Hoe werkt een PLC-systeem?

Basisstructuur De essentie van een programmeerbare logische controller is een computer die zich toelegt op industriële besturing. De hardwarestructuur is in principe dezelfde als die van een microcomputer. De basisstructuur is: 1. Voeding De voeding van de programmeerbare logische controller speelt een zeer belangrijke rol in het hele systeem. Zonder een goed en betrouwbaar stroomvoorzieningssysteem kan het niet goed functioneren. Daarom hecht de fabrikant van de programmeerbare logische controller ook groot belang aan het ontwerp en de fabricage van de voeding. Over het algemeen ligt de wisselspanningsfluctuatie binnen het bereik van +10% (+15%) en kan de PLC rechtstreeks op het wisselstroomnet worden aangesloten zonder andere maatregelen te nemen. 2. Centrale verwerkingseenheid (CPU) De centrale verwerkingseenheid (CPU) is het controlecentrum van de programmeerbare logische controller. Het ontvangt en bewaart het gebruikersprogramma en de gegevens die zijn getypt door de programmeur volgens de functies die zijn toegewezen door het programmeerbare logische controllersysteemprogramma; controleert de status van de voeding, het geheugen, de I/O en de waarschuwingstimer en kan syntaxisfouten in het gebruikersprogramma diagnosticeren. Wanneer de programmeerbare logische controller in gebruik wordt genomen, ontvangt deze eerst op scannende wijze de status en gegevens van elk invoerapparaat ter plaatse en slaat deze respectievelijk op in het I/O-beeldgebied, en leest vervolgens het gebruikersprogramma uit het gebruikersprogramma. geheugen één voor één, en nadat de opdracht is geïnterpreteerd, worden de resultaten van de logische of rekenkundige bewerking volgens de instructies naar het I/O-beeldgebied of dataregister verzonden. Nadat alle gebruikersprogramma's zijn uitgevoerd, wordt de uitvoerstatus van het I/O-beeldgebied of de gegevens in het uitvoerregister uiteindelijk verzonden naar het overeenkomstige uitvoerapparaat, en loopt de cyclus door totdat deze stopt. Om de betrouwbaarheid van de PLC verder te verbeteren, zijn grote PLC's ook uitgerust met dubbele CPU's om een redundant systeem te vormen, oftewel een stemsysteem met drie CPU's, zodat zelfs als een CPU uitvalt, het hele systeem nog steeds normaal kan werken. 3. Geheugen Het geheugen waarin systeemsoftware wordt opgeslagen, wordt systeemprogrammageheugen genoemd. Het geheugen waarin applicatiesoftware wordt opgeslagen, wordt gebruikersprogrammageheugen genoemd. 4. Ingangs- en uitgangsinterfacecircuit 4.1. Het veldinvoerinterfacecircuit bestaat uit een optisch koppelcircuit en een microcomputerinvoerinterfacecircuit, en dient als ingangskanaal van de interface tussen de programmeerbare logische controller en de veldbesturing. 4.2. Het velduitgangsinterfacecircuit is geïntegreerd met het uitgangsdataregister, het selectiecircuit en het interruptverzoekcircuit, en de programmeerbare logische controller voert het overeenkomstige besturingssignaal uit naar de velduitvoeringscomponent via het velduitgangsinterfacecircuit. 5. Functionele modules Zoals tellen, positioneren en andere functionele modules. 6. Communicatiemodule  PLC-selectie en case-analyse Wanneer u een PLC selecteert, moet u de kenmerken van het proces en de besturingsvereisten in detail analyseren, de besturingstaken en reikwijdte verduidelijken, de vereiste bewerkingen en acties bepalen en vervolgens het aantal invoer- en uitvoerpunten, de vereiste geheugencapaciteit schatten en bepaal de functies van de PLC en de kenmerken van externe apparaten op basis van de besturingsvereisten. Selecteer ten slotte een PLC met een hogere prestatie-prijsverhouding en ontwerp een bijbehorend besturingssysteem. Hieronder lichten we de punten toe waar u op moet letten bij het kiezen van PLC: 1. Schatting van invoer- en uitvoerpunten (I/O).Bij het schatten van het aantal I/O-punten moet rekening worden gehouden met de juiste marge. Meestal wordt op basis van het statistische aantal input- en outputpunten een uitbreidbare marge van 10% tot 20% toegevoegd als geschatte gegevens voor het aantal input- en outputpunten. 