可編程控制器的組成

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯可編程控制器的組成 1、可編程掌握器的基本結(jié)構(gòu)可編程掌握器的主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（見(jiàn)圖1）圖1 plc掌握系統(tǒng)示意圖（1）CPU模塊CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲(chǔ)器組成，在可編程掌握器系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸。存儲(chǔ)器用來(lái)儲(chǔ)存程序和數(shù)據(jù)。（2）I/O模塊輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡(jiǎn)稱為I/O模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用接收和采集輸入信號(hào)，輸入信號(hào)有兩類：一類是從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、數(shù)字拔碼

2、開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、熱電偶、測(cè)速發(fā)電機(jī)、各種變送器供應(yīng)的連續(xù)變化 的模擬量輸入/輸出信號(hào)電壓一般較高，如直流24V 和溝通220V。從外部引入的尖銳電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使用權(quán)可編程掌握器不能正常工作。在I/O模塊中，用光電耦合器，光電可控硅、小型繼電器等器件來(lái)隔離外部輸入電路和負(fù)載，I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。（3）編程器編程器除了用來(lái)輸入和編輯用戶程序外，還可以用來(lái)監(jiān)視可編程掌握器運(yùn)行中各種編程元件的工作狀態(tài) 。編程器可以永久地連接在可編程掌握器上，將編程取下來(lái)后系統(tǒng)也可以運(yùn)行。一

3、般只在程序規(guī)律輸入、調(diào)試和檢修時(shí)使用編程器，一臺(tái)編程器可供多臺(tái)編程序掌握器公用。（4）電源可編程掌握器使用220V溝通電源或24V直流電源。可編程掌握器內(nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的電路供電，某些可編程掌握器可以輸入電路和外部電子檢測(cè)裝置（如接近開(kāi)關(guān)）供應(yīng)24V真流電源，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直流電源一般由用戶供應(yīng)。 2、可編程掌握器的物理結(jié)構(gòu) 依據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可以將可編程掌握器分整體式、模塊式和疊裝式。（1） 整體式可編程序掌握器整體式又叫做單元式或箱體式CUP模塊、I/O模塊和電源裝在一個(gè)箱狀機(jī)殼內(nèi)，結(jié)構(gòu)特別緊湊，它的體積小，價(jià)格低，小型可編程序掌握器一般采納整體式結(jié)構(gòu)。圖2中示出三菱公司

4、的F1系列整體式可編程序掌握器，上面是編程器，后面的小開(kāi)頭是模擬調(diào)試用戶程序用的。整體式可編程序掌握器供應(yīng)多種不同I/O點(diǎn)數(shù)的基本元和擴(kuò)展單元供用戶選用，基本單元內(nèi)有CPU模塊，I/O模塊和電源，擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O模塊和電源，基本單元之間用扁平電纜連接。各單元的輸入點(diǎn)與輸出點(diǎn)的比例一般是固定的，有的可編程序掌握器有全輸入型和全輸出型的擴(kuò)展單元。選擇不同的基本單和擴(kuò)展單元，可以滿意用戶的不同要求。整體式可編程掌握器一般配備有很多專用的特別功能單元 ，如模擬量I/O單元、位置掌握單元、數(shù)據(jù)輸入輸出單元等，使可編程掌握器的功能得到擴(kuò)展。 圖2 整體式可編程掌握器（2）模塊式可編程掌握器 圖3 模塊

5、式可編程掌握器 大、中型可編程掌握器和部分小型可編程掌握器采納模塊式結(jié)構(gòu)。模塊式可編程掌握器用搭積木的方式組成系統(tǒng)，它由框架和模塊組成（見(jiàn)圖3）。模塊插在模塊插座上，后者焊在框架中的總線連接板上，可編程掌握器廠家備有不同的槽數(shù)的框架供用戶選用，假如一個(gè)框架容納不下所選用的模塊，可以增設(shè)一個(gè)或數(shù)個(gè)擴(kuò)展框架，各框架之間用I/O擴(kuò)展電纜相連。有的可編程掌握器沒(méi)有框架，各各種模塊安裝在基板上。用戶可以選用不同檔次的CPU模塊，品種繁多的I/O模塊和特別功能模塊，對(duì)硬件配置的選擇余地較大，修理時(shí)更換模塊也很便利。圖3給出了T1公司模塊式可編程掌握形圖和I/O模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。（3）疊裝式可編程掌握器三菱公

