PLC的結(jié)構(gòu)及各部分的作用

　　PLC的類型繁多,，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異,，通常由主機(jī),、輸入/輸出接口,、電源擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口等幾個(gè)主要部分組成,。PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

　　1,、主機(jī)

　　主機(jī)部分包括中央處理器（CPU）,、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,。CPU是PLC的核心,，它用以運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài),、作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作,，將結(jié)果送到輸出端,，并響應(yīng)外部設(shè)備（如電腦、打印機(jī)等）的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等,。PLC的內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類,，一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)用戶程序作編譯處理的程序,，系統(tǒng)程序已由廠家固定,，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,，主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果,。

　　2、輸入/輸出（I/O）接口

　　I/O接口是PLC與輸入/輸出設(shè)備連接的部件,。輸入接口接受輸入設(shè)備（如按鈕,、傳感器、觸點(diǎn)、行程開(kāi)關(guān)等）的控制信號(hào),。輸出接口是將主機(jī)經(jīng)處理后的結(jié)果通過(guò)功放電路去驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備（如接觸器,、電磁閥、指示燈等）,。I/O接口一般采用光電耦合電路,，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性,。I/O點(diǎn)數(shù)即輸入/輸出端子數(shù)是PLC的一項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)，通常小型機(jī)有幾十個(gè)點(diǎn),，中型機(jī)有幾百個(gè)點(diǎn),，大型機(jī)將超過(guò)千點(diǎn)。

　　3,、電源

　　圖中電源是指為CPU,、存儲(chǔ)器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源,，通常也為輸入設(shè)備提供直流電源,。

　　4、編程

　　編程是PLC利用外部設(shè)備,，用戶用來(lái)輸入,、檢查、修改,、調(diào)試程序或監(jiān)示PLC的工作情況,。通過(guò)專用的PC/PPI電纜線將PLC與電腦聯(lián)接，并利用專用的軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控,。

　　5,、輸入/輸出擴(kuò)展單元

　　I/O擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）連接在一起。

　　6,、外部設(shè)備接口

　　此接口可將打印機(jī),、條碼掃描儀，變頻器等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián),，以完成相應(yīng)的操作,。

　　實(shí)驗(yàn)裝置提供的主機(jī)型號(hào)有西門子S7-200系列的CPU224（AC/DC/RELAY）。輸入點(diǎn)數(shù)為14,，輸出點(diǎn)數(shù)為10,；CPU226（AC/DC/RELAY），輸入點(diǎn)數(shù)為26,，輸出點(diǎn)數(shù)為14,。

　　PLC的基本特點(diǎn)

　　1、功能豐富

　　PLC的功能非常豐富,。這主要與它具有豐富的處理信息的指令系統(tǒng)及存儲(chǔ)信息的內(nèi)部器件有關(guān),。

　　它的指令多達(dá)幾十條,、幾百條，可進(jìn)行各式各樣的邏輯問(wèn)題的處理,，還可進(jìn)行各種類型數(shù)據(jù)的運(yùn)算,。凡普通計(jì)算機(jī)能做到的，它也都可作到,。

　　它的內(nèi)部器件,，即內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，種類繁多,，容量宏大,。I/O繼電器，可以用以存儲(chǔ)入,、出點(diǎn)信息的,，少的幾十、幾百,，多的可達(dá)幾千,、幾萬(wàn)，以至10幾萬(wàn),。這意味著它可進(jìn)行這么多I/O點(diǎn)的入出信息變換,，進(jìn)行這么大規(guī)模的控制。

　　2,、使用方便

　　用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制是非常方便的,。這是因?yàn)椋菏紫萈LC控制邏輯的建立是程序，用程序代替硬件接線,。編程序比接線,，更改程序比更改接線，當(dāng)然要方便得多,！

　　其次PLC的硬件是高度集成化的,，已集成為種種小型化的模塊。而且,，這些模塊是配套的,，已實(shí)現(xiàn)了系列化與規(guī)格化。種種控制系統(tǒng)所需的模塊,，PLC廠家多有現(xiàn)貨供應(yīng),，市場(chǎng)上即可購(gòu)得。所以,，硬件系統(tǒng)配置與建造也非常方便,。

　　正因如此，用可編程序控制器才有這個(gè)“可”字。對(duì)軟件講,，它的程序可編,，也不難編。對(duì)硬件講,，它的配置可變,，而且也易于變。

　　3,、工作可靠

　　用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制是非?？煽康摹＿@是因?yàn)镻LC在硬件與軟件兩個(gè)方面都采取了很多措施,，確保它能可靠工作,。事實(shí)上，如果PLC工作不可靠,，就無(wú)法在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)用，也就不成其為PLC了,。

