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第1部分 PLC的結構和分類特點

1.1 PLC的結構組成

PLC的英文全稱為Programmable Logic Controller,即可編程控制器,是一種將計算機技術與繼電器控制技術結合起來的現代化自動控制裝置,廣泛應用在農機、機床、建筑、電力、化工、交通運輸等行業(yè)中。

PLC的結構主要可以分為外部結構和內部結構兩部分。其中,外部結構主要由一些指示燈、接口等構成;內部結構主要由CPU電路板、輸入/輸出接口電路板、電源電路板等構成。不同品牌型號PLC的結構不同。下面以目前市場上比較流行的三菱PLC和西門子PLC為例對其結構進行介紹。

1.1.1 三菱PLC的結構組成

1. 三菱PLC的外部結構

圖1-1為三菱FX2N系列PLC的外部結構圖。該PLC的外部主要由電源輸入接口、輸入接口、輸出接口、PLC狀態(tài)指示燈、輸出LED指示燈、輸入LED指示燈、擴展接口、外圍設備接線插座、蓋板、存儲器和串行通信接口構成。

圖1-1 三菱FX2N系列PLC的外部結構圖

圖1-2為三菱FX2N系列PLC的正視圖。從圖中可以看出,該PLC的每一個輸入/輸出接口、輸入/輸出LED指示燈、PLC狀態(tài)指示燈上都標識有該接口或該指示燈的文字標識。

圖1-2 三菱FX2N系列PLC的正視圖

(1)電源、輸入、輸出接口

圖1-3為三菱FX2N系列PLC的連接示意圖。PLC的電源輸入接口包括L、N、地。該接口用于為PLC供電。PLC的輸入接口通常使用X0、X1等進行標識,用于連接外部的輸入設備,如按鈕、轉換開關、行程開關、繼電器觸點等,將其輸入的信號通過輸入接口輸送到PLC內部的輸入電路中。PLC的輸出接口通常使用Y0、Y1等進行標識,用于連接外部的輸出設備,如負載、繼電器等,將其PLC輸出的信號送到負載、繼電器等設備上,負載或繼電器與電源連成一個回路,通過PLC輸出的信號進行控制。對PLC進行接線時,可參照各接口上的文字標識進行連接。

圖1-3 三菱FX2N系列PLC的連接示意圖

(2)LED指示燈

三菱FX2N系列PLC的LED指示燈部分包括輸入LED指示燈、輸出LED指示燈、PLC狀態(tài)指示燈三部分,如圖1-4所示。其中,輸入LED指示燈用于各輸入接口的狀態(tài)指示;輸出LED指示燈用于各輸出接口的狀態(tài)指示;PLC狀態(tài)指示燈用于指示PLC的工作狀態(tài),主要包括POWER(電源)指示燈、RUN(運行)指示燈、BATT.V(用戶程序存儲器后備電池狀態(tài))指示燈、PROG.E(程序語法出錯)指示燈、CPU.E(CPU出錯)指示燈。

圖1-4 LED指示燈

(3)通信接口

PLC與計算機、與外圍設備、與其他PLC之間需要通過共同約定的通信協議和通信方式并由通信接口來實現信息交換。

在三菱FX2N系列PLC中,通信接口包括RS-232通信接口、RS-485通信接口、RS-422通信接口,如圖1-5所示。其中,RS-232通信接口安裝在通信擴展板FX2N -232-BD上,采用按照順序一位一位串行的方式,常使用于距離較近、波特率要求不高的場合;RS-422通信接口安裝在通信擴展板FX2N-422-BD上,采用差動發(fā)送、差動接收的方式,常使用于距離較遠、通信速率高、抗共模干擾的場合;RS-485通信接口安裝在通信擴展板FX2N-485-BD上,采用兩根傳輸線來完成接收和發(fā)送的任務,常用于聯網通信。

圖1-5 三菱FX2N系列PLC中通信接口

2. 三菱PLC的內部結構

三菱PLC的內部是由CPU電路板、輸入/輸出接口電路板和電源電路板構成的。其中,CPU電路板用于完成PLC的運算、存儲和控制功能;輸入/輸出接口電路板用于PLC輸入、輸出信號的處理;電源電路板用于為PLC內部各電路提供所需的工作電壓。

(1)CPU電路板

圖1-6為三菱FX2N-48MR型PLC的CPU電路板結構。從圖中可以看出,CPU電路板主要由微處理器芯片、存儲器芯片、RS-422通信接口、串行通信接口、LED指示燈、與輸入/輸出接口電路板的接口及一些外圍元器件等構成。

圖1-6 三菱FX2N -48MR型PLC的CPU電路板結構

(2)輸入/輸出接口電路板

圖1-7為三菱PLC的輸入/輸出接口電路板結構。從圖中可以看出,輸入/輸出接口電路板主要由輸入接口、輸出接口、24 V輸入接口、RS-232通信接口、輸出繼電器、光電耦合器、輸入LED指示燈、輸出LED指示燈、PLC狀態(tài)指示燈、集成電路、電容器、電阻器等構成。

圖1-7 三菱PLC的輸入/輸出接口電路板結構

(3)電源電路板

圖1-8為三菱FX2N-32MR型PLC的電源電路板結構。從圖中可以看出,電源電路板主要由電源輸入接口、熔斷器、過壓保護器、橋式整流堆、濾波電容器、開關晶體管、開關變壓器、互感濾波器、二極管、電源輸出接口等構成。

