第二講-PLC的硬件組成和結構分解

其次講可編程限制器的工作原理一.

基本結構二.

工作原理三.

輸入/輸出設備四.輸入/輸出模塊（重點）一.基本結構PLC接受了典型的計算機結構，主要是由CPU、存儲器、輸入輸出、電源及其他外圍設備接口等部分構成。

1.中心處理器(CPU)

?組成中心處理器(CPU)一般由限制電路、運算器和寄存器組成，這些電路一般都集成在一個芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據總線和限制總線與存儲單元、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系統(tǒng)協(xié)調一樣地運行。它說明并執(zhí)行用戶及系統(tǒng)程序并通過運行用戶及系統(tǒng)程序完成全部限制、處理、通信以及所賜予的其他功能。?性能指標字長:4.8,16,32,64位運行速度:PC機為億條指令/秒;PLC為百萬條指令/秒或us/條?分類

常用的CPU接受通用微處理器、單片機和雙極型位片機,也可以運用若干個微處理器芯片，接受分割限制任務的方法，實現(xiàn)多機處理。

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

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

三菱的FX系列：FX1s/1n/2n2.存儲器在PLC中運用的兩種類型存儲器為ROM和RAM①只讀存儲器ROM。ROM中的內容是由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隨機存儲器RAM。RAM是可讀可寫存儲器，一般存放用戶程序、邏輯變量、供內部程序運用的工作單元3.電源部件電源部件將溝通電源轉換成供PLC的中心處理器、存儲器等電子電路工作所須要的直流電源，目前大部分PLC接受開關式穩(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工業(yè)限制的要求，將微電腦輸出的信號加以放大。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）其他外圍設備的接口可配接編程器、計算機、打印機、錄音機以及A／D、D／A、串行通信模塊等。

2.存儲器常用的存儲器為ROM、RAM、EPROM、EPPROM,在PLC中運用的兩種類型存儲器為ROM和RAM.?只讀存儲器ROMROM中的內容是由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.?隨機存儲器RAMRAM是可讀可寫存儲器，一般存放用戶程序、邏輯變量、供內部程序運用的工作單元.

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工業(yè)限制的要求，將微電腦輸出的信號加以放大。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換成供PLC的中心處理器、存儲器等電子電路工作所須要的直流電源，目前大部分PLC接受開關式穩(wěn)壓電源供電。

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

通用計算機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針對的是人，PLC針對的是設備。整個工作過程可分為五個階段：自診斷，與編程器、計算機或其他PLC設備等通信，輸入采樣，用戶程序執(zhí)行，輸出刷新.這五個工作階段稱為一個掃描周期，時間為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。自診斷內容為I／0部分、存儲器、CPU等，發(fā)覺異樣停機顯示出錯。若自診斷正常，接著向下掃描。(2)PLC檢查是否有與編程器、計算機等的通信懇求，若有則進行相應處理。(3)PLC的中心處理器對各個輸入端進行掃描，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將指令逐條調出并執(zhí)行，即按程序對數(shù)據進行邏輯、算術運算。。(5)當全部的指令執(zhí)行完畢時，集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉換成被控設備所能接受的電壓或電流信號。