　　4,、經(jīng)濟(jì)合算

　　高新技術(shù)的使用必將帶來(lái)巨大的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，這是科技是第一生產(chǎn)力的體現(xiàn),，也是高新技術(shù)生命力之所在,。PLC也是如此。

　　盡管使用PLC首次投資要大些,，但從全面及長(zhǎng)遠(yuǎn)看,，使用PLC還是經(jīng)濟(jì)的。這是因?yàn)椋?/p>

　　使用PLC的投資雖大,，但它的體積小,、所占空間小，輔助設(shè)施的投入少,；使用時(shí)省電,，運(yùn)行費(fèi)少；工作可靠,，停工損失少,；維修簡(jiǎn)單，維修費(fèi)少,；還可再次使用以及能帶來(lái)附加價(jià)值等等,，從中可得更大的回報(bào)。所以,，在多數(shù)情況下,，它的效益是可觀的。

　　PLC工作環(huán)境

　　1．溫度

　　PLC要求環(huán)境溫度在0~55℃，安裝時(shí)不能放在發(fā)熱量大的元件下面,，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大,，基本單元和擴(kuò)展單元之間要有30mm以上間隔；開(kāi)關(guān)柜上,、下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗,，防止太陽(yáng)光直接照射；如果周圍環(huán)境超過(guò)55℃,，要安裝電風(fēng)扇強(qiáng)迫通風(fēng),。

　　2．濕度

　　為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于85%（無(wú)凝露）,。

　　3．震動(dòng)

　　應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動(dòng)源,，防止振動(dòng)頻率為10~55Hz的頻繁或連續(xù)振動(dòng)。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動(dòng)時(shí),，必須采取減震措施,，如采用減震膠等。

　　4．空氣

　　避免有腐蝕和易燃的氣體,，例如氯化氫,、硫化氫等。對(duì)于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境,，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中,，并安裝空氣凈化裝置。5．電源PLC供電電源為50Hz,、220（1±10%）V的交流電,，對(duì)于電源線來(lái)的干擾，PLC本身具有足夠的抵制能力,。對(duì)于可靠性要求很高的場(chǎng)合或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境,，可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾,。還可以在電源輸入端串接LC濾波電路,。FX系列PLC有直流24V輸出接線端，該接線端可為輸入傳感器（如光電開(kāi)關(guān)或接近開(kāi)關(guān)）提供直流24V電源,。當(dāng)輸入端使用外接直流電源時(shí),，應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源。因?yàn)槠胀ǖ恼鳛V波電源,，由于紋波的影響,，容易使PLC接收到錯(cuò)誤信息。

　　PLC常見(jiàn)的六大應(yīng)用

　　1,、用于開(kāi)關(guān)量控制

　　PLC控制開(kāi)關(guān)量的能力是很強(qiáng)的,。所控制的入出點(diǎn)數(shù),，少的十幾點(diǎn)、幾十點(diǎn),，多的可到幾百,、幾千，甚至幾萬(wàn)點(diǎn),，由于它能聯(lián)網(wǎng),，點(diǎn)數(shù)幾乎不受限制，不管多少點(diǎn)都能控制,，所控制的邏輯問(wèn)題可以是多種多樣的：組合的,、時(shí)序的、即時(shí)的,、延時(shí)的,、不需計(jì)數(shù)的、需要計(jì)數(shù)的,、固定順序的,、隨機(jī)工作的等等，都可進(jìn)行,。

　　PLC的硬件結(jié)構(gòu)是可變的,，軟件程序是可編的，用于控制時(shí),，非常靈活。必要時(shí)可編寫多套或多組程序,，依需要調(diào)用,。它很適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)多工況、多狀態(tài)變換的需要,。

　　用PLC進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制實(shí)例是很多的,，冶金、機(jī)械,、輕工,、化工、紡織等等,，幾乎所有工業(yè)行業(yè)都需要用到它,。目前，PLC首用的目標(biāo),，也是別的控制器無(wú)法與其比擬的,，就是它能方便并可靠地用于開(kāi)關(guān)量的控制。

　　2,、用于模擬量控制

　　模擬量,，如電流,、電壓、溫度,、壓力等等,，它的大小是連續(xù)變化的。工業(yè)生產(chǎn),，特別是連續(xù)型生產(chǎn)過(guò)程,，常要對(duì)這些物理量進(jìn)行控制。

