文档介绍：可编程序控制器简介
第二章可编程序控制器的基本组成和工作原理
PLC在工业生产的各个领域里得到了愈来愈广泛的应用。而要正确地应用PLC去完成各种不同的控制任务,首先,应从了解PLC的结构特点和工作原理开始。目前,可编程序控制器的产品很多。不同厂家,不同型号的PLC结构也各不相同,但就其基本组成和基本工作原理而言,却大致相同。
第一节可编程序控制器的基本组成
通俗地讲,PLC实质上就是一台工业控制计算机。其硬件结构基本上与微机相同,但也有其特殊的地方。
PLC硬件系统基本结构如图2—1所示。
在图2-1中,主机由微处理器(CPU)、存储器(EPROM、RAM)、输入/输出模块、外设I/O接口及电源(在上图中未画出)组成。对整体式的PLC这些部件都在同一个机壳内,而对于模块式结构的PLC各部件独立封装,称为模块。各模块通过机架和电缆线连接在一起。编程器可看成PLC的外围设备。
主机内的各个部分均通过总线连接。总线分为电源总线,控制总线,地址总线和数据总线。根据实际应用的需要配备一定的外却设备,可构成不同的PLC控制系统。常用的外部设备有编程器、打印机、EPROM写入器等。PLC也可以通过通信接口与上位机及其他的PLC进行通信,构成PLC工业控制局域网或集散型控制系统。
为进一步了解PLC的控制原理和工作过程,下面分别介绍PLC各组成部分及其作用。
一、中央处理单元(CPU)
CPU是PLC的控制中枢,它是由控制器和运算器组成。其中,控制器是用宋统一指挥和控制PLC工作的部件。运算器则是进行逻辑、算术等运算的部件。PLC在CPU的控制下使全机有条不紊的协调工作,以实现对现场的各个设备进行控制。
CPU的具体作用如下:
(1)接收、存储用户程序。
(2)以扫描方式接收来自输入单元的数据和状态信息,并存入相应的数据存储区。
(3)执行监控程序和用户程序。完成数据和信息的逻辑处理,产生相应的内部控制信号,完成用户指令规定的各种操作。
(4)响应外部设备(如编程器,打印机)的请求。
PLC中所采用CPU随机型不同而不同,通常有三种:通用微处理器(如8086,80286,80386等)、单片机芯片、位片式微处理器。
一般说来,小型PLC大多采用8位微处理罪或单片机作为CPU,如,Z80A,8085,8031等,具有价格低,普及通用性好等优点。
对于中型的PLC,大多采用16位微处理器或单片机作为CPU,如Intel8086,Intel96系列单片机,具有集成度高,运算速度快,可靠性高等优点。如日本欧姆龙公司生产的OMRON C200H型PLC采用的是Motorola公司生产的MC68B09 CPU芯片。这是一种增强型8位微处理器。
对大型PLC,大多采用高速位片式微处理器,它具有灵活性强,速度快,效率高的优点。
目前,一些厂家生产的PLC中,还采用了冗余技术,即采用双CPU或三CPU工作,进一步提高了系统的可靠性。采用冗余技术可使PLC的平均无故障工作时间达几十万小时以上。
二、存储器
PLC系统中的存储器主要用于存放系统程序,用户程序和工作状态数据。

采用PROM、EPROM芯片存储器。由生产厂家用来存放PLC永久存储的程序和指令,称为监控程序。监控程序与PLC的硬件组成和专用部件的特性有关,用户不能访问和修改这部分存储器的内容.

工作数据是PLC运行过程中经常变化,需要随机存取的一些数据。这些数据一般不需要长久保存,因此采用随机存储器RAM。数据存储区包括输入、输出数据映象区,定时器材数器预置数和当前值的数据。

用于存放用户经编程器输入的应用程序。一般采用EPROM或EEPROM存储器,用户可擦除重新编程。用户程序存储器的容量一般就代表PLC的标称容量。通常,小型机小于8KB,中型机小于50KB,而大型机可在50KB以上.
三、输入/输出模块
PLC的控制对象是工业生产过程,它与工业生产过程的联系是通过I/O模块实现的。生产过程有许多控制变量,如:温度、压力、液位、速度、电压、开关量、继电器状态等。因此,需要有相应的I/O模块作为CPU与工业生产现场的桥梁。且这些模块应具有较好的抗干扰能力。
目前,生产厂家己开发出各种型号的模块供用户选择。对于输入、输出模块有:数字量输入/输出模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、交流信号输入/输出模块、220V交流输入/输出模块。还有智能模块,它本身带有CPU、存储器和监控系统,可独立完成各种运算。智能模块的种类很多,如:高速计数模块,PID调节的模拟量控制模块,阀门控制模块,智能存储模块和智能I/O模块。
下面仅举两个例子来说明I/O模块与CPU的连接方式。