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SIEMENS 上海赞国自动化科技有限司
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PLC常用的I/O分类如下:
开关量:按电压水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分,有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量:按信号类型分,有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用I/O外,还有特殊I/O模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。
(1)CPU与通用微机CPU一样,它是PLC的核心。
(2)PLC有系统存储器和用户存储器,前者用作存储监控程序、模块化应用子程序和各种系统参数等。后者用作存放用户程序。系统存储器的内容,用户通常不能直接存取,因此,存储器的容量是指用户存储器的容量。
存储器在硬件上,动态装载部分一般采用RAM,程序存储和备份部分则采用UVEP-ROM(紫外光擦除)、CMOSRAM(后备电池)或FI.ASH芯片/卡/盘(不需电池)等。
(3)用户输入/输出部分包括输入/输出接口,输入/输出控制电路及隔离电路等,用作PLC与外部输入/输出设备进行连接。
(4)当主机默认的I/O点数不够时,可选配I/O扩展模块,但不能单独使用。
(5)外围设备根据PLC的型号与厂家的不同,可配置编程设备、程序写入器、用户程序卡、磁带机、打印机、A/D、D/A、高速计数器、RS232/485通信接口、光纤通信接口等。
软元件是PLC内部的具有一定功能的器件,实际上是由电子电路和寄存器及存储器单元等组成。它们都具有继电器特性,但没有机械性的触点。为了把这种元器件与传统电气控制电路中的继电器区别开来,把它们称做软继电器。
其主要特点是:
(1)软元件是看不见、摸不着的,也存在物理性的触点;
(2)每个软元件可提供无限多个常开触点和常闭触点,即它们的触点可以无限次使用;
(3)体积小、功耗低、寿命长。
PLC输入/输出滞后时间
输入/输出滞后时间又称系统响应时间,是指可编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔,它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。
输入模块的CPU滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声,消除因外接输入触点动作是产生的抖动引起的不良影响,滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短,其典型值为10ms左右。
输出模块的滞后时间与模块的类型有关,继电器型输出电路的滞后时间一般在10ms左右;双向可空硅型输出电路在负载接通时的滞后时间约为1ms,负载由导通到断开时的最大滞后时间为10ms;晶体管型输出电路的滞后时间约为1ms。由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达到两个多扫描周期。可编程序控制器总的响应延迟时间一般只有几十ms,对于一般的系统是无关紧要的。要求输入—输出信号之间的滞后时间尽量短的系统,可以选用扫描速度快的可编程序控制器或采取其他措施。
下面从8个方面对PLC与继电器控制逻辑的性能和价格进行相比较:
① 控制逻辑:继电器控制逻辑采用硬接线逻辑,利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑,其连线多而复杂,体积大,功耗大,一旦系统构成后,想再改变或增加功能都很困难。另外继电器触点数目有限,每只一般只有4~8对触点,因此灵活性和扩展性都很差。而PLC采用存储逻辑,其控制逻辑以程序方式存储在内存中,要改变控制逻辑,只需改变程序,故称为“软接线”,其连线少,体积小,加之PLC中每只软继电器的触点数理论上无限制,因此灵活性和扩展性都很好。PLC由中大规模集成电路组成,功耗小。
② 工作方式:当电流接通时,继电控制线路中各继电器都处于受约状态,即该吸合的都应吸合,不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合。而PLC的控制逻辑中,各继电器都处于周期性循环扫描接通之中,从宏观上看,每个继电器受制约接通的时间是短暂的。
③ 控制速度:继电控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制,工作频率低。触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的,速度极快,一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级。PLC内部还有严格的同步,不会出现抖动问题。
④ 限时控制:继电控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制。时间继电器一般分为空气阻尼式、电磁式、半导体式等,其定时精度不高,定时时间易受环境湿度和温度变化的影响,调整时间困难。有些特殊的时间继电器结构复杂,不便维护。
PLC使用半导体集成电路作定时器,时基脉冲由晶体振荡器产生,精度相当高,定时范围一般从0.1 s到若干分钟甚至更长,用户可根据需要在程序中设定定时值,然后由软件和硬件计数器来控制定时时间,定时精度小于10 ms且定时时间不受环境的影响。
⑤ 计数控制:PLC能实现计数功能,而继电控制逻辑一般不具备计数控制功能。
⑥ 设计与施工:使用继电控制逻辑完成一项控制工程,其设计、施工、调试必须依次进行,周期长,而且修改困难。工程越大,这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程,在系统设计完成以后,现场施工和控制逻辑的设计(包括梯形图和程序设计)可以同时进行,周期短,且调试和修改都很方便。
⑦ 可靠性和可维护性:继电控制逻辑使用了大量的机械触点,连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏,并有机械磨损,寿命短,因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,它体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配备有自检和监督功能,能检查出自身的故障,并随时显示给操作人员,还能动态地监视控制程序的执行情况,为现场调试和维护提供了方便。
⑧ 价格:继电控制逻辑使用机械开关、继电器和接触器,价格比较便宜。而PLC使用中大规模集成电路,价格比较昂贵。