【正文】 各個 I/O模塊和功能模塊是完成 PLC與外部控制對象信息交換。因而 PLC有著與通用計算機相類似的結(jié)構(gòu)，即可編程控制器也是由中央處理器（ CPU ）、存儲器、輸入／輸出（ I/O）接口及電源組成的，只不過它比一般的通用計算機具有更強的與工業(yè)過程相連的接口能力和更直接的適應(yīng)控制要求的編程語言。 IPLCn PC機經(jīng)典的應(yīng)用是數(shù)據(jù)處理和人機接口，包括用作 PLC編程器、操作站或人機接口終端。可編程序控制器結(jié)構(gòu)形式n 無論是整體式 PLC還是模塊式 PLC，都可以根據(jù)用戶需要進行配置與組合。其主要形式有以下兩種。這種結(jié)構(gòu)配置靈活，裝配方便，便于擴展?？删幊绦蚩刂破鹘Y(jié)構(gòu)形式n 可編程序控制器按結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為整體式 PLC、模塊式PLC和集成的 PLC（俗稱軟 PLC）等 3類?？删幊绦蚩刂破飨到y(tǒng)的分類n 微型機、小型機具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，有的還增設(shè)模擬量處理、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等功能，可實現(xiàn)邏輯、順序、計時計數(shù)控制等。其他還能列出其他一些指標，比如輸入／輸出方式、某些主要硬件（如 CPU。例如： 20ms／ K字，表示掃描 1K字的用戶程序需要的時間為 20ms。用戶程序存儲量n 用戶程序存儲量 用戶程序存儲器用以存儲通過編程器輸入的用戶程序，其存儲量通常是以字為單位來計算的。對于開關(guān)量， I/O用最大 I/O點數(shù)表示，而對于模擬量， I/O點數(shù)則用最大I/O通道數(shù)表示。編程語言n 編程語言 PLC常用的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、流程圖語言及某些高級語言等，目前使用最多的是前兩者。當然， PLC的未來發(fā)展不僅依賴于新產(chǎn)品開發(fā)，還在于 PLC與其他工業(yè)控制設(shè)備和工廠管理技術(shù)的綜合。大型 PLC由于采用功能強大的高檔微處理器（如 16位、 32為微處理器），處理速度快，同時存儲容量大大增加，并且完善了輸入／輸出系統(tǒng)；推出多種智能化 I/O模塊，以滿足快速響應(yīng)、閉環(huán)控制、復(fù)雜控制等特殊要求；采用了多種編程語言和先進的指令系統(tǒng)，增強了系統(tǒng)的控制能力和數(shù)據(jù)處理能力，例如， PID控制、數(shù)據(jù)文件傳遞、浮點運算功能等。兩極分化是指 PLC的組成規(guī)模（ I/O點數(shù)和存儲器容量）向大型和微小型兩個方向發(fā)展。可編程序控制器的演變與發(fā)展n 第四代 PLC產(chǎn)品不僅全面使用 16位、 32位高性能微處理器，高性能位片式微處理器和 RISC（ Reduced Instruction Set Computer，精簡指令系統(tǒng)） CPU，而且在單臺 PLC中配置多個微處理器，進行多道處理，同時開發(fā)了大量內(nèi)含微處理器的智能模板，使第四代 PLC產(chǎn)品發(fā)展成可以提供邏輯控制功能、過程控制功能、運動控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能的真正名副其實的多功能控制器。人們根據(jù)這種新型工業(yè)控制裝置可以通過編程改變控制方案這一特點，以及用于邏輯控制的現(xiàn)狀，把它稱為可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），簡稱 PLC。此后，這項新技術(shù)就迅速發(fā)展起來，而 GM公司對這種新型控制器提出的10點要求，幾乎成了當時各個自動化儀表研究單位和生產(chǎn)廠開發(fā)PLC的基本規(guī)范。n 通用性好。n 價格便宜，成本可以與繼電器系統(tǒng)競爭。GM10條n 編程容易，并可在現(xiàn)場修改程序。顯然，這就需要尋求一種新型的控制裝置來替代繼電器控制系統(tǒng)。不斷更新汽車型號 ”的戰(zhàn)略。