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PLC的硬件系统组成

信息来源:gkong.biz  时间:2009-06-10  浏览次数:188

  !--[]-- 可编程控制器的构成框图和计算机是一样的,都由中央处理器(CPU)、存贮器和输入/输出接口等构成。因此,从硬件结构来说,可编程控制器实际上就是计算机,图1是其硬件
  可编程控制器的构成框图和计算机是一样的,都由中央处理器(CPU)、存贮器和输入/输出接口等构成。因此,从硬件结构来说,可编程控制器实际上就是计算机,图1是其硬件系统的简化框图。从图中可以看出PLC内部主要部件有:
  (1)CPU( Unit)
  CPU是PLC的核心组成部分,与通用微机的CPU一样,它在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢,故称为“电脑”。其功能是:
  a、按PLC中系统程序赋予的功能,接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。
  b、用扫描方式接收现场输入装置的状态式数据,并存入映象寄存器或数据寄存器中。
  c、诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。
  d、在PLC进入运行状态后,从存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令规定的任务,产生相应的信号,去启闭有关控制门电路。分时分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等操作,完成用户程序中规定的逻辑式算术运算等任务。根据运算结果,更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容,再由输出映象寄存器的位状态式数据寄存器的有关内容,实现输出控制、制表、打印式数据通讯等。
  PLC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。通用的微处理器常用的是8位机和16位机,如Z80A、8085、8086、6502、M6800、M6809、M68000等。单片机常用的有8039、8049、8031、8051等。双极型位片式微处理器常用的有AMD2900、AMD2903等。
  ①用通用微处理器作CPU
  在低档PLC中,用Z80A做CPU较为普遍,Z80A用于PLC有如下长处: Z80(或Z80A)CPU及其配套的芯片廉价、普及、通用,用这套芯片制成的PC,给维修及推广普及带来方便。Z80有独立的输入/输出指令,而且指令格式较短,执行时间也较短,这样有利于扫描周期的缩短。Z80输入/输出指令格式较短,相应的输入/输出设备编码也较短,所以相应的译码硬件器较简单。由于Z80的信息是采用输入/输出映射方式,因而设计流程序时,对输入/输出与存储器寻址容易区别。
  ②用单片机作CPU
  自从1974年出现单片机以来,已有不少产品采用单片机做可编程序控制器。日本三菱F系列PLC就采用美国公司MES-48系列的单片机8049和8039做处理器,8039单片机在一块片子上集成了8位的CPU,128×8的数据存储器。27条输入/输出线,T0、T1、INT测试线及8位定时器/计数器,时钟振荡电路等。
  自80年代以来,出现了集成度更高。功能更强,并带有“布尔机”而又便于作数据通信的MCS-51系列单片机以及功能更高的16位单片机,大有取代MCS-48系列之势。日本三菱的F2系列PLC即采用CPU8031。MCS-51系列单片机是美国公司在MCS-48单片机基础上,于80年代初推出的产品,具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低价格等特点。它有三个代表产品:8051、8751和8031,它们分别有不同的应用特性。8051是以4K字节EPR0M代替4K字节的R0M的8051; 8031是内部无R0M8051。必须外接EPR0M;公司的96系列的单片机,字长为16,运算速度比51系列更高,这必将为高档次的PLC开发和应用带来美好的远景。用单片机制成的PLC有以下显著特点:为机电设备一体化创造了条件,因为由单片机制成PLC,体积更小。同时PLC逻辑功能很强,并且具有数值运算和通信接口。
  ③用位片式微处理器作CPU
  位片式微处理器的主要特点是:速度快、灵活性强、效率高等特点。可以进行“级联”,易于“流水线”操作。
  (2)系统程序存储器
  它用以存放系统工作程序(监控程序)、模块化应用功能子程序、命令解释功能子程序的调用管理程序,以及对应定义(I/0、内部继电器、计时器、计数器、移位寄存器等存储系统)参数等功能。
  (3)用户存储器
  用以存放用户程序即存放通过编程器输入的用户程序。PLC的用户存储器通常以字(16位/字)为单位来表示存储容量。同时,由于前面所说的系统程序直接关系到PLC的性能,不能由用户直接存取。因而通常PLC产品资料中所指的存储器型式或存储方式及容量,是对用户程序存储器而言。
  常用的用户存储方式及容量型式或存储方式有CM0SRAM,EPR0M和EEPR0M。信息储存常用盒式磁带和磁盘。
  CM0SRAM存储器是一种中高密度、低功能、价格便宜的半导体存储器,可用锂电池作为备用电源。一旦交流电源停电,用锂电池来维持供电,可保存RAM内停电前的数据。锂电池寿命一般为1―5年左右。
  EPR0M存储器是一种常的只读存储器,定入时加高电平,擦除时用紫外线照射。PLC通过写入器可将RAM区的用户程序固化到R0M盒中的EPR0M中去。在PLC机中插入R0M盒,PLC则执行R0M盒中用户程序;反之,不插上R0M盒,PLC则执行RAM区用户程序。
  EEPR0M存储器是一种可用电改写的只读存储器。
  (4)输入输出组件(I/0模块)
  I/0模块是CPU与现场I/0装置或其它外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/0模块和各种用途的I/0组件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换数据、误码较验、A/D或D/A转换以及其它功能模块等。I/0模块将外界输入信号变成CPU能接受的信号,或将CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象(包括开关量和模拟量),以确保整个系统正常工作。
  输入的开关量信号接在IN端和0V端之间,PLC内部提供24V电源,输入信号通过光电隔离,通过R/C滤波进入CPU控制板,CPU发出输出信号至输出端。PLC输出有三种型式:继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。
  (5)编程器
  编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视等。还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU联系,完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯以及编程、监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符式命令语言助记符,也可以采用软件指定的功能键符,通过屏幕对话方式进行编程。
  编程器分为简易型和智能型两类。前者只能连机编程,而后者既可连机编程又可脱机编程。同时前者输入梯形图的语言键符,后者可以直接输入梯形图。根据不同档次的PLC产品选配相应的编程器。
  (6)外部设备
  一般PLC都配有盒式录音机、打印机、EPR0M写入器、高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。
  (7)电源
  根据PLC的设计特点,它对电源并无特别要求,可使用一般工业电源。

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