三.輸入/輸出設備輸入器件有：按鈕、開關、傳感器。輸出設備有：繼電器、溝通接觸器、電磁閥、信號燈、傳感器、變送器。

圖2-2PLC外圍硬件配置示意圖

（1）按鈕手動開關，包括常開（觸點）按鈕、常閉（觸點）按鈕、復式(觸點）按鈕、點動按鈕。（2）開關包括：行程開關、接近開關、光電開關等行程開關它以依據運動部件的位置來切換電路。工作時由檔塊和限位開關的輪子或觸桿相撞使限位開關的觸點接通或斷開。常用于限制運動部件的運動方向、行程長短或位置。接近開關是無觸點開關。依據接近開關的工作原理，可以分為電容型、霍爾效應型、感應電橋型、高頻振蕩型、磁鐵型等多種.接近開關具有工作穩(wěn)定牢靠、壽命長、重復定位精度高、動作快速、操作頻率高.光電開關可以分為兩類：透射型和反射型。透射型是放射器（光源）與接收器相對放置，放射器放射的紅外線干脆照射到接收器上，當生產線上有物體通過時，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)出一個信號。反射型依據紅外光反射方式的不同，又分為鏡反射（簡稱反射型）和被測物體反射（簡稱散射型）。反射型與透射型相比，反射型單側安裝，安裝和調試簡潔，并且還可以用于檢測半透亮的物體。散射型安裝最簡潔。（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對象與溫度計的感溫元件良好接觸，通過傳導或對流達到熱動平衡，以感溫元件感受的溫度干脆測量物體的溫度，以及物體內部的溫度分布，如玻璃體溫度計、熱電阻、熱電偶等。非接觸式的傳感器與被測對象不接觸，利用物體的熱輻射原理或電磁性質實現(xiàn)測溫，其主要特點使測運動體、小目標及熱容量小和溫度變更快速對象的表面溫度，也可測溫度場的溫度分布，如紅外測溫儀等。

（4）繼電器和接觸器（可限制電機）繼電器是一種利用各種物理量變更．將電量或非電量信號轉化為開關量信號的限制元件。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閥門的開啟與關閉動作的電動執(zhí)行器，主要優(yōu)點是：體積小，動作牢靠，修理便利，價格便宜。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)限制計算機系統(tǒng)，它的限制對象是工業(yè)生產過程，它與工業(yè)生產過程的聯(lián)系就是通過輸入輸出(I／O)模塊實現(xiàn)的。按輸送信號的距離分為本地I/O和遠程I/O。按信號類型劃分可分為開關量輸入(D1)模塊、開關量輸出(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.開關量輸入(DI)模塊DI模塊的任務是對被控變量越限狀態(tài)及全部現(xiàn)場狀態(tài)進行巡回檢測，包括各種限位(限值)開關、繼電器或電磁閥狀態(tài)反饋、按鈕狀態(tài)等。?通過光電耦合電路將220V溝通信號變?yōu)?-5V直流信號?通過微繼電器將高電壓信號變?yōu)?-5V直流信號

2.開關量輸入(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量出來，變?yōu)殡妷骸㈦娏餍盘?，PLC通過AI模塊將這些電信號轉化為能被其CPU處理的數(shù)字信號。主要環(huán)節(jié)為：?信號處理?多路模擬采樣開關，如AD7501、7502等?數(shù)據放大器，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)摸轉換器

4.模擬量輸出(A0)模塊將PLC的數(shù)字信號通過AO模塊轉化為電壓、電流信號，完成對伺服電機、調整閥的限制。主要環(huán)節(jié)為：?數(shù)據緩沖?光電隔離?D/A轉換?多路模擬轉換開關

5.防爆輸入/輸出(EX)模塊EX模塊可用作化工廠自動化系統(tǒng)中的相關器件，它們可用于儀表和限制應用。應用領域包括化學物化工業(yè)、煤氣工業(yè)、海上作業(yè)技術、運輸(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、特殊機械工程(如印刷機械、工業(yè)清洗機)。6.特殊I/O模塊為了增加PLC的功能，擴大PLC的應用范圍，PLC廠家開發(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)高速計數(shù)模塊一般計數(shù)器的最高工作頻率受PLc掃描時間的限制，只有幾至幾百Hz。在工業(yè)限制中，有時要求PLC有快速計數(shù)功能，計數(shù)脈沖可能來自于旋轉編碼器、數(shù)字碼盤、機械開關或電子開關。高速計數(shù)模塊可以對幾十kHz甚至MHz量級的脈沖計數(shù)，這一過程與掃描過程無關。（2）快速響應模塊輸出與掃描過程無關，干脆來自輸入。（3）運動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，廣泛用于機床、裝配機械等。如s7-300的FM351. （4）PID限制模塊