6、司的FX系列可編程掌握器吸取了整體式和模塊式可編程掌握器的優(yōu)點(diǎn)，它的基本單元 、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊的高度和深度相同，但是寬度不同，它們不用基板，僅用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個(gè)整齊的長(zhǎng)方體，輸入，輸出點(diǎn)數(shù)的配置也相當(dāng)敏捷，有人將這種結(jié)構(gòu)稱為疊裝式（見(jiàn)圖2.4）?；締卧?，擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊安裝在DIN導(dǎo)軌（1）上，或用安裝孔（2）安裝，從DIN導(dǎo)軌上卸下來(lái)時(shí)，往下拉下子（8）用擴(kuò)展電纜連接基本單元與擴(kuò)展單單元擴(kuò)展模塊時(shí)，應(yīng)打開(kāi)連接插座的蓋子（6）輸入端子（3）和輸出端子（9）上都有透亮的端子美國(guó)）和（10），（5）為輸入顯示LED（7）為輸出顯示LED，基本單元上還有其他一些顯示可編程掌握

7、器狀態(tài)的LED（13）編程器插座在蓋子（12）下面存儲(chǔ)器盒連接器和鋰電池在蓋子（11）下面。 圖4 疊裝式可編程序掌握器 3、CPU模塊 1、CPU芯片CPU模塊主要由CPU芯片和存儲(chǔ)器組成，可編程掌握器使用以下幾類CPU芯片：（1）通用微處理器，如Intel公司的8086、80186系列Pentium系統(tǒng)芯片；（2）單片微處理器（單片機(jī)），如Intel公司的MC551/96系列單片機(jī)；（3）位片式微處理器，如AMD2900系列位片式微處理器。2、存儲(chǔ)器可編程掌握器的存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器，系統(tǒng)程序相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，它使可編程掌握器生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)固化在ROM內(nèi)，用戶不

8、能直接讀取，可編程掌握器的用戶程序由用戶設(shè)計(jì)，它打算了可編程掌握器的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的詳細(xì)關(guān)系。用戶程序存儲(chǔ)器的容量一般以字（每個(gè)字由16位二進(jìn)制數(shù)組成）為單位，三菱的FX系列可編程掌握器的用戶程序存儲(chǔ)器以步為單位。小型可編程掌握器的用戶程序存儲(chǔ)器容量在1K字（1K=1024= ），大型可編程掌握器的用戶程序存儲(chǔ)器容量可達(dá)數(shù)百K字，甚至數(shù)M（兆）字?？删幊陶莆掌鞒Ｓ靡韵聨追N存儲(chǔ)器：（1）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）用戶可以用編程器讀出RAM中的內(nèi)容，也可以將用戶程序?qū)懭隦AM，因此RAM又叫讀/寫(xiě)存儲(chǔ)器。它是易失性的存儲(chǔ)器，將它的電源斷開(kāi)后，儲(chǔ)存的信息將會(huì)丟失。RAM的工作速度高，價(jià)格低，改

9、寫(xiě)便利。為了在關(guān)煌可編程掌握器外部電源后，保存RAM中的用戶程序和某些數(shù)據(jù)（如計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值），為RAM配備了一個(gè)鋰電池，一般選用耗電極少的CMOS型RAM，鋰電池可用25年，需要更換鋰電池時(shí)由可編程序掌握器發(fā)出信號(hào)彈，通知用戶，現(xiàn)在大多數(shù)可編程掌握器仍用RAM來(lái)儲(chǔ)存用戶程序。（2）只讀存儲(chǔ)器（ROM）ROM的內(nèi)容只能讀出，不能寫(xiě)入。它是非易失的，它的電源消逝后，仍能保存存儲(chǔ)的內(nèi)容。（3）可擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器（EPROM）它是非易失性的，但是可以用編程器它編程，兼有ROM的非易失性和RAM的隨機(jī)存取優(yōu)點(diǎn)，但是它比RAM和ROM的價(jià)格高一些，與入信息所需的時(shí)間比RAM長(zhǎng)得多，EEPROM用來(lái)

