可編程控制器的組成,可編程控制器培訓,可編程控制器使用
1、可編程控制器的基本結構
可編程控制器的主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（見圖1）
圖1 plc控制系統示意圖
（1）CPU模塊
CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成，在可編程控制器系統中，CPU模塊相當于人的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號，執行用戶程序，刷新系統的輸。存儲器用來儲存程序和數據。
（2）I/O模塊
輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡稱為I/O模塊，它們是系統的眼、耳、手、腳，是聯系外部現場和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用接收和采集輸入信號，輸入信號有兩類：一類是從按鈕、選擇開關、數字拔碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等開關量輸入信號；另一類是由電位器、熱電偶、測速發電機、各種變送器提供的連續變化
的模擬量輸入/輸出信號電壓一般較高，如直流24V
和交流220V。從外部引入的尖銳電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使用權可編程控制器不能正常工作。在I/O模塊中，用光電耦合器，光電可控硅、小型繼電器等器件來隔離外部輸入電路和負載，I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與隔離的作用。
（3）編程器
編程器除了用來輸入和編輯用戶程序外，還可以用來監視可編程控制器運行中各種編程元件的工作狀態 。
編程器可以永久地連接在可編程控制器上，將編程取下來后系統也可以運行。一般只在程序邏輯輸入、調試和檢修時使用編程器，一臺編程器可供多臺編程序控制器公用。
（4）電源
可編程控制器使用220V交流電源或24V直流電源�？删幊炭刂破鲀炔康闹绷鞣�壓電源為各模塊內的電路供電，某些可編程控制器可以輸入電路和外部電子檢測裝置（如接近開關）提供24V真流電源，驅動現場執行機構的直流電源一般由用戶提供。
2、可編程控制器的物理結構
根據硬件結構的不同，可以將可編程控制器分整體式、模塊式和疊裝式。
（1） 整體式可編程序控制器
整體式又叫做單元式或箱體式CUP模塊、I/O模塊和電源裝在一個箱狀機殼內，結構非常緊湊，它的體積小，價格低，小型可編程序控制器一般采用整體式結構。圖2中示出三菱公司的F1系列整體式可編程序控制器，上面是編程器，后面的小開頭是模擬調試用戶程序用的。整體式可編程序控制器提供多種不同I/O點數的基本元和擴展單元供用戶選用，基本單元內有CPU模塊，I/O模塊和電源，擴展單元內只有I/O模塊和電源，基本單元之間用扁平電纜連接。各單元的輸入點與輸出點的比例一般是固定的，有的可編程序控制器有全輸入型和全輸出型的擴展單元。選擇不同的基本單和擴展單元，可以滿足用戶的不同要求。
整體式可編程控制器一般配備有許多專用的特殊功能單元 ，如模擬量I/O單元、位置控制單元、數據輸入輸出單元等，使可編程控制器的功能得到擴展。
圖2 整體式可編程控制器
（2）模塊式可編程控制器
圖3 模塊式可編程控制器
大、中型可編程控制器和部分小型可編程控制器采用模塊式結構。模塊式可編程控制器用搭積木的方式組成系統，它由框架和模塊組成（見圖3）。模塊插在模塊插座上，后者焊在框架中的總線連接板上，可編程控制器廠家備有不同的槽數的框架供用戶選用，如果一個框架容納不下所選用的模塊，可以增設一個或數個擴展框架，各框架之間用I/O擴展電纜相連。有的可編程控制器沒有框架，各各種模塊安裝在基板上。用戶可以選用不同檔次的CPU模塊，品種繁多的I/O模塊和特殊功能模塊，對硬件配置的選擇余地較大，維修時更換模塊也很方便。[page]
圖3給出了T1公司模塊式可編程控制形圖和I/O模塊的內部結構。
（3）疊裝式可編程控制器
三菱公司的FX系列可編程控制器吸取了整體式和模塊式可編程控制器的優點，它的基本單元
