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施耐德PLC內部拆解

發布日期:2021-08-27 09:29:02   來源:行業動態   瀏覽量:

 

  PLC,可編程邏輯控製器,是工業自動(dòng)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。如今隨著(zhe)邊緣計算的興起,PLC這樣的本地控製設備顯得更加重要。

  由(yóu)於PLC又常見又可靠,在工業自動化(huà)領域中不可或缺,所以現在無論是IT還是OT的人對PLC都充滿好奇,為何它(tā)能這麽“牛”,在很多場合都無可替代?

  今天,為(wéi)了揭開PLC的(de)神秘麵紗,小編特意拿今年剛剛發(fā)布(bù)的施耐德電氣Modicon M262來做一個內部拆解,看看這(zhè)個代表最先進(jìn)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(dìng)可靠的?

 

先來說一下Modicon M262這個PLC

  說到PLC,可能有人(rén)會(huì)問這是誰發明的。其實,PLC就是這個Modicon(莫迪康)公司在50多年(nián)前發明的,後來Modicon被施耐德電氣收購,成為施耐(nài)德(dé)電氣的PLC品牌。Modicon M262是(shì)施耐德電氣繼M580、M340、M241等大中小型PLC之後發布的(de)一款集邏輯控製和運動控(kòng)製於一體(tǐ)的PLC,不但性能優異,而且還具有直接上雲等物聯網的功能,可謂是當前新一代(dài)PLC的代表之作。所以看看(kàn)這樣的一個PLC的內(nèi)部設計也更能讓(ràng)你(nǐ)對PLC有最新的認識。

 

圖(tú)片

  這就是這次要解剖的施耐德電氣最(zuì)新PLC——Modicon M262,和iphoness手機大小類似,兼具邏輯控製和運動(dòng)控製功能,還具有直接上雲(yún)等物聯網特(tè)性。

 

再來了解一下PLC的基本組成

  在正式開始解(jiě)剖之前,先來回顧一下PLC的基本組成。通常PLC由CPU、電源、輸入電路、輸出電路、存儲器和通信(xìn)接口電路等六大部分組成,原理圖如(rú)下所示:

 

圖片

 

  簡單理解,PLC就像一台小型的電腦,CPU負責處理數(shù)據,包括邏輯的運(yùn)算、計時、計數、算數運算和傳送、通信聯網,對編製的程序進行編譯、執行命令,把結(jié)果傳送到輸出端。PLC的內存(存儲器(qì))包括兩(liǎng)部分,一個是存放係統程序的ROM,這(zhè)個隻讀存儲器(qì)裏的內容PLC出(chū)廠前已將其固化,用戶不能更改(gǎi),另一個是存放用戶程序和工作(zuò)狀態數據(jù)的可讀寫RAM存儲器。

  然後還有輸入輸出單(dān)元以及I/O擴展接口,這些是負責和外部設備(bèi)連接(jiē)的。最後還有一個電源模塊,將(jiāng)外部的輸入電源經過處理後,轉化(huà)成PLC的CPU、存儲器、輸入輸出接口等(děng)內部電路工作所需要的直流電源,例如24V。

                                                                                                                                    

下麵,重點來了,

PLC內部究(jiū)竟有哪些(xiē)設計,

使得它(tā)自誕生(shēng)之(zhī)日起就(jiù)受到控(kòng)製工(gōng)程師的青睞呢?

                                                                                   

圖片  相比其他控製設備,PLC最大的特點是即堅固(gù)、簡單、可(kě)靠、耐用(yòng),所以PLC在處理器和內存的選用(yòng)、PCB板電路(lù)排布、電源單元和通信回路設計、以(yǐ)及結(jié)構設計等方麵都要遵(zūn)從這些特點(diǎn)。可以說,一個PLC是否能夠長期穩定(dìng)可靠的運行就(jiù)決定了其品質的好壞。所以,我們主要來看PLC的可靠性方麵是怎麽設計的(de)。

圖片  首先,我們把(bǎ)M262翻過來,可以看到(dào)底部有4個螺釘,不過是內六角的,常見的一(yī)字和十字螺絲刀無法擰開,這也可以避免一些人隨意打開PLC。我們用專門的內六(liù)角(jiǎo)螺絲刀輕鬆擰開了4個螺釘。

 

 

  圖片不過,雖然4個螺釘都擰下來了,但M262的(de)底蓋和上蓋之間仍然用一圈(quān)卡扣緊緊固定在一起。隻能用一字螺絲刀一個個頂進去然後用(yòng)力掰開底蓋。

 

 