為了避免造成術(shù)語混淆，本書將可編程序控制器簡稱為PLC。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械設(shè)備和生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌湎嚓P(guān)的外部設(shè)備都按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)集成、易于擴展其功能的原則設(shè)計。近年來 PLC技術(shù)發(fā)展很快，每年都推出不少 PLC及其網(wǎng)絡(luò)新產(chǎn)品，其功能也超出了上述定義范圍，從提供直接數(shù)字控制發(fā)展為實現(xiàn)現(xiàn)場級生產(chǎn)設(shè)備控制，車間級生產(chǎn)過程監(jiān)控和優(yōu)化，直到工廠、公司一級生產(chǎn)管理和經(jīng)營決策提供全集成的軟件和硬件平臺，成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的主要支柱。汽車零部件生產(chǎn)線上使用的繼電器控制系統(tǒng)成為實現(xiàn)這個戰(zhàn)略決策的障礙。 可編程序控制器的定義n 而 20世紀 40年代誕生的電子計算機，在 60年代已經(jīng)獲得迅速發(fā)展，小型計算機開始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的自動控制，但是由于它原理復(fù)雜，又需要專門的程序語言，所以一般的電氣人員難以掌握。n 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)。n 可以直接連接 115V交流輸入。系統(tǒng)易于擴展。 1971年日本從美國引進了這項新技術(shù)，由日立公司研制出日本第一臺 PLC，型號為 DSC?？删幊绦蚩刂破鞯难葑兣c發(fā)展n 從 1968年到現(xiàn)在，短短 30余年間， PLC經(jīng)歷了 4次換代。同時， PLC人機接口產(chǎn)品和 PLC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品也得到飛速發(fā)展，由 PLC及其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的多級分布控制系統(tǒng)，提供在企業(yè)范圍內(nèi)實現(xiàn)經(jīng)營決策、計劃調(diào)度和控制功能集成的軟硬件平臺，使 PLC及其網(wǎng)絡(luò)成為計算機集成制造系統(tǒng)不可可或缺的基本組成部分。其一是向體積更小、速度更快、功能更強、價格更低的微小型 PLC方向發(fā)展，使之能更加廣泛地替代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯难葑兣c發(fā)展n 強化通信能力和網(wǎng)絡(luò)化是大型 PLC發(fā)展的一個重要方面：向下將多個PLC、多個 I/O機架相連：向上與以工業(yè)以太網(wǎng)等相連，構(gòu)成整個工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。無疑， PLC將在今后的工業(yè)自動化中扮演越來越重要的角色。不同的 PLC可能采用不同的語言。n PLC內(nèi)部編程元件的種類和點數(shù)。約定 16位二進制數(shù)為一個字（注意：一般微處理機是以 8位為一個字節(jié)）的，每 1024個字為 1K字。這一性能指標直接反映了 PLC執(zhí)行程序的速度。存儲器）的型號等。n 中型機 PLC除了以上的功能外，還具有較強的模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等功能，可完成既有開關(guān)量又有模擬量控制的任務(wù)。整體式 PLCn 整體式 PLCn 整體式可編程序控制器 整體式 PLC是將其電源、中央處理器、輸入輸出部件等集中配置在一起，有的甚至全部安裝在一塊印刷電路塊上，裝在一個箱體內(nèi)，通常稱為主機，例如西門子公司的 S7系列 S7200PLC、三菱公司的 FX系列 PLC。