第二章硬件構(gòu)成及工作原理

會(huì)計(jì)學(xué)1第二章硬件構(gòu)成及工作原理2.1.1中央處理器模塊（CPU）

中央處理器模塊主要由CPU芯片組成，相當(dāng)于人的大腦，是可編程控制器的核心。它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。可編程控制器通常使用以下幾類CPU芯片：1.通用微處理器，如Intel公司的8086，80186到Pentium系列芯片；2.單片微處理器（單片機(jī)），如Intel公司的MCS51/96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。第1頁/共17頁2.1.2存儲(chǔ)器模塊（Memory）

存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。1.PLC常用的存儲(chǔ)器類型（1）RAM隨機(jī)存儲(chǔ)器

(2)ROM只讀存儲(chǔ)器,只能讀出，不能寫入。(3)EPROM可擦除的只讀存儲(chǔ)器。(4)EEPROM或E2PROM可電擦除的只讀存儲(chǔ)器。

主要有以下三點(diǎn)：①寫入信息所需的時(shí)間比RAM長的多，讀／寫過程約需10～15ms。②執(zhí)行讀／寫操作的次數(shù)有限，約10000次。③比RAM和EPROM的價(jià)格高一些。第2頁/共17頁2．PLC存儲(chǔ)空間的分配（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器

包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。由制造廠商將其固化在EPROM或ROM中。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC的各項(xiàng)性能。（2）系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)器

包括輸入輸出I/O映象寄存器以及各類軟設(shè)備(例如計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等)存儲(chǔ)器。（3）用戶程序存儲(chǔ)器

由用戶使用者根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序，用于解決實(shí)際問題，一般存放在用戶程序存儲(chǔ)器EEPROM/RAM中，可由用戶通過編程器或計(jì)算機(jī)修改。第3頁/共17頁2.1.3輸入輸出模塊（I/O）1.開關(guān)量I/O模塊的接線方式

開關(guān)量I/O模塊的輸入／輸出信號(hào)僅有接通和斷開兩種狀態(tài)。為適應(yīng)被控對(duì)象的不同，I/O模塊的輸入／輸出電壓等級(jí)通常有直流5V、12V、24V、48V和交流l10V、220V等。第4頁/共17頁2.開關(guān)量輸入模塊直流輸入模塊和交流輸入模塊。

開關(guān)量輸入模塊的輸入端子與外部開關(guān)連接，將現(xiàn)場開關(guān)信號(hào)變成CPU能接收的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，并將輸入信號(hào)狀態(tài)鎖存，以便于CPU通過系統(tǒng)實(shí)時(shí)讀入。3.開關(guān)量輸出模塊

開關(guān)量輸出模塊的輸出端與外部執(zhí)行元件相連，其作用是：驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，和外部負(fù)載指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。輸出電路的負(fù)載電源由外部提供，負(fù)載電流一般不超過2A。第5頁/共17頁4.電源

供電電源是一般市電，也有用直流24V供電的。PLC對(duì)電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓額定值在+10％～—15％的范圍內(nèi)波動(dòng)。5.編程器

編程器是PLC的最重要外圍設(shè)備。小型PLC常用簡易型編程器，大中型PLC多用智能型CRT編程器。在個(gè)人計(jì)算機(jī)上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖?，即可用個(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì)PLC編程。利用微機(jī)作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。第6頁/共17頁2.2PLC對(duì)繼電器控制系統(tǒng)的仿真

第7頁/共17頁2.3可編程控制器基本工作原理

2.3.1可編程控制器的工作原理循環(huán)掃描方式第8頁/共17頁2.PLC控制異步電動(dòng)機(jī)“啟動(dòng)-保持-停止”程序掃描過程示例

針對(duì)可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)“啟動(dòng)-保持-停止”邏輯控制，進(jìn)一步說明PLC的掃描工作過程第9頁/共17頁2.3.2I/O系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間

由輸入電路的濾波時(shí)間、輸出模塊的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分所組成。第10頁/共17頁2.4可編程控制器的分類

2.4.1按硬件的結(jié)構(gòu)類型分類1.整體式可編程控制器

體積小、價(jià)格低，小型可編程控制器一般采用整體式結(jié)構(gòu)。2.模塊式疊裝式可編程控制器

模塊式可編程控制器用搭積木的方式組成系統(tǒng),大、中型可編程控制器和部分小型可編程控制器采用模塊式結(jié)構(gòu)。3.疊裝式疊裝式可編程控制器

將整體式和模塊式可編程控制器組合起來。第11頁/共17頁2.4.2按可應(yīng)用規(guī)模及功能分類

根據(jù)PLC的輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的多少，一般可將PLC分為以下3類。1．小型機(jī)

小型PLCI/O總點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)器容量在4KB左右。2．中型機(jī)

中型PLC的I/O總點(diǎn)數(shù)在256～2048點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到8KB左右。3．大型機(jī)

大型PLC的I/O總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到16KB以上。第12頁/共17頁2.5可編程控制器的系統(tǒng)配置

2.5.1FX2N系列型號(hào)名稱的含義FX2N系列可編程控制器型號(hào)格式如下：FX2N—□□

□

□—□①②③④①輸入輸出的總點(diǎn)數(shù)：范圍從4到128；②單元類型：M為基本單元，E為輸入輸出混合擴(kuò)展單元與擴(kuò)展模塊，EX為輸入專用擴(kuò)展模塊，EY為輸出專用擴(kuò)展模塊；③輸出形式：R為繼電器輸出，T為晶體管輸出，S為雙向可控硅輸出；④電源和輸入和輸出類型：D為DC（直流）電源，DC輸入；若無符號(hào)，則為AC電源、DC輸入、橫式端子排、標(biāo)準(zhǔn)輸出（繼電器輸出為2A/1點(diǎn)；晶體管輸出為0.5A/1點(diǎn)；雙向可控硅輸出為0.3A/1點(diǎn)）。第13頁/共17頁2.5.2FX2N系列可編程控制器基本構(gòu)成

基本指令執(zhí)行時(shí)間高達(dá)0.08s，內(nèi)置的用戶存儲(chǔ)器容量為8K步，可擴(kuò)展到16K步，最大可以擴(kuò)展到256個(gè)I/O點(diǎn)，有5種模擬量輸入/輸出模塊、高速計(jì)數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、4種位置控制模塊、多種RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模塊或功能擴(kuò)展板，以及模擬定時(shí)器功能擴(kuò)展板，使用特殊功能模塊和功能擴(kuò)展板，可以實(shí)現(xiàn)模擬量控制、