可编程控制器的中央系统及供电简介

    PLC的中央系统包括存储器、I/O单元、电源单元等。    1．存储器    在PLC主机内部配有两种不同类型的存储器。    (1)系统存储器（Read Only Memory简称ROM）    系统存储器用以固化PLC生产厂家编写的各种系统工作程序，相当于单片机的监控程序或个人计算机的操作系统，在很大程度上它决定该种PLC的性能与质量，用户无法更改或调用。系统工作程序有三种类型：    ①系统管理程序：由它决定系统的工作节拍，包括PLC运行管理（各种操作的时间分配安排）、存储空间管理（生成用户数据区）和系统自诊断管理（如电源、系统出错，程序语法、句法检验等）。    ②用户程序编辑和指令解释程序：编辑程序能将用户程序变为内码形式以便于程序的修改、调试。解释程序能将编程语言变为机器语句以便CPU操作运行。    ③标准子程序和调用管理程序：为了提高运行速度，在程序执行中某些信息处理（I/O处理）或特殊运算等是通过调用标准子程序来完成的。    (2)用户程序存储器（Random Access Memory简称RAM）    用户程序存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两种，前者用于存放用户程序，后者用来存入（或记忆）用户程序执行过程中使用ON/OFF的状态量或数值量，以生成用户数据区。用户存储器的内容由用户根据控制需要可读、可写，可任意修改、增删。可采用高密度、低功耗的CMOS RAM（由锂电池实现断电保护，一般能保持5～10年，经常带负载运行也可保持2~5年）或EPROM与EEPROM。用户存储器容量是PLC的一项重要技术指标，其容量一般以“步”为单位（16位二进制数为一“步”或称为“字”）。    2．输入／输出单元（I/O单元）    I/O单元又称为I/O接口电路。PLC程序执行过程中需调用的各种开关量（状态量）、数字量和模拟量等各种外部信号或设定量，都通过输入电路进入PLC，而程序执行结果又通过输出电路送到控制现场实现外部控制功能。由于生产过程中的信号电平、速率是多种多样的，外部执行机构所需的电平、速率也是千差万别的，而CPU所处理的信号只能是高低电平，其工作节拍又与外部环境不一致，所以PLC与通用计算机I/O电路有着类似的作用，即电平变换、速度匹配、驱动功率放大、~信号隔离等。不同的是，PLC产品的I/O单元是顾及其工作环境和各种要求而经过精心设计和制造的。通用计算机则要求用户根据使用条件自行开发，其可靠性、抗干扰能力往往达不到系统要求。    (1)输入接口电路（输入单元）    各种PLC输入电路结构大都相同，其输入方式有两种类型：一种是直流输入（直流12 V或24 V），如图1-2(a)所示，另一种是交流输入（交流100~120 V或200~ 240 V），如图1-2(b)所示。它们都是由装在PLC面板上的发光二极管(LED)来显示某一输入点是否有信号输入。外部输入器件可以是无源触点，如按钮、行程开关等，也可以是有源器件，如各类传感器、接近开关，光电开关等。在PLC内部电源容量允许前提下，有源输入器件可以采用PLC输出电源，否则必须外设电源。当输入信号为模拟量时，信号必须经过专用的模拟量输入模块进行阻抗A/D转换，然后通过输入电路进入PLC。输入信号通过输入端子经RC滤波、光电隔离进入内部电路。图1-2(a)是一个直流24 V输入电路的内部原理线路，由装在PLC面板上的发光二极管( LED)来显示某一输入点是否有信号输入。
    图1-2    PLC的输入电路    (2)输出接口电路（输出单元）    为适应不同负载需要，各类PLC的输出都有三种方式，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。继电器输出方式最常用，适用于交、直流负载，其特点是带负载能力强，但动作频率与响应速度慢。晶体管输出适用于直流负载，其特点是动作频率高，响应速度快，但带负载能力小。晶闸管输出适用于交流负载，响应速度快，带负载能力不大。三种输出方式的输出电路结构如图1 -3(a)、(b)、(c)所示。
    图1-3    PLC的输出电路    外部负载直接与PLC输出端子相连，输出电路的负载电源由用户根据负载要求（电源类型、电压等级、容量等）自行配备，PLC输出电路仅提供输出通道。同时考虑不同类型、不同性质负载的接线需要，通常PLC输出端口的公共端子（COM端子）分组设置。每4~8点共一个COM端子，各组相互隔离。在实际应用中应注意各类PLC输出端子的输出电流不能超出其额定值，同时还要注意输出与负载性质有关，例如FX2N型PLC继电器输出的负载能力在电源电压250 V（交流）以下时，电阻性负载为2 A/点，感性负载为80 V-A/点，灯负载为100 W/点（见附录2）。    3．电源单元    PLC对供电电源要求不高，可直接采用普通单相交流电，允许电源电压在额定电压的- 15%~+10%范围内波动，也可用直流24 V供电。PLC内部有一个高质量的开关型稳压电源，用于对CPU、I/O单元供电，还可为外部传感器提供直流24 V电源（应注意在电源技术指标允许范围内）。