【文章內(nèi)容簡介】 件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖 所示：圖 PLC 硬件結(jié)構(gòu)中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)：檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤，當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，靈活性，近年來對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。存儲(chǔ)器（Memory）濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8可編程控制器的控制中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承擔(dān)著將外部輸入的信號(hào)的狀態(tài)寫入映像寄存器區(qū)域，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域。CPU 常用的微處理器有通用型微處理器，單片機(jī)和位片式計(jì)算機(jī)等。小型 PLC 的 CPU 多采用單片機(jī)或?qū)Ｓ玫?CPU。大型 PLC 的 CPU 多用位片式結(jié)構(gòu)，具有高速數(shù)據(jù)處理能力?；?I/O 接口電路（1）輸入接口單元。PLC 內(nèi)部輸入電路作用是將 PLC 外部電路（如行程開關(guān)、按鈕、傳感器等）提供的、符合 PLC 輸入電路要求的電壓信號(hào)，通過光耦電路送至PLC 內(nèi)部電路。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干擾能力，輸入響應(yīng)時(shí)間一般在 ~15ms 之間。多數(shù) PLC 的輸入接口單元都相同，通常有兩種類型。一種是直流輸入，一種是交流輸入。（2）輸出接口單元。PLC 輸出電路用來將 CPU 運(yùn)算的結(jié)果變換成一定形式的功率輸出，驅(qū)動(dòng)被控負(fù)載（電磁鐵、繼電器、接觸器線圈等） 。PLC 輸出電路結(jié)構(gòu)形式分為繼電器式、晶閘管式和晶體管輸出型等三種。接口電路PLC 接口電路分為 I/O 擴(kuò)展接口電路和外設(shè)通信接口電路兩類（1）I/O 擴(kuò)接口電路I/O 擴(kuò)展接口電路用連接 I/O 擴(kuò)展單元，可以用來擴(kuò)充開關(guān)量 I/O 點(diǎn)數(shù)和增加模擬量的 I/O 端子。I/O 擴(kuò)展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。根據(jù)被控制對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)和要求，確定用戶所需的輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)。（2）外設(shè)通信接口電路通信接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能組成PLC 的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC 通過 PC/PPI 電纜或使用 MPI 卡通過 RS485 接口和電纜與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。電源PLC 內(nèi)部配有一個(gè)專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為 PLC 內(nèi)部電源需要的工作電源（5V 直流） 。當(dāng)輸入端子為非干接點(diǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)，為外部輸入元件提供 24V 直流電源（僅供輸入點(diǎn)使用） 。 PLC 的特點(diǎn)濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9軟硬件功能強(qiáng)使用維護(hù)方便運(yùn)行穩(wěn)定可靠組織靈活 PLC 的發(fā)展趨勢從當(dāng)前產(chǎn)品來看，PLC 的發(fā)展仍然主要體現(xiàn)在提及的縮小與性能的提高兩大方面。1．向高速度、大容量方向發(fā)展 2．向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展 3．PLC 大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力 4．增強(qiáng)外部故障的檢測與處理能力 5．編程語言多樣化 PLC 工作原理 循環(huán)掃描的特點(diǎn)輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過程中的一個(gè)周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，CPU 采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。掃描周期周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。各個(gè)電路和不同掃描階段會(huì)造成輸入和輸出延遲，這是 PLC 的主要缺點(diǎn)。在讀輸入階段，CPU 對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過輸入電路將各輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，CPU 按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映象寄存器。 PLC 中的存儲(chǔ)器PLC 中的存儲(chǔ)器按用途分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器以及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。用戶程序存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)根據(jù)控制要求而編制的用戶應(yīng)用程序。濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10用來存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)的區(qū)域稱為工作數(shù)據(jù)區(qū)。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中存放的是廠家根據(jù)其選用的 PLC 的指令的系統(tǒng)編寫的系統(tǒng)程序，它決定了 PLC 的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。 PLC 的編程語言PLC 是通過程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制的，作為一種專用計(jì)算機(jī)，為了適應(yīng)其應(yīng)用領(lǐng)域，一定有其專用的語言。PLC 的編程語言有多種，如梯形圖、語句表、功能圖等。梯形圖編程語言是一種圖形語言，具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點(diǎn)；語句表編程語言類似計(jì)算機(jī)的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能，是 PLC 用戶程序的基礎(chǔ)元素。梯形圖程序讓 PLC 仿真來自電源的電流通過一系列的輸入邏輯條件，根據(jù)結(jié)果決定邏輯輸出的允許條件。梯形圖按邏輯關(guān)系分為“梯級(jí)”或網(wǎng)絡(luò)。如圖 所示是用 PLC 控制的梯形圖程序，可完成與繼電器控制的電動(dòng)機(jī)直接起、停（起、保、停）繼電器控制電路圖相同的功能。圖 控制的梯形圖程序 PLC 的分類及性能指標(biāo) 按 I/O 點(diǎn)數(shù)容量分類小型機(jī)（I/O 點(diǎn)數(shù)小于 256 點(diǎn)）典型的小型機(jī)有 SIEMENS 公司的 S7200 系列。中型機(jī)（I/O 點(diǎn)數(shù)在 256—1024 之間）典型的中型機(jī)有 SIEMENS 公司的 S7300 系列、OMRON 公司的 C200H 系列。大型機(jī)（I/O 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上）典型的大型 PLC 有 SIEMENS 公司的 S7400、OMRON 公司的 CVM1 和 CS1 系列。濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 按結(jié)構(gòu)形式分根據(jù) PLC 結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC 主要可分為整體式和模塊式兩類。整體式結(jié)構(gòu)微型和小型 PLC 一般為整體式結(jié)構(gòu)。如西門子的 S7200。模塊式結(jié)構(gòu)目前大、中型 PLC 都采用這種方式。如西門子的 S7300 和 S7400 系列。 的性能指標(biāo)I/O 點(diǎn)數(shù)I/O 點(diǎn)數(shù)，即 PLC 面板上的 I/O 端子的個(gè)數(shù)。I/O 點(diǎn)數(shù)越多，外部可以連接的I/O 器件就越多，控制規(guī)模就越大。它是衡量 PLC 性能的重要指標(biāo)之一。存儲(chǔ)容量這里專指用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，它決定了用戶所編程序的長短。大、中、小型 PLC 的存儲(chǔ)容量變化范圍一般為 2KB～2MB。掃描速度掃描速度是指 PLC 執(zhí)行程序的快慢，是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制取代繼電器控制的穩(wěn)合程度?？删幊炭刂破鞑捎醚h(huán)掃描的工作方式。指令系統(tǒng)它是衡量 PLC 能力強(qiáng)弱的標(biāo)志，決定了 PLC 的處理能力、控制能力的強(qiáng)弱。限定了計(jì)算機(jī)發(fā)揮運(yùn)算功能、完成復(fù)雜控制的能力。通信功能通信有 PLC 之間的通信和 PLC 與計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備之間的通信。主要涉及通信模塊、通信接口、通信協(xié)議、通信指令等。擴(kuò)展能力擴(kuò)展能力包括 I/O 點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和 PLC 功能的擴(kuò)展兩方面的內(nèi)容。特殊功能單元特殊功能單元種類多，也可以說 PLC 的功能多。典型的特殊功能單元有模擬量、模糊控制連網(wǎng)等功能。濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 123 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)選取搶答器對(duì)時(shí)間間隔的要求很高，而且多在會(huì)議、答辯賽等一些正規(guī)的需要進(jìn)行搶答的場合中使用，所以對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)性和可靠性要求很高。為此，我們對(duì)將采用的控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析對(duì)比?？删幊炭刂破?