第二講-PLC的硬件組成和結(jié)構(gòu)分解

其次講可編程限制器的工作原理一.

基本結(jié)構(gòu)二.

工作原理三.

輸入/輸出設(shè)備四.輸入/輸出模塊（重點(diǎn)）一.基本結(jié)構(gòu)PLC接受了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出、電源及其他外圍設(shè)備接口等部分構(gòu)成。

1.中心處理器(CPU)

?組成中心處理器(CPU)一般由限制電路、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路一般都集成在一個(gè)芯片上。CPU通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線和限制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出(I／0)接口電路相連接。?作用CPU的主要作用是限制整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一樣地運(yùn)行。它說(shuō)明并執(zhí)行用戶及系統(tǒng)程序并通過(guò)運(yùn)行用戶及系統(tǒng)程序完成全部限制、處理、通信以及所賜予的其他功能。?性能指標(biāo)字長(zhǎng):4.8,16,32,64位運(yùn)行速度:PC機(jī)為億條指令/秒;PLC為百萬(wàn)條指令/秒或us/條?分類

常用的CPU接受通用微處理器、單片機(jī)和雙極型位片機(jī),也可以運(yùn)用若干個(gè)微處理器芯片，接受分割限制任務(wù)的方法，實(shí)現(xiàn)多機(jī)處理。

通用微處理器常用的有Intel8085，M6800和Intel8086等。單片機(jī)常用的有803l，8051，8039和8049等。雙極型位片機(jī)常用的有AM2900，ANn901和AM2903等。?PLC典型型號(hào)

S7-300CPU的型號(hào)：312/313/314/315/316/318等若帶IFM或C的為集成式CPUS7-200CPU的型號(hào):221/222/224/226

三菱的FX系列：FX1s/1n/2n2.存儲(chǔ)器在PLC中運(yùn)用的兩種類型存儲(chǔ)器為ROM和RAM①只讀存儲(chǔ)器ROM。ROM中的內(nèi)容是由PLC的制造廠家寫入的系統(tǒng)程序，(PLC去電后再加電，ROM內(nèi)容不變)。系統(tǒng)程序一般包括檢查程序、翻譯程序、監(jiān)控程序等②隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM。RAM是可讀可寫存儲(chǔ)器，一般存放用戶程序、邏輯變量、供內(nèi)部程序運(yùn)用的工作單元3.電源部件電源部件將溝通電源轉(zhuǎn)換成供PLC的中心處理器、存儲(chǔ)器等電子電路工作所須要的直流電源，目前大部分PLC接受開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。（4）輸入、輸出部分輸入接口電路一般由光電耦合電路和微電腦輸入接口電路組成。輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成。功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)限制的要求，將微電腦輸出的信號(hào)加以放大。PLC一般接受繼電器輸出，也有的接受晶閘管或晶體管輸出。（5）其他外圍設(shè)備的接口可配接編程器、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、錄音機(jī)以及A／D、D／A、串行通信模塊等。

2.存儲(chǔ)器常用的存儲(chǔ)器為ROM、RAM、EPROM、EPPROM,在PLC中運(yùn)用的兩種類型存儲(chǔ)器為ROM和RAM.?只讀存儲(chǔ)器ROMROM中的內(nèi)容是由PLC的制造廠家寫入的系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序一般包括檢查程序、翻譯程序、監(jiān)控程序等.?隨機(jī)存儲(chǔ)器RAMRAM是可讀可寫存儲(chǔ)器，一般存放用戶程序、邏輯變量、供內(nèi)部程序運(yùn)用的工作單元.

3.輸入、輸出部分輸入接口電路一般由光電耦合電路和微電腦輸入接口電路組成。輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成。功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)限制的要求，將微電腦輸出的信號(hào)加以放大。PLC一般接受繼電器輸出，也有的接受晶閘管或晶體管輸出。

4.電源部件電源部件將溝通電源轉(zhuǎn)換成供PLC的中心處理器、存儲(chǔ)器等電子電路工作所須要的直流電源，目前大部分PLC接受開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。

5.其他外圍設(shè)備的接口可配接編程器、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、錄音機(jī)以及A／D、D／A、串行通信模塊等。二.工作原理