  圖片一圈的卡扣都(dōu)一一鬆開後,就順利分開(kāi)底蓋和上蓋了。

 

 

  打開後蓋後,就可以看到M262的主板背麵了,采用的綠色的PCB板(bǎn),做工精良,顏色均勻,表麵光滑、平整,沒有任何氣味(wèi)。密密麻麻的焊點布置整齊,而且做過專門的固定處理,不像普通商(shāng)業電腦主板那樣都有毛刺,摸上去一點(diǎn)也不剌手。特別值得一提的是,上蓋內側附有一個(gè)不鏽鋼薄板,其上有2個卡(kǎ)扣供軌道安裝時使(shǐ)用,這一(yī)整張不鏽鋼板不僅可以防止灰塵等進入PLC,而且可以很好的屏(píng)蔽EMI電磁幹擾,這一(yī)點對PLC穩定性來說十分重要,一會打開(kāi)上蓋會看到同樣的設計。

 

 

圖片  打開底蓋後,就可以直接取下上蓋了。取下之後,可以看到PLC上(shàng)麵和兩個側麵(miàn)都同樣用一塊薄鋼板包著,這樣,除了用於散熱的(de)兩個側麵外,PLC的4個麵都有屏蔽EMI設計了。

 

 

  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邊上的兩個外(wài)六角螺柱和(hé)中間兩側的兩個(gè)內六(liù)角螺釘固定的,需要用外六角螺絲刀(dāo)或者尖嘴鉗來擰開。擰(nǐng)開這4個螺(luó)釘後,就可(kě)以取下屏蔽罩,M262的(de)廬山真麵目就全暴(bào)露在我們的眼(yǎn)前了。

 

 

  圖片我們可以看到,整個M262設計的十分緊湊、規整。采(cǎi)用了模塊化結構,易於實現分布(bù)式的配置,共由一塊主板和4塊立式(shì)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(xìng)能很強。4塊擴展板(bǎn)依(yī)次為網絡通信(xìn)模塊(kuài)、輸入(rù)和SD存儲卡模塊、電(diàn)源模塊和輸入模塊。

  我們可以(yǐ)直接從(cóng)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,下麵是這個(gè)PLC的(de)CPU,在PLC中當然絕不會使(shǐ)用風扇來散熱的。板子四周都有沉金,既能加強了板子的平整度(dù),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(cháng)好,雙手使勁掰也沒有絲毫變(biàn)形。

 

 

  這是(shì)M262的輸入輸出模塊電路板,有I/O輸入輸出,編碼器接口以及擴展接口,整個板子和主板一樣,設計的(de)十分規(guī)整,做工考究(jiū)。

 

 

  這是電(diàn)源模塊。支持24V直流供電,同時帶一個常開的看門狗信號。在這塊板上最(zuì)明顯(xiǎn)的是有2個大電容,而且用了多塊發泡膠(jiāo)進行了(le)抗震加固。這是用來做電源濾波的鋁電解(jiě)電容,規(guī)格是(shì)35V、1500μf。

 

 

  圖片這(zhè)是停止開關和SD卡、mini USB接口模塊。在這裏最明(míng)顯的是有一個藍色的(de)超級電容(róng)(supercapacitor),這是在PLC突(tū)然斷電的時候給PLC繼續供電以保持數據(jù)不會丟失(shī)和維(wéi)持時(shí)鍾用的。以前(qián)往(wǎng)往是用電池來作為備用電源(yuán)的,現在用超級電容更穩健可靠。

 

 

  這是(shì)通信網絡的電路板,共有3個以太網口,其中最右邊的(de)同時支持Sercos實時運動控製總線。在右小角還有(yǒu)一(yī)個黑(hēi)色的PULSE公司HX5008千兆工業級網絡(luò)濾波器,在其背麵是一(yī)個千兆網絡擴展口。

 

最後進行一下總結

  從這次施耐德電氣的Modicon M262內部解剖來看,PLC作為工業自動化領域重(chóng)要的控製設備(bèi),無論是內(nèi)部結構設計、電路板材的做(zuò)工,還是電子器件的選用都遵循了(le)控(kòng)製器穩定性和可靠性作為第一重要的原(yuán)則。再(zài)加(jiā)上PLC可重複編程、免去人工重新布線或重新連接硬件的特性,使得(dé)PLC從誕生伊始就成為(wéi)了離散控製的首選。

  當然,回到這次拆解的Modicon M262控製器本(běn)身,無論是做工還是CPU、存儲器等部件的選(xuǎn)用都是十分高端和領先的,高性能處理器、大內存、高帶寬通信網絡、低功耗,這都代表著當前PLC的發展趨(qū)勢。

 

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