程控制器的軟硬體組成詳細介紹

2022-12-15 19:09:05 字數 3196 閱讀 3995

可程式設計序控制器(programmable controller)原本應簡稱pc,為了與個人計算機專稱pc相區別,所以可程式設計序控制器簡稱定為plc(programmable logic controller),但並非說plc只能控制邏輯訊號。plc是專門針對工業環境應用設計的,自帶直觀、簡單並易於掌握程式語言環境的工業現場控制裝置。

plc的基本組成

plc基本組成包括**處理器(cpu)、儲存器、輸入/輸出介面(縮寫為i/o,包括輸入介面、輸出介面、外部裝置介面、擴充套件介面等)、外部裝置程式設計器及電源模組組成。plc內部各組成單元之間通過電源匯流排、控制匯流排、位址匯流排和資料匯流排連線,外部則根據實際控制物件配置相應裝置與控制裝置構成plc控制系統。

1.**處理器

**處理器(cpu)由控制器、運算器和暫存器組成並整合在乙個晶元內。cpu通過資料匯流排匯流排、位址匯流排、控制匯流排和電源匯流排與儲存器、輸入輸出介面、程式設計器和電源相連線。

小型plc的cpu採用8位或16位微處理器或微控制器,如8031、m68000等,這類晶元**很低;中型plc的cpu採用16位或32位微處理器或微控制器,如8086、96系列微控制器等,這類晶元主要特點是整合度高、運算速度快且可靠性高;而大型plc則需採用高速位片式微處理器。

cpu按照plc內系統程式賦予的功能指揮plc控制系統完成各項工作任務。

2.儲存器

plc內的儲存器主要用於存放系統程式、使用者程式和資料等。

1)系統程式儲存器

plc系統程式決定了plc的基本功能,該部分程式由plc製造廠家編寫並固化在系統程式儲存器中,主要有系統管理程式、使用者指令解釋程式和功能程式與系統程式呼叫等部分。

系統管理程式主要控制plc的執行,使plc按正確的次序工作;使用者指令解釋程式將plc的使用者指令轉換為機器語言指令,傳輸到cpu內執行;功能程式與系統程式呼叫則負責呼叫不同的功能子程式及其管理程式。

系統程式屬於需長期儲存的重要資料,所以其儲存器採用rom或eprom。rom是唯讀儲存器,該儲存器只能讀出內容,不能寫入內容,rom具有非易失性,即電源斷開後仍能儲存已儲存的內容。

eperom為可電擦除唯讀儲存器,須用紫外線照射晶元上的透鏡視窗才能擦除已寫入內容,可電擦除可程式設計唯讀儲存器還有e2prom、flash等。

2)使用者程式儲存器

使用者程式儲存器用於存放使用者載入的plc應用程式,載入初期的使用者程式因需修改與除錯,所以稱為使用者除錯程式,存放在可以隨機讀寫操作的隨機訪問儲存器ram內以方便使用者修改與除錯。

通過修改與除錯後的程式稱為使用者執行程式,由於不需要再作修改與除錯,所以使用者執行程式就被固化到eprom內長期使用。

3)資料儲存器

plc執行過程中需生成或呼叫中間結果資料(如輸入/輸出元件的狀態資料、定時器、計數器的預置值和當前值等)和組態資料(如輸入輸出組態、設定輸入濾波、脈衝捕捉、輸出表配置、定義儲存區保持範圍、模擬電位器設定、高速計數器配置、高速脈衝輸出配置、通訊組態等),這類資料存放在工作資料儲存器

中,由於工作資料與組態資料不斷變化,且不需要長期儲存,所以採用隨機訪問儲存器ram。

ram是一種高密度、低功耗的半導體儲存器,可用鋰電池作為備用電源,一旦斷電就可通過鋰電池供電,保持ram中的內容。

3.介面

輸入輸出介面是plc與工業現場控制或檢測元件和執行元件連線的介面電路。plc的輸入介面有直流輸入、交流輸入、交直流輸入等型別;輸出介面有電晶體輸出、閘流體輸出和繼電器輸出等型別。電晶體和閘流體輸出為無觸點輸出型電路,電晶體輸出型用於高頻小功率負載、閘流體輸出型用於高頻大功率負載;繼電器輸出為有觸點輸出型電路,用於低頻負載。

