【文章內(nèi)容簡介】 ）、編程器和電源五大部分組成。 (1) CPU 模塊 CPU 模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微機(jī)處理器（ CPU）和存儲器組成。 CPU 的作用類似于人類的大腦和心臟。它采用掃描方式工作，每一次掃描要完成以下工作： 1） 輸入處理：將現(xiàn)場的開關(guān)量輸入信號和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映像寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。 2） 程序執(zhí)行：逐條讀入和解釋用戶程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號去控制有關(guān)的電路，完成數(shù)據(jù)的存取、傳送和處理工作，并根據(jù)運算結(jié)果更新各有關(guān)寄存器的內(nèi)容。 3） 輸出處理：將輸出映像寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊，去控制外部負(fù)載。 (2) I/O 模塊 I/O 模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和 CPU 模塊的橋梁。輸入模塊用來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(guān)、9 數(shù)字開關(guān)、限位開關(guān)、接收開關(guān)、關(guān)電開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)量輸入信號；另一類是由電位器、熱電偶、測速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號。 可編程序控制器通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。 CPU 模塊的工作電壓一般是 5V，而可編程序控制器的輸入 /輸出信號電壓一般較高，如直流 24V 和交流 220V。從外部引入的尖蜂電壓和干擾噪聲可能損壞CPU 模塊中的元器件，或使可編程序控制器不能正常工作，所以 CPU 模塊不能直接與外部輸入 /輸出裝置相連。 I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉(zhuǎn)換與噪聲隔離的作用。 (3) 編程器 編程器除了用來輸入和編輯程序外，還可以用來監(jiān)視可編程序控制器運行時梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。 編程器可以永久地連續(xù)在可編程序控制器上，將它取下來后可編程序控制器也可以運行。一般只在程序輸入、調(diào)試階段和檢修時使用，一臺編程器可供多臺可編程序控 制器公用。 開關(guān)量 I/O 模塊 開關(guān)量模塊的輸入輸出信號僅有接通和斷開兩種狀態(tài)。電壓等級有直流 5V，12V， 24V， 48V 和交流 110V， 220V 等。輸入輸出電壓的允許范圍很寬，如某交流 220V 輸入模塊的允許低電壓為 0~70V，高電壓為 70~256V，頻率為 47~63HZ。 各 I/O 點的通 /斷狀態(tài)用發(fā)光二極管或其它元件顯示在面板上，外部 I/O 接線一般接在模塊的接線端子上，某些模塊使用可拆除的插座型端子板，在不拆去端子的外部連線的情況下，可以迅速地更換模。開關(guān)量 I/O 模塊可能 4， 8，16， 32， 64點 。 10 a 直流輸入電路 輸入模塊 輸入電路中設(shè)有 RC 濾波電路，以防止由于輸入點抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤的輸入信號。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），輸入電流約為 10mA， 上 圖 內(nèi)部電路和外部接線圖。本節(jié)的輸入電路和輸出電路都只畫出了一路， COM 是各路的公共點。圖中的輸入觸點直接接在公共點和輸入端（ 400 是梯形圖中輸入繼電器的編號）之間，不需要外接電源。有的可編程序控制器還可以為接近 開關(guān)、 光電開關(guān)之類的傳感器提供 24V 電源。（如圖 ） 11 圖 b 輸入電路 當(dāng)圖 ，光電耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，信號經(jīng)內(nèi)部電路傳送給 CPU 模塊。 圖 c 是交流輸入電路。光電耦合器中有兩個反并聯(lián)的發(fā)光二極管，顯示用的兩個發(fā)光二極管也是反并聯(lián)的，因此這個電路可以接收外部的交流輸入電壓。 圖 c 交流輸入電路 輸出模塊 輸出模塊的功率放大元件有大功率晶體管和磁效應(yīng)管（驅(qū)動直流負(fù) 載）、雙向可控硅（驅(qū)動內(nèi)交流負(fù)載）和小型繼電器，后者可以驅(qū)動交流負(fù)載或直流負(fù)載。輸出電流的典型值為 ~2A，負(fù)載電源由外部現(xiàn)場提供。 輸出電流的額定值與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)，但是只能驅(qū)動 100VA/22V 的電感性負(fù)載和 100W 的白熾燈。額定負(fù)載電流還與溫度有關(guān)，溫度升 高 時額定負(fù)載電流減小，有的可編程序控制器提供了有關(guān)曲線。 輸出模塊內(nèi)可能設(shè)置有熔斷器，并在模塊面板上用發(fā)光二極管顯示熔斷器的狀態(tài)。某些新式的模塊用非破壞性的電子保護(hù)電路代替熔斷器。 可編程序控制器的工作原理 可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸 12 入、輸出繼電器等。這種計算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。 PLC 的選型 為了能夠更好的選型，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng) 。 輸入輸出（ I/O）點數(shù)的估算 I/O 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～ 20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進(jìn)行圓整。 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固 定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 10～ 15倍，加上模擬 I/O點數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（ 16 位為一個字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 控制功能的選擇 該選擇包括控制功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 （一 )控制功能 控制功能包括 PID 控制運算、前饋補(bǔ)償控制運算、比值控制運算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的 控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用 PID 控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、 ASC 碼轉(zhuǎn)換單元等。 (三 )編程功能 PLC 的編程有離線編程和在線編程兩種，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)應(yīng)用要求合理選用。 離線編程方式： PLC 和編程器公用一個 CPU，編程器在編程模式時， CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式， CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，13 但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式： CPU 和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé) 現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 (四 )診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。 PLC 的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的 要求，并影響平均維修時間。 (五 )處理速度 PLC 采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則 PLC 將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長度、 CPU 處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前， PLC 接點的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時間約 ～ ，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型 PLC 的掃描時間不大于 ；大中型 PLC 的掃描時間不大于。 PLC 控制程序 設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則 1) 最大限度的滿足被控對象的控制要求。 2) 在滿足控制要求的前提下，力求使控制