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PLC的硬件組成

作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2019-03-31

PLC的硬件主要由中央處理器(CPU)、存儲(chu) 器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口電源等部分組成。其中,CPU是PLC的核心,輸入單元與(yu) 輸出單元是連接現場輸入/輸出設備與(yu) CPU之間的接口電路,通信接口用於(yu) 與(yu) 編程器、上位計算機等外設連接。

對於(yu) 整體(ti) 式PLC,所有部件都裝在同一機殼內(nei) ,其組成框圖如圖1所示;對於(yu) 模塊式PLC,各部件獨立封裝成模塊,各模塊通過總線連接,安裝在機架或導軌上,其組成框圖如圖2所示。無論是哪種結構類型的PLC,都可根據用戶需要進行配置與(yu) 組合。

整體(ti) 

圖1  整體(ti) 式PLC組成框圖

模塊式PLC組成框圖 

圖2  模塊式PLC組成框圖

盡管整體(ti) 式與(yu) 模塊式PLC的結構不太一樣,但各部分的功能作用是相同的,下麵對PLC主要組成各部分進行簡單介紹。

    1.中央處理單元(CPU)

    同一般的微機一樣,CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU 隨機型不同而不同,常用有三類:通用微處理器(如Z80、8086、80286等)、單片微處理器(如8031、8096等)和位片式微處理器(如AMD29W等) 。小型PLC大多采用8位通用微處理器和單片微處理器;中型PLC大多采用16位通用微處理器或單片微處理器;大型PLC大多采用高速位片式微處理器。

    目前,小型PLC為(wei) 單CPU係統,而中、大型PLC則大多為(wei) 雙CPU係統,甚至有些PLC中多達8 個(ge) CPU。對於(yu) 雙CPU係統,一般一個(ge) 為(wei) 字處理器,一般采用8位或16位處理器;另一個(ge) 為(wei) 位處理器,采用由各廠家設計製造的專(zhuan) 用芯片。字處理器為(wei) 主處理器,用於(yu) 執行編程器接口功能,監視內(nei) 部定時器,監視掃描時間,處理字節指令以及對係統總線和位處理器進行控製等。位處理器為(wei) 從(cong) 處理器,主要用於(yu) 處理位操作指令和實現PLC編程語言向機器語言的轉換。位處理器的采用,提高了PLC的速度,使PLC更好地滿足實時控製要求。

    在PLC中CPU按係統程序賦予的功能,指揮PLC有條不紊地進行工作,歸納起來主要有以下幾個(ge) 方麵:

1)       接收從(cong) 編程器輸入的用戶程序和數據。

2)       診斷電源、PLC內(nei) 部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等。

3)       通過輸入接口接收現場的狀態或數據,並存入輸入映象寄有器或數據寄存器中。

4)       從(cong) 存儲(chu) 器逐條讀取用戶程序,經過解釋後執行。

5)       根據執行的結果,更新有關(guan) 標誌位的狀態和輸出映象寄存器的內(nei) 容,通過輸出單元實現輸出控製。有些PLC還具有製表打印或數據通信等功能。

    2.存儲(chu) 器

    存儲(chu) 器主要有兩(liang) 種:一種是可讀/寫(xie) 操作的隨機存儲(chu) 器RAM,另一種是隻讀存儲(chu) 器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。在PLC中,存儲(chu) 器主要用於(yu) 存放係統程序、用戶程序及工作數據。

    係統程序是由PLC 的製造廠家編寫(xie) 的,和PLC的硬件組成有關(guan) ,完成係統診斷、命令解釋、功能子程序調用管理、邏輯運算、通信及各種參數設定等功能,提供PLC運行的平台。係統程序關(guan) 係到PLC的性能,而且在PLC使用過程中不會(hui) 變動,所以是由製造廠家直接固化在隻讀存儲(chu) 器ROM、PROM或EPROM中,用戶不能訪問和修改。

    用戶程序是隨PLC的控製對象而定的,由用戶根據對象生產(chan) 工藝的控製要求而編製的應用程序。為(wei) 了便於(yu) 讀出、檢查和修改,用戶程序一般存於(yu) CMOS靜態RAM中,用鋰電池作為(wei) 後備電源,以保證掉電時不會(hui) 丟(diu) 失信息。為(wei) 了防止幹擾對RAM中程序的破壞,當用戶程序經過運行正常,不需要改變,可將其固化在隻讀存儲(chu) 器EPROM中。現在有許多PLC直接采用EEPROM作為(wei) 用戶存儲(chu) 器。

