云南西門子PLC模塊代理

為了便于說明PLC的工作原理，對于開關(guān)量順序控制（邏輯運(yùn)算）的PLC，可以利用如圖1-8所示的等效繼電器控制電路進(jìn)行描述。

    在等效工作電路圖中，PLC可以分為輸入電路、內(nèi)部控制電路與輸出電路三部分。其中，輸入電路代表實(shí)際PLC的輸入接口電路、輸出采樣、輸入緩沖等部分；內(nèi)部控制電路代表實(shí)際PLC的控制程序執(zhí)行過程；輸出電路代表實(shí)際PLC的輸出接口電路、輸出刷新、輸出緩沖等部分。

    值得注意的是，圖1-8所示的電路僅是為了說明PLC工作原理而“虛擬”的等效工作電路，實(shí)際PLC的內(nèi)部組成電路、I/O連接方式、I/O接口等硬件均與此不同，如實(shí)際PLC中并不存在圖1-8中的10.0~10.7等“輸入繼電器”。

    (1)輸入電路

    輸入電路由外部輸入信號、PLC輸入接線端子、等效輸入繼電器三部分組成。外部輸入信號包括各類按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)等。外部輸入信號經(jīng)PLC的輸入接線端與輸入繼電器連接（事實(shí)上PLC內(nèi)部無這些輸入繼電器，它們相當(dāng)于實(shí)際PLC中的“輸入映像”）。每個輸入繼電器與輸入信號一一對應(yīng)，當(dāng)外部輸入為“1”時(shí)，輸入繼電器“線圈”得電，內(nèi)部控制電路中對應(yīng)的輸入觸點(diǎn)“吸合”。

    在實(shí)際PLC中，由于“輸入映像”可以在程序中進(jìn)行無限次使用，因此，應(yīng)認(rèn)為等效電路中的輸入繼電器觸點(diǎn)也是無限的，它們同樣可以在內(nèi)部控制電路中無限次使用。此外，由于在用戶程序中，絕大部分PLC都不允許將輸入信號地址作為PLC程序中的“輸出”，因此，假設(shè)輸入繼電器也同樣不可以用內(nèi)部控制電路進(jìn)行驅(qū)動，即等效電路中的輸入繼電器只能受外部輸入信號的控制，在內(nèi)部控制電路中只能使用它們的“觸點(diǎn)”。

    (2)輸出電路

    輸出電路由內(nèi)部輸出觸點(diǎn)、PLC輸出接線端子、輸出執(zhí)行元件三部分組成。輸出執(zhí)行元件包括各種電磁閥線圈、接觸器、信號指示燈等。內(nèi)部輸出觸點(diǎn)經(jīng)PLC的輸出接線端子與輸出執(zhí)行元件連接，每個輸出觸點(diǎn)與內(nèi)部控制電路中的輸出線圈一一對應(yīng)，當(dāng)輸出線圈為“1”時(shí)，輸出觸點(diǎn)接通（即相當(dāng)于繼電器控制線路中的“常開”觸點(diǎn)），且每一輸出線圈只能有一個用于驅(qū)動外部執(zhí)行元件的觸點(diǎn)。

    在實(shí)際PLC中，輸出觸點(diǎn)的輸出形式與連接方式取決于PLC輸出的類型，它們可以是繼電器的觸點(diǎn)，也可以是其他形式的輸出，如晶體管、雙向晶閘管等；觸點(diǎn)連接可以是如圖1-8所示的共用公共端形式，也可以是每一觸點(diǎn)單獨(dú)輸出或者8輸出觸點(diǎn)共用一個公共端。同時(shí)，由于在PLC程序中“輸出映像”不僅可以作為輸出線圈驅(qū)動實(shí)際輸出，而且在程序中可以作為“觸點(diǎn)”無限次使用。因此，應(yīng)假設(shè)等效輸出電路中的輸出觸點(diǎn)，對于外部只能連接一個執(zhí)行元件，但在內(nèi)部控制電路中卻可無限次使用。

