想配置一个PLC、触摸屏实验平台,都需要买些什么东西,对于这个问题我们首先要搞清楚PLC相关控制内容。从大的方面可以分为:(1)顺序控制,(2)过程控制,(3)运动控制,(4)通信控制。
顺序控制
顺序控制通常是对一些开关量的控制如按钮、限位开关等输入内容以及指示灯、中间继电器等输出内容,这里主要针对是逻辑控制,它是我们PLC的基本控制内容。可以说是在传统继电器系统发展起来的,因此这里我们实验平台需要的东西有:
1、输入相关器件
常见的是按钮开关一类的,而且形式是多种多样的有旋转按钮、复位按钮、急停开关,脚踏开关。除此之外就是限位开关一类的有行程开关、接近开关,行程开关是靠机械位置进行闭合多为两线制,接近开关是靠感应位置进行闭合,有两线制和三线制(NPN型和PNP型)的常闭或者常开类型,它们一般用在设备上的极限位置。
2、输出相关器件
输出的内容比较多,PLC般不能与控制外围设备直接进行连接,需要通过中间继电器、接触器的形式进行控制,常见的控制对象有三相异步电机、各种电磁阀包括水阀、气阀的。PLC的输出类型一般分为晶体管和继电器类型,晶体管可以驱动直流负载开关频率很高经常控制脉冲输出,继电器可以驱动任何形式的负载,只不过开关频率有一点的限制,可直接驱动一些交流负载如接触器。
3、小结
这部分的学习内容是比较基础的也是我们常见的低压元器件,我们以控制三相异步电机的启保停、正反转、通电断电延时为例建实验平台,主要有按钮、中间继电器、接触器、小功率的三相异步电机,最好能够搭建一个机械的移动平台(电机连接丝杆),可以增加行程开关或者接近开关进行限制。
过程控制过程控制主要针对的是模拟量,它的控制对象多为一些仪器仪表之类的传感器和驱动器,比如温度传感、流量传感器、压力传感器以及我们变频器、伺服驱动器中的模拟量控制等。在PLC的控制系统中,常见的模拟量信号有0~10V和0(4)~20ma两种,输入信号是参数的反馈或信号采集比如温度转速显示通过PLC的AD模块完成,输出信号多为控制信号为给定源通过DA模块完成。
1、模拟量输入
在实际应用当中,它一般是设备运行状态检测、闭环控制的反馈信息比如恒温控制、变频器控制水泵恒压供水。在PLC系统中是不能直接处理模拟量的,必须先通过AD模块把模拟量转换为数字量才能在控制器里进行数据处理。我们要在触摸屏实时显示电机的转速、输出电压、输出电流等信号,就可以通过模拟量的采集进行转换得到。
2、模拟量输出
它刚好与模拟量输入相反,在PLC的系统中通过DA模块输出控制信号,比如我们想要电机以40Hz频率旋转,控制气缸的压力为0.5MPa,它属于给定信号,实际的设备输出可能与我们给定的有差距。
3、小结
这部分内容在我们工控中很常见,不在是ON或者OFF两种状态,而是一系列连续变化量的过程控制。学习内容除了PLC编程外,还需要了解传感器的相关内容尤其模拟量与数字量的转换关系。这块我推荐变频器的模拟量控制,它不仅可以输入控制频率大小,同时也具有模拟量输出接口。再一个就是温度信号采集,比如工控在常用的PT100,使用的电源是24v,不能直接接AD模块,必须通过一般变送器转换为标准的信号。
运动控制运动控制主要指定位功能,通过脉冲形式进行输入或者输出,由于这些脉冲的开关频率都很高,所以在PLC中称之为高速输入和高速输出,采用的是中断功能区别于普通的IO。在小型机的PLC中高速信号的输入输出都是有限制的,端口也是指定的,比如几组通道的脉冲输入,支持三轴或者五轴控制就是几个脉冲输出口。
1、高速输入
利用PLC中的高速计数器完成对脉冲信号的采集进行定位,常见的装置为编码器安装在电机轴上或者丝杆上,它不仅能够采集到电机的位置信号,也能对转速进行检测,使用AB两相脉冲信号更能对旋转方向进行确认。在一些精度要求不高的地方,可采用接近开关进行脉冲采集,结构原理与编码器是一样的,只不过它的分辨率、信号采集频率都很低。
2、高速输出
主要针对步进电机、伺服电机,利用脉冲+方向的形式来控制,这里就要去PLC的输出类型为晶体管,脉冲的数量决定电机的旋转角度(移动距离),脉冲频率则控制着电机转速。在PLC中有专门的运行控制指令来输出我们需要的脉冲,比如原点回归、相对定位、绝对定位指令。灵活的使用这些指令对设备中的定位功能很有帮助。
3、小结
这部分的内容是一个重点,我们的实验平台至少有步进驱动系统或者伺服驱动系统同时要建立一个移动平台,步进电机的控制要增加一个编码器进行位置信号的反馈。一方面要认识机械机构的原理就是旋转量转为为直线移动的,脉冲与实际距离的关系,减速机、丝杆螺纹距离、齿轮比等,另一方面则运动控制指令的学习,相对位置和绝对位置的差异。
通信量最后要说的就是通信部分,这块对于新手来讲是难点特别是PLC程序编写这块,涉及到通信协议,接线这块也是有232、422、485接口,不同硬件的通信口、通信协议内容可能不一样。这里我推荐学习MODBUS,它是我们平常工控中最常见的,支持最多、最基础的一种协议。比如变频器的通信控制,在一些小型、经济性、通用性的变频器中都会看到MODBUS通信。在PLC侧有的基本单元不具备如RS45接口,这时候就需要额外的通信模块。实验平台除了变频器,还可以有支持通信的传感器如温控器等。
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首先要弄一个想要学习的plc,推荐西门子smart系列的小型plc,其他如三菱、欧姆龙或者台达的都可以,容量选择可以根据自己的需求,实验用的一般建议用标准版的最小系统。如西门子smart ST20。如果需要模拟量的实验就需要配置模拟量的模块。模拟量模块选择集成输入和输出的模拟量扩展模块。
其次是触摸屏的选择,如果条件允许,选择与plc配套的触摸屏,如西门子smart plc选择smart line v3 触摸屏,也可以选择国产系列的,注意通讯接口的选择。
第三是plc外部元器件的选择,数字量输入输出选择按钮、接近开关、指示灯、继电器,模拟量的选择信号发生器和万用表等。
第四是功能试验的实现,如PID、变频器、伺服、通讯等。实现PID控制就要用到调节阀和调节量,比如调节压力,流量,温度等。变频器或伺服的控制,需要用到相应的硬件,如变频器(伺服)、电机等,通讯可以使plc之间的通讯,也可以是plc与变频器(伺服)的通讯,这些实验设备成本比较高,根据自己的需要和经济条件决定。一些功能也可以通过软件模拟的形式实现。
最后说一下实验台总归是实验台,不能代表实际的工况,实验就是为了学习功能的实现,把学习的知识运用到实践,在实践中提高自己的水平。试验台不是万能的,实际工况也是千遍万化的,实践才是检验学习成果的唯一途径,实验是学习的过程,因此对于实验台不能要求完美,实现基本的功能即可,主要目的是学习plc编程。