一、主機
1.中央處理單元(CPU)
中央處理單元是可程式控制器的控制中心,它可將儲存於記憶體中的程式依程序逐步取出加以分析、判斷、運算及執行。這種依程序逐步執行的動作,稱之為掃描。CPU 掃描程式時間的長短會影響可程式控制器的功能,因此在購買可程式控制器時需考慮CPU的執行速度。另外,CPU 處理資料的字元長度也會影響掃描時間,早期的可程式控制器皆使用8或16 位元的CPU,處理的速度較慢,近來32位元或64位元的CPU,也使用在可程式控制器上了。
2.記憶體:
分系統程式區、資料暫存區及使用者程式區三部份
(1)系統程式區: 為一唯讀式記憶體(ROM),掌管及驅動可程式控制器的硬體電路。它能因應各種指令,以指揮系統做出適當的回應。此段區域內的程式是必備的,且無法做任意修改,缺少此段程式,可程式控制器將無法工作。這個在系統程式區內的程式,讀者是不易了解的,所以祇要了解它的用途就可以了。
(2)資料暫存區: 此區域用來存放 CPU 執行的結果、各類暫存器的現值或狀態以及使用者的資料。因為資料會隨著時間或執行的結果而改變,因此須使用可隨時更動的讀寫式記憶體(隨機存取記憶體RAM)。
(3)使用者程式區: 此區域也是為讀寫式記憶體(RAM),用來存放使用者所規劃的程式。一般可程式控制器都提供1K(1024 字元組)、2K,4K不等之記憶容量供使用者書寫程式用。此區域內雖為讀寫式記憶體,但為了不使電源切離時程式消失,通常在PLC內部都會加上一個鋰電池,來供電給這個區的記憶體,以永久保持程式。
3.輸入界面 用來做為外部輸入元件(如按鈕開關)與CPU之間的連接界面。藉由此界面,CPU可以測得外部輸入元件的狀態(1或 0)。不同的可程式控制器會有不同輸入界面,詳細圖示暫時不談。現在,我們以一個較簡單的概念來看待輸入界面,就是將它看做祇是一個線圈,如左下圖﹙右下圖為實際內部電路實例﹚。
配上一個輸入元件(按鈕開關)及電源就是一完整的輸入端接線了,如下圖,CPU 就是藉由此輸入端接線來檢查輸入元件的動作。
圖中,當按鈕開關按下時,輸入線圈有電;放掉時,輸入線圈沒電。也就是說CPU只要檢查線圈有電否,就可以知道按鈕開關按了沒有。
今後為了說明方便起見,採用邏輯定義的方式來說明輸入元件的動作,定義如下:
邏輯1-----驅動、按下
邏輯0-----不驅動、放掉
依據上述規則,若按鈕開關按下時,CPU 即取得邏輯1的狀態;放掉按鈕開關,則CPU 取得邏輯0的狀態。當然輸入界面不只是一個而已,實際上的界面應是由多個線圈所構成(數量因機種而不同),如下圖。又為了識別不同的輸入元件,所以用編號來標示不同的輸入線圈點,例如0,1,2……N或X0,X1,X2…..XN。其中所有的線圈有一共通點,稱為C點或COM點。
因為不同的編號代表著不同的元件,所以編號的選用並非隨意的,它會因為機種的不同而有不同的輸入編號範圍。以下是幾種常用機種的輸入編號對照表,請參閱。
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配上輸入元件及電源後就如下圖所示。接到0號線圈的按鈕開關就稱為第0號輸入元件、接到1號線圈的按鈕開關就稱為第1號輸入元件,以此類推。
4.輸出界面
CPU 取得了輸入元件的狀態後,根據程式的設定來決定讓輸出元件是否動作。CPU 如何控制輸出元件?當然是透過輸出界面囉!對於輸出界面,我們將它看成是一個電驛而已。同樣的,加上輸出元件及電源後就一目了然了,如下圖。
如圖,CPU只要驅動電驛,電驛的A接點就接通,透過外部電源,輸出元件 MC 線圈因激磁而動作。CPU 若不驅動電驛,則 MC 線圈失磁而跳脫。也就是說CPU是以間接控制輸出電驛的方式來控制輸出元件。同樣的,為了說明方便起見,採用邏輯定義的方式來說明輸出元件的動作:
邏輯1-----驅動、有電、激磁
邏輯0-----不驅動、沒電、失磁
依上述規則,CPU 送出邏輯1的狀態,則MC線圈動作;CPU 送出邏輯0的狀態,則MC線圈跳脫。
當然輸出界面也不只是一個而已,實際上的界面應該是由多個電驛所構成(數量因機種而不同),如下圖所示。為了識別不同的輸出元件,以不同的編號來標示不同的輸出點。
因為不同的編號代表著不同的元件,所以編號的選用並非隨意的,它會因為機種的不同而有不同的輸出編號範圍。以下是幾種常用機種的輸出編號對照表,請參閱。
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由於輸出元件種類繁多,所使用的電源也不盡相同,因此不能再像輸入界面一樣,使用一個共通點,而是將它分成若干組,以配合不同的電源,如下圖所示。
當然若所有輸出元件都使用同一種電源,則只要將所有的共通點C點短接就可以了,如下圖所示。
5.內部元件區
此一區域雖然仍屬於記憶體的部份,但它的用途是用來模擬成工業配線所使用的各種繼電器,例如限時電驛、輔助電驛、計數器等等。要使用這些電驛時,不必做實體的接線,只要直接以寫指令控制就可以了,所以配線就比傳統工業配線簡單多了。可程式控制器所使用的內部元件種類繁多,同樣的我們以編號的方式來識別它們,以下是幾種常用機種的內部元件編號對照表,請參閱。
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二、例題:請將下圖的工業配線圖改成可程式控制器硬體接線圖,並請加上元件編號。
解:步驟
1.先分辨出輸入元件、輸出元件、PLC內部元件。
2.分別給予輸入、輸出元件不同的編號(內部元件存在於PLC的內部,所以跟硬體接線無關)。
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3.完成連線:可程式控制器的硬體接線規則是將所有的輸出入元件分別並接到可程式控制器的輸出入端。
4.結果如下圖