黑龙江西门子电缆6XV1840-2AH10

PLC的基本结构和工作原理

作为一种工业控制的计算机，PLC和普通计算机有着相似的结构；但是由于使用场合、目的不同，在结构上又有一些差别。

1.PLC的硬件组成

PLC硬件系统的基本结构如下

PLC的主机由CPU、存储器（EPROM、RAM）、输入/输出单元、外设I/O接口、通信接口及电源组成。对于整体式PLC，这些部件都在同一个机壳内。而对于模块式PLC，各部件独立封装，称为模块，各模块通过机架和电缆连接在一起。主机内的各个部分均通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，根据实际控制对象的需要配备一定的外部设备，构成不同的PLC控制系统。常用的外部设备有编程器、打印机、EPROM写入器等。PLC可以配置通信模块与上位机及其他的PLC进行通信，构成PLC的分布式控制系统。

下面分别介绍PLC的各组成部分及其作用，以便用户进一步了解PLC的控制原理和工作过程。

（1）CPU

CPU是PLC的控制中枢，PLC在CPU的控制下有条不紊地协调工作，从而实现对现场的各个设备进行控制。CPU由微处理器和控制器组成，它可以实现逻辑运算和数学运算，协调控制系统内部各部分的工作。

控制器的作用是控制整个微处理器的各个部件有条不紊的进行工作，它的基本功能就是从内存中读取指令和执行指令。

（2）存储器

PLC配有两种存储器，即系统存储器和用户存储器。系统存储器用来存放系统管理程序，用户不能访问和修改这部分存储器的内容。用户存储器用来存放编制的应用程序和工作数据状态。存放工作数据状态的用户存储器部分也称为数据存储区，它包括输入/输出数据映像区、定时器/计数器预置数和当前值的数据区及存放中间结果的缓冲区。

PLC的存储器主要包括以下几种。

（1）只读存储器

（2）可编程只读存储器

（3）可擦除可编程只读存储器

（4）电可擦除可编程只读存储器

（5）随机存取存储器

（3）输入/输出（I/O）模块

①开关量输入模块

开关量输入设备是各种开关、按钮、传感器等，PLC的输入类型通常可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部提供。

②开关量输出模块

输出模块的作用是将CPU执行用户程序所输出的TTL电平的控制信号转化为生产现场所需的，能驱动特定设备的信号，以驱动执行机构的动作。

（4）编程器

编程器是PLC重要的外部设备，利用编程器可将用户程序送入PLC的用户程序存储器，调试程序、监控程序的执行过程。编程器从结构上可分为以下三种类型。

（1）简易编程器

（2）图形编程器

（3）通用计算机编程器

（5）电源

电源单元的作用是把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（直流5V、±12V、24V），并为外部输入元件（如接近开关）提供24V直流电源（仅供输入端点使用）。驱动PLC负载的电源由用户提供。

（6）外设接口

外设接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能通过外设接口组成PLC的控制网络。PLC使用PC/PPI电缆或者MPI卡通过RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能。

　在成功的电源设计中，电源布局是其中重要的一个环节。但是，在如何做到这一点方面，每个人都有自己的观点和理由。事实是，很多不同的解决方案都是殊途同归；如果设计不是真的一团糟，多数电源都是可以正常工作的。

　　当然，这其中也有一些通用性规则，例如：

　　● 不要在快速切换信号中运行敏感信号。换言之，不要在开关节点下运行反馈跟踪。

　　● 确保功率载荷跟踪和接地层大小足以支持当前的电流。

　　● 尽量保持至少一个连续的接地层。

　　● 使用足够的通孔(通常以每个通孔1A开始)，将接地层相连。

　　除了这些基本的布局规则，我通常首先会识别开关回路，然后确定哪些回路具有高频开关电流。图1所示为针对降压电源(原理图和布局)的简化功率级的一个示例。

图1：降压电源原理图和布局

　　降压电源中存在两种状态(假定连续传导模式)：控制开关(Q1)接通时和控制开关断开时。当控制开关接通时，电流从输入流至电感器。当控制开关断开时，电流继续在电感器流动并流经二极管(D1)。电流连续输出。

　　但是存在输入脉冲电流，这是您在布局中需要关注的部分。在图1中，此回路被标记为“高频回路”，并以蓝色显示。您布局的首要目标是将Q1、D1和输入电容与短、低电感回路连接。该回路越小，开关产生的噪声便越低。如果忽略这一点，电源将不能有效工作。

　　识别开关回路的规程适用于所有的电源拓扑结构。规程的各个步骤分别是：

　　● 在接通状态确定电流通路。

　　● 在断开状态确定电流通路。

　　● 找到连续电流的位置。

　　● 找到断续电流的位置。

　　● 尽量减少断续电流环路。

　　此列表中列出了给定功率级配置的关键回路：

　　● 降压——输入电容回路。

　　● 升压——输出电容回路。

　　● 反相降压-升压——输入和输出电容回路。

　　● 反激——输入和输出电容回路。

　　● Fly-Buck™——输入电容回路。

　　● SEPIC——输出电容回路。

　　● Zeta——输入电容回路。

　　● 正激、半桥、全桥——输入电容循环。

　　电源布局正如一种艺术形式一般，每个人都有自己的方式，而且很多时候也会起效。需要确保的一点是，在您确定功率级的零件位置时，首先确定高频开关回路；这样您便可为自己节约时间、免除烦恼。