PLC的基本硬件结构_PLC入门

PLC的基本硬件结构

点击数：7212 次录入时间：03-04 11:42:34 整理：http://www.55dianzi.com PLC入门

一般讲，PLC分为箱体式和模组式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模组式PLC，有CPU模组、I/O模组、内存、电源模组、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC的基本结构框图如下：
硬件结构 可编程逻辑控制器硬件构成可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，是一种具有微处理机的数位电子设备，可以将控制指令随时加载内存内储存与执行。可编程控制器由内部CPU，指令及资料内存、输入输出单元、电源模组、数位类比...等单元所模组化组合成.
中央处理单元PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程式赋予的功能接收并存贮用户程式和资料，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或资料，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程式存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，与通用电脑一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的资料、控制及状态总线构成，还有周边芯片、总线界面及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程式及资料，是PLC不可缺少的组成单元。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。CPU的运算器用于进行数位或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU的暂存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU模组的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模组总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线界面，用于接I/O范本或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模组上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。PLC的CPU内部包含CU、ALU、暂存器三大部分：CU：(控制单元-指令解码器) 负责将储存在内存内的程式解码成控制信号，用以决定各单元模组的工作状态，是PLC的指挥部。ALU：(算数及逻辑运算单元)专门负责做加减乘除的算术运算及AND、OR、NOT逻辑运算暂存器：CPU内部内存可以暂时存放运算的结果，等待下一次运算。本文来自PLC资料网http://www.55dianzi.com
内存PLC内部存放撰写完成编辑的程式指令及资料的地方，通常也可使用RAM或EEPROM等专用内存卡片方式扩充(但扩充能力得依各厂牌与型号有所不同)。输入/输出单元(IO单元) PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模组与外界联系的，按I/O点数确定模组规格及数量，I/O模组可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模组集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入单元是用来连结撷取输入元件的信号动作并透过内部总线将资料送进内存由CPU处理驱动程式指令部分。PLC输入模组PLC系统的架构和输入模组产品的选择端视需要被监测的输入讯号位准而定。来自不同类型被监测的传感器与流程控制之变量讯号，可以涵盖从±10mV至±10V的输入讯号范围。输出单元是用来驱动外部负载的接口，主要原理是由CPU处理以书写在PLC里的程式指令，判断驱动输出单元在进而控制外部负载，如指示灯、电磁接触器、继电器、气(油)压阀等。PLC输出模组在工业环境中用来控制制动器、气阀及马达等的PLC系统类比输出范围包括±5V、±10V、0V到5V、0V到10V、4到20mA、或0到20mA等。 AD/DA 类比/数位单元(类比数位转换控制)AD-类比讯号转数位讯号：主要是把外部微电压微电流以及0与1的资料，透过专用模组接面接收，再以专用指令转换运算给程式运用。DA-数位讯号转类比讯号：主要是把PLC内部数学数值及专用指令以CPU做运算，并透过专用模组将数学数值转微电压微电流信号再加以控制外部设备，如变频器、温控器等包含其他具有数位类比收送的接口设备。通常在使用AD/DA模组时都会去考虑到设备的分辨率，因为分辨率会影响到精准度，所以我门通常会选用高分辨率的设备使用，并遵照期线性比例做数学运算。 电源模组有些PLC中的电源，是与CPU模组合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模组的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。通讯现在PLC大多具有可扩充通信网络模组的功能，简单的PLC以BUS缆线或RS-232方式通讯连结，较高阶的PLC会采用USB或以太网路方式做通讯连结。它使PLC与PLC 之间、PLC与个人电脑以及其他智慧设备之间能够交换资讯，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信网络功能，它和电脑一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换资讯。当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与电脑之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协定靠近，这将使不同机型的PLC之间、PLC与电脑之间可以方便地进行通讯与网络。PLC的外部设备外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类 编程设备有简易编程器和智慧图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。监控设备资料监视器和图形监视器。直接监视资料或通过画面监视资料。存储设备有存储卡、存储磁带、软碟或只读内存，用于永久性地存储用户资料，使用户程式不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。 输入输出设备用于接收信号或输出信号，一般有条码读入器，输入模拟量的电位器，打印机等。 PLC内主要元件PLC利用内部内存，规划许多顺序控制程式上常会使用到的元件，这些元件包括: 输入继电器、输出继电器、补助继电器、计数器、计时器、资料暂存器等主要元件，各元件功能与使用方法，说明如下：输入接点(input)与输出接点(Output)

