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可編程控制器的構(gòu)成框圖和計算機(jī)是一樣的,都由中央處理器(CPU)、存貯器和輸入/輸出接口等構(gòu)成。因此,從硬件結(jié)構(gòu)來說,可編程控制器實(shí)際上就是計算機(jī),圖1是其硬件系統(tǒng)的簡化框圖。從圖中可以看出PLC內(nèi)部主要部件有:
(1)CPU(Central Process Unit)
CPU是PLC的核心組成部分,與通用微機(jī)的CPU一樣,它在PLC系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞,故稱為“電腦”。其功能是:
a、按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能,接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。
b、用掃描方式接收現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)式數(shù)據(jù),并存入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中。
c、診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤。
d、在PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后,從存儲器中逐條讀取用戶程序,經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù),產(chǎn)生相應(yīng)的信號,去啟閉有關(guān)控制門電路。分時分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和變換等操作,完成用戶程序中規(guī)定的邏輯式算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。根據(jù)運(yùn)算結(jié)果,更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容,再由輸出映象寄存器的位狀態(tài)式數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印式數(shù)據(jù)通訊等。
PLC常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機(jī)或雙極型位片式微處理器。通用的微處理器常用的是8位機(jī)和16位機(jī),如Z80A、8085、8086、6502、M6800、M6809、M68000等。單片機(jī)常用的有8039、8049、8031、8051等。雙極型位片式微處理器常用的有AMD2900、AMD2903等。
①用通用微處理器作CPU
在低檔PLC中,用Z80A做CPU較為普遍,Z80A用于PLC有如下長處: Z80(或Z80A)CPU及其配套的芯片廉價、普及、通用,用這套芯片制成的PC,給維修及推廣普及帶來方便。Z80有獨(dú)立的輸入/輸出指令,而且指令格式較短,執(zhí)行時間也較短,這樣有利于掃描周期的縮短。Z80輸入/輸出指令格式較短,相應(yīng)的輸入/輸出設(shè)備編碼也較短,所以相應(yīng)的譯碼硬件器較簡單。由于Z80的信息是采用輸入/輸出映射方式,因而設(shè)計流程序時,對輸入/輸出與存儲器尋址容易區(qū)別。
②用單片機(jī)作CPU
自從1974年出現(xiàn)單片機(jī)以來,已有不少產(chǎn)品采用單片機(jī)做可編程序控制器。日本三菱F系列PLC就采用美國INTEL公司MES-48系列的單片機(jī)8049和8039做處理器,8039單片機(jī)在一塊片子上集成了8位的CPU,128×8的數(shù)據(jù)存儲器。27條輸入/輸出線,T0、T1、INT測試線及8位定時器/計數(shù)器,時鐘振蕩電路等。
自80年代以來,出現(xiàn)了集成度更高。功能更強(qiáng),并帶有“布爾機(jī)”而又便于作數(shù)據(jù)通信的MCS-51系列單片機(jī)以及功能更高的16位單片機(jī),大有取代MCS-48系列之勢。日本三菱的F2系列PLC即采用CPU8031。MCS-51系列單片機(jī)是美國INTEL公司在MCS-48單片機(jī)基礎(chǔ)上,于80年代初推出的產(chǎn)品,具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低價格等特點(diǎn)。它有三個代表產(chǎn)品:8051、8751和8031,它們分別有不同的應(yīng)用特性。8051是以4K字節(jié)EPR0M代替4K字節(jié)的R0M的8051; 8031是內(nèi)部無R0M8051。必須外接EPR0M;INTEL公司的96系列的單片機(jī),字長為16,運(yùn)算速度比51系列更高,這必將為高檔次的PLC開發(fā)和應(yīng)用帶來美好的遠(yuǎn)景。用單片機(jī)制成的PLC有以下顯著特點(diǎn):為機(jī)電設(shè)備一體化創(chuàng)造了條件,因?yàn)橛蓡纹瑱C(jī)制成PLC,體積更小。同時PLC邏輯功能很強(qiáng),并且具有數(shù)值運(yùn)算和通信接口。
