻辑）输入（3-15VDC）。

*模拟输入（12 位）。

*字输入（16 位/并行）。

*热电偶输入。

*电阻温度检测器。

*大电流继电器。

*低电流继电器。

*锁存输入 (24VDC/110VAC)。

*隔离输入 (24VDC/85-132VAC)。

*智能输入（包括微处理器）。

*位置输入。

* PID（比例、积分、微分）输入。

*高速脉冲。

输出模块

输出模块传输离散或模拟信号以激活各种设备，例如液压执行器、螺线管、电机启动器，并显示连接的输出点的状态（通过使用 LED）。信号调理、端接和隔离也是输出模块功能的一部分。处理器处理输出模块的方式与处理输入模块的方式相同。

目前可用的一些典型输出模块包括：

*直流电压（24、48、110V）或电流（4-20 mA）。

*交流电压 (110,240v) 或电流 (4-20 mA)。

*隔离 (24VDC)。

*模拟输出（12 位）。

*字输出（16 位/并行）。

*智能输出。

* ASCII 输出。

*双通讯端口。

术语知识：

A/D：将模拟信号转换为数字字的设备或模块。

地址：PLC内存中用于存储信息的编号位置（存储编号）。

模拟量输入：改变信号供给过程，改变信息给模拟量输入模块。

模拟输出：变化的信号传输过程改变了来自模拟输出模块的信息。

波特率：每秒发送或接收的比特数；也是设备可接受的数字传输速度。

BCD：二进制编码的十进制。一种表示 0 到 9 的方法（base 10） 编号系统为二进制（base2）equivalent.

位：单个二进制数字。

字节：八位。

中央处理器 (CPU)：解释、决定和执行指令的集成电路 (IC)。

D/A：将数字字转换为模拟信号的设备或模块

电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)：与 EPROM 相同，但可以电擦除。

可擦除可编程只读存储器 (EPROM)：用户可以多次擦除和加载新数据的存储器，但在应用程序中使用时，它可以用作 ROM。 EPROM 在断电期间不会丢失数据。它们是纳米易失性存储器。

图像寄存器/图像表：为 I/O 位状态保留的专用内存位置。

输入模块：处理来自现场设备的数字或模拟信号。

I/O 点：连接输入和输出现场设备的 I/O 模块上的终端点。

毫秒：千分之一秒（1/1000 秒，0.001 秒）。

调制解调器：调制解调器是调制器/解调器的首字母缩写。这是一种调制（混合）和解调（拆分）信号的设备。

操作员接口：允许系统操作员访问 PLC 和 I/O 基本条件的设备。

输出模块：控制现场设备。

并行数据：发送或接收数据的字节或字，其所有位同时存在。

程序：完成一项任务的一个或多个指令或语句。

编程设备：用于告诉PLC应该做什么以及什么时候应该做的设备。

随机存取存储器 (RAM)：一种无需读取多个连续地址即可访问任意地址数据的存储器。可以从存储位置读取和写入数据。 RAM 具有易失性内存，这意味着断电会导致 RAM 的内容丢失。

只读存储器 (ROM)：可以读取数据但不能写入数据的存储器。 ROM 通常用于防止程序或数据因用户干预而损坏。

软件：一个或多个控制进程的程序。