PLC的结构形式从大的方面来说分为整体式和模块式两大类,另外还出现了内插板式的PLC,也可以看作为模块式PLC。
(1)整体式结构
整体式结构的PLC是把电源、CPU、输入输出、存储器、通信接口和外部设备接口等集成为一个整体,构成一个独立的复合模块,通常微、小型PLC如西门子S7-200和S7-1200系列都是整体式结构。这种结构体积小,安装调试方便。
(2)模块式结构
模块式结构是将PLC按功能分为电源模块、主机模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、机架接口模块、通信模块和专用功能模块等,并根据需要搭建PLC结构。这种积木式结构可以灵活地配置成小、中、大型系统。
从结构上讲,由模块组合成系统有以下4种方法。
1)无底板。靠模块间接口直接相连,然后再固定到相应导轨上。欧姆龙公司的CJlM机型就是这种结构,比较紧凑。西门子的S7-300 PLC也是类似的结构,这种结构需要采用接线插头连接,如要单独固定时,还需另外定购固定支架。
2)有底板。所有模块都固定在底板上,比较牢固,但底板的槽数是固定的,如3、5、8、10槽等。这个槽数与实际的模块数不一定相等,所以,配置时难免有空槽。这样既造成浪费,又多占空间,甚至有时还得用占空单元把多余的槽覆盖好。西门子的S7-400 PLC即是此类。
3)用机架代替底板。所有模块都固定在机架上。这种结构比底板式的复杂,但更牢靠。采用此种组合时,它的模块不用外壳,但有小面板,用于组合后密封与信号显示。
模块式结构的优点之一是用户根据生产要求,可以灵活地配置成小、中、大系统,这种积木式结构可以供用户逐步扩展系统和增加功能;优点之二是模块有密封外壳,既安全又防尘;优点之三是模块采用独立接线方式,安装和维护方便。
4)内插板式。为了适应机电一体化的要求,有的PLC制造成内插板式的,可嵌入到有关装置中。如有的数控系统,其逻辑量控制用的内置PLC,就可用内插板式的PLC代替。它有输入点、输出点,以及通信口、扩展口和编程口等。它可实现PLC所有的功能,但它只是一个控制板,可很方便地镶嵌到有关装置中。
现货西门子S7-200ST40
现货西门子S7-200ST40
1.4.2 PLC与单片机、计算机的比较
目前,应用于控制场合的控制装置除了PLC,还包括单片机系统以及各种工业计算机等,它们拥有不同的特点,适合不同的应用环境。
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统,它具有一个完整计算机所需要的大部分部件,包括CPU、内存、内部和外部总线系统,目前大部分还会配有外存;同时,集成诸如通信接口、定时器及实时时钟等外围设备。而现在强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络以及复杂的输入/输出系统集成在一块芯片上。它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
采用单片机系统具有成本低、效益高的优点,但是由于稳定性和抗电磁干扰能力比较差,需要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定。
而计算机系统与PLC相比较,计算机的编程语言为汇编语言或语言,其门槛要高于梯形图等编程语言,另外计算机系统的工作环境要求很高,为满足工业级的可靠性要求需要进行很多的特殊设计,也大大提高了其应用成本
从结构形式上,PLC可分为整体式和模块式两大类。不论哪种类型的PLC,其基本结构都是相同的
CPU
与通用计算机一样,PLC中CPU也是整个系统的核心部件,主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成。此外,还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能,如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。
CPU中的控制器控制PLC工作,由它读取指令,解释并执行命令。工作的时序(节奏)则由振荡信号控制。
CPU中的运算器用于完成算术或逻辑运算,在控制器的指挥下工作。
CPU中的寄存器参与运算,并存储运算的中间结果。它也是在控制器的指挥下工作。
作为PLC的核心,CPU的功能主要包括以下几个方面。
1)CPU接收从编程器或计算机输入的程序和数据,并送入用户程序存储器中存储。
2)监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态。
3)诊断编程过程中的语法错误,对用户程序进行编译。
4)在PLC进入运行状态后,从用户程序存储器中逐条读取指令,并分析、执行该指令。
5)采集由现场输入装置送来的数据,并存入指定的寄存器中。
6)按程序进行处理,根据运算结果,更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器的内容。
7)根据输出状态或数据寄存器的有关内容,将结果送到输出接口。
8)响应中断和各种外围设备(如编程器、打印机等)的任务处理请求。