工作數據是PLC運行過程中經常變化、經常存取的一些數據。存放在RAM中,以適應隨機存取的要求。在PLC的工作數據存儲(chu) 器中,設有存放輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數器等邏輯器件的存儲(chu) 區,這些器件的狀態都是由用戶程序的初始設置和運行情況而確定的。根據需要,部分數據在掉電時用後備電池維持其現有的狀態,這部分在掉電時可保存數據的存儲(chu) 區域稱為(wei) 保持數據區。

由於(yu) 係統程序及工作數據與(yu) 用戶無直接聯係,所以在PLC 產(chan) 品樣本或使用手冊(ce) 中所列存儲(chu) 器的形式及容量是指用戶程序存儲(chu) 器。當PLC提供的用戶存儲(chu) 器容量不夠用,許多PLC還提供有存儲(chu) 器擴展功能。

    3.輸入/輸出單元

    輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊,是PLC與(yu) 工業(ye) 生產(chan) 現場之間的連接部件。 PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數據,以這些數據作為(wei) PLC對被控製對象進行控製的依據;同時PLC又通過輸出接口將處理結果送給被控製對象,以實現控製目的。

由於(yu) 外部輸入設備和輸出設備所需的信號電平是多種多樣的,而PLC內(nei) 部CPU的處理的信息隻能是標準電平,所以I/O接口要實現這種轉換。I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能,以提高PLC的抗幹擾能力。另外,I/O接口上通常還有狀態指示,工作狀況直觀,便於(yu) 維護。

PLC提供了多種操作電平和驅動能力的I/O接口,有各種各樣功能的I/O接口供用戶選用。I/O接口的主要類型有:數字量(開關(guan) 量)輸入、數字量(開關(guan) 量)輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。

常用的開關(guan) 量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型:直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口,其基本原理電路如圖3所示。

plc開關(guan) 

圖3  開關(guan) 量輸入接口

a)直流輸入   b)交流輸入   c)交/直流輸入

常用的開關(guan) 量輸出接口按輸出開關(guan) 器件不同有三種類型:是繼電器輸出、晶體(ti) 管輸出和雙向晶閘管輸出,其基本原理電路如圖4所示。繼電器輸出接口可驅動交流或直流負載,但其響應時間長,動作頻率低;而晶體(ti) 管輸出和雙向晶閘管輸出接口的響應速度快,動作頻率高,但前者隻能用於(yu) 驅動直流負載,後者隻能用於(yu) 交流負載。

plc開關(guan) 

圖4  開關(guan) 量輸出接口

a)繼電器輸出   b)晶體(ti) 管輸出   c)晶閘管輸出

     PLC的I/O接口所能接受的輸入信號個(ge) 數和輸出信號個(ge) 數稱為(wei) PLC輸入/ 輸出(I/O)點數。I/O點數是選擇PLC的重要依據之一。當係統的I/O點數不夠時,可通過PLC的I/O擴展接口對係統進行擴展。

    4.通信接口

    PLC配有各種通信接口,這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過這些通信接口可與(yu) 監視器、打印機、其它PLC、計算機等設備實現通信。PLC與(yu) 打印機連接,可將過程信息、係統參數等輸出打印;與(yu) 監視器連接,可將控製過程圖像顯示出來;與(yu) 其它PLC連接,可組成多機係統或連成網絡,實現更大規模控製。 與(yu) 計算機連接,可組成多級分布式控製係統,實現控製與(yu) 管理相結合。

遠程I/O係統也必須配備相應的通信接口模塊。

5.智能接口模塊

智能接口模塊是一獨立的計算機係統,它有自己的CPU、係統程序、存儲(chu) 器以及與(yu) PLC係統總線相連的接口。它作為(wei) PLC係統的一個(ge) 模塊,通過總線與(yu) PLC相連,進行數據交換,並在PLC的協調管理下獨立地進行工作。

