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  • 可编程序控制器PLC的工业现场控制装置引用的基本组成

    可编程控制器(Programmable Logic Controller)原应称为PC。为了与个人电脑区别,将其称为PLC(Programmable Logic Controller),但并不表示PLC只能控制逻辑信号。PLC专为工业环境应用而设计,自带直观、简单、易于掌握的编程语言环境的工业现场控制器。

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    PLC的基本组成

    PLC的基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(简称I/O,包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器和电源模块,见图1。PLC内部各部件通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接,外部根据实际控制对象配置相应的设备和控制装置,形成PLC控制系统。

    1. 中央处理器

    中央处理器(CPU)由控制器、运算器和寄存器组成,集成在芯片中。CPU通过数据总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连。

    小型PLC的CPU采用8位或16位微处理器或单片机,如8031、M68000等,此类芯片价格很低;中型PLC的CPU采用16位或32位微处理器或单片机,如8086、96系列单片机等。这类芯片的主要特点是集成度高,运行速度快,可靠性高;而大型PLC则需要使用高速位片微处理器。

    CPU根据系统程序在PLC中分配的功能,指示PLC控制系统完成各种任务。

    2. 存储

    PLC中的存储器主要用于存储系统程序、用户程序和数据。

    1)系统程序内存

    PLC系统程序决定了PLC的基本功能。这部分程序由PLC厂家编写,固化在系统程序存储器中。主要包括系统管理程序、用户指令解释器、功能程序和系统程序调用。

    系统管理程序主要控制PLC的运行,使PLC按正确的顺序工作;用户指令解释器将PLC用户指令转换为机器语言指令,传送给CPU执行;函数程序和系统程序调用分别负责调用不同的函数子程序及其管理程序。

    系统程序属于需要长期保存的重要数据,所以其内存采用ROM或EPROM。ROM是只读存储器,存储器只能读取内容,不能写入内容,ROM是非易失性的,即断电后仍可保存存储的内容。

    EPEROM 是一种电可擦除只读存储器。必须用紫外线照射芯片上的镜头窗口才能擦除写入的内容。还有E2PROM、FLASH等。

    2)用户程序存储器

    用户程序存储器用于存储用户加载的 PLC 应用程序。加载初始阶段的用户程序,因为需要修改和调试,所以称为用户调试程序。修改和调试。

    修改和调试的程序称为用户执行程序。由于不需要修改和调试,用户执行程序固化到EPROM中,可以长期使用。

    3)数据存储

    在 PLC 运行过程中,中间结果数据(如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预设值和当前值等)和配置数据(如输入和输出配置、设置输入滤波器、脉冲等) ) 需要生成或调用。捕获、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通讯配置等),这类数据存储在工作数据存储器中,因为工作数据和配置数据是不断变化的,不需要长期保存,所以使用随机存取存储器RAM。

    RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器,可与锂电池一起作为后备电源使用。一旦关闭电源,它可以由锂电池供电,以保持RAM的内容。

    3. 接口

    输入输出接口是连接PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件的接口电路。PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型;输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出电路可编程控制器简介,晶体管输出型用于高频小功率负载,晶闸管输出型用于高频大功率负载;继电器输出是用于低频负载的接触式输出电路。

    现场控制或检测元件向PLC输入各种控制信号,如限位开关、操作按钮、选择开关,以及其他一些传感器的开关或模拟输出。这些信号通过输入接口电路转换成可以接收和处理的CPU。的信号。输出接口电路将CPU发出的微弱电流控制信号转换成现场所需的强电流信号输出,驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行器。

    1)输入接口

    输入接口用于接收和采集两类输入信号,一类是数字输入信号,如按钮、转换开关、行程开关、继电器触点等;控制器提供的不断变化的模拟输入信号。

    以图2所示的直流输入接口电路为例,R1为限流分压电阻,R2和C组成滤波电路,滤波后的输入信号通过光耦T耦合到内部电路。输入端按键SB打开,光耦T打开,直流输入信号转换成PLC可以处理的5V标准信号电平(简称TTL),LED输入指示灯亮,表示信号已打开。微机输入接口电路一般由寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路组成,集成在一个芯片上。AC输入和AC/DC输入接口电路与DC输入接口电路类似。

    滤波电路用于消除输入接点的抖动,光电耦合电路可防止强电干扰进入PLC。由于输入电信号与PLC内部电路采用光信号耦合,两者在电气上完全隔离,使输入接口具有抗干扰能力。场景的输入信号通过光电耦合转换成5V TTL 送到输入数据寄存器,再通过数据总线送到CPU。

    2)输出接口

    输出接口电路向受控对象的各种执行器输出控制信号。常用的执行器有接触器、电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数显装置和报警装置。输出接口电路一般由微机输出接口电路和功放电路组成。与输入接口电路类似,内部电路与输出接口电路之间采用光耦进行抗干扰电气隔离。

    微机输出接口电路一般由输出数据寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路集成在芯片上。CPU通过数据总线将输出信号发送到输出数据寄存器。功放电路是为了满足工业控制的要求。输出信号被放大。

    3)其他接口

    如果主机的 I/O 数量不够,可以通过 I/O 扩展接口电缆将其连接到 I/O 扩展单元(不带 CPU)进行扩展。PLC也常配置接口连接各种外围设备,通过电缆可实现串行通讯、EPROM写入等功能。

    4. 程序员

    编程器的作用是将用户编写的程序下载到PLC的用户程序存储器中,利用编程器对用户程序进行检查、修改和调试,监控用户程序的执行过程,显示PLC状态、内部设备和系统参数。

    有两种编程器:简单编程器和图形编程器。简易编程器体积小,携带方便,但只能以语句的形式进行在线编程,适用于小型PLC的编程和现场调试。图形编程器可以通过语句、梯形图、离线编程等形式进行编程。

    目前,大多数PLC厂商都开发了计算机辅助PLC编程支持软件。个人电脑安装PLC编程支持软件后,可作为图形编程器编辑、修改用户程序,实现个人电脑与PLC之间的通讯。接口实现用户程序的双向传输,监控PLC运行状态等。

    5. 电源

    PLC的电源将外部提供的交流电转换为CPU、内存等所需的直流电,是整个PLC的能源供应中心。大部分PLC采用优质的开关稳压电源,工作稳定性好可编程控制器简介,抗干扰能力强。许多PLC电源还可以对外提供DC 24V稳压电源,为输入接口上的接入电气元件供电,从而简化外围配置。

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