現場控制或檢測元件輸入給plc各種控制訊號,如限位開關、操作按鈕、選擇開關以及其他一些感測器輸出的開關量或模擬量等,通過輸入介面電路將這些訊號轉換成cpu能夠接收和處理的訊號。輸出介面電路將cpu送出的弱電控制訊號轉換成現場需要的強電訊號輸出,以驅動電磁閥、接觸器等被控裝置的執行元件。

1)輸入介面

輸入介面用於接收和採集兩種型別的輸入訊號,一類是由按鈕、轉換開關、行程開關、繼電器觸頭等開關量輸入訊號;另一類是由電位器、測速發電機和各種變換器提供的連續變化的模擬量輸入訊號。

以圖2所示的直流輸入介面電路為例,r1是限流與分壓電阻,r2與c構成濾波電路,濾波後的輸入訊號經光耦合器t與內部電路耦合。當輸入端的按鈕sb接通時,光耦合器t導通,直流輸入訊號被轉換成plc能處理的5v標準訊號電平(簡稱ttl),同時led輸入指示燈亮,表示訊號接通。微電腦輸入介面電路一般由暫存器、選通電路和中斷請求邏輯電路組成,這些電路整合在乙個晶元上。

交流輸入與交直流輸入介面電路與直流輸入介面電路類似。

濾波電路用以消除輸入觸頭的抖動,光電耦合電路可防止現場的強電干擾進入plc。由於輸入電訊號與plc內部電路之間採用光訊號耦合,所以兩者在電氣上完全隔離,使輸入介面具有抗干擾能力。現場的輸入訊號通過光電耦合後轉換為5v的ttl送入輸入資料暫存器,再經資料匯流排傳送給cpu。

2)輸出介面

輸出介面電路向被控物件的各種執行元件輸出控制訊號。常用執行元件有接觸器、電磁閥、調節閥(模擬量)、調速裝置(模擬量)、指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等。輸出介面電路一般由微電腦輸出介面電路和功率放大電路組成,與輸入介面電路類似,內部電路與輸出介面電路之間採用光電耦合器進行抗干擾電隔離。

微電腦輸出介面電路一般由輸出資料暫存器、選通電路和中斷請求邏輯電路整合在晶元上,cpu通過資料匯流排將輸出訊號送到輸出資料暫存器中,功率放大電路是為了適應工業控制要求,將微電腦的輸出訊號放大。

3)其它介面

若主機單元的i/o數量不夠用,可通過i/o擴充套件介面電纜與i/o擴充套件單元(不帶cpu)相接進行擴充。plc還常配置連線各種外圍裝置的介面,可通過電纜實現序列通訊、eprom寫入等功能。

4.程式設計器

程式設計器作用是將使用者編寫的程式**至plc的使用者程式儲存器,並利用程式設計器檢查、修改和除錯使用者程式,監視使用者程式的執行過程,顯示plc狀態、內部器件及系統的引數等。

程式設計器有簡易程式設計器和圖形程式設計器兩種。簡易程式設計器體積小,攜帶方便,但只能用語句形式進行聯機程式設計,適合小型plc的程式設計及現場除錯。圖形程式設計器既可用語句形式程式設計,又可用梯形圖程式設計,同時還能進行離線程式設計。

目前plc製造廠家大都開發了計算機輔助plc程式設計支援軟體,當個人計算機安裝了plc程式設計支援軟體後,可用作圖形程式設計器,進行使用者程式的編輯、修改,並通過個人計算機和plc之間的通訊介面實現使用者程式的雙向傳送、監控plc執行狀態等。

5.電源

plc的電源將外部供給的交流電轉換成供cpu、儲存器等所需的直流電,是整個plc的能源供給中心。plc大都採用高質量的工作穩定性好、抗干擾能力強的開關穩壓電源,許多plc電源還可向外部提供直流24v穩壓電源,用於向輸入介面上的接入電氣元件供電,從而簡化外圍配置。

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