PLC,可編程邏輯控製器,是工業自動化中最常用的控製器,也是電氣自動化工程師最為熟悉的自動化產品。如(rú)今隨著邊緣計算的興起,PLC這樣的本地控製設(shè)備顯得更加重要。
由(yóu)於PLC又常見又可靠,在工業自動化領域中(zhōng)不可或(huò)缺,所以現在無論是IT還是OT的人對PLC都充滿好奇,為何它能這麽“牛”,在很多場合都無可替代?
今天,為了揭開(kāi)PLC的神秘麵紗,小編特意拿今年剛剛發布的施耐德電氣Modicon M262來做一個內部拆解,看看這個代表最先進技術的(de)PLC究竟有哪些特殊的設計,為何既能做到性能優異又能做得超級穩定可靠的?
先來說(shuō)一下Modicon M262這個PLC
說到PLC,可能有人會問(wèn)這是(shì)誰發明的。其實,PLC就(jiù)是這個Modicon(莫迪康)公(gōng)司在50多年前(qián)發明的,後來(lái)Modicon被施耐德電氣收購(gòu),成為施耐德電氣的PLC品牌(pái)。Modicon M262是施耐德電氣繼M580、M340、M241等(děng)大(dà)中小(xiǎo)型PLC之後發布的一款集邏輯控製和運動控製於一體的PLC,不但性能優異,而(ér)且還具有直接(jiē)上(shàng)雲等物聯網的功能,可謂是當前新一代PLC的代(dài)表之作。所以看看這(zhè)樣的一個PLC的內部設計也更能讓你對PLC有最新的認(rèn)識。
這就是這(zhè)次要解剖的施耐德電氣最(zuì)新PLC——Modicon M262,和iphoness手機大(dà)小類似,兼具邏輯控(kòng)製和運動控製功(gōng)能,還具有直接上雲等物聯網特性。
再來了解一下PLC的基本組成
在正式開始解剖之前,先來回顧一下PLC的基本(běn)組成。通常(cháng)PLC由CPU、電源、輸入(rù)電路、輸出電路、存儲器和通信接口電路等六大部分組成,原理圖如下所示:
簡單理解,PLC就像一台小型的電(diàn)腦,CPU負(fù)責處理數據,包括邏輯的運算、計時、計數、算數運算和傳送、通信聯網,對編製(zhì)的程序進行編譯、執行命令,把結果傳送到輸出端。PLC的內存(存儲器)包括兩部分,一個是存放係統程序(xù)的ROM,這個隻讀存儲器裏(lǐ)的內容PLC出廠(chǎng)前已將(jiāng)其固化(huà),用戶不能(néng)更改,另一個是存放用戶程序和工作狀態數據的可讀寫RAM存儲器。
然後還有輸入輸(shū)出單(dān)元以及I/O擴展接口,這些(xiē)是負責(zé)和外部(bù)設(shè)備連接的。最後還有一個電源模塊(kuài),將外部的輸入電源經過(guò)處理後,轉化成PLC的CPU、存儲器、輸(shū)入(rù)輸出接口等內部(bù)電路工作所需要的直(zhí)流電源,例如24V。
下麵,重點來了(le),
PLC內部究竟有哪些設計,
使得它自誕生之日起就(jiù)受到控製工程師的青睞呢?
相比其(qí)他控製設備(bèi),PLC最大的特點是(shì)即堅固、簡單、可靠、耐用,所以PLC在處理器和內(nèi)存的選用(yòng)、PCB板電路排布、電源單元和通信回(huí)路設計(jì)、以(yǐ)及(jí)結構設計等方麵都要遵從這些特點。可以說,一個PLC是否能夠長期穩定可靠的運行(háng)就決定了其品質的(de)好壞。所以,我們主要來看(kàn)PLC的可靠(kào)性方麵是(shì)怎麽設計的。
首先(xiān),我(wǒ)們把M262翻過來,可(kě)以看到底部(bù)有4個螺釘,不過是內六角的,常見的(de)一字和十字螺(luó)絲刀(dāo)無法擰開(kāi),這也可以避免一(yī)些人隨意打開PLC。我們用專門的內六角螺絲刀輕鬆(sōng)擰(nǐng)開了4個螺釘。
不過,雖然4個螺釘都(dōu)擰下來了(le),但M262的(de)底(dǐ)蓋和上蓋之間仍然用一圈(quān)卡扣緊緊(jǐn)固(gù)定在一起。隻能用一字(zì)螺絲刀一個個頂進去然後用(yòng)力掰開底蓋。
一圈的卡扣(kòu)都一一鬆開(kāi)後,就順利分開底蓋和上蓋了。
