PLC 控制柜（變頻柜）基本結構

本質(zhì)上，作為工控領(lǐng)域的專(zhuān)用計算機，可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller-plc）的硬件結構與微型計算機是基本相同，基本結構如下：

一、電源

電源在整個(gè)系統中起著(zhù)非常重要的作用。沒(méi)有良好可靠的供電系統，就無(wú)法正常工作。因此，大部分的制造商都非常重視電源的設計和制造。一般情況下，交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內，所以PLC可以直接接入交流電網(wǎng)，無(wú)需采取其他措施。

二、處理器(CPU)

中央處理器(CPU)是plc的控制中心。根據plc系統程序給出的功能，接收并存儲編程器輸入的用戶(hù)程序和數據；檢查電源、內存、I/O和警報定時(shí)器的狀態(tài)，并診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯誤。plc投入運行時(shí)，首先通過(guò)掃描接收現場(chǎng)各輸入設備的狀態(tài)和數據，并分別存儲在I/O圖像區。然后，它從用戶(hù)程序存儲器中逐個(gè)讀取用戶(hù)程序。解釋完命令后，根據指令進(jìn)行邏輯或算術(shù)運算的結果被發(fā)送到I/O圖像區或數據寄存器。在所有用戶(hù)程序執行完畢后，I/O圖像區的每個(gè)輸出狀態(tài)或輸出寄存器中的數據最終被傳送到相應的輸出設備，并重復該操作直到操作停止。

為了進(jìn)一步提高plc的可靠性，近年來(lái)，大規模plc采用雙CPU構成冗余系統，或稱(chēng)三CPU表決系統。這樣，即使一個(gè)CPU出現故障，整個(gè)系統仍然可以正常運行。

三、存儲

存儲系統軟件的存儲器稱(chēng)為系統程序存儲器。

存儲應用軟件的存儲器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲器。

四、輸入輸出接口電路

1.現場(chǎng)輸入接口電路由光耦電路和微機輸入接口電路組成，作為plc和現場(chǎng)控制器之間接口的輸入通道。

2.現場(chǎng)輸出接口電路由輸出數據寄存器、門(mén)電路和中斷請求電路集成而成，功能plc通過(guò)現場(chǎng)輸出接口電路向現場(chǎng)執行部件輸出相應的控制信號。

五、功能

如計數、定位等功能模塊。

六、通信

工作原理:

plc投入運行時(shí)，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執行和輸出刷新。上述三個(gè)階段的完成稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運行期間，plc的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個(gè)階段。

1.輸入采樣級

在輸入采樣階段，plc以?huà)呙璺绞揭来巫x入所有輸入狀態(tài)和數據，并存儲在I/O圖像區的相應單元中。輸入采樣后，進(jìn)入用戶(hù)程序執行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O映射區中相應單元的狀態(tài)和數據也不會(huì )發(fā)生變化。因此，如果輸入是脈沖信號，脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，以確保在任何情況下都可以讀取輸入。

2.用戶(hù)程序執行階段

在用戶(hù)程序執行階段，plc總是從上到下掃描用戶(hù)程序(梯形圖)。掃描每個(gè)梯形圖時(shí)，總是先掃描梯形圖左側觸點(diǎn)組成的控制電路，按照先左后右、先上后下的順序對觸點(diǎn)組成的控制電路進(jìn)行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果刷新系統ram存儲區中邏輯線(xiàn)圈對應位的狀態(tài)；或者刷新I/O圖像區中輸出線(xiàn)圈對應位的狀態(tài)；或者是否執行梯形圖中指定的特殊功能指令。

即在用戶(hù)程序執行過(guò)程中，只有I/O映像區中輸入點(diǎn)的狀態(tài)和數據不會(huì )發(fā)生變化，而I/O映像區或系統ram存儲區中其他輸出點(diǎn)和軟設備的狀態(tài)和數據可能會(huì )發(fā)生變化，頂層梯形圖的程序執行結果會(huì )在底層使用這些線(xiàn)圈或數據的梯形圖中發(fā)揮作用；相反，在底部的梯形圖中，邏輯線(xiàn)圈的刷新?tīng)顟B(tài)或數據只能在下一個(gè)掃描周期作用于它上面的程序。

在程序執行過(guò)程中，如果使用立即I/O指令，可以直接訪(fǎng)問(wèn)I/O點(diǎn)。也就是說(shuō)，如果使用I/O指令，輸入進(jìn)程映像寄存器的值不會(huì )更新，程序會(huì )直接從I/O模塊取值，輸出進(jìn)程映像寄存器會(huì )立即更新，這和立即輸入有些不同。

3.輸出刷新階段

掃描用戶(hù)程序后，plc進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU根據I/O鏡像區中相應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，然后通過(guò)輸出電路驅動(dòng)相應的外設。這時(shí)才是plc的真正輸出。