通用計(jì)算機(jī)PC的工作方式是等待懇求，PLC則接受循環(huán)掃描工作方式,兩者的差異在于PC針對(duì)的是人，PLC針對(duì)的是設(shè)備。整個(gè)工作過(guò)程可分為五個(gè)階段：自診斷，與編程器、計(jì)算機(jī)或其他PLC設(shè)備等通信，輸入采樣，用戶程序執(zhí)行，輸出刷新.這五個(gè)工作階段稱為一個(gè)掃描周期，時(shí)間為0.2ms。

(1)每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容為I／0部分、存儲(chǔ)器、CPU等，發(fā)覺(jué)異樣停機(jī)顯示出錯(cuò)。若自診斷正常，接著向下掃描。(2)PLC檢查是否有與編程器、計(jì)算機(jī)等的通信懇求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理。(3)PLC的中心處理器對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器。(4)中心處理器CPU將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，即按程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行邏輯、算術(shù)運(yùn)算。。(5)當(dāng)全部的指令執(zhí)行完畢時(shí)，集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過(guò)輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號(hào)。

三.輸入/輸出設(shè)備輸入器件有：按鈕、開(kāi)關(guān)、傳感器。輸出設(shè)備有：繼電器、溝通接觸器、電磁閥、信號(hào)燈、傳感器、變送器。

圖2-2PLC外圍硬件配置示意圖

（1）按鈕手動(dòng)開(kāi)關(guān)，包括常開(kāi)（觸點(diǎn)）按鈕、常閉（觸點(diǎn)）按鈕、復(fù)式(觸點(diǎn)）按鈕、點(diǎn)動(dòng)按鈕。（2）開(kāi)關(guān)包括：行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等行程開(kāi)關(guān)它以依據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的位置來(lái)切換電路。工作時(shí)由檔塊和限位開(kāi)關(guān)的輪子或觸桿相撞使限位開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)。常用于限制運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方向、行程長(zhǎng)短或位置。接近開(kāi)關(guān)是無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。依據(jù)接近開(kāi)關(guān)的工作原理，可以分為電容型、霍爾效應(yīng)型、感應(yīng)電橋型、高頻振蕩型、磁鐵型等多種.接近開(kāi)關(guān)具有工作穩(wěn)定牢靠、壽命長(zhǎng)、重復(fù)定位精度高、動(dòng)作快速、操作頻率高.光電開(kāi)關(guān)可以分為兩類：透射型和反射型。透射型是放射器（光源）與接收器相對(duì)放置，放射器放射的紅外線干脆照射到接收器上，當(dāng)生產(chǎn)線上有物體通過(guò)時(shí)，將紅外線光源切斷遮攔住了，接收器收不到紅外光，于是就發(fā)出一個(gè)信號(hào)。反射型依據(jù)紅外光反射方式的不同，又分為鏡反射（簡(jiǎn)稱反射型）和被測(cè)物體反射（簡(jiǎn)稱散射型）。反射型與透射型相比，反射型單側(cè)安裝，安裝和調(diào)試簡(jiǎn)潔，并且還可以用于檢測(cè)半透亮的物體。散射型安裝最簡(jiǎn)潔。（3）溫度傳感器常用的溫度傳感器可以分為接觸式和非接觸式兩類。接觸式傳感器是使被測(cè)對(duì)象與溫度計(jì)的感溫元件良好接觸，通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱動(dòng)平衡，以感溫元件感受的溫度干脆測(cè)量物體的溫度，以及物體內(nèi)部的溫度分布，如玻璃體溫度計(jì)、熱電阻、熱電偶等。非接觸式的傳感器與被測(cè)對(duì)象不接觸，利用物體的熱輻射原理或電磁性質(zhì)實(shí)現(xiàn)測(cè)溫，其主要特點(diǎn)使測(cè)運(yùn)動(dòng)體、小目標(biāo)及熱容量小和溫度變更快速對(duì)象的表面溫度，也可測(cè)溫度場(chǎng)的溫度分布，如紅外測(cè)溫儀等。

（4）繼電器和接觸器（可限制電機(jī)）繼電器是一種利用各種物理量變更．將電量或非電量信號(hào)轉(zhuǎn)化為開(kāi)關(guān)量信號(hào)的限制元件。接觸器帶有滅弧裝置。

（5）電磁閥（可限制液氣壓缸）電磁閥是用電磁鐵推動(dòng)閥門的開(kāi)啟與關(guān)閉動(dòng)作的電動(dòng)執(zhí)行器，主要優(yōu)點(diǎn)是：體積小，動(dòng)作牢靠，修理便利，價(jià)格便宜。通常用于口徑在100mm以下的兩位式限制中，尤其多用于接通、切斷或轉(zhuǎn)換氣路或液路等。工業(yè)上常用的電磁閥有兩通、三通、四通、低壓和高壓電磁閥等.四.輸入/輸出模塊

