時間:2018-11-13 16:44:28來源:PLC之家
可編程序控制器(ProgrammableController)原本應簡稱PC,為了與個人計算機專稱PC相區(qū)別,所以可編程序控制器簡稱定為PLC(ProgrammableLogicController),但并非說PLC只能控制邏輯信號。PLC是專門針對工業(yè)環(huán)境應用設計的,自帶直觀、簡單并易于掌握編程語言環(huán)境的工業(yè)現(xiàn)場控制裝置。
PLC的基本組成
PLC基本組成包括中央處理器(CPU)、存儲器、輸入/輸出接口(縮寫為I/O,包括輸入接口、輸出接口、外部設備接口、擴展接口等)、外部設備編程器及電源模塊組成,見圖1。PLC內部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接,外部則根據(jù)實際控制對象配置相應設備與控制裝置構成PLC控制系統(tǒng)。
1.中央處理器
中央處理器(CPU)由控制器、運算器和寄存器組成并集成在一個芯片內。CPU通過數(shù)據(jù)總線總線、地址總線、控制總線和電源總線與存儲器、輸入輸出接口、編程器和電源相連接。
小型PLC的CPU采用8位或16位微處理器或單片機,如8031、M68000等,這類芯片價格很低;中型PLC的CPU采用16位或32位微處理器或單片機,如8086、96系列單片機等,這類芯片主要特點是集成度高、運算速度快且可靠性高;而大型PLC則需采用高速位片式微處理器。
CPU按照PLC內系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC控制系統(tǒng)完成各項工作任務。
2.存儲器
PLC內的存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)等。
1)系統(tǒng)程序存儲器
PLC系統(tǒng)程序決定了PLC的基本功能,該部分程序由PLC制造廠家編寫并固化在系統(tǒng)程序存儲器中,主要有系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和功能程序與系統(tǒng)程序調用等部分。
系統(tǒng)管理程序主要控制PLC的運行,使PLC按正確的次序工作;用戶指令解釋程序將PLC的用戶指令轉換為機器語言指令,傳輸?shù)紺PU內執(zhí)行;功能程序與系統(tǒng)程序調用則負責調用不同的功能子程序及其管理程序。
系統(tǒng)程序屬于需長期保存的重要數(shù)據(jù),所以其存儲器采用ROM或EPROM。ROM是只讀存儲器,該存儲器只能讀出內容,不能寫入內容,ROM具有非易失性,即電源斷開后仍能保存已存儲的內容。
EPEROM為可電擦除只讀存儲器,須用紫外線照射芯片上的透鏡窗口才能擦除已寫入內容,可電擦除可編程只讀存儲器還有E2PROM、FLASH等。
2)用戶程序存儲器
用戶程序存儲器用于存放用戶載入的PLC應用程序,載入初期的用戶程序因需修改與調試,所以稱為用戶調試程序,存放在可以隨機讀寫操作的隨機存取存儲器RAM內以方便用戶修改與調試。
通過修改與調試后的程序稱為用戶執(zhí)行程序,由于不需要再作修改與調試,所以用戶執(zhí)行程序就被固化到EPROM內長期使用。
3)數(shù)據(jù)存儲器
PLC運行過程中需生成或調用中間結果數(shù)據(jù)(如輸入/輸出元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)、定時器、計數(shù)器的預置值和當前值等)和組態(tài)數(shù)據(jù)(如輸入輸出組態(tài)、設置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲區(qū)保持范圍、模擬電位器設置、高速計數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等),這類數(shù)據(jù)存放在工作數(shù)據(jù)存儲器中,由于工作數(shù)據(jù)與組態(tài)數(shù)據(jù)不斷變化,且不需要長期保存,所以采用隨機存取存儲器RAM。
RAM是一種高密度、低功耗的半導體存儲器,可用鋰電池作為備用電源,一旦斷電就可通過鋰電池供電,保持RAM中的內容。
3.接口
