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工業(yè)控制計算機PLC

從廣義上講，PLC實質(zhì)上是一種以數(shù)字控制為主要特征的工業(yè)控制計算機，由硬件和軟件兩部分組成。與一般的計算機相比，它具有*強的與工業(yè)控制相連接的接口,編程語言*直接適用于控制要求。因此，在硬件結(jié)構(gòu)上，PLC與計算機的組成十分相似，主要包括*處理器(CPU)、存儲器、I/O接口、電源等。PLC的基本組成如圖2-1所示。

工業(yè)控制計算機PLC內(nèi)部組成及作用

1.CPU

CPU是PLC的**，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能指揮 PLC有條不紊地進(jìn)行工作，其主要任務(wù)如下:

(1)當(dāng)PLC處于編程狀態(tài)時，控制從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲。

(2)當(dāng)PLC處于運行狀態(tài)時，用掃描的方式通過I/O部件接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像存儲器或數(shù)據(jù)存儲器中:PILC進(jìn)入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、存取、變換、處理、執(zhí)行邏輯或算術(shù)運算等；根據(jù)運算結(jié)果，*新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像存儲器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。

(3)監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)，診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等。

不同型號PLC的CPU芯片是不同的，采用通用CPU芯片的有:8031、8051、8086、80286、M68000等；采用位片式微處理器的有:AM2900、AM2901、AM2903等；也有采用廠家自行設(shè)計的專用CPU芯片的，如西門子公司的S7-200系列PLC均采用該公司自行研制的專用芯片。CPU芯片的性能關(guān)系到 PLC處理控制信號的能力與速度，通常CPU位數(shù)越高，系統(tǒng)處理的信息量越大，運算速度也越快。PLC中常用的通用微處理器有8位和16位的。隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC所用的CPU芯片檔次也越來越高。

小型PLC大多采用8位微處理器或單片機；中型PLC大多采用16位微處理器、單片機或采用CPU；大型PLC則多采用高速微處理器。采用雙CPU的PLC中，其中一個CPU作為主處理器，主要用于處理字節(jié)操作指令，控制系統(tǒng)總線，監(jiān)視掃描時間，管理內(nèi)部計數(shù)器/定時器、I/O接口、編程接口等，以及協(xié)調(diào)位處理器。另一個CPU則作為從處理器，用來處理位操作指令，完成源程序向目標(biāo)代碼程序的轉(zhuǎn)換等。

2.存儲器

PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器用來存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不可以訪問和修改。系統(tǒng)程序相當(dāng)于PC的操作系統(tǒng)，它關(guān)系到PLC的性能，同時，它使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計者規(guī)定的各項工作。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序、系統(tǒng)監(jiān)控程序、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用以及各種系統(tǒng)參數(shù)等。其中，系統(tǒng)程序質(zhì)量的好壞，很大程度上決定了PLC的性能，其內(nèi)容主要包括三部分:*部分為系統(tǒng)管理程序，主管控制PLC的運行，使整個PLC按部就班地工作。*二部分為用戶指令解釋程序，通過用戶指令解釋程序，將PLC的編程語言變?yōu)闄C器語言指令，再由CPU執(zhí)行這些指令。*三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用，包括許多不同功能的子程序及其調(diào)用管理程序，如完成I/O及特殊運算等的子程序。PLC的具體工作都是由這部分程序來完成的，這部分程序的多少決定了PLC性能的強弱。

用戶存儲器包括用戶程序存儲器(程序區(qū))、功能存儲器(數(shù)據(jù)區(qū))和參數(shù)區(qū)。用戶程序存儲器用來存放用戶針對具體控制任務(wù)用規(guī)定的PLC編程語言編寫的各種用戶程序；用戶程序存儲器根據(jù)需要可選擇不同的存儲器單元類型。用戶功能存儲器是用來存放(記憶)用戶程序中使用的ON/OFF狀態(tài)、數(shù)值數(shù)據(jù)等，它構(gòu)成PLC的各種內(nèi)部器件，也稱“軟元件”。參數(shù)區(qū)主要存放CPU 組態(tài)數(shù)據(jù)，例如，I/OCPU組態(tài)、設(shè)置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲區(qū)保持范圍、模擬電位器設(shè)置、高速計數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等。用戶存儲器容量的大小，關(guān)系到用戶程序容量的大小和內(nèi)部器件的多少，是反映PLC性能的重要指標(biāo)之一。