PLC是一種工業(yè)限制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它的限制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系就是通過(guò)輸入輸出(I／O)模塊實(shí)現(xiàn)的。按輸送信號(hào)的距離分為本地I/O和遠(yuǎn)程I/O。按信號(hào)類型劃分可分為開(kāi)關(guān)量輸入(D1)模塊、開(kāi)關(guān)量輸出(DO)模塊、模擬量輸入(AI)模塊、模擬量輸出(A0)模塊、防爆輸入/輸出(EX)模塊、特殊I/O模塊等。1.開(kāi)關(guān)量輸入(DI)模塊DI模塊的任務(wù)是對(duì)被控變量越限狀態(tài)及全部現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行巡回檢測(cè)，包括各種限位(限值)開(kāi)關(guān)、繼電器或電磁閥狀態(tài)反饋、按鈕狀態(tài)等。?通過(guò)光電耦合電路將220V溝通信號(hào)變?yōu)?-5V直流信號(hào)?通過(guò)微繼電器將高電壓信號(hào)變?yōu)?-5V直流信號(hào)

2.開(kāi)關(guān)量輸入(DO)模塊?直流輸出模塊?溝通輸出模塊?繼電器輸出模塊

3.模擬量輸入(AI)模塊溫度、壓力、液位、流量、厚度、速度、位移等為模擬量須要接受傳感器或變送器測(cè)量出來(lái)，變?yōu)殡妷?、電流信?hào)，PLC通過(guò)AI模塊將這些電信號(hào)轉(zhuǎn)化為能被其CPU處理的數(shù)字信號(hào)。主要環(huán)節(jié)為：?信號(hào)處理?多路模擬采樣開(kāi)關(guān)，如AD7501、7502等?數(shù)據(jù)放大器，要求高輸入阻抗、低漂移電流、高工模抑制比?采樣保持器和數(shù)摸轉(zhuǎn)換器

4.模擬量輸出(A0)模塊將PLC的數(shù)字信號(hào)通過(guò)AO模塊轉(zhuǎn)化為電壓、電流信號(hào)，完成對(duì)伺服電機(jī)、調(diào)整閥的限制。主要環(huán)節(jié)為：?數(shù)據(jù)緩沖?光電隔離?D/A轉(zhuǎn)換?多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)

5.防爆輸入/輸出(EX)模塊EX模塊可用作化工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的相關(guān)器件，它們可用于儀表和限制應(yīng)用。應(yīng)用領(lǐng)域包括化學(xué)物化工業(yè)、煤氣工業(yè)、海上作業(yè)技術(shù)、運(yùn)輸(如油輪、油罐車)、汽車工業(yè)(如噴漆車間)、電站發(fā)電和配電等、特殊機(jī)械工程(如印刷機(jī)械、工業(yè)清洗機(jī))。6.特殊I/O模塊為了增加PLC的功能，擴(kuò)大PLC的應(yīng)用范圍，PLC廠家開(kāi)發(fā)了品種繁多的特殊用途I／O模塊，包括帶有微處理器的智能I/O模塊。(1)高速計(jì)數(shù)模塊一般計(jì)數(shù)器的最高工作頻率受PLc掃描時(shí)間的限制，只有幾至幾百Hz。在工業(yè)限制中，有時(shí)要求PLC有快速計(jì)數(shù)功能，計(jì)數(shù)脈沖可能來(lái)自于旋轉(zhuǎn)編碼器、數(shù)字碼盤、機(jī)械開(kāi)關(guān)或電子開(kāi)關(guān)。高速計(jì)數(shù)模塊可以對(duì)幾十kHz甚至MHz量級(jí)的脈沖計(jì)數(shù)，這一過(guò)程與掃描過(guò)程無(wú)關(guān)。（2）快速響應(yīng)模塊輸出與掃描過(guò)程無(wú)關(guān)，干脆來(lái)自輸入。（3）運(yùn)動(dòng)限制模塊自帶微處理器，可限制位移、速度、加速度，可單軸或多軸限制，廣泛用于機(jī)床、裝配機(jī)械等。如s7-300的FM351. （4）PID限制模塊