    (3)內(nèi)部控制電路

    內(nèi)部控制電路由PLC用戶控制程序轉(zhuǎn)化而來，它將PLC程序中的順序控制邏輯轉(zhuǎn)化成了普通的繼電器控制電路。誠然，在實(shí)際PLC工作時(shí)，這兩者事實(shí)上存在一些不同，但它與說明PLC工作原理無關(guān)。

    在等效內(nèi)部控制電路中，PLC的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器同樣可以用繼電器控制電路的時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器進(jìn)行等效，但其使用比實(shí)際時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器更加靈活，可以對計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)的實(shí)際值進(jìn)行即時(shí)檢查，且精度更高、范圍更大。

    此外，在PLC程序中還大量使用了PLC標(biāo)志寄存器，在等效電路里，它們除不可以用來驅(qū)動外部執(zhí)行元件外，其余與輸出繼電器*相同。

  I/O部分也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與被控設(shè)備相連接的接口電路?，F(xiàn)場設(shè)備輸入給PLC的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作安鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量（要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)入機(jī)內(nèi)）等，通過輸入接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。

    由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，因此I/O接口要實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。

    PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的I/O接口，有各種各樣功能的I/O接口供用戶選用。I/O接口的主要類型有數(shù)字量（開關(guān)量）I/O接口、模擬量I/O接口等。

    (1)輸入接口電路

    現(xiàn)場輸入接口電路一般是由光電耦合電路和微型計(jì)算機(jī)輸入接口電路組成的。

    采用光電耦合電路與現(xiàn)場輸入信號相連的目的是為了防止現(xiàn)場的強(qiáng)電干擾進(jìn)入PLC。光電耦合電路的關(guān)鍵器件是光耦合器，一般由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成。

    光耦合器的信號傳感原理是在光耦合器的輸入端加上變化的電信號，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸入信號變化規(guī)律相同的光信號。光敏晶體管在光信號的照射下導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光信號的強(qiáng)弱有關(guān)。在光耦合器的線性工作區(qū)，輸出信號與輸入信號呈線性關(guān)系。

    由于信號和輸出端是靠光信號耦合的，在電氣上是*隔離的，因此，輸出端的信號不會反饋到輸入端，也不會產(chǎn)生地線干擾或其他串?dāng)_。

    由于發(fā)光二極管的正向阻抗值較低，而外界干擾源的內(nèi)阻一般較高，根據(jù)分壓原理可知，干擾源能饋送到輸入端的干擾噪聲很小。正是由于PLC在現(xiàn)場信號的輸入環(huán)節(jié)采用了光耦合器，才增強(qiáng)了抗*力。

    微型計(jì)算機(jī)的輸入接口電路一般由數(shù)據(jù)輸入寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路構(gòu)成，這些電路集成在一塊芯片上?，F(xiàn)場的輸入信號通過光耦合器送到輸入數(shù)據(jù)寄存器，再通過數(shù)據(jù)總線送給CPU。

    常用的開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同有3種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交／直流輸入接口，如圖1-4所示。

    (2)輸出接口電路

    輸出接口電路一般由CPU的輸出接口電路和功率放大電路組成。

    CPU的輸出接口電路一般是由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成而成。CPU通過數(shù)據(jù)總線將要輸出的信號放到輸出數(shù)據(jù)寄存器中。功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)控制的要求，將微型計(jì)算機(jī)輸出的信號加以放大。PLC 一般采用繼電器輸出，也有的采用晶閘管或晶體管輸出。

    常用的開關(guān)量輸出接口按輸出開關(guān)器件不同有3種類型：繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出，如圖1-5所示。繼電器輸出接口可驅(qū)動交流或直流負(fù)載，但其響應(yīng)時(shí)間長，動作頻率低；而晶體管輸出和雙向晶閘管輸出接口的響應(yīng)速度快，動作頻率高，但前者只能用于驅(qū)動直流負(fù)載，后者只能用于驅(qū)動交流負(fù)載。

