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可編程控制器的硬件系統組成(圖)
2019-06-11  來源:本站

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

可編程控制器的構成框圖和計算機是一樣的,都由中央處理器(CPU)、存貯器和輸入/輸出接口等構成。因此,從硬件結構來說,可編程控制器實際上就是計算機,圖1是其硬件系統的簡化框圖。從圖中可以看出PLC內部主要部件有:

1CPUCentral  Process  Unit

CPUPLC的核心組成部分,與通用微機的CPU一樣,它在PLC系統中的作用類似于人體的神經中樞,故稱為“電腦”。其功能是:

a、按PLC中系統程序賦予的功能,接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數據。

b、用掃描方式接收現場輸入裝置的狀態式數據,并存入映象寄存器或數據寄存器中。

c、診斷電源、PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤。

d、在PLC進入運行狀態后,從存儲器中逐條讀取用戶程序,經過命令解釋后按指令規定的任務,產生相應的信號,去啟閉有關控制門電路。分時分渠道地去執行數據的存取、傳送、組合、比較和變換等操作,完成用戶程序中規定的邏輯式算術運算等任務。根據運算結果,更新有關標志位的狀態和輸出映象寄存器的內容,再由輸出映象寄存器的位狀態式數據寄存器的有關內容,實現輸出控制、制表、打印式數據通訊等。

PLC常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機或雙極型位片式微處理器。通用的微處理器常用的是8位機和16位機,如Z80A、8085、8086、6502、M6800、M6809、M68000等。單片機常用的有8039、8049、8031、8051等。雙極型位片式微處理器常用的有AMD2900、AMD2903等。

①用通用微處理器作CPU

在低檔PLC中,用Z80ACPU較為普遍,Z80A用于PLC有如下長處: Z80(或Z80ACPU及其配套的芯片廉價、普及、通用,用這套芯片制成的PC,給維修及推廣普及帶來方便。Z80有獨立的輸入/輸出指令,而且指令格式較短,執行時間也較短,這樣有利于掃描周期的縮短。Z80輸入/輸出指令格式較短,相應的輸入/輸出設備編碼也較短,所以相應的譯碼硬件器較簡單。由于Z80的信息是采用輸入/輸出映射方式,因而設計流程序時,對輸入/輸出與存儲器尋址容易區別。

②用單片機作CPU

自從1974年出現單片機以來,已有不少產品采用單片機做可編程序控制器。日本三菱F系列PLC就采用美國INTEL公司MES48系列的單片機80498039做處理器,8039單片機在一塊片子上集成了8位的CPU,128×8的數據存儲器。27條輸入/輸出線,T0、T1、INT測試線及8位定時器/計數器,時鐘振蕩電路等。

80年代以來,出現了集成度更高。功能更強,并帶有“布爾機”而又便于作數據通信的MCS-51系列單片機以及功能更高的16位單片機,大有取代MCS48系列之勢。日本三菱的F2系列PLC即采用CPU8031。MCS51系列單片機是美國INTEL公司在MCS48單片機基礎上,于80年代初推出的產品,具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低價格等特點。它有三個代表產品:8051、87518031,它們分別有不同的應用特性。8051是以4K字節EPR0M代替4K字節的R0M8051; 8031是內部無R0M8051。必須外接EPR0M;INTEL公司的96系列的單片機,字長為16,運算速度比51系列更高,這必將為高檔次的PLC開發和應用帶來美好的遠景。用單片機制成的PLC有以下顯著特點:為機電設備一體化創造了條件,因為由單片機制成PLC,體積更小。同時PLC邏輯功能很強,并且具有數值運算和通信接口。

③用位片式微處理器作CPU

位片式微處理器的主要特點是:速度快、靈活性強、效率高等特點?梢赃M行“級聯”,易于“流水線”操作。

2)系統程序存儲器

它用以存放系統工作程序(監控程序)、模塊化應用功能子程序、命令解釋功能子程序的調用管理程序,以及對應定義(I/0、內部繼電器、計時器、計數器、移位寄存器等存儲系統)參數等功能。

3)用戶存儲器

用以存放用戶程序即存放通過編程器輸入的用戶程序。PLC的用戶存儲器通常以字(16/字)為單位來表示存儲容量。同時,由于前面所說的系統程序直接關系到PLC的性能,不能由用戶直接存取。因而通常PLC產品資料中所指的存儲器型式或存儲方式及容量,是對用戶程序存儲器而言。

常用的用戶存儲方式及容量型式或存儲方式有CM0SRAM,EPR0MEEPR0M。信息儲存常用盒式磁帶和磁盤。

CM0SRAM存儲器是一種中高密度、低功能、價格便宜的半導體存儲器,可用鋰電池作為備用電源。一旦交流電源停電,用鋰電池來維持供電,可保存RAM內停電前的數據。鋰電池壽命一般為15年左右。

EPR0M存儲器是一種常的只讀存儲器,定入時加高電平,擦除時用紫外線照射。PLC通過寫入器可將RAM區的用戶程序固化到R0M盒中的EPR0M中去。在PLC機中插入R0M盒,PLC則執行R0M盒中用戶程序;反之,不插上R0M盒,PLC則執行RAM區用戶程序。

EEPR0M存儲器是一種可用電改寫的只讀存儲器。

4)輸入輸出組件(I/0模塊)

I/0模塊是CPU與現場I/0裝置或其它外部設備之間的連接部件。PLC提供了各種操作電平與驅動能力的I/0模塊和各種用途的I/0組件供用戶選用。如輸入/輸出電平轉換、電氣隔離、串/并行轉換數據、誤碼較驗、A/DD/A轉換以及其它功能模塊等。I/0模塊將外界輸入信號變成CPU能接受的信號,或將CPU的輸出信號變成需要的控制信號去驅動控制對象(包括開關量和模擬量),以確保整個系統正常工作。

輸入的開關量信號接在IN端和0V端之間,PLC內部提供24V電源,輸入信號通過光電隔離,通過R/C濾波進入CPU控制板,CPU發出輸出信號至輸出端。PLC輸出有三種型式:繼電器方式、晶體管方式和晶閘管方式。

5)編程器

編程器是用于用戶程序的編制、編輯、調試檢查和監視等。還可以通過其鍵盤去調用和顯示PLC的一些內部狀態和系統參數。它通過通訊端口與CPU聯系,完成人機對話連接。編程器上有供編程用的各種功能鍵和顯示燈以及編程、監控轉換開關。編程器的鍵盤采用梯形圖語言鍵符式命令語言助記符,也可以采用軟件指定的功能鍵符,通過屏幕對話方式進行編程。

編程器分為簡易型和智能型兩類。前者只能連機編程,而后者既可連機編程又可脫機編程。同時前者輸入梯形圖的語言鍵符,后者可以直接輸入梯形圖。根據不同檔次的PLC產品選配相應的編程器。

6)外部設備

一般PLC都配有盒式錄音機、打印機、EPR0M寫入器、高分辨率屏幕彩色圖形監控系統等外部設備。

7)電源

根據PLC的設計特點,它對電源并無特別要求,可使用一般工業電源。

  

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