西门子plc主机cpu414-3 西门子plc主机cpu414-3
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一、定义
可编程控制器，简称plc（programmablelogiccontroller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年电工委员会（internationalelectricalcommittee）颁布的plc标准草案中对plc做了如下定义：“plc是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。plc及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
二、基本结构
各种plc的组成结构基本相同，主要有cpu,电源，储存器和输入输出接口电路等组成。
plc处理器
plc处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。cpu通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。cpu是plc的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。
储存器
plc的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。系统存储器用于存放plc的系统程序，用户存储器用于存放plc的用户程序。现在的plc一般均采用可电擦除的e2prom存储器来作为系统存储器和用户存储器。
输入输出接口单元
plc的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入cpu；plc的输出接口电路的作用是将cpu向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。plc的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。
1、输入接口电路
plc的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路的延迟时间比较短，可以直接与接近开关，光电开关等电子输入装置连接；交流输入电路适用于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。
交流输入电路和直流输入电路类似，外接的输入电源改为220v交流电源。
2、输出接口电路
输出接口电路通常有3种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。
继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型的输出电路类似，只是晶体管或晶闸管代替继电器来控制外部负载。
扩展接口和通信接口
plc的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使plc的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的plc或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。
电源
plc一般使用220v交流电源或24v直流电源，内部的开关电源为plc的**处理器、存储器等电路提供5v、12v、24v直流电源，使plc能正常工作。
三、工作原理
plc的工作方式为循环扫描方式，当plc投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，plc的cpu以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
其工作过程大致分为3个阶段：输入采样、程序执行和输入采样、程序执行和输出刷新
四、plc的分类
(1)小型plc
小型plc的i/o点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量i/o以外，还可以连接模拟量i/o以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。
(2)中型plc
中型plc采用模块化结构，其i/o点数一般在256~1024点之间。i/o的处理方式除了采用一般plc通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，
通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。
(3)大型plc
一般i/o点数在1024点以上的称为大型plc。大型plc的软、硬件功能*。具有*的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型plc还可以采用三cpu构成表决式系统，使机器的可靠性更高。
五、功能特点
1.使用灵活、通用性强——plc的硬件是标准化的，加之plc的产品已系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。在plc构成的控制系统中，只需在plc的端子上接入相应的输入输出信号线。当需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个plc装置用于不同的控制对象，只是输入输出组件和应用软件的不同。
2.可靠性高、抗*力强——微机功能强大但抗*力差，工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能导致一般通用微机不能正常工作；传统的继电器—接触器控制系统抗*力强，但由于存在大量的机械触点（易磨损、烧蚀）而寿命短，系统可靠性差。plc采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性**提高，从实际使用情况来看，plc控制系统的平均*时间一般可达4～5万小时。plc采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，能适应有各种强烈干扰的工业现场，并具有故障自诊断能力。如一般plc能抗1000v、1ms脉冲的干扰，其工作环境温度为0～60℃，无需强迫风冷。
3.接口简单、维护方便——plc的接口按工业控制的要求设计，有较强的带负载能力（输入输出可直接与交流220v，直流24v等强电相连），接口电路一般亦为模块式，便于维修更换。有的plc甚至可以带电插拔输入输出模块，可不脱机停电而直接更换故障模块，**缩短了故障修复时间。
4.体积小、功耗小、性价比高——以小型plc（tsx21）为例，它具有128个i/o接口，可相当于400～800个继电器组成的系统的控制功能，其尺寸仅为216×127×110mm3，重2.3kg，不带接口的空载功耗为1.2w，其成本仅相当于同功能继电器系统的10～20％。plc的输入输出系统能够直观地反应现场信号的变化状态，还能通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通讯状态、i/o点状态、异常状态和电源状态等，对此均有醒目的指示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监视。
5.编程简单、容易掌握——plc是面向用户的设备，plc的设计者充分考虑了现场工程技术人员的技能和**惯。大多数plc的编程均提供了常用的梯形图方式和面向工业控制的简单指令方式。编程语言形象直观，指令少、语法简便，不需要专门的计算机知识和语言，具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间内掌握。利用的编程器，可方便地查看、编辑、修改用户程序。
6.设计、施工、调试周期短——用继电器—接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏（柜）的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用plc控制，由于其靠软件实现控制，硬件线路非常简洁，并为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量（输入输出点数、内存大小）等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在plc到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，**减轻了繁重的安装接线工作，缩短了施工周期。plc是通过程序完成控制任务的，采用了方便用户的工业编程语言，且都具有强制和仿真的功能，故程序的设计、修改和调试都很方便，这样可**缩短设计和投运周期。
六、编程语言
五种标准化编程语言：顺序功能图（sfc）、梯形图（ld）、功能模块图（fbd）三种图形化语言和指令表（il）、结构文本（st）两种文本语言。
顺序功能图是一种结构块控制程序流程图，梯形图和功能模块图是图形化语言，指令表、结构文本两种文本语言，梯形图的应用直观，与指令表可以相互转换。