　　作為一種工業(yè)控制電子裝置,，PLC若不能對(duì)這些量進(jìn)行控制,，那是一大不足，為此各PLC廠家都在這方面進(jìn)行大量的開(kāi)發(fā),。目前,，不僅大型、中型機(jī)可以進(jìn)行模擬量控制,，就是小型機(jī),，也能進(jìn)行這樣的控制。PLC進(jìn)行模擬量控制,，要配置有模擬量與數(shù)字量相互轉(zhuǎn)換的A/D,、D/A單元。它也是I/O單元,，不過(guò)是特殊的I/O單元,。

　　A/D單元是把外電路的模擬量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,，然后送入PLC;D/A單元,，是把PLC的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，再送給外電路,。作為一種特殊的I/O單元,，它仍具有I/O電路抗干擾、內(nèi)外電路隔離,、與輸入輸出繼電器（或內(nèi)部繼電器,，它也是PLC工作內(nèi)存的一個(gè)區(qū)，可讀寫）交換信息等等特點(diǎn),。

　　這里的A/D中的A,，多為電流，或電壓,，也有溫度,。D/A中的A，多為電壓,，或電流,。電壓,、電流變化范圍多為0～5V，0～10V,，4～20mA,，有的還可處理正負(fù)值的。這里的D,，小型機(jī)多為8位二進(jìn)制數(shù),，中、大型多為12位二進(jìn)制數(shù),。A/D,、D/A有單路，也有多路,。多路占的輸入輸出繼電器多,。有了A/D、D/A單元,，余下的處理都是數(shù)字量,，這對(duì)有信息處理能力的PLC并不難。中,、大型PLC處理能力更強(qiáng),，不僅可進(jìn)行數(shù)字的加、減,、乘,、除，還可開(kāi)方,、插值,，還可進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，有的還有PID指令,，可對(duì)偏差制量進(jìn)行比例、微分,、積分運(yùn)算,，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的輸出，計(jì)算機(jī)能算的它幾乎都能算,。這樣,，用PLC實(shí)現(xiàn)模擬量控制是完全可能的。

　　PLC進(jìn)行模擬量控制,，還有A/D,、D/A組合在一起的單元，并可用PID或模糊控制算法實(shí)現(xiàn)控制,，可得到很高的控制質(zhì)量,。用PLC進(jìn)行模擬量控制的好處是,，在進(jìn)行模擬量控制的同時(shí)，開(kāi)關(guān)量也可控制,。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是別的控制器所不具備的,，或控制的實(shí)現(xiàn)不如PLC方便。當(dāng)然,，若純?yōu)槟M量的系統(tǒng),，用PLC可能在性能價(jià)格比上不如用調(diào)節(jié)器。

　　3,、用于運(yùn)動(dòng)控制

　　實(shí)際的物理量,，除了開(kāi)關(guān)量、模擬量,，還有運(yùn)動(dòng)控制,。如機(jī)床部件的位移，常以數(shù)字量表示,。運(yùn)動(dòng)控制,，有效的辦法是NC，即數(shù)字控制技術(shù),。這是50年代誕生于美國(guó)的基于計(jì)算機(jī)的控制技術(shù),。當(dāng)今已很普及，并也很完善,。目前,，先進(jìn)國(guó)家的金屬切削機(jī)床，數(shù)控化的比率已超過(guò)40%～80%,，有的甚至更高,。PLC也是基于計(jì)算機(jī)的技術(shù)，并日益完善,。PLC可接收計(jì)數(shù)脈沖,，頻率可高達(dá)幾k到幾十k赫茲，可用多種方式接收這脈沖,，還可多路接收,。有的PLC還有脈沖輸出功能，脈沖頻率也可達(dá)幾十k,，有了這兩種功能,，加上PLC有數(shù)據(jù)處理及運(yùn)算能力，若再配備相應(yīng)的傳感器（如旋轉(zhuǎn)編碼器）或脈沖伺服裝置,，則完全可以依NC的原理實(shí)現(xiàn)種種控制,。高、中檔的PLC,，還開(kāi)發(fā)有NC單元,，或運(yùn)動(dòng)單元,，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制。運(yùn)動(dòng)單元還可實(shí)現(xiàn)曲線插補(bǔ),，可控制曲線運(yùn)動(dòng),。所以，若PLC配置了這種單元,，則完全可以用NC的辦法,，進(jìn)行數(shù)字量的控制。新開(kāi)發(fā)的運(yùn)動(dòng)單元,，甚至還發(fā)行了NC技術(shù)的編程語(yǔ)言,，為更好地用PLC進(jìn)行數(shù)字控制提供了方便。

