PLC在工業(yè)控制自動化中有著廣泛的應(yīng)用,那你是否想過?工業(yè)控制現(xiàn)場為何要用PLC?我們平時接觸的基于單片機的嵌入式系統(tǒng)不香嗎?
事實上,PLC就是一種嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品,但是與一般嵌入式系統(tǒng)不同的是什么呢?本期將通過拆解一個松下的PLC來尋找答案。如下圖所示,這是我花了幾百大洋在某魚上淘回來的,從型號來看,是松下FP-X系列 C60R規(guī)格,屬于繼電器輸出型PLC,輸入有32點,繼電器輸出28點,支持100~240V交流電供電。
拆解
拆解完如下圖所示,PLC的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)非常清晰,從左到右分別是主控板、IO口板以及電源板。
- 主控板
主控芯片為NEC的32位微控制器(UPD70F3107AG),旁邊則是賽普拉斯的SARM(CY62147EV30LL)以及SST的Flash,微控制器、運存、存儲這3者組成了最基本的嵌入式計算機系統(tǒng)。
功能上,4個黃色旋鈕電位器,生銹的USB通信接口采用芯科科技的USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動芯片(CP2102),這在很多MCU開發(fā)板上都有;旁邊是ADI的高速、雙通道RS232接口(ADM3202),對應(yīng)的是發(fā)霉的RS232接口,鬼知道這個PLC曾經(jīng)經(jīng)歷了什么,從這我們也可以看出為什么PLC對可靠性要求極高,它的工作環(huán)境實在惡劣了。
還有一些剩下的芯片都被德州儀器包場了:
德州儀器三態(tài)輸出的 8 位移位寄存器(SN74LV595A);
德州儀器三態(tài)輸出的 8 通道緩沖器(SN74LV541A);
德州儀器的16位施密特反相器(SN74LV14A);
德州儀器的差分收發(fā)器(SN65LBC176A);
德州儀器的TTL 兼容型 CMOS 輸入的 4 通道、2 輸入與門(SN74HCT08)。
- IO口板
IO口板主要是輸入輸出的電路,IO口板上面一排是輸入端子,下面這一排是輸出端子。在輸入端使用了光耦隔離,在背面一排,8個器件都是NEC的光耦(PS2805-4),因為使用光耦會影響到信號觸發(fā)時間,所以采用了TI的施密特觸發(fā)器進行整形和波形翻轉(zhuǎn),增加驅(qū)動能力。
在輸出端的話使用的是繼電器驅(qū)動,繼電器是松下自家的電磁繼電器產(chǎn)品(PA1a-24V APA3312),總共28個,對應(yīng)28點輸出。旁邊有兩顆用于電壓檢測、系統(tǒng)復位的IC(MITSUBISHI M51957B),剩下的是電源芯片,一顆羅姆半導體降壓轉(zhuǎn)換器(BD9701FP),一顆德州儀器的LDO(LMS8117AMP-3.3)。
看完主控制板和IO口板,最大的感受是,德州儀器的器件真多,從這里我們也能看出TI在這方面的優(yōu)勢。
- 電源板
剩下的是一個100~240VAC輸入,24輸出的電源模塊,就不繼續(xù)拆解了。
所以整個松下PLC的BOM如下:
廠商 | 型號 | 說明 |
德州儀器 | SN74LV595A | 具有三態(tài)輸出的 8 位移位寄存器 |
德州儀器 | SN74LV541A | 具有三態(tài)輸出的 8 通道、2V 至 5.5V 緩沖器 |
德州儀器 | SN65LBC176A | 差分收發(fā)器 |
德州儀器 | SN74LV14A | 16位施密特反相器 |
德州儀器 | SN74HCT08 | 具有 TTL 兼容型 CMOS 輸入的 4 通道、2 輸入與門 |
德州儀器 | SN74LV374 | 具有三態(tài)輸出的八路邊沿觸發(fā)式 D 型觸發(fā)器 |
德州儀器 | LMS8117AMP-3.3 | LDO |
德州儀器 | SN74LV138A | 3 線至 8 線解碼器/多路解復用器 |
德州儀器 | SN74LV125A | 具有三態(tài)輸出的 4 通道、2V 至 5.5V 緩沖器 |
德州儀器 | SN74LV08A | 4 通道、2 輸入、2V 至 5.5V 與門 |
SST | SST39VF040-70-4I | Flash |
賽普拉斯 | CY62147EV30LL | SRAM |
芯科科技 | CP2102 | USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動 |
ADI | ADM3202 | 高速、雙通道RS232接口 |
松下 | PA1a-24V APA3312 | 電磁繼電器 |
MITSUBISHI | M51957B | 電壓檢測/系統(tǒng)復位IC |
NEC | PS2805-4 | 光耦 |
NEC | UPD70F3107AG | 32位微控制器 |
羅姆 | BD9701FP | 降壓轉(zhuǎn)化器 |
小結(jié)
拆解完松下的這個PLC,同時我也對比了之前拆解的國產(chǎn)PLC(國產(chǎn)PLC拆解),你猜有什么不同?
事實上無論是硬件還是結(jié)構(gòu),出奇的相似。硬件上兩者基本都是國外半導體廠商的器件,結(jié)構(gòu)上都是3部分組成:主控板、IO口板、電源板。非要追究不同的話可能是軟實力方面,比如所用的軟件易用性。正如我一開始提到的,PLC也有自己的生態(tài),尤其是全球一些知名的PLC的廠家,比如西門子、三菱、松下等等,已經(jīng)做好了PLC硬件和軟件的功能,也優(yōu)化好了像EMC這些客戶頭痛的問題,并且PLC的編程語言相對簡單,甚至還有模塊化的編程語言,這樣提供給PLC工程師使用,降低了從0到1的難度。更何況,PLC配有多種開關(guān)量、模擬量等輸入輸出以及通信擴展模塊,方便靈活擴展適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境和應(yīng)用,這也是與一般定制化的嵌入式系統(tǒng)所不同,你get到了嗎?
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