、擴展單元和擴展模塊的高度和深度相同，但是寬度不同，它們不用基板，僅用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個整齊的長方體，輸入，輸出點數的配置也相當靈活，有人將這種結構稱為疊裝式（見圖2.4）�；締卧瑪U展單元和擴展模塊安裝在DIN導軌
（1）上，或用安裝孔（2）安裝，從DIN導軌上卸下來時，往下拉下子（8）用擴展電纜連接基本單元與擴展單單元擴展模塊時，應打開連接插座的蓋子（6）輸入端子（3）和輸出端子（9）上都有透明的端子美國）和（10），（5）為輸入顯示LED（7）為輸出顯示LED，基本單元上還有其他一些顯示可編程控制器狀態的LED（13）編程器插座在蓋子（12）下面存儲器盒連接器和鋰電池在蓋子（11）下面。
圖4 疊裝式可編程序控制器
3、CPU模塊
1、CPU芯片
CPU模塊主要由CPU芯片和存儲器組成，可編程控制器使用以下幾類CPU芯片：
（1）通用微處理器，如Intel公司的8086、80186系列Pentium系統芯片；
（2）單片微處理器（單片機），如Intel公司的MC551/96系列單片機；
（3）位片式微處理器，如AMD2900系列位片式微處理器。
2、存儲器
可編程控制器的存儲器分為系統程序存儲器和用戶程序存儲器，系統程序相當于個人計算機的操作系統，它使可編程控制器生產廠家設計固化在ROM內，用戶不能直接讀取，可編程控制器的用戶程序由用戶設計，它決定了可編程控制器的輸入信號與輸出信號之間的具體關系。用戶程序存儲器的容量一般以字（每個字由16位二進制數組成）為單位，三菱的FX系列可編程控制器的用戶程序存儲器以步為單位。小型可編程控制器的用戶程序存儲器容量在1K字（1K=1024=
），大型可編程控制器的用戶程序存儲器容量可達數百K字，甚至數M（兆）字。
可編程控制器常用以下幾種存儲器：
（1）隨機存取存儲器（RAM）
用戶可以用編程器讀出RAM中的內容，也可以將用戶程序寫入RAM，因此RAM又叫讀/寫存儲器。它是易失性的存儲器，將它的電源斷開后，儲存的信息將會丟失。
RAM的工作速度高，價格低，改寫方便。為了在關煌可編程控制器外部電源后，保存RAM中的用戶程序和某些數據（如計數器的計數值），為RAM配備了一個鋰電池，一般選用耗電極少的CMOS型RAM，鋰電池可用2—5年，需要更換鋰電池時由可編程序控制器發出信號彈，通知用戶，現在大多數可編程控制器仍用RAM來儲存用戶程序。
（2）只讀存儲器（ROM）
ROM的內容只能讀出，不能寫入。它是非易失的，它的電源消失后，仍能保存存儲的內容。
（3）可擦除可編程的只讀存儲器（EPROM）
它是非易失性的，但是可以用編程器它編程，兼有ROM的非易失性和RAM的隨機存取優點，但是它比RAM和ROM的價格高一些，與入信息所需的時間比RAM長得多，EEPROM用來存放用戶程序。有的可編程控制器將EEPROM作為基本配置，有的可編程控制器將EEPROM作為可選件。
小型可編程控制器的用戶程序存儲器的容量一般是固定的，大中型可編程控制器的用戶存儲器容量可以由用戶選擇。
4、開關量I/O模塊的外部接線方式
開關量I/O模塊的輸入輸出信號僅有接通和斷開兩種狀態。電壓等級有直流5V，12V，24V，48V，110V和交流110V，220V等。
各I/O點的通/斷狀態用發光二極管顯示，外部接線一般接在模塊面板的接線端子上，某些模塊使用可拆裝的插座型端子板，不需斷開端子板上的外部連線，就可以迅速地更換模塊。點數很多的高密度I/O模塊的外部接線一般用插座連接，用戶可選用連接插座的電纜和端子板。
開關量I/O模塊的點數一般是2的n次方，如4，8，16，32，64點。
I/O模塊的外部接線方式有匯點式、分組式和分隔式三種（見圖5）。
圖5 I/O模塊的外部接線方式
匯點式模塊的各I/O電路有一個公共點，所有I/O點共用一個電源。
分組式模塊的I/O點分為若干個組，每一組的各I/O電路有一個公共點，它們共用一個電源。各組之間是分隔開的，可分別使用不同的電源。
分隔式模塊的各I/O點之間相互隔離，每一I/O點都可以使用單獨的電源，將它們的COM端連接起來，幾點可以使用同一個電源。
5、輸入模塊
輸入電路中設有RC濾波電路，以防止由于輸入觸點抖動或外部干擾脈沖引起錯誤的輸入信號。濾波電路延遲時間的典型值為10～20ms（信號上升沿）和20～50ms(信號下降沿)，輸入電流約5～10mA.
