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工业控制计算机PLC

从广义上讲，PLC实质上是一种以数字控制为主要特征的工业控制计算机，由硬件和软件两部分组成。与一般的计算机相比，它具有*强的与工业控制相连接的接口,编程语言*直接适用于控制要求。因此，在硬件结构上，PLC与计算机的组成十分相似，主要包括*处理器(CPU)、存储器、I/O接口、电源等。PLC的基本组成如图2-1所示。

工业控制计算机PLC内部组成及作用

1.CPU

CPU是PLC的**，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥 PLC有条不紊地进行工作，其主要任务如下:

(1)当PLC处于编程状态时，控制从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储。

(2)当PLC处于运行状态时，用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像存储器或数据存储器中:PILC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后，按指令规定的任务进行数据传送、存取、变换、处理、执行逻辑或算术运算等；根据运算结果，*新有关标志位的状态和输出映像存储器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。

(3)监视PLC的工作状态，诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。

不同型号PLC的CPU芯片是不同的，采用通用CPU 芯片的有:8031、8051、8086、80286、M68000等；采用位片式微处理器的有:AM2900、AM2901、AM2903等；也有采用厂家自行设计的专用CPU芯片的，如西门子公司的S7-200系列PLC均采用该公司自行研制的专用芯片。CPU 芯片的性能关系到 PLC处理控制信号的能力与速度，通常CPU 位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快。PLC中常用的通用微处理器有8位和16位的。随着芯片技术的不断发展，PLC所用的CPU芯片档次也越来越高。

小型PLC大多采用8位微处理器或单片机；中型PLC大多采用16位微处理器、单片机或采用CPU；大型PLC则多采用高速微处理器。采用双CPU 的 PLC中，其中一个CPU作为主处理器，主要用于处理字节操作指令，控制系统总线，监视扫描时间，管理内部计数器/定时器、I/O接口、编程接口等，以及协调位处理器。另一个CPU则作为从处理器，用来处理位操作指令，完成源程序向目标代码程序的转换等。

2.存储器

PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器。系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不可以访问和修改。系统程序相当于 PC的操作系统，它关系到 PLC的性能，同时，它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序包括系统管理程序、用户指令解释程序、系统监控程序、标准程序模块与系统调用以及各种系统参数等。其中，系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分:*部分为系统管理程序，主管控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作。*二部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将 PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU 执行这些指令。*三部分为标准程序模块与系统调用，包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成I/O及特殊运算等的子程序。PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了PLC性能的强弱。

用户存储器包括用户程序存储器(程序区)、功能存储器(数据区)和参数区。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序；用户程序存储器根据需要可选择不同的存储器单元类型。用户功能存储器是用来存放(记忆)用户程序中使用的 ON/OFF状态、数值数据等，它构成PLC的各种内部器件，也称“软元件”。参数区主要存放CPU 组态数据，例如，I/OCPU 组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等。用户存储器容量的大小，关系到用户程序容量的大小和内部器件的多少，是反映PLC性能的重要指标之一。

PLC的部件安装环境与方法

安装设计、电气连接设计的目的是指导、规范现场生产与施工，为系统安装、调试、维修提供帮助，从而提高系统的可靠性与标准化程度。

PLC的安装与连接设计，通常包括如下内容：

a.电气柜、操纵台(包括分线盒、走线槽、电缆夹等加工件)等安装部件的设计;

b.设备、电气控制柜、操纵台上的各电器元件的布置、安装位置以及安装方法设计;

c.设备的电气连接、连接图、插接件的布置、电缆布置等设计。

PLC的安装要求

PLC虽然是可靠性很高的工业控制装置，但作为计算机控制装置的一种，为了提高其工作可靠性，它对安装环境条件与使用仍然有一定的要求。特别是PLC的外部连线、电缆的布置对PLC的工作稳定性与可靠性有较大则影响，在设计阶段就必须予以重视。

①安装环境的基本要求 不同厂家生产的PLC，其安装环境的要求有所区别，归总体来说，PLC的安装都应遵循如下的共同原则。

a.安装必须牢固，避免在设备使用与运输过程中的跌落与振动。

b.安装有PLC的电气柜，应尽量避免布置在有强烈振动与冲击的场所(PLC对振动与冲击的要求见表5-14)。

c.避免在周围有腐蚀件气体、可燃气体的场所安装。

d.避免在周围有灰尘、导电粉尘、油污、烟雾的场所安装。

e.避免在高温、潮湿的场所或者低温的环境安装(PLC对温度与湿度的要求见表5-14)。

f.尽量避免PLC与高压电器设备(3000V以上)布置于同一电气柜内。

g.尽量避免PLC与容易产生干扰的电气设备布置于同一电气柜内，以及使用同一电源。在不可避免时，应采取必要的措施。

h.避免在周围有强磁场、强电场的场所安装PLC。

② 温度、湿度、振动、冲击的要求 PLC对使用环境的温度、温度、振动、冲击方面的基本要求一般如下。

a.温度，PLC使用时的环境温度一般应在0～55℃(保存时的温度为-20～70℃)，同时应防止在阳光直接照射的场合使用。

当环境温度无法满足以上要求时，应采取相应的措施，如在电气柜上安装空调等，保证PLC的环境温度在允许的范围。

b.湿度，PLC使用的环境相对湿度一般允许为20%～，应避免温度变化过快所造成的结露。

当环境湿度无法满足以上要求时，应采取安装自动装置等措施。特别是冬天，在供暖装置有可能出现停止的场合，应采取必要的措施，防止温度变化造成的结露。

c.振动，PLC对安装环境的振动有一定的要求，而且抗振动性能与PLC的型号(结构形式)与安装方式等因素有关。

在结构上，一般来说1/O点固定的一体化PLC，或是基本单元加扩展型PLC的基本单元，其抗振动的性能要**模块化结构的PLC。在安装方式上，利用螺钉安装的PLC，其抗振动的性能要**导轨安装的PLC。

通常情况下，利用螺钉安装的1/O点固定的一体化PLC，或是基本单元加扩展型PLC 的基本单元，允许的振动强度为19.6m/s²(2G)左右，采用导轨安装时为9.8m/s?(1G)左右。利用螺钉安装的模块化PLC，允许的振动强度为9.8m/s²(1G)左右，采用35mm 标准导轨安装时为4.9m/s²(0.5G)左右。

d.冲击，PLC对安装环境的冲击同样有一定的要求，而且冲击性能与安装方式等因素有关。通常情况下，利用螺钉安装的安装PLC，允许的冲击强度为15～30G(147～294m/s2)，采用导轨安装时为15G(147m/s²)左右。

在具有强烈振动与冲击的场合，应采取必要的防振措施。

对于SIEMENS公司生产的S7系列PLC，环境的具体要求如表5-14所示。

③安装空间的要求 PLC安装空间直接影响到PLC的散热。PLC对安装空间的一般要求如下。

a.PLC与其他电器间一般应保证垂直方向大于100mm、水平方向大于50mm的空间距离，并保证通风良好。

b.PLC与其他电器或者电气柜门间的前后空间距离，一般应保证在50mm以上，并保证通风良好。

c.在PLC的下部，应避免直接布置强发热元件(如加热器、变压器、能耗电阻等)。

d.尽量采用垂直安装的方式安装PLC，水平布置会直接影响PLC的散热。

e.PLC不应安装在电气柜的门、*面、底面、侧面等部位。

f.必须保持PLC通风窗的畅通，在使用*定要取下通风窗的保护纸。

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