用于PLC与外部元件之间的状态传送。可连接外部器件，及按钮开关、选择开关、光电开关、数字开关等，使用过大电流将会造成内部接点元件损坏。
PLC输出（Yn）与输入(Xn)之继电器对应至实际输出与输入之接点状态，由PLC内部之记体来记忆，在每回程式执行完毕后，PLC会将运算结果后内存之值（0 或1）反应至输出接点Yn（ON或OFF）；接着扫描输入接点Xn之状态，并更新所有输入点内存内之值，以备下一回程式执行使用。
输入点Xn与输出点Yn可当作一虚拟继电器的接点，因此可作常开接点(-| |-)与常闭接点(-|/|-)处理，每个输出点Yn(-( )-)只能使用在程序一次(步进指令STL+RET例外)，但如作为接点，则可在程式设计的程序中无限使用。
以上为三菱PLC标记方式，其中n 代表接点之编号，接点编号方式各厂牌不同，有些PLC采八进制而非惯用之十进制。内部继电器(M)
1. PLC内部提供很多补助继电器（通常以M或者R表示），用来取代传统顺序控制中的继电器。传统继电器包括接点与线圈二部份，但实际上PLC是以内存来记忆补助继电器之状态，若线圈被驱动则将1 写入，否则将0 写入。接点之运算则直接读自所对应之内存值（0 或1），其但原理与传统继电器相同，只有持续输出电源或采用自我保持设计，才可保持继电器的ON(1)状态，如果切断PLC的电源，或者对PLC进行复归，内部继电器都将断开OFF，除非是停电保持形态之内部继电器。
2. 补助继电器可分为一般型与停电保持型，差别在系统重新启动或断电后，停电保持型会记忆启动或断电前之状态。
3. 依各厂生产型别，尚可能有网络继电器(B)、步进继电器(S)...等特殊型态。
  
  计数器(Counter)
1. 计数器在程式中被用来计算重复动作的次数。
2. 每一个计数器Cn 有一个位元内存位址代表其接点状态，另有一字符暂存器用来记录目前所计数之大小。
3. 一般PLC的计数器计数方式可分为上数或下数方式，有的计数器则同时具有上数与下数方式。上数指的是由小往大数(如:1,2,3...)，下数指的是由大的往小数(如:9,8,7...)。因此首先要了解所使用之计数器到底是上数或下数。
4. 一般PLC中的计数器并非真有硬件计数器存在，而是以内存配合软件的模拟方式来完成计数等功能。但有的PLC具有高速计数器，则是以实际的硬件来完成所需的高速计数工作。顺序控制使用一般计数器即可，但若输入讯号为高速脉波，则须改采高速计数器。
5. 有的PLC为避免意外停电后计数器计数值的遗失，也提供部份计数器具有停电后保持计数值与接点状况之功能。
计时器(Timer)
1. 计时器用来计算动作的时间长短。
2. 每一个计时器Tn 有一个内存位址记忆其接点状态，另有一暂存器用来记录目前所计时之次数。每单位计时时间乘上计时次数，代表所计时之时间长短。
3. 一般型计时器按其接点动作方式可分为“启动延迟型”或“断电延迟型”二种
4. 另有一积算型计时器，在输入讯号消失或停电后，计时器内之资料会被保存。因此积算型计器内之资料在每一次重新计时动作前，应先予以归零。
- “启动延迟型”计时器:在启动讯号输入后开始计时，等到计时终了才启动计时线圈与接点；
- “断电延迟型”计时器:则在启动讯号输入后，除了开始计时，并启动计时线圈与接点，等到计时终了才将计时线圈与接点关闭。
资料暂存器(Data)
1. 资料暂存器（Dn）用来储存字符组之数值或字符资料。
2. 其资料型态使用二进制符号，数据用O与1表示。每个暂存器使用16位元储存，但是如果使用二个资料暂存器，则可处理32位元的数据。
3. 数值存入后其内容会一直保持，直到新数据送入或程式停止运转才清除归零。
4. 依其功能可分为一般用、停电保持用、特殊用、档案暂存用四种。
- - 一般与停电保持用资料暂存器用来暂存程式中之运算值；特殊用资料暂存器用来控制或监视PLC 内部各项要素；档案暂存资料暂存器用来读入周边装置资料。