揭密！各个品牌PLC的CPU内部使用的是什么芯片？

原创：PLC千千阙哥

「PLC快速入门 」

摘要：一般来说，PLC中最贵的部分是CPU模块，因为CPU模块是整个系统的控制中枢，相当于人的大脑和心脏。顾名思义，CPU模块是由CPU芯片和存储器、接口电路等一些外围器件组成的，那么，目前市场上，各个品牌的PLC CPU是采用哪些芯片呢？

1 PLC CPU模块的功能

CPU模块，是 PLC的核心，起着神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，控制整个系统工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。

PLC中的CPU模块实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对 CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能，能正确地使用它就够了。

CPU 模块的外部表现就是它工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块上有各种状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。

除了显示，CPU模块还有各种总线接口，用于连接 I/O模块或底板，如内存接口用于安装内存卡，通讯口用于进行通讯。

CPU模块上，还有许多设定开关，用以对 PLC 作设定，如设定PLC工作方式、内存区等。

2 各个品牌PLC CPU采用的芯片一览

我们知道，在本质上，PLC也是一种单片机，也要采用CPU芯片。市面上的PLC品牌和型号那么多，大家肯定很好奇，他们内部究竟是采用什么样的CPU芯片呢？本文就揭秘这个话题。

目前，对于CPU芯片，为了控制成本和后续升级维护方便，除了少数型号采用定制芯片外，大多数PLC品牌主要采用芯片厂家推出的通用芯片。

下面介绍各个品牌 PLC CPU芯片的使用情况

西门子 S7-300、S7-400系列的CPU芯片一直采用美国TI（德州仪器）生产的DSP；其中，414-3和414-4H主频为150MHz，417-4为200MHz。

西门子 S7-200系列小型PLC，是西门子从美国TI公司收购得来的产品，早期直接采用C51单片机，后来更新采用了TI公司的DSP，主频才24MHz，至今在中国市场仍大行其道。

美国GE公司 PAC RX3i 的CPU采用Intel的移动版Celeron（赛扬），处理器的主频为300Mhz；

美国GE公司 PAC RX7i 的CPU采用Intel的移动版Pentium3（奔腾3），处理器的主频为700Mhz；

施耐德 昆腾Quantum140 系列PLC采用Intel的移动版 Pentium MMX，主频为266Mhz；

美国罗克韦尔AB和霍尼韦尔HoneyWell的PLC，CPU都采用IBM制造的Power PC RISC芯片，主频才100MHz，虽然主频不高但性能依然很强劲。

和利时 DCS的CPU，采用Intel的486DX芯片，主频100Mhz；

GE-上海新华 DCS系统的CPU，采用Intel移动版Pentium2（奔腾2），主频400Mhz；

欧陆的T940X系列DCS，使用的是AMD的RISC芯片，主频133MHz；

中控的DCS ECS-100的CPU采用ARM芯片，主频才24MHz，但运算性能也足够用；

很多国产品牌PLC的CPU，都是采用意法半导体公司（ST）的STM32芯片，主频范围为36~72Mhz。

3 PLC CPU芯片性能不同，但实际使用差异并不明显

从以上一览表可以看出，各个品牌PLC采用的CPU芯片各种各样，主频更是从24Mhz~700Mhz，相差几十倍。

但在实际使用中，感觉他们彼此的差异并没有那么大，基本可以归类于同一个数量级。这是为什么呢？

原因就是相比于不同的硬件架构，不同的软件架构对性能有更大的影响。

在软件架构中，处于解释层的软件编译平台对性能影响占比最大。

而在分布式IO、DCS等大系统中，采用不同的网络架构对整体性能影响最大。

4 PLC芯片为什么不直接采用PC、手机芯片？

现在，PC、手机CPU芯片发展特别迅速，基本是一年一换代。

如高通推出的Qualcomm® 骁龙™ 660 处理器，采用14m八核架构，CPU频率2.2GHz，定位于中低端市场，目前已经被骁龙™ 710 处理器所替代。

如Intel公司的酷睿Core 四核处理器i5-8300H，采用4核8线程架构，主频2.3GHz，单核最大睿频4GHz，四核最大睿频3.9GHz，性能不知道比PLC使用的芯片高到哪里去了，而这还仅仅是一款快落伍的PC芯片。

既然PC和手机芯片性能这么强大，如果PLC采用这些CPU岂不是能上天？

现实情况是PLC的CPU芯片，最先进的也不过是Pentium3（奔腾3）这样的老古董。

存在即合理，这是因为除了成本以外，决定PLC或DCS使用PC、手机通用芯片最关键的问题是散热。

因为不管是寒冬还是酷暑，PLC都需要365天×24小时不间断稳定运行，而根据我们使用电脑、手机的经验，如果玩游戏或者打开大型软件，电脑和手机会发热、会变卡，甚至死机。

如果PLC直接使用电脑、手机CPU芯片，为了给CPU散热肯定要加个风扇，这样虽然散热没问题了，但风扇的寿命又是个问题。

另外风扇会增大PLC体积，导致安装不方便，同时风扇还要消耗电能，导致PLC电源规格也要增大，风扇还会导致PLC内部气流变化，把现场的很多腐蚀性的气体带进来，导致PLC内部器件提前老化.....等等问题。

