1.2 大中型PLC的模块化结构

1.2.1 PLC的分类

PLC种类很多，可从不同的角度进行分类。

1.按控制规模分

控制规模主要指控制开关量的输入和输出点数及控制模拟量的模拟量输入和输出，或两者兼而有之（闭路系统）的路数。但主要以开关量计。模拟量的路数可折算成开关量的点，大致一路相当于8～16点。依这个点数，PLC大致可分为微型机、小型机、中型机、大型机和超大型机。

微型机控制点仅十几点，如西门子LOGO系列PLC，如图1-7a所示。

小型机控制点可达100多点，如西门子S7-200和S7-1200型PLC，如图1-7b和图1-7c所示。

中型机控制点数可达500点，甚至于千点。如西门子S7-300型PLC，如图1-7d所示。

大型机的控制点数一般在1000点以上，如西门子S7-400型PLC，如图1-7e所示。

超大型机的控制点数可达万点，以至于几万点。

以上这种划分只是大致的，目的是便于系统的配置及使用。一般讲，根据实际的I/O点数，选用相应的机型，其性能价格比必然要高；相反，肯定要低些。

2.按结构划分

PLC可分为无背板及有背板两大类。微型机、小型机多为无背板的，如西门子S7-200和S7-1200系列。无背板的PLC把电源、CPU、内存、I/O系统都集成在一个小模块内，一个主机模块就是一台完整的PLC，就可用以实现控制。控制点数不符需要，可再接扩展模块，由主模块及若干扩展模块组成较大的系统，以实现对较多点数的控制。

背板式PLC是按功能分成若干独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等，并直接安装在背板上，通过背板进行数据联系。该类型PLC的模块功能更单一、品种更多，可便于系统配置，使PLC更能物尽其用，达到更高的使用效益。如西门子S7-300/400等中、大型机就是这种结构。

这里所阐述的底板、机架模块，是指它为PLC各模块的安装提供基板，并为模块间的联系提供总线。若干底板间的联系有的用接口模块，有的用总线接口。不同厂家或同一厂家但不同类型的PLC都不大相同，图1-8所示为PLC的主底板和辅助底板。

图1-7 西门子PLC类型

a）LOGO b）S7-200 c）S7-1200 d）S7-300 e）S7-400

1.2.2 大中型PLC模块化控制器的组成部分

与小型PLC（如西门子S7-200）不同，大中型PLC最大的特点就是采用模块化控制系统，来满足中等或高性能要求的应用。在大中型PLC系统中，各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展，由于点数基本上不受太多的限制，其灵活性就非常高。

基本的模块化硬件结构结构包括机架、电源、处理器CPU、输入输出I/O模块、编程或通信用接口，图1-9表示了一个模块化控制器是如何由模块化硬件部件一一组成的。

图1-8 主底板和辅助底板

图1-9 模块化控制器的组成部分

1.机架

机架是用来安装处理器和I/O模块、特殊模块的，所有模块都可以很容易地沿着导轨插入到机架。不同类型的PLC系统其机架槽数不太一样，可以互联的机架数也不尽相同。大中型PLC系统在配置时，其机架数可以有很多，机架之间的关系可以用图1-10所示的网络来表示。

图1-10 机架网络

2.电源

电源一般安装在机架的左面。

3.处理器CPU

在传统的大中型PLC系统中，处理器CPU的位置并一般固定在机架的左边，但是在最新型大中型PLC中则可以任意安装，数量也可以不止一个。

1.2.3 大中型PLC系统的配置流程

大中型PLC系统的配置一般都采用机架配置表来完成，它可以帮助用户配置一个机架或系统。每一个工作单可以帮助用户配置一个机架；若需要多个机架，则需要用另外的工作单配置另外的机架。

下面具体说明机架配置表的过程。

1.估计系统所需的内存总量

1）累计数字量I/O点的数量；

2）累计模拟量I/O的数量；

3）累计特殊功能模块的数量；

4）根据上述3个数量，乘以一定的系数，进行内存的估算。

2.选择CPU

根据内存量来选择。

3.选择I/O模块

1）写上机架号和相应的槽号；

2）选择数字量I/O模块；

3）选择特殊功能模块和模拟量I/O模块；

4）在工作单上，把每一个模块放入所要放置的槽内；

5）在指定的栏目内填入每个模块的功率消耗值，并完成整个机架的总功率。

4.选择正确的电源模块

把功率消耗总量与每个电源模块进行比较，选择可以提供足够功率的最小电源模块，并考虑系统扩容所需的电源消耗功率。

5.选择机架

累计所用槽数，并选择所能容纳所有I/O模块的最小机架，并考虑到将来的扩展需求。

6.选择其他设备

要构成一个完整的系统，还需要其他设备，如电缆、通信接口、操作器接口、存储器模块等。表1-1为具体的机架配置表。

表1-1 机架配置表

一个实际的PLC系统，确定所有的模块后，要选择合适的电源模块，所选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块、所有I/O模块、各种功能模块等总消耗功率之和，并且要留有30%左右的裕量。当同一电源模块既要为主机单元又要为扩展单元供电时，从主机单元到最远一个扩展单元的电路压降必须小于0.25V。

一个常规的大中型PLC系统往往只有一个独立的处理器和机架内的I/O模块组成，但是一个复杂的大中型PLC系统则可以在一个背板中同时使用多个处理器模块，多个处理器可以通过网络进行通信，多个平台上的I/O可以分布在不同的位置，它们之间则通过多条I/O链路连接起来。