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.采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要,除了单元式的小型PLC以外,绝大多数PLC都采用模块化结构,PLC的各个部件划分为CPU、电源、I/O等多种模块,由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4.编程简单易学
PLC的编程一般都支持梯形图语言,它类似于继电器控制线路,对使用者来说不需要具备计算机的专门知识,因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5.安装简单,维修方便
PLC可以在各种工业环境下直接运行,使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接即可投入运行,各种模块上均有运行和故障指示装置,便于用户了解运行情况和查找故障。模块化结构的系统,一旦某模块发生故障,用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。1.1.3 PLC的组成
PLC之所以实现控制,就是按一定算法进行输入/输出(I/O)变换,并将这个变换予以物理实现。说简单点,就是按一条条的指令,不断地在输入/输出间存储转换。
由此我们可以说PLC是微型计算机技术与机电控制技术相结合的产物,是一种以微处理器为核心,用于电气控制的特殊计算机,它采用典型计算机结构,主要由中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、存储器、I/O接口、电源、通信接口、扩展接口等单元部件组成,这些单元部件都是通过内部总线进行连接的,如图1-1所示。1.中央处理器
PLC的中央处理器与普通计算机控制系统一样,一般由控制器、运算器、寄存器等组成。CPU是PLC的核心,一切逻辑运算及判断都是由它完成的,并控制所有其他部件的操作。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储器、I/O接口电路等相连接。用户程序和数据存放在存储器中,当PLC处于运行方式时,CPU按扫描方式工作,从用户程序条指令开始,直至用户程序的后一条指令,不停地周期性扫描,每扫描完成一次,用户程序就执行一次。CPU的主要功能有从存储器中读指令、执行指令、处理中断等。2.存储器
存储器是具有记忆功能的半导体集成电路,用来存储系统程序、用户程序、逻辑变量以及数据、系统组态和其他一些信息。
系统程序是用来控制和完成PLC各种功能的程序,这些程序是由PLC制造商用相应CPU的指令系统编写的,并固化到ROM(只读存储器)中。
用户程序存储器用来存放由编程器或其他设备输入的用户程序。用户程序由使用者根据工程现场的生产过程和工艺要求而编写,可通过编程器或编程软件修改。在PLC中使用两种类型的存储器:一种是只读类型的存储器,如ROM、PROM、EPROM和E2PROM等;另一种是可读写的RAM。现说明如下:
1)只读存储器。只读存储器可以用来存放系统程序,PLC去电后再加电,系统程序内容不变且重新执行。只读存储器也可用来固化用户程序和一些重要的参数,以免因为偶然操作失误而造成程序和数据的破坏和丢失。
2)随机存储器。RAM中一般存放用户程序和系统参数。当PLC处于编程工作方式时,用编程器或编程软件下载到PLC中的程序和参数存放到RAM中,当切换到运行方式时,CPU从RAM中取指令并执行。用户程序执行过程中产生的中间结果也在RAM中暂时存放。RAM通常为CMOS型集成电路,功耗小,速度快,但断电时内容丢失。所以在有的PLC中使用大电容或后备电池保证掉电后PLC中的内容在一定时间内不会丢失。3.I/O单元
I/O单元又称为I/O模块,它是PLC与工业生产设备或工业过程连接的接口。现场的输入信号,如按钮、行程开关、限位开关以及各传感器输出的开关量或模拟量等,都要通过输入模块送到PLC中。由于这些信号电平各式各样,而PLC的CPU所处理的信息只能是标准电平,所以输入模块还需要将这些信号转换成CPU能够接收和处理的数字信号。输出模块的作用是接收CPU处理过的数字信号,并把它转换成现场的执行部件所能接收的控制信号,以驱动负载,如电磁阀、电动机、灯光显示等。
PLC的I/O模块上通常都有接线端子,PLC类型不同,I/O模块的接线方式也不同,通常按其接线方式分为汇点式、分组式和隔离式这3种。
每个I/O模块分别只有一个公共端(COM)的被称为汇点式,其输入或输出点共用一个电源;分组式是指将I/O端子分为若干组,每组的I/O电路有一个公共端并共用一个电源,组与组之间的电路隔开;隔离式是指具有公共端的各组I/O点之间互相隔离,可各自使用独立的电源。
对于小型整体式PLC,其内部有一个高质量的开关稳压电源,为CPU、存储器、I/O模块提供5V直流电源,还可为外部输入单元提供24V的直流电源。5.通信接口
为了实现微机与PLC、PLC与PLC间的对话,PLC配有多种通信接口,如打印机、上位计算机和编程器等接口。6.I/O扩展接口
I/O扩展接口用于将扩展单元或特殊功能单元与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活,以满足不同控制系统的要求。
是只读类型的存储器,如ROM、PROM、EPROM和E2PROM等;另一种是可读写的RAM。现说明如下:
PLC的I/O模块上通常都有接线端子,PLC类型不同,I/O模块的接线方式也不同,通常按其接线方式分为汇点式、分组式和隔离式这3种,如图1-2所示。
图1-2 I/O模块的3种接线方式4.电源单元
PLC的电源单元通常会将220V的单相交流电源转换成CPU、存储器等电路工作所需的直流电,它是整个PLC系统的能源供给中心,电源的好坏直接影响PLC的稳定性和可靠性。