6ES7211-1BE40-0XB0	CPU 1211C   AC/DC/Rly,6輸入/4輸出,集成2AI
6ES7211-1AE40-0XB0	CPU 1211C   DC/DC/DC,6輸入/4輸出,集成2AI
6ES7211-1HE40-0XB0	CPU 1211C   DC/DC/Rly,6輸入/4輸出,集成2AI
6ES7212-1BE40-0XB0	CPU 1212C   AC/DC/Rly,8輸入/6輸出,集成2AI
6ES7212-1AE40-0XB0	CPU 1212C   DC/DC/DC,8輸入/6輸出,集成2AI
6ES7212-1HE40-0XB0	CPU 1212C   DC/DC/Rly,8輸入/6輸出,集成2AI
6ES7214-1BG40-0XB0	CPU 1214C   AC/DC/Rly,14輸入/10輸出,集成2AI
6ES7214-1AG40-0XB0	CPU 1214C   DC/DC/DC,14輸入/10輸出,集成2AI
6ES7214-1HG40-0XB0	CPU 1214C   DC/DC/Rly,14輸入/10輸出,集成2AI
6ES7215-1BG40-0XB0	CPU 1215C   AC/DC/Rly,14輸入/10輸出,集成2AI/2AO
6ES7215-1AG40-0XB0	CPU 1215C   DC/DC/DC,14輸入/10輸出,集成2AI/2AO
6ES7215-1HG40-0XB0	CPU 1215C   DC/DC/Rly,14輸入/10輸出,集成2AI/2AO
6ES72171AG400XB0	CPU 1217C   DC/DC/DC,14輸入/10輸出,集成2AI/2AO

PLC的部件安裝環(huán)境與方法

安裝設(shè)計、電氣連接設(shè)計的目的是指導(dǎo)、規(guī)范現(xiàn)場生產(chǎn)與施工，為系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維修提供幫助，從而提高系統(tǒng)的可靠性與標(biāo)準(zhǔn)化程度。

PLC的安裝與連接設(shè)計，通常包括如下內(nèi)容：

a.電氣柜、操縱臺(包括分線盒、走線槽、電纜夾等加工件)等安裝部件的設(shè)計;

b.設(shè)備、電氣控制柜、操縱臺上的各電器元件的布置、安裝位置以及安裝方法設(shè)計;

c.設(shè)備的電氣連接、連接圖、插接件的布置、電纜布置等設(shè)計。

PLC的安裝要求

PLC雖然是可靠性很高的工業(yè)控制裝置，但作為計算機控制裝置的一種，為了提高其工作可靠性，它對安裝環(huán)境條件與使用仍然有一定的要求。特別是PLC的外部連線、電纜的布置對PLC的工作穩(wěn)定性與可靠性有較大則影響，在設(shè)計階段就必須予以重視。

①安裝環(huán)境的基本要求 不同廠家生產(chǎn)的PLC，其安裝環(huán)境的要求有所區(qū)別，歸總體來說，PLC的安裝都應(yīng)遵循如下的共同原則。

a.安裝必須牢固，避免在設(shè)備使用與運輸過程中的跌落與振動。

b.安裝有PLC的電氣柜，應(yīng)盡量避免布置在有強烈振動與沖擊的場所(PLC對振動與沖擊的要求見表5-14)。

c.避免在周圍有腐蝕件氣體、可燃?xì)怏w的場所安裝。

d.避免在周圍有灰塵、導(dǎo)電粉塵、油污、煙霧的場所安裝。

e.避免在高溫、潮濕的場所或者低溫的環(huán)境安裝(PLC對溫度與濕度的要求見表5-14)。

f.盡量避免PLC與高壓電器設(shè)備(3000V以上)布置于同一電氣柜內(nèi)。

g.盡量避免PLC與容易產(chǎn)生干擾的電氣設(shè)備布置于同一電氣柜內(nèi)，以及使用同一電源。在不可避免時，應(yīng)采取必要的措施。

h.避免在周圍有強磁場、強電場的場所安裝PLC。

② 溫度、濕度、振動、沖擊的要求 PLC對使用環(huán)境的溫度、溫度、振動、沖擊方面的基本要求一般如下。

a.溫度，PLC使用時的環(huán)境溫度一般應(yīng)在0～55℃(保存時的溫度為-20～70℃)，同時應(yīng)防止在陽光直接照射的場合使用。

當(dāng)環(huán)境溫度無法滿足以上要求時，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，如在電氣柜上安裝空調(diào)等，保證PLC的環(huán)境溫度在允許的范圍。

