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1、深圳*科技有限公司一、PLC的基本结构和组成可编程控制器PLC本质上是一台用于控制的专用计算机，它与一般的工业 控制计算机在结构上有很大的相似性。PLC的主要特点是与控制对象有更强的接 口能力，它的基本结构主要是围绕着适宜于过程控制（即过程中数据的采集、控 制信号的输出及数据的处理）的要求来进行设计。PLC控制柜的布置和连线详见PLC控制柜内布局和接线图PLC控制柜的 设计考虑了防雷措施，按照户外进线必须避雷的原则，控制柜的设计将户外输入 的主要模拟信号经过信号避雷器后才接进PLC。系统中PLC直接面对现场的设 备，它可以取代现有的继电器控制屏且功能强得多，同时担负着对现场数据进行 采集的任务
2、。图4.3-1给出了通用PLC的结构框图。下面简单介绍框图中各部分的主要功图4.3-1通用PLC的结构框图1. 中央处理模块中央处理模板CPU （Central Processing Unit）是可编程控制器的核心部件， 整个PLC的工作过程都在CPU的统一指挥和协调下进行。通常中央处理模板不 仅有CPU集成芯片，而且还有一定数量的存储器（ROM和RAM）。CPU板主 要完成下述各项工作：*接收用户从编程器输入的用户程序，并将它们存入用户存储区。*用扫描的方式接收被控对象的输入信号，并存入相应的数据区（输入映象 区）。*用户程序的语法错误检查，并给出错误的信息。*系统状态监测。口执行用户程序、
3、完成各种数据的处理、传输和存储等功能。根据数据处理的结果，刷新输出状态，以实现对各种外部设备的实时控制 和其它辅助工作。2. I/O 接口I/O接口（INPUT/OUTPUT、输入/输出）又分为开关量I/O接口和模拟量I/ O接口。开关量I/O接口主要实现PLC与外设之间的数字信号的联接，它完成电平转 换，电气隔离，串/并行数字转换及提供具有足够驱动能力的各种数字驱动信号 等工作。开关量I/O接口模板通常配有相应的LED （发光二极管）状态显示器 ，以利于操作人员的监测。开关量输入接口的信号常来自按钮、开关和继电器触 点等实际开关量。开关量输出接口输出的信号常用来控制继电器线圈等器件。模拟量I
4、/O接口实现PLC与外设之间的模拟信号的连接。其中输入接口主要 完成信号滤波、信号放大、I/V转换、A/D （模拟量/数字量）转换及隔离等功能 ，将被控对象送出的模拟量转换成PLC易于处理的数字量，模拟输入接口的信号 常来自现场各种变送器、传感器输出的标准电流、电压信号（如：4-20mA、0-5 V）。输出接口主要完成D/A （数字量/模拟量）转换、功率放大及隔离等功能， 以便向被控对象提供正常工作所须的模拟控制信号（如：4-20mA、0-5V）。3. 智能I/O接口智能I/O接口进一步扩充I/O接口的功能，以满足控制过程中的特殊要求， 同时可以减少CPU的工作量。智能I/O板上多设有自己的微
5、处理器和控制软件， 因此可以独立工作。常见的有高速计数器模块、PID模块、位置控制模块等。4 .通信接口通信接口是专门用于数据通信的一种智能模块。在一个具有多台PLC、计算 机或多种控制设备的复杂系统中，利用通信接口可以构成多机局部网络，实现多 级分布式控制系统。它还常用于实现人机对话等。常见的有各种串并行接口模块 及网卡接口模块等。5 .编程器编程器是专门用于用户输入和调试应用程序用的，也可以监视系统的工作状 态。常用的有专用的编程器和普通微型计算机。6 .总线总线是沟通PLC中各功能模块的信息通道。总线上提供PLC在控制过程中所 需要的信息，其中包括数据总线、地址总线、控制总线等。7 .电