10、存放用戶程序。有的可編程掌握器將EEPROM作為基本配置，有的可編程掌握器將EEPROM作為可選件。小型可編程掌握器的用戶程序存儲(chǔ)器的容量一般是固定的，大中型可編程掌握器的用戶存儲(chǔ)器容量可以由用戶選擇。 4、開(kāi)關(guān)量I/O模塊的外部接線方式 開(kāi)關(guān)量I/O模塊的輸入輸出信號(hào)僅有接通和斷開(kāi)兩種狀態(tài)。電壓等級(jí)有直流5V，12V，24V，48V，110V和溝通110V，220V等。各I/O點(diǎn)的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管顯示，外部接線一般接在模塊面板的接線端子上，某些模塊使用可拆裝的插座型端子板，不需斷開(kāi)端子板上的外部連線，就可以快速地更換模塊。點(diǎn)數(shù)許多的高密度I/O模塊的外部接線一般用插座連接，用戶可選用連

11、接插座的電纜和端子板。開(kāi)關(guān)量I/O模塊的點(diǎn)數(shù)一般是2的n次方，如4，8，16，32，64點(diǎn)。I/O模塊的外部接線方式有匯點(diǎn)式、分組式和分隔式三種（見(jiàn)圖5）。 圖5 I/O模塊的外部接線方式匯點(diǎn)式模塊的各I/O電路有一個(gè)公共點(diǎn)，全部I/O點(diǎn)共用一個(gè)電源。分組式模塊的I/O點(diǎn)分為若干個(gè)組，每一組的各I/O電路有一個(gè)公共點(diǎn)，它們共用一個(gè)電源。各組之間是分隔開(kāi)的，可分別使用不同的電源。分隔式模塊的各I/O點(diǎn)之間相互隔離，每一I/O點(diǎn)都可以使用單獨(dú)的電源，將它們的COM端連接起來(lái)，幾點(diǎn)可以使用同一個(gè)電源。 5、輸入模塊 輸入電路中設(shè)有RC濾波電路，以防止由于輸入觸點(diǎn)抖動(dòng)或外部干擾脈沖引起錯(cuò)誤的輸入信號(hào)。

12、濾波電路延遲時(shí)間的典型值為1020ms（信號(hào)上升沿）和2050ms(信號(hào)下降沿)，輸入電流約510mA. 圖6 直流輸入電路圖6是某直流輸入模塊的內(nèi)部電路和外部接線圖。在本節(jié)輸入電路和輸出電路中一般只畫(huà)出了一路，COM是各路的公共點(diǎn)。圖中的輸入觸點(diǎn)直接在公共點(diǎn)和輸入端X001之間，不需要外接輸入回路的電源，有的可編程序掌握器還可以為接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)之類的傳感器供應(yīng)24V電源（見(jiàn)圖6）。當(dāng)圖6中的外接觸點(diǎn)接通時(shí)，光電耦合器中的發(fā)光二極管亮，光敏三極管飽和導(dǎo)通；外接觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，光電耦合器中的發(fā)光二極管熄滅，光敏三極管截止，信號(hào)經(jīng)內(nèi)部電路傳送給CPU模塊。開(kāi)關(guān)量輸入模塊外接電子傳感器的輸出信號(hào)時(shí)，