b.濕度，PLC使用的環(huán)境相對濕度一般允許為20%～，應(yīng)避免溫度變化過快所造成的結(jié)露。

當(dāng)環(huán)境濕度無法滿足以上要求時，應(yīng)采取安裝自動裝置等措施。特別是冬天，在供暖裝置有可能出現(xiàn)停止的場合，應(yīng)采取必要的措施，防止溫度變化造成的結(jié)露。

c.振動，PLC對安裝環(huán)境的振動有一定的要求，而且抗振動性能與PLC的型號(結(jié)構(gòu)形式)與安裝方式等因素有關(guān)。

在結(jié)構(gòu)上，一般來說1/O點固定的一體化PLC，或是基本單元加擴展型PLC的基本單元，其抗振動的性能要**模塊化結(jié)構(gòu)的PLC。在安裝方式上，利用螺釘安裝的PLC，其抗振動的性能要**導(dǎo)軌安裝的PLC。

通常情況下，利用螺釘安裝的1/O點固定的一體化PLC，或是基本單元加擴展型PLC的基本單元，允許的振動強度為19.6m/s2(2G)左右，采用導(dǎo)軌安裝時為9.8m/s?(1G)左右。利用螺釘安裝的模塊化PLC，允許的振動強度為9.8m/s2(1G)左右，采用35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝時為4.9m/s2(0.5G)左右。

d.沖擊，PLC對安裝環(huán)境的沖擊同樣有一定的要求，而且沖擊性能與安裝方式等因素有關(guān)。通常情況下，利用螺釘安裝的安裝PLC，允許的沖擊強度為15～30G(147～294m/s2)，采用導(dǎo)軌安裝時為15G(147m/s2)左右。

在具有強烈振動與沖擊的場合，應(yīng)采取必要的防振措施。

對于SIEMENS公司生產(chǎn)的S7系列PLC，環(huán)境的具體要求如表5-14所示。

③安裝空間的要求 PLC安裝空間直接影響到PLC的散熱。PLC對安裝空間的一般要求如下。

a.PLC與其他電器間一般應(yīng)保證垂直方向大于100mm、水平方向大于50mm的空間距離，并保證通風(fēng)良好。

b.PLC與其他電器或者電氣柜門間的前后空間距離，一般應(yīng)保證在50mm以上，并保證通風(fēng)良好。

c.在PLC的下部，應(yīng)避免直接布置強發(fā)熱元件(如加熱器、變壓器、能耗電阻等)。

d.盡量采用垂直安裝的方式安裝PLC，水平布置會直接影響PLC的散熱。

e.PLC不應(yīng)安裝在電氣柜的門、*面、底面、側(cè)面等部位。

f.必須保持PLC通風(fēng)窗的暢通，在使用*定要取下通風(fēng)窗的保護(hù)紙。

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6ES7211-1AE40-0XB0	CPU 1211C   DC/DC/DC,6輸入/4輸出,集成2AI
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6ES7212-1BE40-0XB0	CPU 1212C   AC/DC/Rly,8輸入/6輸出,集成2AI
6ES7212-1AE40-0XB0	CPU 1212C   DC/DC/DC,8輸入/6輸出,集成2AI
6ES7212-1HE40-0XB0	CPU 1212C   DC/DC/Rly,8輸入/6輸出,集成2AI
6ES7214-1BG40-0XB0	CPU 1214C   AC/DC/Rly,14輸入/10輸出,集成2AI
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6ES7214-1HG40-0XB0	CPU 1214C   DC/DC/Rly,14輸入/10輸出,集成2AI

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