接收從編程器輸入的用戶程序和數據。
2) 診斷電源、PLC內部電路的工作故障和程中的語法錯誤等。
3) 通過輸入接口接收現場的狀態或數據,並存入輸入映象寄有器或數據寄存器中。
4) 從存儲器逐條讀取用戶程序,經過解釋後執行。
5) 根據執行的結果,更新有關標志位的狀態和輸出映象寄存器的內容,通過輸出單元實現輸出控制。有些PLC還具有制表打印或數據通信等功能。
2.存儲器
存儲器主要有兩種:一種是可讀/寫操作的隨機存儲器RAM,另一種是只讀存儲器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。在PLC中,存儲器主要用於存放係統程序、用戶程序及工作數據。
係統程序是由PLC 的制造廠家編寫的,和PLC的硬件組成有關,完成係統診斷、命令解釋、功能子程序調用管理、邏輯運算、通信及參數設定等功能,提供PLC運行的平臺。係統程序關係到PLC的性能,而且在PLC使用過程中不會變動,所以是由制造廠家直接固化在只讀存儲器ROM、PROM或EPROM中,用戶不能訪問和修改。
用戶程序是隨PLC的控制對象而定的,由用戶根據對象生產工藝的控制要求而編制的應用程序。為了便於讀出、檢查和修改,用戶程序一般存於CMOS靜態RAM中,用鋰電池作為後備電源,以保證掉電時不會丟失信息。為了防止幹擾對RAM中程序的破壞,當用戶程序經過運行正常,不需要改變,可將其固化在只讀存儲器EPROM中。現在有許多PLC直接採用EEPROM作為用戶存儲器。
工作數據是PLC運行過程中經常變化、經常存取的一些數據。存放在RAM中,以適應隨機存取的要求。在PLC的工作數據存儲器中,設有存放輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數器等邏輯器件的存儲區,這些器件的狀態都是由用戶程序的初始設置和運行情況而確定的。根據需要,部分數據在掉電時用後備電池維持其現有的狀態,這部分在掉電時可保存數據的存儲區域稱為保持數據區。
由於係統程序及工作數據與用戶無直接聯係,所以在PLC 產品樣本或使用手冊中所列存儲器的形式及容量是指用戶程序存儲器。當PLC提供的用戶存儲器容量不夠用,許多PLC還提供有存儲器擴展功能。
3.輸入/輸出單元
輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊,是PLC與工業生產現場之間的連接部件。 PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的數據,以這些數據作為PLC對被控制對象進行控制的依據;同時PLC又通過輸出接口將處理結果送給被控制對象,以實現控制目的。
由於外部輸入設備和輸出設備所需的信號電平是多種多樣的,而PLC內部CPU的處理的信息只能是標準電平,所以I/O接口要實現這種轉換。I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能,以提高PLC的抗幹擾能力。另外,I/O接口上通常還有狀態指示,工作狀況直觀,便於維護。
PLC提供了多種操作電平和驅動能力的I/O接口,有各樣功能的I/O接口供用戶選用。I/O接口的主要類型有:數字量(開關量)輸入、數字量(開關量)輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。
常用的開關量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型:直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口,其基本原理電路如圖3所示。
圖3 開關量輸入接口
a)直流輸入 b)交流輸入 c)交/直流輸入
常用的開關量輸出接口按輸出開關器件不同有三種類型:是繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出,其基本原理電路如圖4所示。繼電器輸出接口可驅動交流或直流負載,但其響應時間長,動作頻率低;而晶體管輸出和雙向晶閘管輸出接口的響應速度快,動作頻率高,但前者只能用於驅動直流負載,後者只能用於交流負載。
圖4 開關量輸出接口
a)繼電器輸出 b)晶體管輸出 c)晶閘管輸出
