由于PLC又常見又可靠，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中不可或缺，所以現(xiàn)在無論是IT還是OT的人對(duì)PLC都充滿好奇，為何它能這么“牛”，在很多場(chǎng)合都無可替代？

為了揭開PLC的神秘面紗，昌暉儀表特意拿施耐德電氣Modicon M262來做一個(gè)內(nèi)部拆解，看看這個(gè)代表先進(jìn)技術(shù)的PLC究竟有哪些特殊的設(shè)計(jì)，為何既能做到性能優(yōu)異又能做得超級(jí)穩(wěn)定可靠的？

先來說一下Modicon M262這個(gè)PLC
說到PLC，可能有人會(huì)問這是誰發(fā)明的。其實(shí)，PLC就是這個(gè)Modicon(莫迪康)公司在50多年前發(fā)明的，后來Modicon被施耐德電氣收購，成為施耐德電氣的PLC品牌。Modicon M262是施耐德電氣繼M580、M340、M241等大中小型PLC之后發(fā)布的一款集邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制于一體的PLC，不但性能優(yōu)異，而且還具有直接上云等物聯(lián)網(wǎng)的功能，可謂是當(dāng)前新一代PLC的代表之作。所以看看這樣的一個(gè)PLC的內(nèi)部設(shè)計(jì)也更能讓你對(duì)PLC有最新的認(rèn)識(shí)。
 
這就是這次要解剖的施耐德電氣最新PLC-Modicon M262，和iphone手機(jī)大小類似，兼具邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制功能，還具有直接上云等物聯(lián)網(wǎng)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的基本組成。通常PLC由CPU、電源、輸入電路、輸出電路、存儲(chǔ)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就像一臺(tái)小型的電腦，CPU負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，包括邏輯的運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算數(shù)運(yùn)算和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)，對(duì)編制的程序進(jìn)行編譯、執(zhí)行命令，把結(jié)果傳送到輸出端。PLC的內(nèi)存(存儲(chǔ)器)包括兩部分，一個(gè)是存放系統(tǒng)程序的ROM，這個(gè)只讀存儲(chǔ)器里的內(nèi)容PLC出廠前已將其固化，用戶不能更改，另一個(gè)是存放用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的可讀寫RAM存儲(chǔ)器。

然后還有輸入輸出單元以及I/O擴(kuò)展接口，這些是負(fù)責(zé)和外部設(shè)備連接的。最后還有一個(gè)電源模塊，將外部的輸入電源經(jīng)過處理后，轉(zhuǎn)化成PLC的CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源，例如24V。

下面，重點(diǎn)來了，PLC內(nèi)部究竟有哪些設(shè)計(jì)，使得它自誕生之日起就受到控制工程師的青睞呢？

相比其他控制設(shè)備，PLC最大的特點(diǎn)是即堅(jiān)固、簡單、可靠、耐用，所以PLC在處理器和內(nèi)存的選用、PCB板電路排布、電源單元和通信回路設(shè)計(jì)、以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面都要遵從這些特點(diǎn)。可以說，一個(gè)PLC是否能夠長期穩(wěn)定可靠的運(yùn)行就決定了其品質(zhì)的好壞。所以，我們主要來看PLC的可靠性方面是怎么設(shè)計(jì)的。

首先，我們把M262翻過來，可以看到底部有4個(gè)螺釘，不過是內(nèi)六角的，常見的一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(nèi)六角螺絲刀輕松擰開了4個(gè)螺釘。


不過，雖然4個(gè)螺釘都擰下來了，但M262的底蓋和上蓋之間仍然用一圈卡扣緊緊固定在一起。只能用一字螺絲刀一個(gè)個(gè)頂進(jìn)去然后用力掰開底蓋。


一圈的卡扣都一一松開后，就順利分開底蓋和上蓋了。


打開后蓋后，就可以看到M262的主板背面了，采用的綠色的PCB板，做工精良，顏色均勻，表面光滑、平整，沒有任何氣味。密密麻麻的焊點(diǎn)布置整齊，而且做過專門的固定處理，不像普通商業(yè)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(nèi)側(cè)附有一個(gè)不銹鋼薄板，其上有2個(gè)卡扣供軌道安裝時(shí)使用，這一整張不銹鋼板不僅可以防止灰塵等進(jìn)入PLC，而且可以很好的屏蔽EMI電磁干擾，這一點(diǎn)對(duì)PLC穩(wěn)定性來說十分重要，一會(huì)打開上蓋會(huì)看到同樣的設(shè)計(jì)。