总之，目前的PLC芯片虽然性能差一点，但完全能满足控制需求，而且相当稳定。

工业设备嘛，就该有工业设备的样子。

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模拟量在PLC里怎么应用？5分钟后就学会模拟量接线和编程！

在工业应用中，最普遍的两个元素就是数字量和模拟量，今天我们聊一聊模拟量的编程，

模拟量作为工业控制中必不可少的一个元素，由模拟量传感器发出信号，最终由控制单元接收，可以表示温度，压力，流量，液位等等！在PLC控制系统中，最常见的模拟量信号为4-20ma，以前的文章我们也提到过，4-20ma作为行业标准有着得天独厚的优势。

那么除了4-20ma外，我们还可以用-10V~ +10V或者0-20ma等等，这些信号由传感器发送出来，最终进入到PLC模拟量输入通道，那么你知道PLC怎么识别和控制吗？

我们用实例来说明一下，看完本文后你也可以使用PLC编程控制模拟量！

一、 S7-200 模拟量使用简介

S7-200系列产品可以采集标准的电压、电流模拟量信号和热电偶、热电阻温度传感器信号。普通的电压和电流信号经过A/D转换成为0~32000 或者-32000~32000 之间的整数。温度传感器信号被直接转换为摄氏度（或华氏度）温度值，省去了复杂的温度值换算。

S7-200系列可以提供的模拟量输出信号有-10V~ +10V之间的电压和0~20mA 的电流信号，能够满足大多数模拟量负载的需求。

S7-200系列的模拟量扩展模块选型灵活，用户可以根据实际需要选择使用CPU224XP集成的模拟量通道，或者使用4通道输入、8通道输入、2通道输出、4通道输出和输入输出混合模块。

224 XP在CPU上集成了两个模拟量输入端口和一个模拟量输出端口。

224 XP 的模拟量输入/输出通道的精度为 12位。 224 XP上的模拟量输入转换速度比模拟量扩展模块慢，因此要求高的场合请使用模拟量扩展模块。

分辨率 是A/D模拟量转换芯片的转换精度，即用多少位的数值来表示模拟量。S7-200模拟量模块的转换分辨率是12位，能够反映模拟量变化的最小单位是满量程的1/4096。

模拟量转换的精度 除了取决于A/D转换的分辨率，还受到转换芯片的外围电路的影响。在实际应用中，输入的模拟量信号会有波动、噪声和干扰，内部模拟电路也会产生噪声、漂移，这些都会对转换的最后精度造成影响。这些因素造成的误差要大于A/D芯片的转换误差。

二、CPU 224 XP本体集成的模拟量I/O接线图如下：

图中：

a:此处表示A+和B+都可以接±10V信号

b:电流型负载接在I和M端子之间

c:电压型负载接在V和M端子之间

S7-224 XP 的两路模拟量输入通道被出厂设置为电压信号(0－10V)输入。为了能够输入电流信号，必须在 A+ 与 M 端 (或 B+ 与 M 端) 之间并入一个500 欧姆的电阻。并必须确保外接电流源具有短路保护以防损坏。因为没有充分隔离，外接电阻也可成为干扰源。

为了得到尽量精确的测量结果，推荐使用公差尽可能小的电阻。当在500欧电阻两端施加最大 28.8V 的电压时，电阻消耗功率为1.66W。要选择功率大于1.66瓦的500欧电阻。

三、模拟量比例换算

S7-200 CPU内部用数值表示外部的模拟量信号，两者之间有一定的数学关系。这个关系就是模拟量/数值量的换算关系。例如，使用一个0 - 20mA的模拟量信号输入，在S7-200 CPU内部，0 - 20mA对应于数值范围0 - 32000；对于4 - 20mA的信号，对应的内部数值为6400 - 32000。

模拟量转换的目的不是在S7-200 CPU中得到一个0 - 32000之类的数值；对于编程和操作人员来说，得到具体的物理量数值（如压力值、流量值），或者对应物理量占量程的百分比数值更重要，这是换算的最终目标。

1、通用比例换算公式

模拟量的输入/输出都可以用下列的通用换算公式换算：

Ov = [(Osh - Osl)*(Iv - Isl)/(Ish - Isl)] + Osl

其中：

Ov:换算结果，Iv:换算对象，Osh:换算结果的高限，Osl:换算结果的低限，

Ish:换算对象的高限，Ish:换算对象的低限。

它们之间的关系可以图示如下：

2、实用指令库

为便于用户使用，用户可以将“自定义指令库”添加到自己的Micro/WIN编程软件中应用。下载并添加模拟量比例换算指令库如下图中的scale_E(V1.0),或scaling（V1.2）。

在这个指令库中，子程序Scale_I_to_R可用来进行模拟量输入到S7-200内部数据的转换；子程序Scale_R_I可用于内部数据到模拟量输出的转换。

四、模拟量编程实例

1、模拟电路图及接线如下图，24V电源采用S7-224 XP自带的电源。调节电位器可以得到0—9V的直流电压输出。

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