13、應(yīng)留意傳感器的輸出電路與可編程序掌握器輸入電路的協(xié)作，對(duì)于圖6中輸入模塊的內(nèi)部電路，傳感器的輸出電路應(yīng)為NPN管集電極開(kāi)路的共放射極電路。圖7是另一種溝通輸入電路，光電耦合器中有兩個(gè)反并聯(lián)的發(fā)光二極管，顯示用的兩個(gè)發(fā)光二極管也是反并聯(lián)的，所以這個(gè)電路可以接收外部的溝通輸入電壓。圖8所示的溝通/直流輸入電路的輸入觸點(diǎn)的接通后，輸入信號(hào)被濾波和整流，溝通電壓或直流電壓被轉(zhuǎn)換為直流電流，送給顯示用的發(fā)光二極管和光電耦合器。 圖7 溝通輸入電路 圖8 溝通/直流輸入電路 6、輸出模塊 輸出模塊的功率放大元件有驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的大功率晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管、驅(qū)動(dòng)溝通負(fù)載的雙向可控硅，以及既可以驅(qū)動(dòng)溝通負(fù)載又可以驅(qū)

14、動(dòng)直流負(fù)載的小型繼電器。輸出電流的典型值為0.52A，負(fù)載電源由外部現(xiàn)場(chǎng)供應(yīng)。輸出電流的額定值與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)，例如某模塊可以驅(qū)動(dòng)AC220V/2A的電阻性負(fù)載，但是只能驅(qū)動(dòng)80VA/AC220V的電感性負(fù)載和100W的白熾燈。額定輸出電流還與溫度有關(guān)，溫度上升時(shí)額定輸出電流減小，有的可編程序掌握器供應(yīng)了有關(guān)的曲線。輸出模塊內(nèi)可能設(shè)置有熔斷器，并在模塊面板上用發(fā)光二極管顯示熔斷的狀態(tài)。某些新式的模塊用非破壞性的電子愛(ài)護(hù)電路代替熔斷器。 圖9(a)是繼電器輸出電路，繼電器同時(shí)起隔離和功率放大作用，每一路只給用戶供應(yīng)一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)。與觸點(diǎn)并聯(lián)的RC電路和壓敏電阻用來(lái)消退斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的電弧。圖9（b）是

15、晶體管集電極輸出電路。輸出信號(hào)送給內(nèi)部電路中的輸出儲(chǔ)存器，再經(jīng)光電耦合器送給輸出晶體管，后者的飽和導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)相當(dāng)于觸點(diǎn)的接通和斷開(kāi)。圖中的穩(wěn)壓管用來(lái)抑制關(guān)斷過(guò)電壓和外部的浪涌電壓，以愛(ài)護(hù)晶體管，晶體管輸出電路的延遲時(shí)間1ms。 c) 雙向可控硅型圖9PLC的輸出電路圖9（c）是雙向可掌握硅輸出電路，它用光電可控硅實(shí)現(xiàn)隔離。圖中的 RC電路和壓敏電阻，用來(lái)抑制可控硅的關(guān)斷過(guò)電壓和外部的浪涌電壓。雙向可控硅由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通的延遲時(shí)間小于1ms，由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷的延遲時(shí)間小于10ms。可控硅在負(fù)載電流過(guò)小不能導(dǎo)通，遇到這種狀況時(shí)可以在負(fù)載兩端并用電阻。除了輸入模塊和輸出模塊，還有一種既有輸入電路

16、又有輸出電路的模塊，輸入、輸出的點(diǎn)數(shù)一般相同，這種模塊使用戶確定可編程序掌握器、的硬件配置更為便利。 7、本地I/O和遠(yuǎn)程I/O 1.本地I/O可編程序掌握器的本地I/O框架一般距CPU框架很近，它們往往裝在同一個(gè)掌握柜內(nèi)。對(duì)于單臺(tái)機(jī)械設(shè)備，如中小型機(jī)床，一般只有本地I/O。本地I/O用多芯電纜（一般是扁平電纜）實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展I/O框架與CPU框架之間的通信。扁平電纜可能多達(dá)數(shù)十根導(dǎo)線，信息是并行傳送的，這種通信方式實(shí)際上是總線通信的擴(kuò)展，其主要優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速度快，在某些狀況下可以同步地刷新CPU模塊中的I/O映象表?！氨镜亍?Local)這一名詞不是很準(zhǔn)確的，由于有時(shí)本地I/O與CPU模塊的距離可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)百m。（2.遠(yuǎn)程I/O遠(yuǎn)程I/O又