PLC的智能接口模塊種類很多,如:高速計數模塊、閉環控製模塊、運動控製模塊、中斷控製模塊等。

6.編程裝置

編程裝置的作用是編輯、調試、輸入用戶程序,也可在線監控PLC內(nei) 部狀態和參數,與(yu) PLC進行人機對話。它是開發、應用、維護PLC不可缺少的工具。編程裝置可以是專(zhuan) 用編程器,也可以是配有專(zhuan) 用編程軟件包的通用計算機係統。專(zhuan) 用編程器是由PLC廠家生產(chan) ,專(zhuan) 供該廠家生產(chan) 的某些PLC產(chan) 品使用,它主要由鍵盤、顯示器和外存儲(chu) 器接插口等部件組成。專(zhuan) 用編程器有簡易編程器和智能編程器兩(liang) 類。

簡易型編程器隻能聯機編程,而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序,需將梯形圖程序轉化為(wei) 指令表程序才能輸入。簡易編程器體(ti) 積小、價(jia) 格便宜,它可以直接插在PLC的編程插座上,或者用專(zhuan) 用電纜與(yu) PLC相連,以方便編程和調試。有些簡易編程器帶有存儲(chu) 盒,可用來儲(chu) 存用戶程序,如三菱的FX-20P-E簡易編程器。

智能編程器又稱圖形編程器,本質上它是一台專(zhuan) 用便攜式計算機,如三菱的GP-80FX-E智能型編程器。它既可聯機編程,又可脫機編程。可直接輸入和編輯梯形圖程序,使用更加直觀、方便,但價(jia) 格較高,操作也比較複雜。大多數智能編程器帶有磁盤驅動器,提供錄音機接口和打印機接口。

專(zhuan) 用編程器隻能對指定廠家的幾種PLC進行編程,使用範圍有限,價(jia) 格較高。同時,由於(yu) PLC產(chan) 品不斷更新換代,所以專(zhuan) 用編程器的生命周期也十分有限。因此,現在的趨勢是使用以個(ge) 人計算機為(wei) 基礎的編程裝置,用戶隻要購買(mai) PLC廠家提供的編程軟件和相應的硬件接口裝置。這樣,用戶隻用較少的投資即可得到高性能的PLC程序開發係統。

基於(yu) 個(ge) 人計算機的程序開發係統功能強大。它既可以編製、修改PLC的梯形圖程序,又可以監視係統運行、打印文件、係統仿真等。配上相應的軟件還可實現數據采集和分析等許多功能。

    7.電源

    PLC配有開關(guan) 電源,以供內(nei) 部電路使用。與(yu) 普通電源相比,PLC電源的穩定性好、抗幹擾能力強。對電網提供的電源穩定度要求不高,一般允許電源電壓在其額定值±15% 的範圍內(nei) 波動。許多PLC還向外提供直流24V穩壓電源,用於(yu) 對外部傳(chuan) 感器供電。

    8.其它外部設備

除了以上所述的部件和設備外,PLC還有許多外部設備,如EPROM寫(xie) 入器、外存儲(chu) 器、人/機接口裝置等。

EPROM寫(xie) 入器是用來將用戶程序固化到EPROM存儲(chu) 器中的一種PLC外部設備。為(wei) 了使調試好用戶程序不易丟(diu) 失,經常用EPROM寫(xie) 入器將PLC內(nei) RAM保存到EPROM中。

PLC內(nei) 部的半導體(ti) 存儲(chu) 器稱為(wei) 內(nei) 存儲(chu) 器。有時可用外部的磁帶、磁盤和用半導體(ti) 存儲(chu) 器作成的存儲(chu) 盒等來存儲(chu) PLC的用戶程序,這些存儲(chu) 器件稱為(wei) 外存儲(chu) 器。外存儲(chu) 器一般是通過編程器或其它智能模塊提供的接口,實現與(yu) 內(nei) 存儲(chu) 器之間相互傳(chuan) 送用戶程序。

人/機接口裝置是用來實現操作人員與(yu) PLC控製係統的對話。最簡單、最普遍的人/機接口裝置由安裝在控製台上的按鈕、轉換開關(guan) 、撥碼開關(guan) 、指示燈、LED顯示器、聲光報警器等器件構成。對於(yu) PLC係統,還可采用半智能型CRT人/機接口裝置和智能型終端人/機接口裝置。半智能型CRT人/機接口裝置可長期安裝在控製台上,通過通信接口接收來自PLC的信息並在CRT上顯示出來;而智能型終端人/機接口裝置有自己的微處理器和存儲(chu) 器,能夠與(yu) 操作人員快速交換信息,並通過通信接口與(yu) PLC相連,也可作為(wei) 獨立的節點接入PLC網絡。

Tags:PLC的硬件,plc  
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