6、源电源模块给PLC各模块提供电源，另外有多组电源输出供控制对象使用。二、AB系列PLC简介1. AB系列SL500系列PLC的硬件由底座、模块、电缆等部件组成。*底座系列SL500的硬件模块安装在底座中，底座又分为CPU底座、扩展底座和远 程底座。配置了模块的底座称为基架。CPU底座即配置了 CPU模块的底座，其它底座都从属于它。扩展底座为CPU底座提供了扩展能力，但CPU模块和某些智能模块不能安装 其中，CPU底座可带多个扩展底座，但距离CPU底座能安装的最后一个扩展底座 的最大距离是15米。远程底座具有与扩展底座相同的功能，增加了远至213米距离的特点，为此 对有关电源作了隔离及相对降低I
7、/O时钟速率。底座外形如图4.3-2,图4.3-3,图4.3-4所示。配置如图4.3-5,图4.3-6 。* CPU模块CPU模块必须装在CPU底座的CPU槽中。* I/O模块可使用的模块有AB公司SL500型I/O模块及其它公司生产的与AB公司 SL500系列PLC兼容的模块。SL500型I/O模块有5种类型：开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模 拟量输出及任选模块（多是智能模块）。2 .模块工作原理下面对本系统使用模块的工作原理作一简单介绍。*电源模块系列SL500电源支持各种CPU和I/O，电源可分120/240VAC和24/48VDC两 种。带有自整定系统，不需要转换开关，内设限流装
8、置，短路时可自动关断电源 以免引起毁坏。每种电源带有24VDC供外部装置使用。电源内部带有一个RS-485通讯口， 用于编程和操作者界面进行通讯。系列SL500电源带有4个LED指示，即PWR，OK，RUN，和BATT，便于运行 状态指示。PWR指示电源工作正常。OK指示CPU工作状态正常，RUN表示CPU进入运行 状态。BATT灯用于指示电池电压力太低，以防丢失程序。CPU内有一个大电容可代 替电源工作20分钟以保证有足够的时间更换电池。*中央处理单元（CPU）模块CPU选用SL500系列PLC中高档的CPU 364，它速度更快，程序运行速度达 0.22ms/K。内存可达240K，可运行更大
9、的程序，支持浮点运算功能和SOE功能。 I/O开关点数4096点，I/O模拟通道8K，寄存器达16K字节。支持 Serial-SNP/SNPX、Modbus RTU、CCM、LAN-ABnius、Ethernet 等通讯，可连接 ABnius、 Profbus DP、 WorldFIP、 Interbus S、 Lonworks、 DeviceNet、 SDS 等 现场总线CPU364是在CPU360基础上加内置以太网卡而成，由于通讯卡是和CPU 集成在一起的，所以CPU与以太网的通讯比起CPU与插在机架上的以太网模块通 讯的速度更快，因此该CPU支持以太网的广播方式（EGD方式）。*开关量输
10、入（DI）模块工作电源24VDC、32点输入。如图4.3-9所示。图中上部分为模块内部电路， 共32路。下部分为模块外部接线，分4组输入，每组对应8个外部设备的触点。 其中的电阻、电容构成阻容滤波电路。如果触点（如 A6）闭合，则光藕合器 （OPTICAL COUPLER）导通，CPU读入状态，同时模块上对应该端子的LED亮。集控系统PLC通过该模块读入现场设备的状态，通常是与设备状态有关 的 接点，如断路器的辅助接点、闸门的行程开关接点、保护屏的保护继电器接点、 各种信号继电器接点等。*开关量输出（DO）模块工作电源12-24VDC、32点输出。如图4.3-10所示。图中上部分为模块内部 电
11、路，共32路，下部分为模块外部接线，分4组输出XVIN（AVIN,BVIN,CVIN,DVIN） 端子接工作电源，PTX（A1-A4、B1-B4、A9-A12、B9-B12）端子分别对应32个外 部设备LOAD （如：继电器线圈等）。XCOM为公共端。CPU从RUN端输出“1”时， 电源加于PTX和XCOM端（LOAD端），负载LOAD （如：继电器线圈等）工作，以 达到PLC对设备的控制目的，同时模块上对应该端子的LED亮。集控系统PLC通过该模块对现场设备进行操作，通常操作对象是设备的动作 线圈，如断路器的合闸和跳闸线圈、闸门的升降接触器线圈等。由于模块容量的 限制，一般通过中间继电器对设