2. Schatting van de geheugencapaciteit; geheugencapaciteit is de grootte van de hardwareopslageenheid die de programmeerbare controller zelf kan bieden, en programmacapaciteit is de grootte van de opslageenheid die door het gebruikerstoepassingsproject in het geheugen wordt gebruikt, dus de programmacapaciteit is kleiner dan de geheugencapaciteit. Om tijdens ontwerp en selectie een zekere inschatting te kunnen maken van de programmacapaciteit, wordt doorgaans ter vervanging de inschatting van de geheugencapaciteit gebruikt. Over het algemeen is dit 10 tot 15 keer het aantal digitale I/O-punten, plus 100 keer het aantal analoge I/O-punten, en dit aantal is het totale aantal woorden in het geheugen (16 bits is één woord). en nog eens 25% van dit aantal wordt als marge beschouwd.3. Selectie van besturingsfuncties; deze selectie omvat de selectie van kenmerken zoals berekeningsfunctie, besturingsfunctie, communicatiefunctie, programmeerfunctie, diagnostische functie en verwerkingssnelheid. (1) Bedieningsfunctie; de bedieningsfunctie van eenvoudige PLC omvat logische bediening, timing en telfunctie; de bedieningsfunctie van gewone PLC omvat ook dataverschuiving, vergelijking en andere bedieningsfuncties; complexere bedieningsfuncties omvatten algebraïsche bewerking, gegevensoverdracht, enz.; grote PLC heeft ook analoge PID-bediening en andere geavanceerde bedieningsfuncties. Met de opkomst van open systemen hebben PLC's nu communicatiefuncties. Sommige producten communiceren met lagere computers, sommige producten communiceren met dezelfde computer of hogere computer, en sommige producten hebben ook de functie van datacommunicatie met het fabrieks- of bedrijfsnetwerk. Bij het ontwerpen en selecteren moeten we uitgaan van de vereisten van de daadwerkelijke toepassing en redelijkerwijs de vereiste bedieningsfuncties selecteren. In de meeste toepassingen zijn alleen logische werking en timing- en telfuncties nodig. Sommige toepassingen vereisen gegevensoverdracht en vergelijking. Bij gebruik voor analoge detectie en regeling worden algebraïsche werking, numerieke conversie en PID-werking gebruikt. Decoderings- en coderingsbewerkingen zijn vereist om gegevens weer te geven. (2) Besturingsfuncties: Besturingsfuncties omvatten PID-besturingsoperaties, feedforward-compensatiebesturingsoperaties, verhoudingsbesturingsoperaties, enz., die moeten worden bepaald op basis van de besturingsvereisten. PLC wordt voornamelijk gebruikt voor sequentiële logische besturing. Daarom worden in de meeste gevallen vaak single-loop of multi-loop controllers gebruikt om analoge besturing op te lossen. Soms worden speciale intelligente invoer- en uitvoereenheden ook gebruikt om de vereiste besturingsfuncties te voltooien, de verwerkingssnelheid van PLC te verbeteren en geheugencapaciteit te besparen. Er worden bijvoorbeeld PID-regeleenheden, hogesnelheidstellers, analoge eenheden met snelheidscompensatie, ASC-codeconversie-eenheden, enz. gebruikt. (3) Communicatiefunctie: Grote en middelgrote PLC-systemen moeten een verscheidenheid aan veldbussen en standaard communicatieprotocollen (zoals TCP/IP) ondersteunen en moeten indien nodig verbinding kunnen maken met het fabrieksbeheernetwerk (TCP/IP). Het communicatieprotocol moet voldoen aan de ISO/IEEE-communicatienormen en moet een open communicatienetwerk zijn. De communicatie-interface van het PLC-systeem moet seriële en parallelle communicatie-interfaces (RS 232C/422A/485), RIO-communicatiepoort, industrieel Ethernet, gemeenschappelijke DCS-interface, enz. omvatten; de belangrijkste vormen van het communicatienetwerk van het PLC-systeem zijn de volgende: 1) PC is het masterstation