医院住院呼叫系统的设计与实现

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图2-1 PLC结构框图

2.4.1 CPU的构成

中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。中央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,刷新系统的输出。按照PLC系统程序所赋予的功能它可以接收同时存储用户程序和数据,并将这些数据和状态存入规定的寄存器中。同时它还能够诊断电源和PLC内部电路的工作状态等。等到进入运行状态后它从用户程序存储器中逐条读取指令,经分析后再按照指令规定的任务产生相应的控制信号,使有关的控制电路被指挥。

为了使PLC的可靠性更加强大,大型PLC需要采用双CPU构成冗余系统,或者三CPU的表决式系统。这样的话,如果其中一个CPU出现故障,整个系统仍然可以正常运行。CPU的内部电路由运算器、控制器、寄存器构成,运算器用于进行数字或逻辑方面的运算。控制器控制CPU工作,由它来读取指令、解释指令及执行指令。寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器的指挥下工作的。

CPU的速度和内存容量是PLC的重要参数,它们决定着PLC的工作速度,I/O数量及软件容量等,因此限制着控制规模。

2.4.2 存储器

PLC的存储器有两种:一是单片机上带的存储器,主要用于存储系统监控程序及

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系统工作区间,生成用户环境。二是用户程序存储器,通常都是CMOS型的RAM,存储用户程序及参数,用锂电池做后备,调试起来也方便。还可用EPROM或EEPROM。

2.4.3 输入/输出接口电路

输入/输出接口电路是PLC与被控对象(机械设备或生产过程)联系的桥梁。现场信息经输入接口传送给CPU,CPU的运算结果、发出的命令经输出接口送到有关设备或现场。输入/输出信号分为开关量、模拟量、数字量。

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。

由于生产过程中使用的各种开关、按钮、传感器等输入器件直接接在PLC的输入接口电路上,为了防止因为触点抖动或干扰脉冲所引起错误的输入信号,输入接口电路须拥有很强的抗干扰力。

如图2-2所示,输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有:

一是应用光电耦合器来增强抗干扰力。 光电耦合器的工作原理是:发光二极管有驱动电流流过时,导通发光,光敏三极管接收到光线,由截止变为导通,将输入信号送入PLC内部。光电耦合器中的发光二极管是电流驱动元件,要有足够的能量才能驱动。而干扰信号虽然有的电压值很高,但能量较小,不能使发光二极管导通发光,所以不能进入PLC 内,实现了电隔离。

二是利用滤波电路提高抗干扰能力。 最常用的滤波电路是电阻电容滤波,如图2-2中的R1、C 。

图2-2中,S为输入开关,当S闭合时, LED点亮,显示输入开关S处于接通状态。光电耦合器导通,将高电平经滤波器送到PLC内部电路中。当CPU在循环的输入阶段锁入该信号时,将该输入点对应的映像寄存器状态置1;当S断开时,则对应的映像寄存器状态置0。

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图2-2 可编程控制器输入电路

根据常用输入电路电压类型及电路形式不同,可以分为干接点式、直流输入式和交流输入式。输入电路的电源可由外部提供,有的也可由PLC内部提供。

输出接口电路。按输出开关器件的种类来分,PLC通常由三种形式的输出电路即:继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。

继电器输出形式:如图2-3所示。这种输出形式既可驱动交

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