第二章 PLC系统内部结构讲解.ppt

第2章 PLC系统内部结构 ? 描述数据处理计算机和过程控制计算机的异同。 ? 列出和定义PLC CPU各主要组成部分的功能。 ? 列出和描述PLC CPU中固态内存的类型。 ? 描述典型输入模块的操作过程。 ? 描述典型输出模块的操作过程。 2.1 概述 本章我们来看看PLC的内部结构，探讨其内部操作原理。 在本章的第一部分，我们讨论的PLC是作为过程控制计算机来使用的。在本章的第二部分，将介绍PLC系统的4个主要组成部分，讨论非永久性和永久性的固态内存，并介绍处理器的组成及其工作原理，分析离散输入输出模块的结构，看看它是怎样将传感器、执行器与PLC联系起来的。最后将介绍能提供驱动PLC所需的DC（直流电）的电源供应系统。了解PLC内部结构将有助于读者提高对后续主题的理解能力。 2.2 作为计算机的PLC PLC是一台计算机，但它可能平时见到的计算机的形式不同。大部分人熟悉数据处理计算机，特别是微型计算机。这些机器放在桌子或膝盖上，有很强的系统软件和应用软件支持，可以玩游戏、打字、画CAD图等。这种计算机能处理大量的数据，这就是人们称之为数据处理机的原因。 有另一种形式的计算机称为过程处理计算机。尽管它能处理数据，但其主要功能是控制加工制造和工业处理过程（如机械、机器人和组装线等）。这种计算机基于事件驱动。虽然它有外围键盘输入，但其输入信号主要是开关信号和传感器信号。 PLC系统是一种过程控制计算机：它小巧，相对便宜，适应环境能力强，并且易于编程、操作、维护和维修。它一般安装在机器或控制流程附近，因此把它看成是工业设备的扩展。 2.3 中央处理器 在小型PLC系统中，处理器、固态内存、I/O模块和电源都放在一个紧凑的单元中。编程设备通常是便携式的，由键盘和液晶显示器（LCD）组成，与主要部件分离，但可通过电缆相连。在大型PLC系统中，处理器和内存在一个单元中，电源在第二个单元，I/O模块在另一个单元。当然，编程设备可以是计算机（PC），它独立工作，通过电缆与其他设备相连。 无论PLC的规模如何，处理器和内存都在同一个单元中。该单元称为中央处理器（CPU）。在较大的PLC系统中，CPU只包括处理器和内存。在小型的PLC系统中，CPU还包括I/O模块和电源。 2.4 固态内存 在2.3节，我们讨论了ROM和RAM集成芯片的使用。用在PLC CPU中的固态内存的其他主要类型有PROM、EPROM、EEPROM和NOVRAM。图2.4列出了这些芯片的主要特性。 可编程只读存储器（PROM）与ROM类似，但用户/程序员只能编程一次。PROM很少使用，因为它需要特殊的编程电路。然而，它的优点是可作为ROM中程序的固定备份。 可删除可编程只读存储器（EPROM）是可擦除的PROM。通过将EPROM的顶部窗口暴露在紫外线中几分钟，即可删除其内部程序。EPROM也称UVPROM。 EPROM的优点是可以重复使用。然而它有两个主要缺点，一是重编程需要耗费一定的时间。第二个缺点是当EPROM暴露在紫外线中时，所有内存地址中的内容将被擦除。即使只有1-2个内存地址的内容需要更新，EPROM也需要对全部内存地址进行重编程。 电可删除可编程只读存储器（EEPROM）类似于EPROM。它不是通过紫外光照射来删除程序，而是在芯片中加入电信号进行删除处理。与EPROM相比，EEPROM的优点是复位和删除程序方便、快速。当你不想对芯片内存的每一部分都重新编程并希望节省时间时，可以用EEPROM来替代RAM。现在，EEPROM已成为存储、备份或转移PLC程序的存储器之一。 永久随机存储器（NOVRAM）是组合芯片，它是EEPROM和RAM的组合体。当电源即将断电时，RAM中的内容会很快存入EEPROM。当电源恢复时，被存储的数据可以读入到RAM中。NOVRAM芯片具有RAM的灵活性以及EEPROM的永久性。 无论是永久性的还是非永久性的，固态内存的芯片都按照位（或单元）来分类。一个位就是一个0或1（低或高电压）。各个单元根据插槽来确定，通常是8位或16位宽度。将位进行组合，就成为字，8位称为1个字节。两个字节常常相邻放置，形成16位字。目前，PLC系统有1-256 KB的固态内存，大部分是RAM。 显然，当要控制的过程越多，所需的PLC存储容量就越大。对于一个控制过程，模拟控制比离散控制所需的内存量要大。随着内存容量的增大，CPU单元的费用也会增加。 当一个工程项目需要用到PLC时，PLC所需内存取决于输入点的数量、输出