en meerdere PLC's van hetzelfde model zijn slave-stations, die een eenvoudig PLC-netwerk vormen; 2) 1 PLC is het masterstation en andere PLC's van hetzelfde model zijn slave-stations, die een master-slave-PLC-netwerk vormen; 3) Het PLC-netwerk is via een specifieke netwerkinterface als subnet van het DCS verbonden met een groot DCS; 4) Speciaal PLC-netwerk (speciaal PLC-communicatienetwerk van elke fabrikant). Om de CPU-communicatietaak te verminderen, afhankelijk van de werkelijke behoeften van de netwerksamenstelling, moeten communicatieprocessors met verschillende communicatiefuncties (zoals point-to-point, veldbus, industrieel Ethernet) worden geselecteerd. (4) Programmeerfunctie; Offline programmeermodus: PLC en programmeur delen een CPU. Wanneer de programmeur zich in de programmeermodus bevindt, levert de CPU alleen diensten voor de programmeur en bestuurt hij niet de veldapparatuur. Nadat het programmeren is voltooid, schakelt de programmeur over naar de bedrijfsmodus en bestuurt de CPU de veldapparatuur en kan deze niet worden geprogrammeerd. Offline programmeren kan de systeemkosten verlagen, maar is lastig te gebruiken en te debuggen. Online programmeermodus: De CPU en programmeur hebben hun eigen CPU's. De host-CPU is verantwoordelijk voor de veldcontrole en wisselt binnen een scancyclus gegevens uit met de programmeur. De programmeur stuurt het online gecompileerde programma of de gegevens naar de host. In de volgende scancyclus draait de host volgens het nieuw ontvangen programma. Deze methode is duurder, maar het debuggen en bedienen van het systeem is handig en wordt vaak gebruikt in grote en middelgrote PLC's. (5) Diagnostische functieDe diagnostische functie van PLC omvat hardware- en softwarediagnose. Hardwarediagnose bepaalt de foutlocatie van hardware door middel van hardwarelogische beoordeling, en softwarediagnose is onderverdeeld in interne diagnose en externe diagnose. Diagnose van de interne prestaties en functie van PLC via software is interne diagnose, en diagnose van de informatie-uitwisselingsfunctie tussen PLC CPU en externe invoer- en uitvoercomponenten via software is externe diagnose.De kracht van de diagnostische functie van de PLC heeft rechtstreeks invloed op de technische capaciteiten die vereist zijn van operators en onderhoudspersoneel, en heeft invloed op de gemiddelde reparatietijd. (6) VerwerkingssnelheidPLC werkt in scanmodus. Vanuit het perspectief van real-time vereisten moet de verwerkingssnelheid zo snel mogelijk zijn. Als de signaalduur korter is dan de scantijd, kan de PLC het signaal niet scannen, waardoor signaalgegevens verloren gaan. De verwerkingssnelheid is gerelateerd aan de lengte van het gebruikersprogramma, de CPU-verwerkingssnelheid, de softwarekwaliteit, enz. Momenteel hebben de PLC-contacten een snelle respons en hoge snelheid. De uitvoeringstijd van elke binaire instructie bedraagt ongeveer 0,2 tot 0,4 ls, zodat deze zich kan aanpassen aan de toepassingsbehoeften met hoge controle-eisen en snelle responsvereisten. De scancyclus (processorscancyclus) moet aan de volgende vereisten voldoen: de scantijd van een kleine PLC is niet meer dan 0,5 ms/K; de scantijd van grote en middelgrote PLC's bedraagt niet meer dan 0,2 ms/K. 4. Modelselectie (1) Soorten PLCPLC is op basis van structuur onderverdeeld in twee categorieën: integraal type en modulair type. Het is onderverdeeld in twee categorieën, afhankelijk van de toepassingsomgeving: veldinstallatie en controlekamerinstallatie. Het is verdeeld in 1 bit, 4 bit, 8 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit, etc. afhankelijk van de CPU-woordlengte. Vanuit het oogpunt van de toepassing kan deze meestal worden geselecteerd op basis van de besturingsfunctie of de in- en uitgangspunten. De I/O-punten van integrale PLC zijn vast, waardoor gebruikers minder keuzeruimte hebben en worden gebruikt in kleine