文档介绍：第1章可编程控制器结构及工作原理
概述
自从1969年美国DEC公司研制出世界上第一台可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller:PLC)以来,经过三十多年的发展与实践,其功能和性能已经有了很大的提高,从当初用于逻辑控制扩展到运动控制和过程控制领域。可编程逻辑控制器(PLC)也改称为可编程控制器(Programmable Controller:PC),由于个人计算机也简称PC,为了避免混淆,可编程控制器仍被称为PLC。
1987年,国际电工委员会(IEC)颁布的可编程控制器标准第三稿中,对可编程控制器的定义如下:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境应用而设计。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入/输出,控制各种机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备,都应按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则来设计。
PLC最初用于逻辑控制和顺序控制,面对运动控制和过程控制,PLC必须扩展自己的功能,才能满足生产的需求。机床工业、汽车工业等属于离散型制造工业,这类工业侧重于运动控制,如位置控制和速度控制。为此,生产PLC的厂家相继推出了位置控制模块、伺服定位模块、运动控制模块、电子凸轮模块、A/D转换模块、D/A转换模块以及高速计数模块等功能模块,用于速度、加速度以及位置控制等运动控制。
大量的中小型企业属于混合型制造工业,这类制造业中既有运动控制又有过程控制,为了适应这些企业的需要,各厂家都在自己的PLC产品中推出了温度传感器模块、PID(比例、积分、微分)控制模块、A/D转换模块、D/A转换模块、闭环控制模块以及模糊控制模块等功能模块,用于温度、压力、流量以及液位等过程控制。
PLC本身的模块化结构以及远程I/O模块功能的不断完善,使得PLC易于实现多级控制(分布控制、分散控制),通过不同级别的网络将PLC与PLC、PLC与远程I/O模块、PLC与人机界面以及PLC与PC机连接起来,形成管控一体化的网络结构。
可编程控制器结构
PLC是以微处理器为核心的一种特殊的工业用计算机,其结构与一般的计算机相类似,由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM、EPROM、EEPROM等)、输入接口、输出接口、I/O扩展接口、外部设备接口以及电源等组成。
PLC通常分为模块式和整体式两种结构。以日本OMRON(欧姆龙)公司的PLC为例。C200Ha系列为模块式PLC,所谓模块,就是按照功能将电路进行分类,每一种功能制成一块电路板,通常称为模板,每块模板置于工程塑料外壳内,成为独立的单元,如CPU单元、输入单元、输出单元、特殊I/O单元、通信单元以及电源单元等。各单元插在带有总线的CPU底板上,构成CPU机架。如果CPU机架(或称主机架)的I/O点数不够用,或者需要增加新的特殊单元,可以增加扩展I/O机架,扩展I/O机架由扩展I/O底板、电源单元、I/O单元以及特殊I/O单元组成。模块式PLC的特点是组态灵活、扩展方便以及维护简单。模块式PLC结构示意图如图1-1所示。
图1-1 模块式PLC结构示意图
CP1H系列为整体式PLC,其CPU单元中装配了20~40点的输入输出电路。它将模块式的各个单元集成为一体,不如模块式灵活但是使用方便。如果I/O点数不够用可用CPM1A系列扩展单元进行扩展,但最多不能超过7台。另外,CP1H CPU单元的侧面连接有CJ单元适配器CP1W-EXT01,故可以连接CJ系列特殊I/O单元或CPU总线单元最多两个单元。与模块式一样,它也可以增加扩展I/O机架。该整体式PLC的结构原理图与图1-1类似。其CPU机架结构图如图1-2所示。
图1-2 CP1H的CPU机架结构图
CPU单元
CPU单元是PLC的核心部件,它由微处理器、系统程序存储器、用户程序存储器以及工作数据存储器等组成。对于小型、中型和大型PLC,其CPU单元的微处理器通常为1个、2个和3个,采用多处理器的目的是用来分割控制任务,进行协同处理,提高操作和响应速度。此外,CPU单元上还有外设端口、通信端口,还可以加选通信板和扩展存储器板。以下介绍日本OMRON(欧姆龙)公司整体式PLC中的CP1H-XA40DR-A型CPU单元。CPU单元结构图如图1-3所示。
图1-3 CPU单元结构图
现将其中各部分功能逐一简要说明如下:
(1)电池盖。打开盖可将电池放入,用作RAM的后备电源,将保持继电器、数据内存、计数器(标志·当前值)进行电池备份。
(2)工作指示LED。指示CP1H的工作状态。
作用如下:
POWER(绿)
灯亮
通电时