輸入輸出接口是PLC與工業(yè)現(xiàn)場控制或檢測元件和執(zhí)行元件連接的接口電路。PLC的輸入接口有直流輸入、交流輸入、交直流輸入等類型;輸出接口有晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出等類型。晶體管和晶閘管輸出為無觸點輸出型電路,晶體管輸出型用于高頻小功率負載、晶閘管輸出型用于高頻大功率負載;繼電器輸出為有觸點輸出型電路,用于低頻負載。
現(xiàn)場控制或檢測元件輸入給PLC各種控制信號,如限位開關、操作按鈕、選擇開關以及其他一些傳感器輸出的開關量或模擬量等,通過輸入接口電路將這些信號轉換成CPU能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號轉換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出,以驅動電磁閥、接觸器等被控設備的執(zhí)行元件。
1)輸入接口
輸入接口用于接收和采集兩種類型的輸入信號,一類是由按鈕、轉換開關、行程開關、繼電器觸頭等開關量輸入信號;另一類是由電位器、測速發(fā)電機和各種變換器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號。
以直流輸入接口電路為例,R1是限流與分壓電阻,R2與C構成濾波電路,濾波后的輸入信號經光耦合器T與內部電路耦合。當輸入端的按鈕SB接通時,光耦合器T導通,直流輸入信號被轉換成PLC能處理的5V標準信號電平(簡稱TTL),同時LED輸入指示燈亮,表示信號接通。微電腦輸入接口電路一般由寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路組成,這些電路集成在一個芯片上。交流輸入與交直流輸入接口電路與直流輸入接口電路類似。
濾波電路用以消除輸入觸頭的抖動,光電耦合電路可防止現(xiàn)場的強電干擾進入PLC。由于輸入電信號與PLC內部電路之間采用光信號耦合,所以兩者在電氣上完全隔離,使輸入接口具有抗干擾能力。現(xiàn)場的輸入信號通過光電耦合后轉換為5V的TTL送入輸入數(shù)據(jù)寄存器,再經數(shù)據(jù)總線傳送給CPU。
2)輸出接口
輸出接口電路向被控對象的各種執(zhí)行元件輸出控制信號。常用執(zhí)行元件有接觸器、電磁閥、調節(jié)閥(模擬量)、調速裝置(模擬量)、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。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,與輸入接口電路類似,內部電路與輸出接口電路之間采用光電耦合器進行抗干擾電隔離。
微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路集成在芯片上,CPU通過數(shù)據(jù)總線將輸出信號送到輸出數(shù)據(jù)寄存器中,功率放大電路是為了適應工業(yè)控制要求,將微電腦的輸出信號放大。
3)其它接口
若主機單元的I/O數(shù)量不夠用,可通過I/O擴展接口電纜與I/O擴展單元(不帶CPU)相接進行擴充。PLC還常配置連接各種外圍設備的接口,可通過電纜實現(xiàn)串行通信、EPROM寫入等功能。
4.編程器
編程器作用是將用戶編寫的程序下載至PLC的用戶程序存儲器,并利用編程器檢查、修改和調試用戶程序,監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過程,顯示PLC狀態(tài)、內部器件及系統(tǒng)的參數(shù)等。
編程器有簡易編程器和圖形編程器兩種。簡易編程器體積小,攜帶方便,但只能用語句形式進行聯(lián)機編程,適合小型PLC的編程及現(xiàn)場調試。圖形編程器既可用語句形式編程,又可用梯形圖編程,同時還能進行脫機編程。
目前PLC制造廠家大都開發(fā)了計算機輔助PLC編程支持軟件,當個人計算機安裝了PLC編程支持軟件后,可用作圖形編程器,進行用戶程序的編輯、修改,并通過個人計算機和PLC之間的通信接口實現(xiàn)用戶程序的雙向傳送、監(jiān)控PLC運行狀態(tài)等。
5.電源
PLC的電源將外部供給的交流電轉換成供CPU、存儲器等所需的直流電,是整個PLC的能源供給中心。PLC大都采用高質量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強的開關穩(wěn)壓電源,許多PLC電源還可向外部提供直流24V穩(wěn)壓電源,用于向輸入接口上的接入電氣元件供電,從而簡化外圍配置。
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