打開後蓋後(hòu),就可(kě)以看到M262的主板背麵了,采用的綠色的PCB板,做工精(jīng)良,顏色均勻,表麵光滑、平(píng)整,沒有任(rèn)何氣味。密密麻麻的焊點布置整齊,而且做過專門的固定處理(lǐ),不像普通商(shāng)業電腦主板那樣都(dōu)有毛刺,摸上去一點也不剌手。特別值得一提的是,上蓋內側附有一個不鏽鋼薄板,其上有2個(gè)卡扣供軌道安裝時使用,這一整張不鏽鋼板不僅可以防止灰塵(chén)等進入PLC,而且可以很好的屏蔽EMI電磁幹擾,這一點對PLC穩定性來說十分重要,一會打開(kāi)上蓋會看到同樣(yàng)的(de)設(shè)計。
打開底(dǐ)蓋後,就(jiù)可以直(zhí)接取下上(shàng)蓋了。取下之後,可以看到PLC上麵和兩個側麵都同樣用一塊薄鋼板包著,這樣(yàng),除了用於散熱(rè)的兩(liǎng)個側麵外,PLC的4個麵都(dōu)有屏蔽EMI設計了(le)。
下麵把M262上麵的屏蔽鋼板拆下來,這塊鋼板是通過編碼器接口(kǒu)邊上的兩個外六(liù)角螺柱和中間兩側的兩個內(nèi)六角螺釘固(gù)定的,需要用外六角螺絲刀或者尖嘴鉗來擰開。擰開這4個螺釘後,就可以取下屏蔽罩,M262的廬山真麵目就全暴露在(zài)我們的眼前了。
我們可以(yǐ)看到(dào),整個(gè)M262設計(jì)的十(shí)分緊湊、規(guī)整。采用了模塊化結構,易於實現分布式的配置(zhì),共由一塊主(zhǔ)板和4塊立式擴展板組成,5塊板通過一個金屬框架固定,結構堅固,抗震動衝擊性能(néng)很強。4塊擴展板(bǎn)依次為網絡通信模塊、輸入和SD存儲卡(kǎ)模塊、電源模塊和輸入模塊。
我們可以直接從底部拔出M262的主板。主板上可以看到(dào)一個碩大的鋁製散熱片,下麵是(shì)這個PLC的CPU,在PLC中當然絕不會使用風扇來散熱的。板子四周(zhōu)都(dōu)有沉金,既(jì)能加(jiā)強了板子的平整度,而且也保(bǎo)證了板子良好的接地。板子的厚度達到了2mm,剛度非常好(hǎo),雙手使(shǐ)勁掰也沒有絲毫變形。
這是M262的輸入輸出模塊(kuài)電路板,有I/O輸入輸(shū)出,編碼器接口以及擴展接口(kǒu),整個板子和(hé)主(zhǔ)板一樣,設計的十分規整,做工考究。
這是電源模塊。支持24V直流供電(diàn),同時帶一個常開的看門(mén)狗(gǒu)信號。在這塊板上最明顯的是有2個大電容,而且用了多塊發泡膠進行了抗震加固。這是用來做電源濾波的鋁電解電容,規格是35V、1500μf。
這是(shì)停止開關和SD卡、mini USB接口模塊。在這(zhè)裏最(zuì)明顯的是有一個藍色的超(chāo)級(jí)電容(supercapacitor),這是在PLC突(tū)然斷電的時候給PLC繼續供電以保持數(shù)據不會丟失和維持時鍾用的。以前往往是用電池來作為備用電源的,現在用超級電容更(gèng)穩健可靠。
這是通信網絡的電路板,共有3個以太網口,其中最右邊的同時支持Sercos實時(shí)運動控製總(zǒng)線。在右小角還有一個黑(hēi)色的PULSE公司HX5008千(qiān)兆工業級網絡濾(lǜ)波器,在其背麵是一個千兆網絡擴展口(kǒu)。
最後進行一下總結
從這次施耐德電氣的Modicon M262內(nèi)部解(jiě)剖來看,PLC作為(wéi)工業自動(dòng)化領(lǐng)域重要的控製設備,無論(lùn)是內部(bù)結構設計、電路板材的做工,還是電子器件的選用(yòng)都(dōu)遵循了控製器穩定性(xìng)和可靠性作為(wéi)第一重要的原則。再加上PLC可重複編程、免去(qù)人工重新(xīn)布線或(huò)重(chóng)新連接硬件的特(tè)性,使得PLC從誕(dàn)生伊始就成為了離散控製的首選。
當然,回到這次拆解的Modicon M262控製器本身,無論是做工還是CPU、存儲器等(děng)部(bù)件的(de)選用都是十分高端和領先(xiān)的,高性(xìng)能處理(lǐ)器、大內存(cún)、高帶寬通信網絡、低功耗,這都(dōu)代表著(zhe)當前PLC的發展趨勢。
本文來(lái)源於網(wǎng)絡,版權歸原(yuán)作者所有。