《4 基于嵌入式 PLC 芯片组的 14 点PLC 硬件设计》.pdf

4 基于嵌入式PLC 芯片组的14 点PLC 硬件设计 PLC 的基本组成部分包括CPU 存储器 I/O 系统和通讯接口几部分 PLC 的 系统程序和用户程序都存放在存储器中 现场输入信号经过 I/O 系统传送至 CPU CPU 按照用户程序存储器里安放的指令 执行逻辑或算术运算 并发出相应的控制 指令 该指令通过I/O 系统传送至现场 驱动相应的执行机构动作 从而完成响应的 控制任务 CPU 是PLC 的核心 其作用类似于人的大脑 它能够识别用户按照特定的格式 输入的各种指令 并按照指令的规定 根据当前的现场I/O 信号的状态 发出响应的 控制指令 完成预定的控制任务 目前各厂家生产的PLC 已普遍采用了高性能的8~32 位微处理器作为其 CPU 我们选用的是 Silicon Labs 的高速 51 单片机 C8051F040[29][30][31][32][33] PLC 的存储器由系统程序存储器和用户程序存储器两部分组成 系统程序是由 生产厂家预先编制的监控程序 模块化应用功能子程序 命令解释和功能子程序调 用管理程序及各种系统参数等 嵌入式PLC 内核就是设计的系统程序 用户程序是 由用户编制的梯形图 输入/输出状态 计数/定时值以及系统运行必要的初始值 其 他参数等 从存储器的性质来分 又可分为ROM 和RAM 两个部分 C8051F040 具 有64K 字节FLASH 系统程序— — 嵌入式PLC 内核全部放在FLASH 存储器中 用 户梯形图程序也保存在FLASH 中 具有备用电池的SRAM 是系统RAM 存储区 该 区包括I/O 映像区以及各类软设备 如逻辑线圈 数据寄存器 定时器 计数器 变 址寄存器 累加器等 CPU 和带备用电池的SRAM 都放在嵌入式PLC 芯片组上 其他输入输出口和通 讯口放在主板上 下面介绍这部分的硬件原理 4.1 输入输出口的设计 PLC 的输入/输出系统是过程状态与参数输入到PLC 以及PLC 实现控制时控制 35 信号输出的通道 它提供了各种操作电平和驱动的输入/输出接口模板 以实现被控 过程与PLC I/O 接口之间的电平转换 电气隔离 串/并转换 A/D 与D/A 转换等功 能 根据他们所实现的功能不同 可将I/O 通道分为以下几种 模拟量输入通道 AI 模拟量输出通道 AO 开关量输入通道 DI 开关量输出通道 DO 脉冲量输 入通道 PI 14 点PLC 具有8 路开关量输入 6 路继电器输出[36][37][38][39][40][43][44] 4.1.1 输入口设计 开关量输入通道 DI 用来输入各种限位开关 继电器或电磁阀门的起闭状态 各种开关及手动操作按钮的开关状态等 输入信号一般为0~24V 或0~12V 直流电压 信号 但是有时也可输入交流电压信号或触点 现场的离散信息通过该输入模块送 给CPU 处理 数字量输入的最主要问题是隔离问题 尤其是一些开关量输入信号 如隔离不好 较强的电磁干扰就会引入到系统中 影响系统的正常工作 因此在PLC 中 数字量的输入都采用光隔离器件 将现场与PLC 实现电气上隔离 从而保持系 统工作的可靠性 现场输入的数字量大多是开关量 开关量一般是直流信号 个别情况下也有交 流信号 我们采用的是直流开关量 图4.1 所示为开关量输入模块图 采用内部12V 直流电源 I0 是输入端子 P3.7 为CPU 端口 图中只画出对应于一个输入点的输入 电路 各个输入点所对应的输入电路均相同 图中U11 是光耦合器TLP180 发光二 极管与光敏二极管封装在一个管壳中 当二极管中有电流时其发光 此时光敏晶体 管才导通 R20 为限流电阻 C22 为滤波电容 可滤除输入信号中的高频干扰 R55 和R46 为分压电阻 因为CPU 采用3.3V 供电 12V2 R20 U11 5V1 3K R55 I0