它作为PLC系统的一个模块,通过总线与PLC相连,进行数据交换,并在PLC的协调管理下独立地进行工作。PLC的智能接口模块种类很多,如:高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。6.编程装置编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序,也可在线监控PLC内部状态和参数,与PLC进行人机对话。
它是开发、应用、维护PLC不可缺少的工具。编程装置可以是专用编程器,也可以是配有专用编程软件包的通用计算机系统。专用编程器是由PLC厂家生产,该厂家生产的某些PLC产品使用,它主要由键盘、显示器和外存储器接插口等部件组成。
专用编程器有简易编程器和智能编程器两类。简易型编程器只能联机编程,而且不能直接输入和编辑梯形图程序,需将梯形图程序转化为指令表程序才能输入。简易编程器体积小、价格便宜,它可以直接插在PLC的编程插座上,或者用专用电缆与PLC相连,以方便编程和调试。
有些简易编程器带有存储盒,可用来储存用户程序,如三菱的FX-20P-E简易编程器。智能编程器又称图形编程器,本质上它是一台专用便携式计算机,如三菱的GP-80FX-E智能型编程器。它既可联机编程,又可脱机编程。
可直接输入和编辑梯形图程序,使用更加直观、方便,但价格较高,操作也比较复杂。大多数智能编程器带有磁盘驱动器,提供录音机接口和打印机接口。专用编程器只能对厂家的几种PLC进行编程,使用范围有限,价格较高。
同时,由于PLC产品不断更新换代,所以专用编程器的生命周期也十分有限。因此,现在的趋势是使用以个人计算机为基础的编程装置,用户只要购买PLC厂家提供的编程软件和相应的硬件接口装置。这样,用户只用较少的投资即可得到高性能的PLC程序开发系统。
I/O接口一般都具有光电隔离和滤波功能,以提高PLC的抗干扰能力。另外,I/O接口上通常还有状态指示,工作状况直观,便于维护。PLC提供了多种操作电平和驱动能力的I/O接口,有各种各样功能的I/O接口供用户选用。
I/O接口的主要类型有:数字量(开关量)输入、数字量(开关量)输出、模拟量输入、模拟量输出等。常用的开关量输入接口按其使用的电源不同有三种类型:直流输入接口、交流输入接口和交/直流输入接口,其基本原理电路如图3所示。
图3开关量输入接口a)直流输入b)交流输入c)交/直流输入常用的开关量输出接口按输出开关器件不同有三种类型:是继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出,其基本原理电路如图4所示。继电器输出接口可驱动交流或直流负载,但其响应时间长,动作频率低;而晶体管输出和双向晶闸管输出接口的响应速度快,动作频率高,但前者只能用于驱动直流负载,后者只能用于交流负载。
图4开关量输出接口a)继电器输出b)晶体管输出c)晶闸管输出PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数称为PLC输入/输出(I/O)点数。I/O点数是选择PLC的重要依据之一。当系统的I/O点数不够时,可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展。
4.通信接口PLC配有各种通信接口,这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC通过这些通信接口可与监视器、打印机、其它PLC、计算机等设备实现通信。PLC与打印机连接,可将过程信息、系统参数等输出打印;与监视器连接,可将控制过程图像显示出来;与其它PLC连接,可组成多机系统或连成网络,实现更大规模控制。
与计算机连接,可组成多级分布式控制系统,实现控制与管理相结合。远程I/O系统也必须配备相应的通信接口模块。5.智能接口模块智能接口模块是一独立的计算机系统,它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口。
位处理器为从处理器,主要用于处理位操作指令和实现PLC编程语言向机器语言的转换。位处理器的采用,提高了PLC的速度,使PLC更好地满足实时控制要求。在PLC中CPU按系统程序赋予的功能,指挥PLC有条不紊地进行工作,归纳起来主要有以下几个方面:1)接收从编程器输入的用户程序和数据。
2)诊断电源、PLC内部电路的工作故障和程中的语法错误等。3)通过输入接口接收现场的状态或数据,并存入输入映象寄有器或数据寄存器中。4)从存储器逐条读取用户程序,经过解释后执行。5)根据执行的结果,更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容,通过输出单元实现输出控制。
有些PLC还具有制表打印或数据通信等功能。2.存储器存储器主要有两种:一种是可读/写操作的随机存储器RAM,另一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中,存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。
系统程序是由PLC的制造厂家编写的,和PLC的硬件组成有关,完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能,提供PLC运行的平台。系统程序关系到PLC的性能,而且在PLC使用过程中不会变动,所以是由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中,用户不能访问和修改。
其中,CPU是PLC的核心,输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路,通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。对于整体式PLC,所有部件都装在同一机壳内,其组成框图如图1所示;对于模块式PLC,各部件独立封装成模块,各模块通过总线连接,安装在机架或导轨上,其组成框图如图2所示。
无论是哪种结构类型的PLC,都可根据用户需要进行配置与组合。图1整体式PLC组成框图图2模块式PLC组成框图尽管整体式与模块式PLC的结构不太一样,但各部分的功能作用是相同的,下面对PLC主要组成各部分进行简单介绍。
1.中央处理单元(CPU)同一般的微机一样,CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU随机型不同而不同,常用有三类:通用微处理器(如Z80、8086、80286等)、单片微处理器(如8031、8096等)和位片式微处理器(如AMD29W等)。
小型PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器;中型PLC大多采用16位通用微处理器或单片微处理器;大型PLC大多采用高速位片式微处理器。目前,小型PLC为单CPU系统,而中、大型PLC则大多为双CPU系统,甚至有些PLC中多达8个CPU。
对于双CPU系统,一般一个为字处理器,一般采用8位或16位处理器;另一个为位处理器,采用由各厂家设计制造的专用芯片。字处理器为主处理器,用于执行编程器接口功能,监视内部定时器,监视扫描时间,处理字节指令以及对系统总线和位处理器进行控制等。