可編程控制器-組成與結(jié)構(gòu)原理

1、PLC的結(jié)構(gòu)類型

  整體式：是把PLC各組成部分安裝在一起或少數(shù)幾塊印刷電路板上，并連同電源一起裝在機(jī)殼內(nèi)形成一個(gè)單一的整體，稱之為主機(jī)或基本單元、小型、超小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。

整體式PLC的內(nèi)部組成一般如下圖所示。

  模塊式：是把PLC各基本組成做成獨(dú)立的模塊。中型、大型PLC采用這種方式。便于維修。

2、CPU模塊

     在可編程序控制器控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦，它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。

    S7-200系列PLC主機(jī)的型號(hào)和規(guī)格較多，可以適應(yīng)不同需求的控制場(chǎng)合。目前，該系列中主流的主機(jī)模塊有CPU221、CPU222、CPU224/CPU224XP/CPU224XPsi、CPU226等6種模塊。

CPU模塊中的存儲(chǔ)器

（1）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）。CPU模塊本身帶有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。RAM用于存儲(chǔ)PLC的運(yùn)算、處理結(jié)果等數(shù)據(jù)。根據(jù)需要，RAM的數(shù)據(jù)可以通過電容器或電池盒（選件）進(jìn)行保持，但其存儲(chǔ)時(shí)間較短，一般只能保持幾天。

（2）只讀存儲(chǔ)器（ROM）。存放系統(tǒng)程序，決定PLC的基本智能，由廠家設(shè)計(jì)，相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)。

（3）可以電擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）。除RAM外，CPU模塊本身帶有的保持型存儲(chǔ)器（EEPROM或Flash ROM），可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的永久性存儲(chǔ)。保持型存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)PLC用戶程序、PLC參數(shù)等重要數(shù)據(jù)；根據(jù)需要，也可以將PLC程序執(zhí)行過程中所產(chǎn)生的局部變量V、內(nèi)部標(biāo)志M、定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C等保存在保持型存儲(chǔ)器中。

3、擴(kuò)展模塊

數(shù)字量I/O模塊

(1) 輸入模塊

輸入模塊有直流、交流輸入兩種。

(2)輸出模塊

輸出模塊有繼電器、場(chǎng)效應(yīng)管、晶閘管三種。

       繼電器輸出模塊既可用于直流負(fù)載也可用于交流負(fù)載。它的使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，但是動(dòng)作速度較慢，壽命（動(dòng)作次數(shù)）有一定的限制。場(chǎng)效應(yīng)晶體管型輸出模塊用于直流負(fù)載，它的反應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)，過載能力稍差。三端雙向晶閘管輸出模塊用于交流負(fù)載，它的反應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)能力要比繼電器小但是比場(chǎng)效應(yīng)晶體管大。

模擬量I/O模塊

     S7-200相應(yīng)的模擬量I/O模塊有模擬量輸入模塊EM231、模擬量輸出模塊EM232和模擬量輸入/輸出混合模塊EM235。

溫度測(cè)量模塊

特殊功能模塊

4、PLC的工作原理

     PLC工作方式為由讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請(qǐng)求、自診斷檢查和寫輸出等過程組成的循環(huán)掃描工作方式。

①讀輸入

     在讀輸入階段，PLC掃描所有的輸入端子，按順序把所有外部數(shù)字量輸入端的信號(hào)狀態(tài)（0或1）讀入輸入映像寄存器。這個(gè)過程稱為對(duì)輸入信號(hào)的采樣，或稱為輸入刷新階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生改變，而這些變化必須等到下一個(gè)工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。

②執(zhí)行用戶程序

      執(zhí)行用戶程序階段，對(duì)于常用的梯形圖程序來說就是按從上到下、從左到右的順序，依次執(zhí)行各個(gè)程序指令。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入、輸出映像寄存器或別的元件映像寄存器讀出元件狀態(tài)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果寫入到相應(yīng)的映像寄存器中，因此，各映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。

③通信處理

      在處理通信請(qǐng)求階段，CPU自動(dòng)監(jiān)測(cè)并處理各種通信接口接收到的任何信息，即檢查是否有計(jì)算機(jī)或上位PLC等通信請(qǐng)求，若有則進(jìn)行響應(yīng)處理，完成數(shù)據(jù)通信任務(wù)。

④自診斷

      自診斷包括定期檢查CPU模塊的操作和擴(kuò)展模塊的狀態(tài)是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。

⑤寫輸出

     CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器的狀態(tài)送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，這就形成了PLC的實(shí)際輸出。

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