12、备进行操作。*模拟电流输入（AI）模块16路电流输入，电流输入可以是4-20mA、0-20mA或4-20mA增强形式电流 输入，其特点是自带处理器，如图4.3-13所示。1、2号为外接电源端子，3-18 号端子分别对应16路电流输入。图中为外接二线制传感器的接线形式。集控系统PLC通过该模块读入现场的连续变化量，通常是变送器、传感器输出，如电动机励磁电压和电流、冷却水压力、泵叶角度、闸门开度、泵站上下游 水位等。RS-485通讯模块该模块通过RS-485总线方式负责整个泵站保护设备、多功能电表、水位计、 励磁系统、变压器温度等信号的采集。3. SL500系统操作在进行以下内容前强调一下PLC中
13、的存储器。PLC中的一切信息都存储在存 储器中，它分为：系统存储区：为PLC系统管理占用，用户不能使用，有些系统状态用户可以 查询。用户存储区：存放户存程序。用户数据区：存放输入、输出数据，户存程序计算结果、缓冲存储等。存储器的最小单位是位，每位有两个状态：1或0，8位构成一个字节，16位构 成一个字。1）基本框图图4.3-15表示AB SL500系统数据流过程。其中箭头表示数据传送的方向。2）标准程序扫描CPU执行应用程序，更新I/O、执行通讯和其它任务所进行的重复循环操作 称之为CPU扫描。如图4.3-16。3）程序组织和用户给定地址/数据程序或逻辑是一组指令有序的集合。程序可以调用子程序
14、。一个应用程序所用的数据被存于寄存器或给定的地址中。所谓地址指就是 存储器的地址，地址可分为多种类型。集控系统PLC中的应用程序包括机组开机程序、机组停机程序、状态的巡检 等等。3. AB SL500的指令系统指令按照梯形图语言的规则排列就组成了 PLC的应用程序。1）梯形图语言梯形图与继电器控制图的电路形式和采用的符号大致相同。梯形图的特点是 按自上而下、自左而右的顺序排列，图中接点可以串、并联，其中每一行称为逻 辑行。梯形图中的符号即为指令。PLC是按照循环扫描方式沿梯形图的先后顺序执行程序。图4.3-17（a）为控制电机正反转的继电器控制图及相应的梯形图。电机正反 转可以用来控制闸门升降
15、、泵叶角度增减、励磁电压增减等。2）指令系统系列SL500指令以符号的形式表示，它包括多种功能模块。*继电器功能模块它包括通用触点和通用线圈。触点控制通过线圈的能流（信号），线圈总是处 于逻辑行最右边。触点可以对应接到开关量输入摸块端子的实际触点（接点），也可以是仅用 于逻辑运算的内部触点，程序中触点可以多次使用。线圈可以对应接到开关量输出摸块端子的实际线圈（接点），也可以是仅用 于逻辑运算的内部线圈。*其它功能模块包括：定时器和计数器模块、算术运算模块、关系运算模块、位操作模块、 数据传送模块、制表功能模块、变换功能模块、控制功能模块。4.应用举例例1在图4.3-17（b）中，梯形图中触点STOP_PB、FWD_PB、REV_PB为输入 给定地址（I），分别对应接到输入模块端子的三个按钮。线圈MTR_FWD、MTR_REV 为输出给定地址（%Q），分别对应接到输出模块端子的两个继电器线圈。一但外部输入按钮FWD_PB被按下，输入给定地址FWD_PB被置1（或ON）， 线圈MTR_FWD将有能流通过，输出给定地址MTR_FWD则被置1，其对应接到输出 模块的继电器动作。MTR_FWD被置1的同时R9被置1，即使外部FWD_PB断开输 入给定地址FWD_PB被置0 （或OFF），输出给定地址MTR_FWD仍将保持为1。外 部输入按钮FWD_PB被按下的同时，输入给定地址FWD