besturingssystemen; modulaire PLC biedt een verscheidenheid aan I/O-kaarten of insteekkaarten, zodat gebruikers de I/O-punten van het besturingssysteem redelijkerwijs kunnen selecteren en configureren. Functie-uitbreiding is handig en flexibel en wordt over het algemeen gebruikt in grote en middelgrote besturingssystemen. (2) Selectie van invoer- en uitvoermodules; de selectie van invoer- en uitvoermodules moet consistent zijn met de toepassingsvereisten. Voor ingangsmodules moet bijvoorbeeld rekening worden gehouden met toepassingsvereisten zoals signaalniveau, signaaloverdrachtsafstand, signaalisolatie en signaalvoedingsmethode. Bij uitgangsmodules moet rekening worden gehouden met het type uitgangsmodule dat moet worden geselecteerd. Over het algemeen hebben relaisuitgangsmodules de kenmerken van een lage prijs, een groot spanningsbereik, een korte levensduur en een lange responstijd; thyristoruitgangsmodules zijn geschikt voor veelvuldig schakelen en inductieve belastingsgevallen met een lage arbeidsfactor, maar ze zijn duurder en hebben een slechte overbelastingscapaciteit. Uitgangsmodules hebben ook een DC-uitgang, AC-uitgang en analoge uitgang, die consistent moeten zijn met de toepassingsvereisten. Afhankelijk van de toepassingsvereisten kunnen intelligente invoer- en uitvoermodules redelijkerwijs worden geselecteerd om het controleniveau te verbeteren en de toepassingskosten te verlagen. Overweeg of een uitbreidingsrack of een extern I/O-rack nodig is. (3) Keuze van de voedingDe voeding van PLC moet, naast het ontwerp en de selectie van PLC volgens de vereisten van de producthandleiding bij de introductie van apparatuur, de voeding van PLC worden ontworpen en geselecteerd volgens de vereisten van de producthandleiding. Over het algemeen moet de voeding van PLC worden ontworpen en geselecteerd met een voeding van 220VAC, die consistent is met de spanning van het binnenlandse elektriciteitsnet. Voor belangrijke toepassingen moet een ononderbroken voeding of een spanningsgestabiliseerde voeding worden gebruikt. Als de PLC zelf over een bruikbare voeding beschikt, moet worden gecontroleerd of de geleverde stroom voldoet aan de toepassingseisen, anders moet een externe voeding worden ontworpen. Om te voorkomen dat de externe hoogspanningsvoeding door een verkeerde werking in de PLC wordt geïntroduceerd, is het noodzakelijk om de ingangs- en uitgangssignalen te isoleren, en soms kan voor de isolatie een eenvoudige diode of zekeringbuis worden gebruikt. (4) Geheugenselectie: als gevolg van de ontwikkeling van computergeïntegreerde chiptechnologie is de prijs van geheugen gedaald. Om de normale werking van het applicatieproject te garanderen, moet de PLC-geheugencapaciteit daarom doorgaans minimaal 8K geheugen bedragen volgens 256 I/O-punten. Wanneer complexe besturingsfuncties vereist zijn, moet een grotere capaciteit en een hoger geheugen worden geselecteerd. (5) Economische overwegingenBij het kiezen van een PLC moet u rekening houden met de prestatie-prijsverhouding. Wanneer u economische efficiëntie overweegt, moet u ook rekening houden met factoren als de schaalbaarheid, bruikbaarheid en input-outputverhouding van de applicatie, vergelijkingen maken en daar rekening mee houden, en uiteindelijk een bevredigender product selecteren.Het aantal input- en outputpunten heeft een directe impact op de prijs. Elke extra invoer- en uitvoerkaart verhoogt de kosten. Wanneer het aantal punten tot een bepaalde waarde stijgt, zal de bijbehorende geheugencapaciteit, rack, moederbord etc. ook overeenkomstig toenemen. Daarom heeft de toename van het aantal punten invloed op de selectie van CPU, geheugencapaciteit, bereik van de besturingsfuncties, enz. Er moet tijdens de schatting en selectie volledig rekening mee worden gehouden om ervoor te zorgen dat het hele besturingssysteem een redelijkere prestatieprijs heeft. verhouding.