③用位片式微處理器作CPU
位片式微處理器的主要特點(diǎn)是:速度快、靈活性強(qiáng)、效率高等特點(diǎn)。可以進(jìn)行“級聯(lián)”,易于“流水線”操作。
(2)系統(tǒng)程序存儲器
它用以存放系統(tǒng)工作程序(監(jiān)控程序)、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋功能子程序的調(diào)用管理程序,以及對應(yīng)定義(I/0、內(nèi)部繼電器、計時器、計數(shù)器、移位寄存器等存儲系統(tǒng))參數(shù)等功能。
(3)用戶存儲器
用以存放用戶程序即存放通過編程器輸入的用戶程序。PLC的用戶存儲器通常以字(16位/字)為單位來表示存儲容量。同時,由于前面所說的系統(tǒng)程序直接關(guān)系到PLC的性能,不能由用戶直接存取。因而通常PLC產(chǎn)品資料中所指的存儲器型式或存儲方式及容量,是對用戶程序存儲器而言。
常用的用戶存儲方式及容量型式或存儲方式有CM0SRAM,EPR0M和EEPR0M。信息儲存常用盒式磁帶和磁盤。
CM0SRAM存儲器是一種中高密度、低功能、價格便宜的半導(dǎo)體存儲器,可用鋰電池作為備用電源。一旦交流電源停電,用鋰電池來維持供電,可保存RAM內(nèi)停電前的數(shù)據(jù)。鋰電池壽命一般為1―5年左右。
EPR0M存儲器是一種常的只讀存儲器,定入時加高電平,擦除時用紫外線照射。PLC通過寫入器可將RAM區(qū)的用戶程序固化到R0M盒中的EPR0M中去。在PLC機(jī)中插入R0M盒,PLC則執(zhí)行R0M盒中用戶程序;反之,不插上R0M盒,PLC則執(zhí)行RAM區(qū)用戶程序。
EEPR0M存儲器是一種可用電改寫的只讀存儲器。
(4)輸入輸出組件(I/0模塊)
I/0模塊是CPU與現(xiàn)場I/0裝置或其它外部設(shè)備之間的連接部件。PLC提供了各種操作電平與驅(qū)動能力的I/0模塊和各種用途的I/0組件供用戶選用。如輸入/輸出電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、誤碼較驗(yàn)、A/D或D/A轉(zhuǎn)換以及其它功能模塊等。I/0模塊將外界輸入信號變成CPU能接受的信號,或?qū)?span>CPU的輸出信號變成需要的控制信號去驅(qū)動控制對象(包括開關(guān)量和模擬量),以確保整個系統(tǒng)正常工作。
輸入的開關(guān)量信號接在IN端和0V端之間,PLC內(nèi)部提供24V電源,輸入信號通過光電隔離,通過R/C濾波進(jìn)入CPU控制板,CPU發(fā)出輸出信號至輸出端。PLC輸出有三種型式:繼電器方式、晶體管方式和晶閘管方式。
(5)編程器
編程器是用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試檢查和監(jiān)視等。還可以通過其鍵盤去調(diào)用和顯示PLC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它通過通訊端口與CPU聯(lián)系,完成人機(jī)對話連接。編程器上有供編程用的各種功能鍵和顯示燈以及編程、監(jiān)控轉(zhuǎn)換開關(guān)。編程器的鍵盤采用梯形圖語言鍵符式命令語言助記符,也可以采用軟件指定的功能鍵符,通過屏幕對話方式進(jìn)行編程。
編程器分為簡易型和智能型兩類。前者只能連機(jī)編程,而后者既可連機(jī)編程又可脫機(jī)編程。同時前者輸入梯形圖的語言鍵符,后者可以直接輸入梯形圖。根據(jù)不同檔次的PLC產(chǎn)品選配相應(yīng)的編程器。
(6)外部設(shè)備
一般PLC都配有盒式錄音機(jī)、打印機(jī)、EPR0M寫入器、高分辨率屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)等外部設(shè)備。
(7)電源
根據(jù)PLC的設(shè)計特點(diǎn),它對電源并無特別要求,可使用一般工業(yè)電源。
MDD112D-N-030-N2M-130-PBO MDD115DE-N-020-N2M-130PAO MDD115d-N-020-N2L-130GB2 MDD115D-N-020-N2M-130PB2
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