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第1部分 PLC的结构和分类特点
1.1 PLC的结构组成
PLC的英文全称为Programmable Logic Controller,即可编程控制器,是一种将计算机技术与继电器控制技术结合起来的现代化自动控制装置,广泛应用在农机、机床、建筑、电力、化工、交通运输等行业中。
PLC的结构主要可以分为外部结构和内部结构两部分。其中,外部结构主要由一些指示灯、接口等构成;内部结构主要由CPU电路板、输入/输出接口电路板、电源电路板等构成。不同品牌型号PLC的结构不同。下面以目前市场上比较流行的三菱PLC和西门子PLC为例对其结构进行介绍。
1.1.1 三菱PLC的结构组成
1. 三菱PLC的外部结构
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图1-1为三菱FX2N系列PLC的外部结构图。该PLC的外部主要由电源输入接口、输入接口、输出接口、PLC状态指示灯、输出LED指示灯、输入LED指示灯、扩展接口、外围设备接线插座、盖板、存储器和串行通信接口构成。
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图1-1 三菱FX2N系列PLC的外部结构图
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图1-2为三菱FX2N系列PLC的正视图。从图中可以看出,该PLC的每一个输入/输出接口、输入/输出LED指示灯、PLC状态指示灯上都标识有该接口或该指示灯的文字标识。
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图1-2 三菱FX2N系列PLC的正视图
(1)电源、输入、输出接口
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图1-3为三菱FX2N系列PLC的连接示意图。PLC的电源输入接口包括L、N、地。该接口用于为PLC供电。PLC的输入接口通常使用X0、X1等进行标识,用于连接外部的输入设备,如按钮、转换开关、行程开关、继电器触点等,将其输入的信号通过输入接口输送到PLC内部的输入电路中。PLC的输出接口通常使用Y0、Y1等进行标识,用于连接外部的输出设备,如负载、继电器等,将其PLC输出的信号送到负载、继电器等设备上,负载或继电器与电源连成一个回路,通过PLC输出的信号进行控制。对PLC进行接线时,可参照各接口上的文字标识进行连接。
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图1-3 三菱FX2N系列PLC的连接示意图
(2)LED指示灯
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三菱FX2N系列PLC的LED指示灯部分包括输入LED指示灯、输出LED指示灯、PLC状态指示灯三部分,如图1-4所示。其中,输入LED指示灯用于各输入接口的状态指示;输出LED指示灯用于各输出接口的状态指示;PLC状态指示灯用于指示PLC的工作状态,主要包括POWER(电源)指示灯、RUN(运行)指示灯、BATT.V(用户程序存储器后备电池状态)指示灯、PROG.E(程序语法出错)指示灯、CPU.E(CPU出错)指示灯。
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图1-4 LED指示灯
(3)通信接口
PLC与计算机、与外围设备、与其他PLC之间需要通过共同约定的通信协议和通信方式并由通信接口来实现信息交换。
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在三菱FX2N系列PLC中,通信接口包括RS-232通信接口、RS-485通信接口、RS-422通信接口,如图1-5所示。其中,RS-232通信接口安装在通信扩展板FX2N -232-BD上,采用按照顺序一位一位串行的方式,常使用于距离较近、波特率要求不高的场合;RS-422通信接口安装在通信扩展板FX2N-422-BD上,采用差动发送、差动接收的方式,常使用于距离较远、通信速率高、抗共模干扰的场合;RS-485通信接口安装在通信扩展板FX2N-485-BD上,采用两根传输线来完成接收和发送的任务,常用于联网通信。
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图1-5 三菱FX2N系列PLC中通信接口
2. 三菱PLC的内部结构
三菱PLC的内部是由CPU电路板、输入/输出接口电路板和电源电路板构成的。其中,CPU电路板用于完成PLC的运算、存储和控制功能;输入/输出接口电路板用于PLC输入、输出信号的处理;电源电路板用于为PLC内部各电路提供所需的工作电压。
(1)CPU电路板
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图1-6为三菱FX2N-48MR型PLC的CPU电路板结构。从图中可以看出,CPU电路板主要由微处理器芯片、存储器芯片、RS-422通信接口、串行通信接口、LED指示灯、与输入/输出接口电路板的接口及一些外围元器件等构成。
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图1-6 三菱FX2N -48MR型PLC的CPU电路板结构
(2)输入/输出接口电路板
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图1-7为三菱PLC的输入/输出接口电路板结构。从图中可以看出,输入/输出接口电路板主要由输入接口、输出接口、24 V输入接口、RS-232通信接口、输出继电器、光电耦合器、输入LED指示灯、输出LED指示灯、PLC状态指示灯、集成电路、电容器、电阻器等构成。
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图1-7 三菱PLC的输入/输出接口电路板结构
(3)电源电路板
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图1-8为三菱FX2N-32MR型PLC的电源电路板结构。从图中可以看出,电源电路板主要由电源输入接口、熔断器、过压保护器、桥式整流堆、滤波电容器、开关晶体管、开关变压器、互感滤波器、二极管、电源输出接口等构成。
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图1-8 三菱FX2N -32MR型PLC的电源电路板结构
1.1.2 西门子PLC的结构组成
1. 西门子PLC的外部结构
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图1-9为西门子S7-200系列PLC的外部结构图。该PLC的外部主要由电源输入接口、输入接口、输出接口、通信接口、PLC状态指示灯、输出LED指示灯、输入LED指示灯、可选配件、传感器输出接口、检修口等构成。
