可编程控制器内部结构和基本结构教程描述

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一、什么是PLC

它是一个实时系统,不同于传统的基于继电器的个人电脑电机控制系统。每当改变设计,整个系统几乎都要重建,不仅费时费力;同时,继电器存在接触不良、磨损、尺寸大等缺点,造成成本高、可靠性低、维护困难等问题。为了改善这些缺点,美国DEC于1969年首次出版了《可编程控制器》。

在其出版之初,程序控制器简称为(可编程逻辑控制器)。它的第一个目的是代替继电器,执行继电器逻辑的顺序控制和其他功能,如计时或计数,所以它也被称为顺序控制器。它的结构也像微型计算机,所以直到1976年它还可以被称为微型计算机可编程控制器(MCPC)。美国电机制造协会正式将其命名为可编程控制器,简称PC。目前,个人电脑非常常见,经常与可编程控制器一起使用。为了区分两者,可编程控制器一般称为PLC来区分。目前市面上的PLC种类很多,根据厂家和适用场所的不同而有所不同,但每个品牌都可以根据单元的复杂程度分为大、中、小;一般工厂、学校都用小PLC,其中日本三菱三菱F系列和中国士林电气A系列PLC更受国人欢迎。本次CAI将主要介绍三凌FX2 PLC,希望用户对PLC有更深入的了解,在使用PLC时更加得心应手。可编程控制器的内部基本结构如下图所示。内部单元包括CPU、输入模块和输出模块三个部门。PLC的CPU会通过输入模块获取输入部件产生的信号,然后从存储器中逐一取出原本由程序编写器输入的控制命令。经过运营部门的逻辑计算后,结果将通过输出模块驱动外部输出组件。

二、可编程控制器的内部结构

程序输入设备:负责提供操作员输入、修改和监控程序使用的功能

中央处理器(CPU):负责PLC管理、执行、操作、控制等功能。

程序内存:负责存储用户设计的顺序程序参数和注释。

数据存储器:负责存储输入输出设备的状态和顺序程序的转换数据。

系统内存:存储PLC执行顺序控制所需的系统程序。

输入回路:负责接收来自外部输入元件的信号。

输出回路:负责接收外部输出元件的信号。

在广泛的工业应用中,例如半导体晶圆厂的各种自动化设备的控制、建筑物电梯、机械停车设备、路边交通灯和自动生产线的控制。

三.可编程控制器基本结构的详细说明

PLC本质上是一台专用于工业控制的计算机,其硬件结构与微机基本相同。

A.中央处理器

中央处理器(CPU)是PLC的控制中心。它根据PLC系统程序给定的功能,接收并存储程序员键入的用户程序和数据;检查电源、内存、输入/输出和报警计时器的状态,并诊断用户程序中的语法错误。PLC投入运行时,首先通过扫描接收现场各输入设备的状态和数据,分别存储在I/O镜像区,然后从用户程序存储器中逐个读取用户程序,指令被解释后,根据指令执行逻辑或算术运算的结果,送入I/O镜像区或数据寄存器。所有的用户程序执行完毕后,I/O镜像区中每个输出状态或输出寄存器中的数据最终被传送到相应的输出设备,操作循环进行,直到操作停止。

为了进一步提高PLC的可靠性,近年来,大型PLC采用了双CPU冗余系统或三CPU表决系统。这样,即使一个CPU出现故障,整个系统仍然可以正常运行。

B.记忆

存储系统软件的存储器称为系统程序存储器。

用于存储应用软件的存储器称为用户程序存储器。

C.电源

可编程控制器的电源在整个系统中起着重要的作用。没有一个好的、可靠的电源系统,就无法正常工作,所以PLC厂商非常重视电源的设计和制造。交流电压波动一般在10%(15%)以内,所以PLC可以直接接入交流电网,无需采取其他措施。

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