　　4,、用于數(shù)據(jù)采集

　　隨著PLC技術(shù)的發(fā)展,，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)越來(lái)越大。如德維森公司的PLC,，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（DM區(qū)）可達(dá)到9999個(gè)字,。這樣龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù),。數(shù)據(jù)采集可以用計(jì)數(shù)器,，累計(jì)記錄采集到的脈沖數(shù)，并定時(shí)地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去,。數(shù)據(jù)采集也可用A/D單元,，當(dāng)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再定時(shí)地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去,。PLC還可配置上小型打印機(jī),，定期把DM區(qū)的數(shù)據(jù)打出來(lái)。

　　PLC也可與計(jì)算機(jī)通訊,，由計(jì)算機(jī)把DM區(qū)的數(shù)據(jù)讀出,，并由計(jì)算機(jī)再對(duì)這些數(shù)據(jù)作處理。這時(shí),，PLC即成為計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)終端,。

　　電力用戶曾使用PLC，用以實(shí)時(shí)記錄用戶用電情況,，以實(shí)現(xiàn)不同用電時(shí)間、不同計(jì)價(jià)的收費(fèi)辦法,，鼓勵(lì)用戶在用電低谷時(shí)多用電,，達(dá)到合理用電與節(jié)約用電的目的。

　　5,、用于信號(hào)監(jiān)控

　　PLC自檢信號(hào)很多,，內(nèi)部器件也很多,，多數(shù)使用者未充分發(fā)揮其作用。其實(shí),，完全可利用它進(jìn)行PLC自身工作的監(jiān)控,，或?qū)刂茖?duì)象進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng),，特別是自動(dòng)控制系統(tǒng),，監(jiān)控以至進(jìn)一步能自診斷是非常必要的，它可減少系統(tǒng)的故障,，出了故障也好查找,，可提高累計(jì)平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間，降低故障修復(fù)時(shí)間,，提高系統(tǒng)的可靠性,。

　　6、用于聯(lián)網(wǎng),、通訊

　　PLC聯(lián)網(wǎng),、通訊能力很強(qiáng)，不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)推出,。PLC可與個(gè)人計(jì)算機(jī)相連接進(jìn)行通訊,，可用計(jì)算機(jī)參與編程及對(duì)PLC進(jìn)行控制的管理，使PLC用起來(lái)更方便,。

　　為了充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用,，可實(shí)行一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制與管理多臺(tái)PLC，多的可達(dá)32臺(tái),。也可一臺(tái)PLC與兩臺(tái)或更多的計(jì)算機(jī)通訊,，交換信息，以實(shí)現(xiàn)多的對(duì)PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)控,。PLC與PLC也可通訊,，可一對(duì)一PLC通訊，可幾個(gè)PLC通訊,，可多到幾十,、幾百。

　　PLC與智能儀表,、智能執(zhí)行裝置（如變頻器）,，也可聯(lián)網(wǎng)通訊，交換數(shù)據(jù),，相互操作,。可聯(lián)接成遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)范圍面可大到10公里或更大,?？山M成局部網(wǎng)，不僅PLC,，而且高檔計(jì)算機(jī),、各種智能裝置也都可進(jìn)網(wǎng)?？捎每偩€網(wǎng),，也可用環(huán)形網(wǎng)。網(wǎng)還可套網(wǎng),。網(wǎng)與網(wǎng)還可橋接,。聯(lián)網(wǎng)可把成千上萬(wàn)的PLC、計(jì)算機(jī),、智能裝置組織在一個(gè)網(wǎng)中,。網(wǎng)間的結(jié)點(diǎn)可直接或間接地通訊、交換信息,。

　　聯(lián)網(wǎng),、通訊，正適應(yīng)了當(dāng)今計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）及智能化工廠發(fā)展的需要,。它可使工業(yè)控制從點(diǎn)（Point）,、到線（（Line）再到面（Aero），使設(shè)備級(jí)的控制,、生產(chǎn)線的控制,、工廠管理層的控制連成一個(gè)整體，進(jìn)而可創(chuàng)造更高的效益,。這個(gè)無(wú)限美好的前景,，已越來(lái)越清楚地展現(xiàn)在我們這一代人的面前。

　　以上幾點(diǎn)應(yīng)用是著重從質(zhì)上講的,。從量上講,，PLC有大、有小,。所以它的控制范圍也可大,、可小。小的只控制一個(gè)設(shè)備,，甚至一個(gè)部件,，一個(gè)站點(diǎn);大的可控制多臺(tái)設(shè)備，一條生產(chǎn)線,，以至于整個(gè)工廠,。可以說(shuō)工業(yè)控制的大小場(chǎng)合，都離不開(kāi)PLC,。