    PLC的I/O接口所能接受的輸入信號個數(shù)和輸出信號個數(shù)稱為PLC I/O點(diǎn)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。當(dāng)系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，可通過PLC的I/O擴(kuò)展接口對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。

    (3)模擬量輸入接口

    模擬量輸入接口的作用是把現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換成適合PLC內(nèi)部處理的由若干位二進(jìn)制數(shù)字表示的信號。模擬量輸入接口接受標(biāo)準(zhǔn)模擬電壓信號和電流信號。由于在工業(yè)現(xiàn)場中模擬量信號的變化范圍一般是不標(biāo)準(zhǔn)的，所以在送入模擬量接口時(shí)一般都需經(jīng)轉(zhuǎn)換器處理后才能使用。圖1-6為模擬量輸入接口的內(nèi)部電路框圖。

圖1-6模擬量輸入接口的內(nèi)部電路框圖

    模擬量信號輸入后一般經(jīng)運(yùn)算放大器放大后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)光電耦合后為PLC提供一定位數(shù)的數(shù)字量信號。

    (4)模擬量輸出接口

    模擬量輸出接口的作用是將PLC運(yùn)算處理后的若干位數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量信號輸出，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)控制信號的需求。模擬量輸出接口一般由光電隔離、D/A轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換開關(guān)等環(huán)節(jié)組成。圖1-7為模擬量輸出接口內(nèi)部框圖。

圖1-7模擬量輸出接口內(nèi)部框圖

    (5)電源部分

    PLC -般使用220V的交流電源，電源部件將交流電轉(zhuǎn)換成供PLC的*處理器、存儲器等電子電路工作所需的直流電源，使PLC能正常工作。

    由于PLC主要用于工業(yè)現(xiàn)場的自動控制，直接處于工業(yè)干擾的影響之中，因此為了保證PLC內(nèi)主機(jī)能可靠地工作，電源部件對供電電源采用了較多的濾波環(huán)節(jié)，還用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)交流電網(wǎng)的電壓波動，對過電壓和欠電壓都有一定的保護(hù)作用。另外還采用了較多的屏蔽措施來防止工業(yè)環(huán)境中的空間電磁干擾。常用的電源電路有串聯(lián)穩(wěn)壓電路、開關(guān)式穩(wěn)壓電路和設(shè)有變壓器的逆變式電路。

    (6)擴(kuò)展接口

    擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元及功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。

    (7)通信接口

    為了實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)”或“機(jī)-機(jī)”之間的對話，PLC配有多種通信接口。PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)及其他的PLC或計(jì)算機(jī)相連。

    當(dāng)PLC與打印機(jī)相連時(shí)，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打?。划?dāng)與監(jiān)視器(CRT)相連時(shí)，可將各種圖像顯示出來；當(dāng)與其他PLC相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合控制。

    (8)外部設(shè)備

    PLC還有許多外部設(shè)備，如EPROM寫入器、外存儲器、人一機(jī)接口裝置等。

    EPROM寫入器是用來將用戶程序固化到EPROM存儲器中的PLC外部設(shè)備。為了使調(diào)試好的用戶程序不易丟失，常用EPROM寫入器將PLC內(nèi)RAM存儲的數(shù)據(jù)保存到EPROM中。

    PLC內(nèi)部的半導(dǎo)體存儲器稱為內(nèi)存儲器。有時(shí)可用外部的磁帶、磁盤和用半導(dǎo)體存儲器改成的存儲盒等來存儲PLC的用戶程序，這些存儲器件稱為外存儲器。外存儲器一般是編程器或其他智能模塊提供的接口，實(shí)現(xiàn)與內(nèi)存儲器之間相互傳送用戶程序。

    人機(jī)接口裝置是用來實(shí)現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)的對話。簡單、普遍的人一機(jī)接口裝置由安裝在控制臺上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、撥碼開關(guān)、指示燈、LED顯示器、聲光報(bào)警器等部件構(gòu)成。

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