可编程序控制器的结构设计与应用

可编程序控制器产品按结构形式可分为装置式和模块化两类：装置式是电源、CPU、存储器、I/O接口、通信接口、外部接口等都集成在一个机壳内的一体化结构；模块化是电源模块、CPU模块、存储器、I/O模块、通信模块等在结构上相互独立的模块化结构，通过硬件组态可构成PLC控制系统。可根据系统规模和设计要求进行配置，模块与模块之间通过外部总线连接。CPU模块所在的机架通常称为中央机架，其他机架统称为扩展机架。根据安装位置的不同，扩展方式又分为本地扩展和远程扩展。前者要求所有机架都集中安装在一起，一般是通过接口模块实现机架间的连接，机架与机架间的连接距离通常在数米之内；后者一般通过通信电缆实现机架间的连接，连接距离可达几百米到数公里，通过中继器还可以进一步延伸。因此，远程扩展机架也称为分布式I/O站点。可编程序控制器的硬件结构大体有如下部分组成。

（1）电源。PLC的电源用于为各模块提供工作电源。电源输入类型有：交流电源（AC220V或AC110V），直流电源（DC24V），同时，还为输入电路提供一个直流24V输出工作电源。

（2）CPU。CPU是PLC的控制中枢，通常CPU模块上集成了存储器和通信接口，有的还有装载存储器（用户程序存储器）插槽。存储器的容量随PLC型号的不同有较大的差别，选型时需要选择存储器容量及其可扩展能力。

（3）I/O模块。I/O模块也称信号模块，用于将控制器与现场设备连接。PLC的I/O模块大体可分为数字量模块、模拟量模块、通信模块和功能模块等4大类。数字量输入（DI）、数字量输出（DO）、模拟量输入（AI）和模拟量输出（AO）是PLC最常用的I/O模块。通信模块种类很多，如以太网通信模块、串行通信模块（RS232、RS485）、现场总线模块（PROFIBUS-DP等）。功能模块有时也称为工艺模块、智能模块等，包括高速计数模块、运动控制模块、定位控制、PID控制模块等。功能模块通常是一个独立系统，具有CPU、存储器、I/O接口、通信接口等。功能模块一般不参与PLC的循环扫描过程，而是在CPU模块的协调管理下，按照自身的应用程序独立地参与系统工作，完成一些特殊功能。一个PLC控制系统的模块数量取决于系统的实际控制规模，由用户根据需要进行组态。图3-6是西门子SIMATIC S7-200/300/1200系列PLC在一个机架上可组态模块的数量示意图。

由图3-6可见，SIMATIC S7-200系列PLC的所有模块均安装在CPU的右侧，最多可扩展7个模块；SIMATIC S7-1200系列PLC的通信模块需要安装在CPU的左侧，信号模块则安装在右侧，总共可扩展11个模块。而SIMATIC S7-300系列PLC需要在CPU左侧配置一个电源模块，所有信号模块和通信模块均安装在CPU的右侧，主机架最多可扩展8个模块。另外，最多可再扩展3个机架，每个机架最多可扩展8个模块。(www.xing528.com)

图3-6 S7-200/300/1200系列PLC可组态模块示意图

（4）通信接口。PLC的集成通信接口一般是RS232或RS485，有些品牌的PLC集成不同协议的通信接口，如西门子公司的S7系列PLC集成MPI多点通信接口、现场总线PROFIBUS-DP接口和工业以太网PROFINET接口。通过这些接口可实现各种网络拓扑，与各种设备连接及网络通信。并可与第三方设备进行通信。使得编程过程、调试过程、可编程序控制器和人机界面的操作和运行均可在同一网络下进行。

（5）编程工具。编程工具的作用是进行硬件组态、编制和调试PLC的用户程序、设置PLC系统的运行环境、在线监视或修改运行状态和参数。目前一些品牌的微小型PLC一般配有手持型编程器，但多数是采用计算机（运行专用编程软件）作为编程器。