PLC的I/O接口所能接受的輸入信號個數和輸出信號個數稱為PLC輸入/ 輸出(I/O)點數。I/O點數是選擇PLC的重要依據之一。當係統的I/O點數不夠時,可通過PLC的I/O擴展接口對係統進行擴展。
4.通信接口
PLC配有通信接口,這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過這些通信接口可與監視器、打印機、其它PLC、計算機等設備實現通信。PLC與打印機連接,可將過程信息、係統參數等輸出打印;與監視器連接,可將控制過程圖像顯示出來;與其它PLC連接,可組成多機係統或連成網絡,實現更大規模控制。 與計算機連接,可組成多級分布式控制係統,實現控制與管理相結合。
遠程I/O係統也配備相應的通信接口模塊。
5.智能接口模塊
智能接口模塊是一獨立的計算機係統,它有自己的CPU、係統程序、存儲器以及與PLC係統總線相連的接口。它作為PLC係統的一個模塊,通過總線與PLC相連,進行數據交換,並在PLC的協調管理下獨立地進行工作。
PLC的智能接口模塊種類很多,如:高速計數模塊、閉環控制模塊、運動控制模塊、中斷控制模塊等。
6.編程裝置
編程裝置的作用是編輯、調試、輸入用戶程序,也可在線監控PLC內部狀態和參數,與PLC進行人機對話。它是開發、應用、維護PLC不可缺少的工具。編程裝置可以是編程器,也可以是配有編程軟件包的通用計算機係統。編程器是由PLC廠家生產,該廠家生產的某些PLC產品使用,它主要由鍵盤、顯示器和外存儲器接插口等部件組成。編程器有簡易編程器和智能編程器兩類。
簡易型編程器只能聯機編程,而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序,需將梯形圖程序轉化為指令表程序才能輸入。簡易編程器體積小、價格便宜,它可以直接插在PLC的編程插座上,或者用電纜與PLC相連,以方便編程和調試。有些簡易編程器帶有存儲盒,可用來儲存用戶程序,如三菱的FX-20P-E簡易編程器。
智能編程器又稱圖形編程器,本質上它是一臺便攜式計算機,如三菱的GP-80FX-E智能型編程器。它既可聯機編程,又可脫機編程。可直接輸入和編輯梯形圖程序,使用更加直觀、方便,但價格較高,操作也比較復雜。大多數智能編程器帶有磁盤驅動器,提供錄音機接口和打印機接口。
編程器只能對廠家的幾種PLC進行編程,使用範圍有限,價格較高。同時,由於PLC產品不斷更新換代,所以編程器的生命周期也十分有限。因此,現在的趨勢是使用以個人計算機為基礎的編程裝置,用戶只要購買PLC廠家提供的編程軟件和相應的硬件接口裝置。這樣,用戶只用較少的投資即可得到的PLC程序開發係統。
基於個人計算機的程序開發係統功能強大。它既可以編制、修改PLC的梯形圖程序,又可以監視係統運行、打印文件、係統倣真等。配上相應的軟件還可實現數據採集和分析等許多功能。
7.電源
PLC配有開關電源,以供內部電路使用。與普通電源相比,PLC電源的穩定性好、抗幹擾能力強。對電網提供的電源穩定度要求不高,一般允許電源電壓在其額定值±15% 的範圍內波動。許多PLC還向外提供直流24V穩壓電源,用於對外部傳感器供電。
8.其它外部設備
除了以上所述的部件和設備外,PLC還有許多外部設備,如EPROM寫入器、外存儲器、人/機接口裝置等。
EPROM寫入器是用來將用戶程序固化到EPROM存儲器中的一種PLC外部設備。為了使調試好用戶程序不易丟失,經常用EPROM寫入器將PLC內RAM保存到EPROM中。
PLC內部的半導體存儲器稱為內存儲器。有時可用外部的磁帶、磁盤和用半導體存儲器作成的存儲盒等來存儲PLC的用戶程序,這些存儲器件稱為外存儲器。外存儲器一般是通過編程器或其它智能模塊提供的接口,實現與內存儲器之間相互傳送用戶程序。
人/機接口裝置是用來實現操作人員與PLC控制係統的對話。簡單、普遍的人/機接口裝置由安裝在控制臺上的按鈕、轉換開關、撥碼開關、指示燈、LED顯示器、聲光報好器等器件構成。對於PLC係統,還可採用半智能型CRT人/機接口裝置和智能型終端人/機接口裝置。半智能型CRT人/機接口裝置可長期安裝在控制臺上,通過通信接口接收來自PLC的信息並在CRT上顯示出來;而智能型終端人/機接口裝置有自己的微處理器和存儲器,能夠與操作人員快速交換信息,並通過通信接口與PLC相連,也可作為獨立的節點接入PLC網絡。