1.2 大中型PLC的模塊化結構

1.2.1 PLC的分類

PLC種類很多，可從不同的角度進行分類。

1.按控制規模分

控制規模主要指控制開關量的輸入和輸出點數及控制模擬量的模擬量輸入和輸出，或兩者兼而有之（閉路系統）的路數。但主要以開關量計。模擬量的路數可折算成開關量的點，大致一路相當于8～16點。依這個點數，PLC大致可分為微型機、小型機、中型機、大型機和超大型機。

微型機控制點僅十幾點，如西門子LOGO系列PLC，如圖1-7a所示。

小型機控制點可達100多點，如西門子S7-200和S7-1200型PLC，如圖1-7b和圖1-7c所示。

中型機控制點數可達500點，甚至于千點。如西門子S7-300型PLC，如圖1-7d所示。

大型機的控制點數一般在1000點以上，如西門子S7-400型PLC，如圖1-7e所示。

超大型機的控制點數可達萬點，以至于幾萬點。

以上這種劃分只是大致的，目的是便于系統的配置及使用。一般講，根據實際的I/O點數，選用相應的機型，其性能價格比必然要高；相反，肯定要低些。

2.按結構劃分

PLC可分為無背板及有背板兩大類。微型機、小型機多為無背板的，如西門子S7-200和S7-1200系列。無背板的PLC把電源、CPU、內存、I/O系統都集成在一個小模塊內，一個主機模塊就是一臺完整的PLC，就可用以實現控制。控制點數不符需要，可再接擴展模塊，由主模塊及若干擴展模塊組成較大的系統，以實現對較多點數的控制。

背板式PLC是按功能分成若干獨立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等，并直接安裝在背板上，通過背板進行數據聯系。該類型PLC的模塊功能更單一、品種更多，可便于系統配置，使PLC更能物盡其用，達到更高的使用效益。如西門子S7-300/400等中、大型機就是這種結構。

這里所闡述的底板、機架模塊，是指它為PLC各模塊的安裝提供基板，并為模塊間的聯系提供總線。若干底板間的聯系有的用接口模塊，有的用總線接口。不同廠家或同一廠家但不同類型的PLC都不大相同，圖1-8所示為PLC的主底板和輔助底板。

圖1-7 西門子PLC類型

a）LOGO b）S7-200 c）S7-1200 d）S7-300 e）S7-400

1.2.2 大中型PLC模塊化控制器的組成部分

與小型PLC（如西門子S7-200）不同，大中型PLC最大的特點就是采用模塊化控制系統，來滿足中等或高性能要求的應用。在大中型PLC系統中，各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展，由于點數基本上不受太多的限制，其靈活性就非常高。

基本的模塊化硬件結構結構包括機架、電源、處理器CPU、輸入輸出I/O模塊、編程或通信用接口，圖1-9表示了一個模塊化控制器是如何由模塊化硬件部件一一組成的。

圖1-8 主底板和輔助底板

圖1-9 模塊化控制器的組成部分

1.機架

機架是用來安裝處理器和I/O模塊、特殊模塊的，所有模塊都可以很容易地沿著導軌插入到機架。不同類型的PLC系統其機架槽數不太一樣，可以互聯的機架數也不盡相同。大中型PLC系統在配置時，其機架數可以有很多，機架之間的關系可以用圖1-10所示的網絡來表示。

圖1-10 機架網絡

2.電源

電源一般安裝在機架的左面。

3.處理器CPU

在傳統的大中型PLC系統中，處理器CPU的位置并一般固定在機架的左邊，但是在最新型大中型PLC中則可以任意安裝，數量也可以不止一個。

1.2.3 大中型PLC系統的配置流程

大中型PLC系統的配置一般都采用機架配置表來完成，它可以幫助用戶配置一個機架或系統。每一個工作單可以幫助用戶配置一個機架；若需要多個機架，則需要用另外的工作單配置另外的機架。

下面具體說明機架配置表的過程。

1.估計系統所需的內存總量

1）累計數字量I/O點的數量；

2）累計模擬量I/O的數量；

3）累計特殊功能模塊的數量；

4）根據上述3個數量，乘以一定的系數，進行內存的估算。

2.選擇CPU

根據內存量來選擇。

3.選擇I/O模塊

1）寫上機架號和相應的槽號；

2）選擇數字量I/O模塊；

3）選擇特殊功能模塊和模擬量I/O模塊；

4）在工作單上，把每一個模塊放入所要放置的槽內；

5）在指定的欄目內填入每個模塊的功率消耗值，并完成整個機架的總功率。

4.選擇正確的電源模塊

把功率消耗總量與每個電源模塊進行比較，選擇可以提供足夠功率的最小電源模塊，并考慮系統擴容所需的電源消耗功率。

5.選擇機架

累計所用槽數，并選擇所能容納所有I/O模塊的最小機架，并考慮到將來的擴展需求。

6.選擇其他設備

要構成一個完整的系統，還需要其他設備，如電纜、通信接口、操作器接口、存儲器模塊等。表1-1為具體的機架配置表。

表1-1 機架配置表

一個實際的PLC系統，確定所有的模塊后，要選擇合適的電源模塊，所選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊、所有I/O模塊、各種功能模塊等總消耗功率之和，并且要留有30%左右的裕量。當同一電源模塊既要為主機單元又要為擴展單元供電時，從主機單元到最遠一個擴展單元的電路壓降必須小于0.25V。

一個常規的大中型PLC系統往往只有一個獨立的處理器和機架內的I/O模塊組成，但是一個復雜的大中型PLC系統則可以在一個背板中同時使用多個處理器模塊，多個處理器可以通過網絡進行通信，多個平臺上的I/O可以分布在不同的位置，它們之間則通過多條I/O鏈路連接起來。