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工控百科

一套完整的PLC系统如何构成

文章来源:本站时间:2020-09-10 点击:
 
在工控系统中,PLC的使用率越来越多,PLC能够完成的功能也是越来越多,越来越高级,那么组成PLC系统中的数字量输入模块和数字量输出模块是干什么的?它们之间又有什么不同呢?

1.一套完整的PLC系统组成。
我们知道,组成PLC应包含CPU模块及输入输出模块,若是还需要完成其他的运动功能,或者通讯功能,还应该增加运动模块和通讯模块,当然还应该包括必要的设备电源,这样我们才构成了一个完整的PLC系统,在实际的工程项目中,我们要按照设计的要求进行模块的选择,根据系统的大小选择不同类型的PLC。
数字量输入与模拟量输入模块
数字量模块与模拟量模块都是外部设备传给PLC的一个信号点,同属于输入模块的功能,也是我们构成一个PLC系统中比较常用的模块,我们了解他们之间的不同,首先了解下他们是做什么的。
数字量输入模块
数字量的另一种别名叫做开关量,说白了,就是开与关,0与1,而数字量输入模块常用于外接按钮开关等设备,同时设备的运行反馈也归属与开关量点,也接入到数字量模块中。
 

模拟量输入模块
模拟量使我们生产过程中的过程值,监测的物理过程值通过变送器转换为标准的电流信号或者电压信号,输入到我们的模拟量模块中,例如,监测生产过程中的温度变化,0-100℃,然后通过转换电路转换为模拟量模块支持的信号模式,如4-20mA,这样模拟量模块再经过处理传输给CPU进行程序控制。
 

数字量与模拟量输入模块之间的不同
这两种模块的最大不同是输入信号的不同,一个是开关量0或1,一个是模拟量电流或者电压信号。
另一个就是使用上面的不同,例如接线方式的不同,安装方式的不同,这要根据自己的使用品牌,查询手册才能得知。
 

以上是开关量模块与模拟量模块之间的相互关系,相对来说很简单,硬件上面的知识,我们可以多参考手册,比如硬件手册,安装手册等。
 

2.PLC控制电磁阀的原理。
  PLC控制电磁阀,原理就是,plc的开关量输出模块,连接到电磁阀的线圈端。当该模块的相对应点,有电压输出,电磁阀线圈得电,触点吸合。无电压输出,线圈失电,触点断开。
PLC通过继电器控制电磁阀接线图
  有个地方要注意,如果你的plc是晶体管输出的话,输出点的 COM要接0V的,这样接的话晶体管输出或继电器输出都能行。
 
 

 
  PLC[COM]接继电器的负端
  PLC[Y0]接继电器的正端
  电磁阀一头接继电器触点公共端
  电磁阀一头接继电器触点公共端常闭
  PLC控制电磁阀驱动电路
 

 
 

  1、对发光二极管(包括光耦器件)其限流电阻选择应确保二极管电流在8~10mA为好,如电流太小其发光亮度低(不亮),对光耦器件来说由于发光亮度低使其光耦合效果变差。故图中的10K电阻应该为2~3KΩ。
  2、如果plc的24V电源与电磁阀电源是用同一个电源的话,可以省掉光耦器件,画成像我画的电路一样,这可大大简化电路,故可减少故障点。
  从图中可知,你用的PLC可能是三菱牌的,其输出电路为负逻辑,即:24V电源的正极接COM公共点,输出开关(继电器触点或晶体管开关)接在输出口(Yn)与24V电源的负极端,这样所用晶体管应为PNP型,就可组成最简输出电路,见下图:
 
 

 
  方案中使用光耦隔离主要还是想保护PLC,在电磁阀短断时,保险电阻Ω22可能也不可靠,但最坏的结果是烧开关管TIP。方案中使用光耦隔离主要还是想保护PLC,在电磁阀短断时,保险电阻Ω22可能也不可靠,但最坏的结果是烧开关管TIP。
  答:将上面我画的电路改为放大器形式,当电磁阀线圈短路时,就不会烧毁PLC的输出口,其原因:短路时R2成仍为PLC输出负载(10K)(电流仅为2.4mA)。此时由于线圈短路产生过大的短路电流会危害24V电源的,为此可采用如下2种电路起过流断电保护作用:
  1、将保险丝RD串接电路里(见下左图),如发生线圈短路,过大的电流将使RD断开切断电源。
  2、在G1管发射极与24V电源之间串接一电阻R4,R4的阻值=电磁阀线圈电阻的1/10~1/20,再用一只24V继电器与R4并联,R4再串接J0继电器的常闭触点(见下右图)。正常情况下,Y0=1(输出=0V),G1管导通,R4电压=1~2V,电磁阀电压=22~23V,故电磁阀可正常动作。J0因电压太小不会吸合。如电磁阀线圈短路,此电路就变成射极跟随器电路:此时J2电压=24V而吸合,其常闭触点断开,切断R4,使回路不会产生过大电流。再用其常开触点闭合,发出短路报警信号。此处用继电器做保护,是考虑线圈短路现象不是经常频繁发生的,故不用考虑继电器的使用寿命。
 