打開底蓋后，就可以直接取下上蓋了。取下之后，可以看到PLC上面和兩個(gè)側(cè)面都同樣用一塊薄鋼板包著，這樣，除了用于散熱的兩個(gè)側(cè)面外，PLC的4個(gè)面都有屏蔽EMI設(shè)計(jì)了。


下面把M262上面的屏蔽鋼板拆下來，這塊鋼板是通過編碼器接口邊上的兩個(gè)外六角螺柱和中間兩側(cè)的兩個(gè)內(nèi)六角螺釘固定的，需要用外六角螺絲刀或者尖嘴鉗來擰開。擰開這4個(gè)螺釘后，就可以取下屏蔽罩，M262的廬山真面目就全暴露在我們的眼前了。


我們可以看到，整個(gè)M262設(shè)計(jì)的十分緊湊、規(guī)整。采用了模塊化結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置，共由一塊主板和4塊立式擴(kuò)展板組成，5塊板通過一個(gè)金屬框架固定，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，抗震動(dòng)沖擊性能很強(qiáng)。4塊擴(kuò)展板依次為網(wǎng)絡(luò)通信模塊、輸入和SD存儲(chǔ)卡模塊、電源模塊和輸入模塊。

我們可以直接從底部拔出M262的主板。主板上可以看到一個(gè)碩大的鋁制散熱片，下面是這個(gè)PLC的CPU，在PLC中當(dāng)然絕不會(huì)使用風(fēng)扇來散熱的。板子四周都有沉金，既能加強(qiáng)了板子的平整度，而且也保證了板子良好的接地。板子的厚度達(dá)到了2mm，剛度非常好，雙手使勁掰也沒有絲毫變形。


這是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(kuò)展接口，整個(gè)板子和主板一樣，設(shè)計(jì)的十分規(guī)整，做工考究。
 

這是電源模塊。支持24V直流供電，同時(shí)帶一個(gè)常開的看門狗信號(hào)。在這塊板上最明顯的是有2個(gè)大電容，而且用了多塊發(fā)泡膠進(jìn)行了抗震加固。這是用來做電源濾波的鋁電解電容，規(guī)格是35V、1500μf。


 
這是停止開關(guān)和SD卡、mini USB接口模塊。在這里最明顯的是有一個(gè)藍(lán)色的超級(jí)電容(supercapacitor)，這是在PLC突然斷電的時(shí)候給PLC繼續(xù)供電以保持?jǐn)?shù)據(jù)不會(huì)丟失和維持時(shí)鐘用的。以前往往是用電池來作為備用電源的，現(xiàn)在用超級(jí)電容更穩(wěn)健可靠。


 
這是通信網(wǎng)絡(luò)的電路板，共有3個(gè)以太網(wǎng)口，其中最右邊的同時(shí)支持Sercos實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制總線。在右小角還有一個(gè)黑色的PULSE公司HX5008千兆工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)濾波器，在其背面是一個(gè)千兆網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展口。
 

最后進(jìn)行一下總結(jié)
從這次施耐德電氣的Modicon M262內(nèi)部解剖來看，PLC作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域重要的控制設(shè)備，無論是內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路板材的做工，還是電子器件的選用都遵循了控制器穩(wěn)定性和可靠性作為第一重要的原則。再加上PLC可重復(fù)編程、免去人工重新布線或重新連接硬件的特性，使得PLC從誕生伊始就成為了離散控制的首選。

當(dāng)然，回到這次拆解的Modicon M262控制器本身，無論是做工還是CPU、存儲(chǔ)器等部件的選用都是十分高端和領(lǐng)先的，高性能處理器、大內(nèi)存、高帶寬通信網(wǎng)絡(luò)、低功耗，這都代表著當(dāng)前PLC的發(fā)展趨勢(shì)。

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