一般中型和大型 PLC常采用這種結(jié)構(gòu)，例如西門子公司的 S7系列 S7300， S7400， PLC、三菱公司的 A2， A3， Q系列PLC等，這種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價高。 PC機上安裝實時多任務(wù)操作系統(tǒng)來分時處理 PLC的邏輯控制功能和其他人機交互功能。n 例如，西門子公司的 S7－ 200整體式 PLC， I/O點數(shù)在 24～ 168點范圍內(nèi)有多種組合方式，用戶可以優(yōu)選最適合自己的一種配置。隨著現(xiàn)代 PC技術(shù)的發(fā)展， PC正在迅速地進入直接控制領(lǐng)域，軟 PLC也就逐步流行起來。 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)n 　　可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)如圖 4—3 所示，其特點是模塊 +總線的結(jié)構(gòu)形式。將組成 PLC的各種模塊，組件按產(chǎn)品體系進行分類，可得到下述的產(chǎn)品分類可編程序控制器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖電源模塊通信模塊編程單元輸出模塊（ A/O）輸入模塊（ AI）輸出模塊（ DO）輸入模塊（ DI）CPU模塊CPU電路存儲器電路模塊控制電路總線驅(qū)動電路串行通信PLC總線HMI模塊模擬量控制驅(qū)動單元模擬量傳感器信號開關(guān)量控制對象開關(guān)量信號輸入總線n 總線實際上是一組導(dǎo)線，是各種公共信號線的集合，用于作為計算機中所有各組成部分交互信息共同使用的通道。 PLC總線的數(shù)據(jù)都是以并行方式傳送的，傳送的速度和驅(qū)動能力隨 CPU 模板上驅(qū)動器的不同而異。n ( 3 ) 控制總線 (CB,Control Bus) 控制總線用來傳送控制信號、時序信號和狀態(tài)信息等。n 總線是溝通 PLC中各個功能模板的信息通道，它的正常工作并不單是各個模板插腳之間的連線，還需要包括驅(qū)動總線的驅(qū)動器電路及其保證總線正常工作的控制邏輯電路。《 機械系統(tǒng)的驅(qū)動與控制 》 可編程序控制器系統(tǒng)及功能模塊可編程序控制器系統(tǒng)模塊n CPU模塊單元（ CPU）n 數(shù)字量輸入模塊單元（ DI）n 數(shù)字量輸出模塊單元（ DO）n 模擬量輸入 /輸出模塊單元（ AI/AO）n 智能 I/O模塊單元n 擴展模塊單元n 通訊模塊單元n 編程器單元（ PG）n 電源模塊單元（ PS）n 人機交互單元（ HMI）CPU模塊n 可編程序控制器的 CPU模塊 是含有中央處理器、存儲器、總線驅(qū)動、通訊等功能的綜合結(jié)構(gòu)體。微型計算機 ( Microputer )與其它大、中、小型計算機的區(qū)別，在于其中央處理器采用了大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)，其它類型計算機的 CPU模塊則是由相當多的分離元件電路或集成電路所組成。CPU模塊的信號流向n 可編程序控制器的 CPU模塊的結(jié)構(gòu)如圖 4—4 所示，其主要功能是如下所述：n 1． CPU模塊對 I/O模塊控制功能的實現(xiàn)n （ 1）通過地址總線輸出地址信號，選通所要訪問的 I/O模塊，激活所要讀寫的 I/O器件電路；n （ 2）通過控制總線直接控制所要訪問的 I/O器件讀寫操作；n （ 3）通過數(shù)據(jù)總線與各個所要訪問的 I/O器件交換數(shù)據(jù)信息（讀寫操作內(nèi)容）；CPU模塊程序控制功能的實現(xiàn)n （ 1）接受和存儲用戶由編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；n （ 2）在 PLC系統(tǒng)程序的控制下，按 PLC工作模式，接收來自現(xiàn)場的輸入信號，并輸入到輸入過程映像寄存器和數(shù)據(jù)存儲器中；從存儲器中逐條讀取并執(zhí)行用戶程序，完成用戶程序所規(guī)定的邏輯運算、算術(shù)運算及數(shù)據(jù)處理等操作；根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標志位的狀態(tài)，刷新輸出過程映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸出控制、診斷電源及 PLC系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及故障；打印制表或數(shù)據(jù)通信等功能。