输入电路中每路输入信号均经过光电隔离、滤波,然后送入输入缓冲器等待CPU采样,每路输入信号均有LED显示,以指明信号是否到达PLC的输入端子,输入信号的电源均可由用户提供,直流输入信号的电源也可由PLC自身提供。输入模块的种类有:直流输入和交流输入。
(1)直流输入。虚线框内是PLC内部的输入电路,框外左侧为外部用户连接线,有些小型系统外接的直流电源的极性任意。图中只画出对应于一个输入点的输入电路,而各个输入点对应的输入电路均相同。在图1.10中,T为一个光电耦合器、发光二极管和光电三极管封装在一个管壳中。当二极管中有电流时发光,可使光电三极管导通。R1为限流电阻,R2和C构成滤波电路,可滤除输入信号中的高频干扰,LED显示该输入点状态。
其工作原理如下:当S闭合时,光电耦合器导通,LED点亮,表示输入开关S处于接通状态。此时A点为高电平,该电平经滤波器送到内部电路中。当在CPU循环的输入阶段锁入该路信号时,将该输入点对应的映像寄存器状态置1;当S断开时,光电耦合器不导通,LED不亮,表示输入开关S处于断开状态。此时A点为低电平,该电平经滤波器送到内部电路中。当CPU在输入阶段锁入该路信号时,将该输入点对应的映像寄存器状态置0,以备在程序执行阶段使用。
(2)交流输入。虚线框内是PLC内部的输入电路,框外左侧为外部用户连接线。图中只画出对应于一个输入点的输入电路,而各个输入点对应的输入电路均相同。在图1.11中,C为隔直电容,此电容对交流电相当于短路,电阻R1和R2构成分压电路。这里光电耦合器中是两个反向并联的发光二极管,任意一个二极管发光均可以使光电三极管导通,用于显示的两个发光二极管LED也是反向并联的,该电路可以接受外部的交流输入电压,其工作原理与直流输入电路基本相同。
PLC的输入电路分为汇点式、分组式、隔离式三种。输入单元只有一个公共端子(COM)的称为汇点式,外部输入的元器件均有一个端子与COM相接;分组式是指将输入端子分为若干组,每组分别共用一个公共端子;隔离式输入单元是指具有公共端子的各组输入点之间互相隔离,可各自使用独立的电源。
数字输出接口的作用是将内部的电平信号转换为外部所需要的电平等级输出信号,并传给外部负载。每个输出点的输出电路可以等效成一个输出继电器,按负载使用电源的不同,可分为直流输出、交流输出和交直流输出三种;按输出电路所用的开关器件不同,可分为晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出。它们所能驱动的负载类型、负载的大小和响应时间是不一样的。
(1)继电器输出类型:继电器输出通过线圈的通和断来控制触点输出,为无源触点输出方式,用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。
,K为一小型直流继电器,其工作原理如下:当输出锁存器的对应位为1时,K得电吸合,其常开触点闭合,负载得电,LED点亮,表示该输出点接通;当输出锁存器的对应位为0时,K失电,其常开触点断开,负载失电,LED熄灭,表示该输出点断开。
继电器输出点负责把公共端和输出点之间接通。如果公共端接负,输出就是负;如果公共端接正,输出就是正;如果接火线L,输出就是火线L;如果接零线N,输出就是零线N。总结成一句话就是:公共端给什么就输出什么。
PLC的电源是指将外部输入的交直流电源转换成供CPU、存储器、输入和输出接口等内部电路工作需要的直流电源。许多PLC的直流电源采用外部开关电源,不仅可以给模块供电,还可以为输入和输出设备提供负载电源。
一般继电器输出的CPU模块,输入电源是AC220V。而晶体管输出的CPU模块,输入电源是DC24V。有些CPU模块还集成了负载电源。
很多小型CPU模块集成直流24V负载电源,此电源的带负载能力很小,一般只有几百毫安。当所需负载电流超出该集成电源时需要外接电源。电源一般不能并联使用,如果CPU集成的24V电源不够,则负载电源可全部采用外部24V电源。
简单的问题复杂化就是将简单的问题扩充并延伸学习。例如用到了绿色启动按钮,就要去搜索所有类型的按钮,总结出来按钮如何选型、如何接线,以及按钮的类型、品牌、性价比。
复杂的问题简单化就是将复杂的问题简化处理。找准思路,通过对比学习、类比学习等方法来简化问题和难题。有了思路之后再将原来简化的东西填充回去。
各个击破,深度解析。复杂的问题简单化处理就是对于遇到的各种问题,将问题分解,并各个击破,然后深度解析(简单的问题复杂化),解析完毕之后,再重新串联贯穿起来。如果还有问题,继续使用这种方法来分析和处理问题,一直到整体解决为止。
学习PLC编程的主导思想
(1)复杂的问题简单化:确定编程用到哪些基本指令,分解开来并专题化学习。
(2)简单的问题复杂化:根据能用到的所有场景将各个指令深入测试和研究,常规和非常规的都要测试。
(3)梯形图思维:每一个指令的变化将会导致不同的结果。用梯形图的思维按照生产工艺去编写程序,逐个分析指令的增减可能导致的结果,修改并完善程序,然后再调试运行。
(4)以被控机械为主、电气控制为辅的原则来实现工艺需求。
学习电气控制和PLC需要具备的能力
(1)自学能力:电气控制技术更新换代比较快,所以需要具备自学能力才能应对逐渐变化的技术发展。
(2)分析能力:电气接线和编程一般都比较复杂,同一现象的发生可能是由多种因素导致的,因此需要良好的分析能力和判断能力。
(3)处理问题的能力:做电气控制要胆大心细,要有处理问题的能力,否则以后面对新的现场和复杂的程序,没有处理问题的能力则无法顺利完成项目。
1.4.4 学习电气控制和PLC的工具
(1)官网:官网有经典实用案例和特别注意事项,官网有技术客服、软件、手册和说明书。
(2)百度:百度一般有你想要的资料,百度能解决一般的问题,百度也可以给你指引一定的思路。
(3)淘宝:的淘宝几乎什么都有,如果想要学习,比较快捷的方法是去淘宝搜索自己需要的设备和器件,没有相同型号的则可以找类似的,卖家将宝贝描述的详细程度让你不懂都不行。这家不行再找下一家,总有一家能解决你的问题。为突出的就是使用参数和基本的接线,不懂的还可以打问淘宝卖家如何使用。
1.5 学习的心态
1.5.1 以认知的态度来学习
什么叫认知的态度?不管你懂不懂,必须以不懂的态度来学习;不管你会不会,必须以不会的态度来学习。本着借鉴和提升的想法,取其精华去其糟粕,三人行必有我师。我们不是去学习别人的缺点的,所以需要只盯着别人的优点去学习,不好的地方心里有数即可。任何一种学习方法或者一本书都不是完美的,大家要以良好的心态来学习,以提升自己为目的。
1.5.2 以教授其他人的态度来学习
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1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上台可编程控制器,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,很快研制成了日本台可编程控制器。1973年,西欧国家也研制出自己的台可编程控制器。
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。”