电器控制与PLC技术应用(第4章).pptVIP

第4章 PLC的结构和工作原理 PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。从广义上讲，PLC是一种计算机系统，因此，PLC是一种工业控制用的专用计算机，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。 4.1.1 PLC的硬件系统 整体式PLC的基本结构如图4-1所示。整体式PLC是将中央处理器CPU、存储器、输入接口、输出接口、I/O扩展接口、通信接口和电源等组装在一个机箱内构成主机。用户通过按钮等开关设备或各种传感器就能够将开关量或模拟量由输入接口输入主机存储器的输入映像寄存区；而后经过运算或处理得到的开关量或模拟量的控制信号经由输出接口输出到用户的被控设备；在配合编程器就组成了最小的PLC控制系统。 模块式PLC的基本结构如图4-2所示。模块式的PLC是将整体式PLC主机内的各个部分制成单独的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、通信模块、各种智能模块以及电源模块等。这些模块通过总线连接，安装在基架或导轨上。由此可见，模块式的PLC比整体式的PLC配置更加灵活，输入和输出的点数能够自由选择。整体式的PLC虽然也能通过扩展接口连接其他模块，但能够扩展的模块的数量毕竟是很有限的。 一、中央处理单元CPU CPU是PLC的核心部分，是整个PLC系统的中枢，其功能是：读入现场状态、控制信息存储、解读和执行用户程序、输出运算结果、执行系统自诊断程序以及与计算机等外部设备通信。 中央处理单元（CPU）由大规模或超大规模集成电路微处理器构成，PLC常用的微处理器主要有通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。 二、存储器 存储器是PLC存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。它包括只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、可编程只读存储器、可擦写只读存储器EPROM、电可擦写只读存储器EEPROM。只读存储器ROM在使用过程中只能取出不能存储，而随机存取存储器RAM在使用过程中能随时取出和存储。 三、输入/输出模块 PLC的对外功能主要是通过各类接口模块的外接线，实现对工业设备和生产过程的检测与控制。通过各种输入/输出接口模块，PLC既可检测到所需的过程信息，又可将处理结果传送给外部过程，驱动各种执行机构，实现工业生产过程的控制。通过输入模块单元，PLC能够得到生产过程的各种参数；通过输出模块单元，PLC能够把运算处理的结果送至工业过程现场的执行机构实现控制。 PLC配置了各种类型的输入/输出模块单元。其中常用的有以下几种类型： 开关量输入单元 它的作用是把现场各种开关信号变成PLC内部处理的标准信号。开关量输入单元按照输入端的电源类型不同，分为直流输入单元和交流输入单元。 直流输入单元的电路如图4-3所示，外接的直流电源极性可以为任意极性。点画线框外为外部用户接线，点画线框内是PLC内部的输入电路。发光二极管(LED)点亮，指示现场开关闭合。 交流输入单源的电路如图4-4所示，点画线框内是PLC内部的输入电路。在交流输入单元中，电阻R2与R3构成分压器。电阻R1为限流电阻，电容C为滤波电容。双向光耦合器起整流和隔离双重作用，双向发光二极管用作状态指示。其工作原理和直流输入单元基本相同，仅在正反向时导通的双向光耦合器不同。 2. 开关量输出单元 作用是把PLC的内部信号转换成现场执行机构的各种开关信号。按照现场执行机构使用的电源类型的不同，开关量输出单元可分为直流输出单元(晶体管输出方式或继电器触点输出方式)和交流输出单元(晶闸管输出方式或继电器触点输出方式)。 继电器输出方式电路如图4-5所示，该输出接口电路可以驱动直流和交流任意负载。图中，LED是输出状态指示，KA为一小型直流继电器。 3. 模拟量输入单元 PLC控制系统所控制的信号中有许多是模拟量，如常用的温度、压力、速度、流量、酸碱度、位移的各种工业检测都是对应于电压、电流的模拟量值。模拟量输入电平大多是从传感器通过变换后得到的，模拟量的输入信号为4～20 mA的电流信号或1～5 V、-10～10 V、0～10 V的直流电压信号。模拟量输入模块接收这种模拟信号之后，将其转换为8位、10位、12位或16位等精度的数字量信号并传送给PLC进行处理，因此模拟量输入模块又叫A/D转换输入模块。其原理框图如图4-6所示。 4. 模拟量输出单元 模拟量输出模块是将中央处理器的二进制数字信号转换成4～20 mA的电流输出信号或0～10 V、1～5 V的电压输出信号，以提供给执行机构，满足生产现场连续信号的控制要求。模拟量输出单元一般由光耦合器隔离、D/A转换器和信号转换等部分组成，其原理框图如图4-7所示。 四