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PLC的硬件基础知识.doc
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第 1 章 PLC 的硬件详细介绍
目前市场上主要有德国西门子(SIEMENS);日本三菱(MITSUBISHI)、欧姆龙
〔OMRON〕、富士电机〔FUJI〕、松下电工;法国施耐德〔SCHNEIDER、
MODICON〕,韩国三星〔SAMSUNG〕、ABB、GE、日立等公司生产的 PLC,虽
然厂商不一样,但其 PLC 的原理根本一致。
1.1 PLC 硬件结构和电路
PLC 主要由中央处理器〔CPU〕、存储器〔RAM、ROM〕、输入输出单元
〔I/O〕、电源、I/O 扩展接口、外设接口以及外围编程设备等几大局部组成。其
硬件结构图如图 1.1 所示。
图 1.1.1 PLC 硬件结构图
外部设备
输出设备
微处理器〔CPU〕
运算器
控制器
输
出
部
件
输
入
部
件
系
统
存
储
器
用
户
存
储
器
I
I/
O
扩
展
接
口
通
讯
及
编
程
接
口
编程设备
计算机
打印机等
传感器
按钮、开关
现场信号
电磁阀
中间继电器
执行器
输入设备
扩展设备
扩展单元
通讯模块
功能模块
电源变换器
~110V/220V 市电
PLC 根本单元
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1.1.1 中央处理器〔CPU〕
中央处理单元〔CPU〕一般由控制器、运算器和存放器组成,这些电路都集
成在一个芯片上。CPU 通过地址总线、数据总线、控制总线与存储器、输入输
出接口电路连接。CPU 常用的微处理器通常有通用型微处理器〔Intel 公司的 8086、
80186、奔腾等系列芯片〕、单片机〔Intel 公司的 MCS-96 系列单片机等〕和位片
式微处理器〔AMD2900 系列微处理器〕等三类。小型 PLC 多采用单片机或专用
CPU,中型 PLC 大多采用 16/32 位微处理器或单片机,大型和超大型 PLC 大多
采用高速位片式处理器,具有高速处理能力。
CPU 的主要功能:
1) 从存储器中读取指令
2) 执行指令
3) 顺序取指令
4) 处理中断、数据传送、逻辑运算、算术运算等
1.1.2 存储器〔RAM、ROM〕
PLC 的存储器〔内部存储器〕包括系统存储器和用户存储器。系统存储器用
来存放由 PLC 厂家编写的系统程序〔机械源代码、BIOS 程序等〕,系统存储器一
般是 ROM 存储器,用户一般不能更改。用户存储器包括用户程序存储区和数据存
储区两局部,用户存储器一般是 ROM、EPROM 或 EEPROM 存储器。用户程序存储区
用来存放用户用编程软件编写的程序,用户根据具体的情况可以更改;数据存储
区用来存放用户程序中所使用器件的 ON/OFF 状态、数值和数据等中间运算结果。
PLC 的存储器由随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、可擦写存储器
EEPROM3 大局部构成。ROM 用于存放系统程序,用户不可以改变,其数据断
电后不会消失,PLC 在生产过程中就已经将程序固化在其程序中。RAM 用于存
储用户程序和中间运算数据,其数据断电后消失,在关断 PLC 的外部电源后,
可以用锂电池保存 RAM 中的用户程序和某些数据〔目前已经采用更先进的技术
保存其数据〕。EEPROM 皆有 ROM 的非易失性和 RAM 的随机存取的优点,用
于存放需要长期保存的重要数据。
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其主要功能:
1) 存放模块化应用功能子程序;
2) 存放命令解释程序;
3) 存放功能子程序的调用管理程序;
4) 存放存储系统参数。
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1.1.3 输入输出单元〔I/O〕
I/O 单元实际上是 I/O 电路,PLC 的 CPU 模块 I/O 单元和扩展模块的 I/O
单元,一般小型 PLC〔西门子 S7-200、三菱 F2N 系列 PLC〕的 CPU 模块 I/O 口
大多数只有开关量 I/O 口;扩展模块的 I/O 单元有开关量、模拟量、热电偶等。
PLC 内部输入电路将 PLC 外部电路(开关量信号————由电位器、热电偶、
测速电机和各种变送器等输入),通过光耦合电路送至 PLC 内部电路。输入单元的
作用是接收和采集输入信号,输出单元的作用是控制输出设备,执行装置。
1. 输入接口电路
为了防止由于触点抖动或干扰脉冲引起错误的输入信号,因此输入接口电路
必须有很强的抗干扰能力。其抗干扰的方法有:利用光耦合器提高抗干扰能力和
利用滤波电路提高抗干扰能力。输入接口电路图 1.1.2 所示.
图 1.1.2 直流高电平有效输入接口电路
根据输入电路的电压类型和电路形式的不同,可以分为干结式、直流输入式
和交流输入式;按电平的有效形式可分为高电平有效型和低电平有效型,上图是
直流输入式高电平有效型接口电路。一般直流数字量输入端口电压定额一般接
DC24V(PLC 西门子 S7-200、三菱 F2N 系列 PLC,但三菱 F2N 系列 PLC 由于输入
接口电路已经带有 24VDC 电源,因此不再接入电源)。
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2. 输出接口电路
根据 PLC 的输出电路结构的不同可将输出接口电路分为:小型继电器输出
型、晶体管输出型和晶闸管输出型 3 种。
PLC 小型 PLC 继电器输出电路型允许负载一般是 AC250V/DC50V 以下,负
载电流可达 2A,容量可达 80~100VA〔电压×电流〕,因此,PLC 的输出一般
不宜直接驱动大电流负载〔一般通过一个小负载来驱动大负载,如 PLC 的输出
可以接一个电流比拟小的中间继电器,再由中间继电器触点驱动大负载,如接触
器线圈等〕。 PLC 继电器输出电路的继电器触点的使用寿命也有限制〔一般数十
万次左右,根据负载而定,如连接感性负载时的寿命要小于阻性负载〕。此外,
继电器输出的响应时间也比拟慢〔10ms〕左右,因此,在要求快速响应的场合
不适合使用此种类型的电路输出。继电器输出型电路见下列图 1.1.3 所示。
图 1.1.3 小型继电器输出型电路
晶体管输出型电路相比于继电器输出响应快〔一般在以下〕,适用于要求快
速响应的场合;由于晶体管是无机械触点,因此比继电器型输出电路的寿命长。
晶体管输出型电路的电源只能是直接电源,这是其应用局限的一方面。另外,
晶体管输出驱动能力要小于继电器输出,允许负载电压一般为 DC5V~30V,允
许负载电流为。晶体管输出型电路的主要有两种:NPN 和 PNP 型集电极开路输
出。PLC 晶体管型输出电路见下列图 1.1.4 所示。
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