圖6 直流輸入電路
圖6是某直流輸入模塊的內部電路和外部接線圖。在本節輸入電路和輸出電路中一般只畫出了一路，COM是各路的公共點。圖中的輸入觸點直接在公共點和輸入端X001之間，不需要外接輸入回路的電源，有的可編程序控制器還可以為接近開關、光電開關之類的傳感器提供24V電源（見圖6）。
當圖6中的外接觸點接通時，光電耦合器中的發光二極管亮，光敏三極管飽和導通；外接觸點斷開時，光電耦合器中的發光二極管熄滅，光敏三極管截止，信號經內部電路傳送給CPU模塊。
開關量輸入模塊外接電子傳感器的輸出信號時，應注意傳感器的輸出電路與可編程序控制器輸入電路的配合，對于圖6中輸入模塊的內部電路，傳感器的輸出電路應為NPN管集電極開路的共發射極電路。
圖7是另一種交流輸入電路，光電耦合器中有兩個反并聯的發光二極管，顯示用的兩個發光二極管也是反并聯的，所以這個電路可以接收外部的交流輸入電壓。
圖8所示的交流/直流輸入電路的輸入觸點的接通后，輸入信號被濾波和整流，交流電壓或直流電壓被轉換為直流電流，送給顯示用的發光二極管和光電耦合器。[page]
圖7 交流輸入電路
圖8 交流/直流輸入電路
6、輸出模塊
輸出模塊的功率放大元件有驅動直流負載的大功率晶體管和場效應管、驅動交流負載的雙向可控硅，以及既可以驅動交流負載又可以驅動直流負載的小型繼電器。輸出電流的典型值為0.5～2A，負載電源由外部現場提供。
輸出電流的額定值與負載的性質有關，例如某模塊可以驅動AC220V/2A的電阻性負載，但是只能驅動80VA/AC220V的電感性負載和100W的白熾燈。額定輸出電流還與溫度有關，溫度升高時額定輸出電流減小，有的可編程序控制器提供了有關的曲線。
輸出模塊內可能設置有熔斷器，并在模塊面板上用發光二極管顯示熔斷的狀態。某些新式的模塊用非破壞性的電子保護電路代替熔斷器。
圖9(a)是繼電器輸出電路，繼電器同時起隔離和功率放大作用，每一路只給用戶提供一對常開觸點。與觸點并聯的RC電路和壓敏電阻用來消除斷開時產生的電弧。
圖9（b）是晶體管集電極輸出電路。輸出信號送給內部電路中的輸出儲存器，再經光電耦合器送給輸出晶體管，后者的飽和導通狀態和截止狀態相當于觸點的接通和斷開。圖中的穩壓管用來抑制關斷過電壓和外部的浪涌電壓，以保護晶體管，晶體管輸出電路的延遲時間〈1ms。
c) 雙向可控硅型
圖9PLC的輸出電路
圖9（c）是雙向可控制硅輸出電路，它用光電可控硅實現隔離。圖中的 RC電路和壓敏電阻，用來抑制可控硅的關斷過電壓和外部的浪涌電壓。
雙向可控硅由關斷變為導通的延遲時間小于1ms，由導通變為關斷的延遲時間小于10ms。可控硅在負載電流過小不能導通，遇到這種情況時可以在負載兩端并用電阻。
除了輸入模塊和輸出模塊，還有一種既有輸入電路又有輸出電路的模塊，輸入、輸出的點數一般相同，這種模塊使用戶確定可編程序控制器、的硬件配置更為方便。
7、本地I/O和遠程I/O
1.本地I/O
可編程序控制器的本地I/O框架一般距CPU框架很近，它們往往裝在同一個控制柜內。對于單臺機械設備，如中小型機床，一般只有本地I/O。本地I/O用多芯電纜（一般是扁平電纜）實現擴展I/O框架與CPU框架之間的通信。扁平電纜可能多達數十根導線，信息是并行傳送的，這種通信方式實際上是總線通信的擴展，其主要優點是數據傳輸速度快，在某些情況下可以同步地刷新CPU模塊中的I/O映象表。“本地“(Local)這一名詞不是很確切的，因為有時本地I/O與CPU模塊的距離可能長達數百m。（http://www.diangon.com/版權所有）本地I/O模塊的主要特征是框架之間采用并行通信方式，通常用編程器可以直接對本地I/O存取數據，對系統調試和查錯特別方便。但是多芯電纜價格很貴，對于改造舊設備，電纜的安裝（如穿管）可能不是很方便。
2.遠程I/O
遠程I/O又叫做串行I/O，用于遠距離分布式框架系統。某些大型可編程序控制器控制系統，如物資存儲自動控制系統，可能有成百上千個傳感器分布在很寬的范圍內，系統可能包括30—50個距離分布的框架，每個框架中有10—20塊模塊。遠程I/O系統一船只需要4根導線的電纜來連接各框架，但是大多數系統需要專用的I/O驅動順模塊和接收器模塊來完成框架之間的串行通信。遠程通信使用便宜的4芯電纜，其傳送速度雖比并行通信的低，但是已能滿足工業控制系統的要求。CPU框架與遠程I/O框架之間的距離一般為60～3000m。