隨機讀寫存儲器n （ 2）隨機讀寫存儲器（ Random Access Memory 簡稱 RAM）存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)在電路中可以被讀取，也可以被改寫。為了使斷電后，隨機讀寫存儲器中的用戶程序能保存，在 RAM電路中用鋰電池作后備電源，停電后可保存數(shù)據(jù) 3 ~5 年不變。數(shù)字量（開關(guān)量）輸入模板n 根據(jù)輸入電路的不同，外部信號器件工作的電源可以是交流電源、直流電源、工作電壓有 AC24V、 AC100V、 DC24V等。匯點式輸入接線方式n （ 1）匯點式輸入接線方式 匯點式輸入接線方式如圖 45a)所示。相對于電源來說，各個輸入點之間是相互隔離的。從圖中可見，它主要由輸入信號處理、光電耦合 /隔離、信號鎖存、口地址譯碼和控制邏輯電路組成。數(shù)據(jù)寄存器電路n 數(shù)據(jù)寄存器電路n 數(shù)據(jù)寄存器是用于寄存信號，又稱作信號鎖存器。這部分電路常由若干片 8D鎖存器（ IC電路）組成。n （ 3）它的功用是暫存信號，具體如下：n 在地址譯碼電路的選通信號控制下．將由光電藕合器送來的外部開關(guān)量信號存入鎖存器。數(shù)字量輸入模板結(jié)構(gòu)CB DB ABIC ICIC ICICCBDBAB數(shù)據(jù)寄存器地址譯碼信號緩沖ICICICIC光電耦合狀態(tài)指示端口接線排總線接線排第二講 可編程控制器的組成和工作原理n 地址譯碼電路：按 CPU 模板給出的地址確定相應(yīng)的信號鎖存器，產(chǎn)生該信號鎖存器選通信號，使信號鎖存器電路激活，能存儲光電耦合電路上的數(shù)據(jù)信號，將輸入數(shù)據(jù)信號送至數(shù)據(jù)總線。光電耦合電路n 光電耦合電路n 光電耦合電路的功用是在電氣隔離的條件下，接受 PLC外部開關(guān)量信號，因而它是采用光電轉(zhuǎn)換原理傳遞信號，并實現(xiàn)電氣隔離。發(fā)光二極管 L為外部信號電路狀態(tài)指示；同時電阻 R R2構(gòu)成分壓電路，設(shè)定 PT輸入端的信號，電壓穩(wěn)壓管 ZW為過壓保護作用。 n 輸入模板內(nèi)還設(shè)置了多種濾波電路，以消除信號噪聲；光電耦合電路n 光電耦合電路的工作原理如下所述（電路中的灰色箭頭代表信號的流向）光電耦合電路R1ZWSB讀數(shù)據(jù)控制E ++5VR30VICR2 C1 PT使能控制數(shù)據(jù)寄存器光電耦合器電路數(shù)據(jù)總線外部電路輸入模塊1 32L1光電耦合電路n （ 1）當外部開關(guān)器件閉合時，光電耦合器 PT輸入回路閉合，光電藕合器的原邊側(cè)電路中有電流流過，光電耦合器內(nèi)的發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，光電藕合器的副邊側(cè)（輸出側(cè)）的光電三極管受光激勵導(dǎo)通，使輸出端對地電壓降為零電平。n （ 2）當外部開關(guān)器件斷開時，光電藕合器輸入回路斷開時，電路中無電流流過，光電藕合器電路內(nèi)的發(fā)光二極管不發(fā)光，光電藕合器輸出側(cè)的光電三極管處于截止狀態(tài)，使輸出端對地電壓為高電平。數(shù)字輸入模板結(jié)構(gòu)及信號流向示意圖端口地址譯碼電路數(shù)據(jù)寄存器電路信號光電耦合電路數(shù)據(jù)寄存器電路信號光電耦合電路數(shù)據(jù)寄存器電路信號光電耦合電路數(shù)據(jù)寄存器電路信號光電耦合電路模板控制邏輯電路DBABCB接線端子PLC總線接口PI直流數(shù)字量輸入模塊電路工作原理總結(jié)n 直流數(shù)字量輸入模塊電路工作原理總結(jié)n 數(shù)字量輸入模塊是 PLC接受外部數(shù)字量信號的功能電路，其電路主要特點是：1. 由外部開關(guān)量器件與接口電路組成信號回路，形成外部輸入信號；2. 外部輸入信號經(jīng)光電耦合