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图1-9 西门子S7-200系列PLC的外部结构图
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图1-10为西门子S7-200系列PLC的正视图。从图中可以看出,该PLC的每一个输入/输出接口、输入/输出LED指示灯、PLC状态指示灯及检修接口上都标识有该接口或该指示灯的文字标识。
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图1-10 西门子S7-200系列PLC的正视图
(1)电源、输入、输出接口
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图1-11为西门子S7-200系列PLC的连接示意图。PLC的电源输入接口包括L1、N、地。该接口用于为PLC供电。PLC的输入接口通常使用I0.0、I0.1等进行标识,用于连接外部的输入设备,如按钮、转换开关、行程开关、继电器触点、传感器等,将其输入的信号通过输入接口输送到PLC内部的输入电路中。PLC的输出接口通常使用Q0.0、Q0.1等进行标识,用于连接外部的输出设备,如负载、继电器等,将其PLC输出的信号送到负载或继电器上,负载或继电器与电源连成一个回路,通过PLC输出的信号进行控制。对PLC进行接线时,可参照各接口上的文字标识进行连接。
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图1-11 西门子S7-200系列PLC的连接示意图
(2)LED指示灯
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西门子S7-200系列PLC的LED指示灯部分包括PLC状态指示灯、输入LED指示灯、输出LED指示灯三部分,如图1-12所示。输入LED指示灯用于各输入接口的状态指示;输出LED指示灯用于各输出接口的状态指示;PLC状态指示灯用于指示PLC的工作状态,主要包括SF/DI-AG(系统故障/诊断)指示灯、RUN(运行)指示灯、STOP(停机)指示灯。其中,“SF/DIAG指示灯”点亮,代表PLC系统出现故障;“RUN指示灯”点亮,代表PLC系统处于运行状态;“STOP指示灯”点亮,代表PLC系统处于停机状态。
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图1-12 LED指示灯
(3)通信接口
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西门子S7-200 CN系列PLC具有两个RS -485通信接口,分别为PORT0和PORT1,支持PPI通信和自由通信协议,如图1-13所示。
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图1-13 通信接口
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PPI通信协议是西门子公司专门为S7-200系列PLC开发的一种通信协议,是一种主从协议,是指点对点接口通信。
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图1-14为西门子S7-200 CN系列PLC通信接口的连接方法。当PLC需要与计算机连接时,需采用专用的PC-PPI电缆和RS-485转换器转换成计算机上带有的USB和RS-232接口;当某一个PLC需要与其他的PLC连接时,需使用专用的RS-485通信电缆进行连接。
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图1-14 PLC通信接口的连接方法
(4)检修口
西门子S7-200CN系列PLC的检修口包括模式选择开关、模拟量调节电位器和扩展端口。
模式选择开关:具有两种选择模式,分别为RUN运行模式和STOP停止模式。
模拟量调节电位器:CPU内置SMB28-0和SMB28-1两个模拟量调节电位器,用于更新或输入值、更改预设值、设置极限值等,如对定时器T、计数器C等参数值进行设定。
扩展端口:可通过扩展电缆连接扩展模块。
2. 西门子PLC的内部结构
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取下西门子S7-200系列PLC的外壳后,即可以看到其内部结构。图1-15为西门子S7-200系列PLC的内部结构图。从图中可以看出,该PLC的内部主要由CPU电路板、输入/输出接口电路板和电源电路板构成。
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图1-15 西门子S7-200系列PLC的内部结构图
(1)CPU电路板
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CPU电路板主要用于完成PLC的运算、存储和控制功能。图1-16为西门子S7-200系列PLC的CPU电路板结构。从图中可以看出,CPU电路板主要由微处理器芯片、存储器芯片、PLC状态指示灯、输出LED指示灯、输入LED指示灯、模式选择开关、模拟量调节电位器、电感器、电容器、与输入/输出接口电路板的接口等构成。
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图1-16 西门子S7-200系列PLC的CPU电路板结构
(2)输入/输出接口电路板
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输入/输出接口电路板主要用于对PLC输入、输出信号的处理。图1-17为西门子S7-200系列PLC的输入/输出接口电路板结构。从图中可以看出,输入/输出接口电路板主要由输入接口、输出接口、电源输入接口、传感器输出接口、与CPU电路板的接口、RS-232/RS-485通信接口、输出继电器、光电耦合器、与电源电路板的接口等构成。
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图1-17 西门子S7-200系列PLC的输入/输出接口电路板结构
(3)电源电路板
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电源电路板主要用于为PLC内部各电路提供所需的工作电压。图1-18为西门子S7-200系列PLC的电源电路板结构。从图中可以看出,电源电路板主要由桥式整流堆、压敏电阻器、电容器、变压器、与输入/输出接口电路板的接口等构成。
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图1-18 西门子S7-200系列PLC的电源电路板结构