 

 

 
3.PLC的数据通信。
数据通信在PLC的学习中是属于比较高级的应用,对于初学者来说觉得还是有一定的难度,许多朋友一接触通信就感觉头大,各种的云山雾罩,想要学习却又无从下手。其实PLC的数据通信并没有大家想的那么难学,你只要把通信的基础原理弄明白了,不管什么样的通讯很容易就能学会,因为绝大数的通信本质都是一样的,都是一堆0和1。
图1,这是一张PLC和各种现场设备的通信示意图,通信的组合方式有许多种,可以是1对1,1对多,也可以多对多。这些通信的双方或多方虽然长的千奇百怪各不相同,但是它们都要有这么几个共同点。
1,都要有一个或多个通信端口。
2,相同的通信协议。
3, 相同的波特率,等等,这些会在以后讲解。
 

再看图2,PLC的通信原理就和我们人类的对话是一样的,都是你问我答,或我问你答。只不过我们用的是汉语对话,而PLC用的是PLC和设备能听懂的语言进行对话的。那么PLC是怎么说话的?说的又是什么呢?接着往下看。
 

图3,就是PLC正在和外部设备进行对话,它对话的方式就是,控制通讯端口的输出电压。当想要说1时它就输出一个高电压+5V,当想要说0时它就输出一个低电压0V。这样它就能够说出无数的0和1。
这就是PLC说话的方式,并且只能说0和1,但这对于PLC通信来说已经够了,因为我们的通信设备也都只认识0和1。好了,有了共同的语言它们就可以进行交流了。
 

就是PLC和变频器的1对1的通信示意图,PLC通过通信端口把输出电压变化8次,就能输出8个0或1,分别是10110101。因为变频器的通信端口和PLC的通信端口是连接在一起的,所以当PLC的通信端口电压变化时,变频器的通信端口就能检测到电压的变化。它就能知道PLC给它发送的是0还是1,这样PLC让电压变化8次以后,变频器就能收到和PLC发生的一样的10110101这一组数据。
那么变频器怎么知道它接收的这一组数据,代表的是什么意思呢?请看下图。本节的重点。
 

图5,是数据通信的格式,这是外国人在发明通讯时就规定好的,我们必须按这个格式发送数据。这个格式就是“帧”,我们进行通信时最少要发送一个“帧”。不能发送半“帧”,那样通信就会失败。
1“帧”等于12个0或1,也就是说PLC通信端口的高低电压要变化12次,才能完成1“帧”。(注:也有11次或10次为1帧的,原理一样,这里只讲12次为1帧的)。下面我们看一下这一“帧”是怎么组成的。
A,如图5 帧的第一位叫起始位,顾名思义,就是告诉设备我要开始发送数据了,注意这一位必须是0,也就是通信端口要输出低电压。
B, 帧的第二位至第九位叫数据位,这就我们要传送的数据,共8个位。也就是说通信端口的高低电压要变化8次。也就是说可以传送二进制0000 0000--1111 1111之间的任何一个数,用十进制表示就是0--255之间的任何一个数。我们以前讲过8个位等于1个字节,也就是说1“帧”最多只能传送1个字节数据。
C, 帧的第十位叫奇偶校验位,这一位可以是0,也可以是1。这一位的作用是对前面的8个数据位中是1的位,做一个简单的奇偶数的校验。比如8个数据位要传送的是01001101这个数据,这个数据里面是1的位共有4个,那么4就是一个偶数,我们的奇偶校验位,这一位就是0,通讯端口就要输出低电压。如果8个数据位要传送的是11001101这个数据,这个数据里面是1的位共有5个,那么5就是一个奇数,我们的奇偶校验位,这一位就是1,通讯端口就要输出高电压。有了这个奇偶校验位,当我们在传送数据时,如果因为各种原因的干扰而破坏了真正的数据时,接收端的设备就可以通过查询“帧”中的奇偶校验位,来判断接收的数据正确与否。
D, 帧的第十一位和十二位叫停止位,就是告诉设备数据发送完成了,注意这两位必须是1,也就是通信端口要输出两次高电压。
E, 空闲位,它不算在“帧”中,只要不发送数据了,也就是停止位以后都是空闲位,空闲位都是1,也就是通信端口一直输出高电压。直到有起始位。
这就是数据通信最小的基本单位“帧”的组成和作用。总结一下,当PLC要发送数据时,通讯端口首先输出低电压,也就是起始位为0。然后再根据要传送的数据使端口输出高低电压共8次,也就是数据位。然后再计算出奇偶校验位,输出相应的电压。接着就输出停止位,这样1“帧”的通讯就完成了。
 


图6,是一个例子,它演示的是PLC把十进制的181这个数传送给另一个设备。我们知道十进制的181转换成二进制就是1011 0101(怎么转换看我以前的讲解,这里不再重复),然后通过一个帧把它发送出去。这个例子如果你能看明白,说明这一节的内容你已经掌握了。

 
 


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