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PLC对继电器控制系统的仿真原理
来源:艾特贸易2017-06-04
简介开辟 I/O 映像区,用存储程序控制替代接线程序控制,开创了 PLC 应用于包括水力发电生产在内的所有工业控制领域的新纪元。 1 .模拟继电器控制的编程方法 在一个电气控制电路整体
开辟I/O映像区,用存储程序控制替代接线程序控制,开创了PLC应用于包括水力发电生产在内的所有工业控制领域的新纪元。 1.模拟继电器控制的编程方法 在一个电气控制电路整体方案中,根据任务与功能的不同可明显分出主电路(完成主攻任务的那部分电路,表象是大电流)和辅助电路(完成控制、保护、信号等任务的那些电路,表象是小电流),辅助电路又可分为控制电路、保护电路、信号电路等。务必注意:PLC用内部的“软继电器”或称“虚拟继电器”替代辅助电路中的起控制、保护、信号作用的那些继电器,达到节能降耗的目标,而主电路部分基本保持不变并继续使用已有的继电器。 由控制、保护、信号等辅助电路构成的电气控制系统可以分解为输入、逻辑控制、输出三个组成部分,如图1-10所示。 输入部分由电路中各种输入设备(如控制按钮、操作开关、位置开关、传感器)和全部输入信号构成,这些输入信号来自被控对象上的各种开关量信息及人工指令。 逻辑控制部分是按照控制要求设计的,由主令开关、继电器、接触器等电器及其触点用导线连成具有一定逻辑功能的控制电路,各电器触点之间以固定的方式接线,其控制逻辑就编制在硬接线中,这种固化的程序不能灵活变更,运用PLC将予以克服。 输出部分是由各种输出设备,如接触器、电磁阀、指示灯等执行元件组成的。 PLC控制系统的基本组成也大致分为输入、逻辑控制、输出三部分,这与继电器控制系统极为相似,如图1-11所示。其输入、输出部分与继电器控制系统的大致相同,所不同的是PLC中输入、输出部分多了输入、输出模块,增加了光耦合、电平转换、功率放大等功能。PLC的逻辑部分由微处理器、存储器组成,由软件替代继电器构成控制、保护与信号电路,实现“软接线”或“虚拟接线”,可以灵活编程,这是PLC节能降耗之外的又一闪光点。 从控制方式、控制速度、延时控制三个方面比较一下可编程序控制系统与电气控制系统。 (1)控制方式。继电器控制系统是采用“硬接线”实现的,是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形成控制逻辑,只能完成既定的逻辑控制;PLC采用存储逻辑,其控制逻辑是以程序方式存储在内存中,要改变控制逻辑,只需改变程序即可,称“软接线”或“虚拟接线”。 图1-10 继电器控制系统的组成
图1-11 PLC控制系统的组成 (2)控制速度。继电器控制系统逻辑是依靠触点的机械动作实现控制的,工作频率低,为毫秒级,机械触点有抖动现象;PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的,速度快,达微秒级,严格同步且无抖动。 (3)延时控制。继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制的,而时间继电器定时精度不高,受环境影响大,调整时间困难;PLC用半导体集成电路作定时器,时钟脉冲由晶体振荡器产生,精度高、调整时间方便,不受环境影响。 总之,PLC控制系统节能降耗、控制逻辑变化灵活,还具有数值运算及过程控制等复杂的控制功能,是对电气控制系统的崭新超越。 2.接线程序控制、存储程序控制与建立PLC的I/O映像区 接线程序控制就是按接线的程序反复不断地依次检查各个输入开关的状态,根据接线的程序把结果赋值给输出。 1946年,由具有“计算机之父”之称的美籍匈牙利数学家冯·诺依曼( Neuman,John von,1903~1957年)提出“存储程序控制”原理,其基本内容是:①采用二进制形式表示数据和指令;②将程序(数据和指令序列)预先存放在主存储器中,使机器在工作时能够自动高速地从存储器中取出指令并加以执行;③由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大基本部件组成计算机系统,并规定了这五大部件的基本功能。 上述冯·诺依曼思想实际上是电子计算机设计的基本思想,奠定了现代电子计算机的基本结构和工作方式,开创了程序设计的新时代。 PLC的工作原理与接线程序控制十分相近,所不同的是PLC的控制由和计算机一样的“存储程序”来实现。首先在PLC存储器内开辟I/O映像区,I/O映像区的大小与系统控制的规模有关。对于系统的每一个输入点总有输入映像区的某一位与之对应,对于系统的每一个输出点总有输出映像区的某一位与之对应;系统的输入、输出点的编址号与I/O映像区的映像寄存器地址号相对应。 PLC工作时,将采集到的输入信号状态存放在输入映像区对应的位上,将执行用户程序的运算结果存放到输出映像区对应的位上。PLC在执行用户程序时所需“输入继电器”、“输出继电器”的数据取自于I/O映像区,而不直接与外部设备发生关系。I/O映像区的建立,使PLC工作时只和内存有关地址单元内所存的信息状态发生关系,而系统输出也是只给内存某一地址单元设定一个状态。这样不仅加速了程序执行速度,而且还使CPU控制系统与外界隔离开来,提高了CPU的抗干扰能力。同时,控制系统远离实际被控对象,为PLC硬件标准化生产创造了条件。
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