圖1-8 三菱FX2N -32MR型PLC的電源電路板結構

1.1.2 西門子PLC的結構組成

1. 西門子PLC的外部結構

圖1-9為西門子S7-200系列PLC的外部結構圖。該PLC的外部主要由電源輸入接口、輸入接口、輸出接口、通信接口、PLC狀態(tài)指示燈、輸出LED指示燈、輸入LED指示燈、可選配件、傳感器輸出接口、檢修口等構成。

圖1-9 西門子S7-200系列PLC的外部結構圖

圖1-10為西門子S7-200系列PLC的正視圖。從圖中可以看出,該PLC的每一個輸入/輸出接口、輸入/輸出LED指示燈、PLC狀態(tài)指示燈及檢修接口上都標識有該接口或該指示燈的文字標識。

圖1-10 西門子S7-200系列PLC的正視圖

(1)電源、輸入、輸出接口

圖1-11為西門子S7-200系列PLC的連接示意圖。PLC的電源輸入接口包括L1、N、地。該接口用于為PLC供電。PLC的輸入接口通常使用I0.0、I0.1等進行標識,用于連接外部的輸入設備,如按鈕、轉換開關、行程開關、繼電器觸點、傳感器等,將其輸入的信號通過輸入接口輸送到PLC內部的輸入電路中。PLC的輸出接口通常使用Q0.0、Q0.1等進行標識,用于連接外部的輸出設備,如負載、繼電器等,將其PLC輸出的信號送到負載或繼電器上,負載或繼電器與電源連成一個回路,通過PLC輸出的信號進行控制。對PLC進行接線時,可參照各接口上的文字標識進行連接。

圖1-11 西門子S7-200系列PLC的連接示意圖

(2)LED指示燈

西門子S7-200系列PLC的LED指示燈部分包括PLC狀態(tài)指示燈、輸入LED指示燈、輸出LED指示燈三部分,如圖1-12所示。輸入LED指示燈用于各輸入接口的狀態(tài)指示;輸出LED指示燈用于各輸出接口的狀態(tài)指示;PLC狀態(tài)指示燈用于指示PLC的工作狀態(tài),主要包括SF/DI-AG(系統故障/診斷)指示燈、RUN(運行)指示燈、STOP(停機)指示燈。其中,“SF/DIAG指示燈”點亮,代表PLC系統出現故障;“RUN指示燈”點亮,代表PLC系統處于運行狀態(tài);“STOP指示燈”點亮,代表PLC系統處于停機狀態(tài)。

圖1-12 LED指示燈

(3)通信接口

西門子S7-200 CN系列PLC具有兩個RS -485通信接口,分別為PORT0和PORT1,支持PPI通信和自由通信協議,如圖1-13所示。

圖1-13 通信接口

PPI通信協議是西門子公司專門為S7-200系列PLC開發(fā)的一種通信協議,是一種主從協議,是指點對點接口通信。

圖1-14為西門子S7-200 CN系列PLC通信接口的連接方法。當PLC需要與計算機連接時,需采用專用的PC-PPI電纜和RS-485轉換器轉換成計算機上帶有的USB和RS-232接口;當某一個PLC需要與其他的PLC連接時,需使用專用的RS-485通信電纜進行連接。

圖1-14 PLC通信接口的連接方法

(4)檢修口

西門子S7-200CN系列PLC的檢修口包括模式選擇開關、模擬量調節(jié)電位器和擴展端口。

模式選擇開關:具有兩種選擇模式,分別為RUN運行模式和STOP停止模式。

模擬量調節(jié)電位器:CPU內置SMB28-0和SMB28-1兩個模擬量調節(jié)電位器,用于更新或輸入值、更改預設值、設置極限值等,如對定時器T、計數器C等參數值進行設定。

擴展端口:可通過擴展電纜連接擴展模塊。

2. 西門子PLC的內部結構

取下西門子S7-200系列PLC的外殼后,即可以看到其內部結構。圖1-15為西門子S7-200系列PLC的內部結構圖。從圖中可以看出,該PLC的內部主要由CPU電路板、輸入/輸出接口電路板和電源電路板構成。

圖1-15 西門子S7-200系列PLC的內部結構圖

(1)CPU電路板

CPU電路板主要用于完成PLC的運算、存儲和控制功能。圖1-16為西門子S7-200系列PLC的CPU電路板結構。從圖中可以看出,CPU電路板主要由微處理器芯片、存儲器芯片、PLC狀態(tài)指示燈、輸出LED指示燈、輸入LED指示燈、模式選擇開關、模擬量調節(jié)電位器、電感器、電容器、與輸入/輸出接口電路板的接口等構成。

圖1-16 西門子S7-200系列PLC的CPU電路板結構

(2)輸入/輸出接口電路板

輸入/輸出接口電路板主要用于對PLC輸入、輸出信號的處理。圖1-17為西門子S7-200系列PLC的輸入/輸出接口電路板結構。從圖中可以看出,輸入/輸出接口電路板主要由輸入接口、輸出接口、電源輸入接口、傳感器輸出接口、與CPU電路板的接口、RS-232/RS-485通信接口、輸出繼電器、光電耦合器、與電源電路板的接口等構成。

圖1-17 西門子S7-200系列PLC的輸入/輸出接口電路板結構

(3)電源電路板

電源電路板主要用于為PLC內部各電路提供所需的工作電壓。圖1-18為西門子S7-200系列PLC的電源電路板結構。從圖中可以看出,電源電路板主要由橋式整流堆、壓敏電阻器、電容器、變壓器、與輸入/輸出接口電路板的接口等構成。

圖1-18 西門子S7-200系列PLC的電源電路板結構

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