國產(chǎn)PLC拆解——真國產(chǎn)還是僅僅披著國產(chǎn)PLC外衣的外國貨？

PLC，也就是我們通常所說的可編程邏輯控制器，在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用極為廣泛。其組成部分主要包括了電源，處理控制單元，存儲(chǔ)器，輸入輸出單元。

而市面上比較知名的 PLC 產(chǎn)品基本都是國外設(shè)計(jì)制造的，像西門子、施耐德、三菱、羅克韋爾、歐姆龍等，雖然說這些產(chǎn)品的質(zhì)量比較可靠，但相對(duì)而言價(jià)格也比較貴，而且在如今都大談國貨當(dāng)自強(qiáng)的今天，我們是否一定要靠國外的 PLC 產(chǎn)品呢？帶著這樣一種疑惑，本期硬核拆評(píng)將拆解一個(gè)國產(chǎn)的 PLC，一個(gè)在銷量和口碑都比較好的產(chǎn)品，且在同類功能中產(chǎn)品的價(jià)格僅為國外 PLC 產(chǎn)品的一半——信捷的 XC3 系列 PLC。

外觀

本次拆解的 XC3 系列 PLC 具體型號(hào)為 XC3-24R-E。

在拆解前我們先看下這個(gè) PLC 的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和功能。

• 紅色：輸入端子
• 綠色：輸出端子
• 黃色：輸入 / 輸出 / 狀態(tài)指示燈
• 灰色：BD 擴(kuò)展接口
• 青色：模塊擴(kuò)展接口
• 黑色：RS232、RS485 通信接口

拆解

因?yàn)橹苯邮遣捎每劢Y(jié)構(gòu)固定，所以拆解非常方便，下面就是整個(gè)產(chǎn)品拆解完的全家福，除了電源板上有顆螺絲跟底殼固定，其余都不需要用到額外的工具。

信捷 XC3 PLC 在 PCB 設(shè)計(jì)上分為了 3 個(gè)板子，從左至右分別為電源板、IO 口板以及主控板。

電源板

先從電源板這邊說起，首先這個(gè)產(chǎn)品是 220V 交流供電，而后需要輸出一個(gè) 24V 的直流電壓，所以整個(gè)電源板就是去做這部分工作。

因?yàn)榱艚o電源板的空間非常大，所以相對(duì)來說設(shè)計(jì)難度不大，這種豐富的 PCB 空間也讓整個(gè)電源非常簡潔可靠，散熱也有保障，板子為兩層板，從電源結(jié)構(gòu)來說也是非常的清晰，上圖這條紅色的線將電源的一次側(cè)和二次側(cè)電路區(qū)分開來。

一次側(cè)電路首先通過保險(xiǎn)絲，電容電感組成的濾波網(wǎng)絡(luò)以及橋式整流網(wǎng)絡(luò)將交流電變?yōu)橹绷麟姡ㄟ@里可以看到 KPB2010<灰色>的橋式整流器），再通過板子上的安森美的電源開關(guān)器件（型號(hào)為 KA5H0380R<綠色>，內(nèi)部集成 PWM 控制器）以及變壓器實(shí)現(xiàn)降壓輸出；

二次側(cè)電路的話包括了電源輸出部分的整流電路、濾波電路以及反饋電路，不過在整流電路中沒有使用更高效率的同步整流電路設(shè)計(jì)，大概猜測(cè)是本身輸出電壓比較高，同步整流的提升效果并不是太大，當(dāng)然，也可能是因?yàn)榧骖櫩紤]了整個(gè)電源模塊的成本而做的一次妥協(xié)。至于反饋網(wǎng)絡(luò)部分，分壓電阻將輸出端的分壓電壓送入精密穩(wěn)壓源 431 與參考電壓比較，然后再通過光電耦合器轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)反饋到一次側(cè)的這顆安森美的電源開關(guān)器件，這就構(gòu)成整個(gè)電源板的一個(gè)“循環(huán)體系”，不斷調(diào)節(jié)輸出 24V 的穩(wěn)壓電源。

至于電源 PCB 板背面，則并無器件布局。

IO 接口板

IO 接口板主要是 PLC 的輸入輸出單元，在輸入端使用的光耦隔離（采用了不同型號(hào)的光耦，其中一種型號(hào)為 6N137<紅色>），通過板子上的 PCB 布線可以得知從光耦輸出的信號(hào)通過 IO 接口板上的接口排插座（左側(cè)）通向主控制板；

其次，這 IO 接口板上我們也可以發(fā)現(xiàn)此 PLC 是基于繼電器的輸出，這里的話采用的歐姆龍的繼電器（型號(hào)為 G5NB-1A-E-DC24<綠色>），另外，輸出要直接驅(qū)動(dòng)繼電器的話一般的單片機(jī)或者 IO 口沒那么大的驅(qū)動(dòng)能力，所以這里采用了意法半導(dǎo)體的復(fù)合晶體管驅(qū)動(dòng)（型號(hào) ULN2003<灰色>），這個(gè)也叫達(dá)林頓管，內(nèi)部集成了 7 組 NPN 的三極管，每組三極管的驅(qū)動(dòng)能力達(dá) 50V/500mA，所以可以直接用來驅(qū)動(dòng)繼電器。

除此之外，在 IO 接口板上的話還能發(fā)現(xiàn)一顆 TI 的 RS485 收發(fā)器（型號(hào) DS3696A，<青色>），用于構(gòu)建 PLC 的 RS485 通信電路。

在 IO 接口板的背面可以看到其電路的 PCB 設(shè)計(jì)，其中比較讓人意外的是從電源板過來的接口我們發(fā)現(xiàn)有 3 路電源信號(hào)，大概能猜測(cè)出一路是本身接 IO 口板上的自然地，用于改善 EMI 效果，一路則是作為 PLC 輸出端的 24V 的濕接電供電，而另一路 24V 不難猜猜將用于主控板的降壓輸出，用于給主控板上各式各樣的芯片提供不同的電壓供電。

主控制板

• 黑色：型號(hào) DS1308Z，美信 RTC 時(shí)鐘芯片
• 黃色：型號(hào) ADM3232E，ADI RS232 收發(fā)器
• 灰色：型號(hào) DS28E11，美信專用加密芯片 EPROM
• 紅色：型號(hào) R5F36506CDFA，瑞薩 M16C/60 (16-bit)MCU
• 橙色：型號(hào) R1LP0108ESN，瑞薩 SRAM，1Mbit
• 紫色：型號(hào) SST39SF020，Microchip NOR Flash，2Mbit
• 白色：型號(hào) M4A5-128/64-10VNC，Lattice 可編程接口器件
• 青色：型號(hào) 74HC14，Nexperia 施密特觸發(fā)器

最后再來看下主控制板，主控制板板的硬件電路設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，不過我們結(jié)合主控制板正反面以及 IO 接口板就能很容易明白整個(gè) XC3 PLC 的硬件電路布局和設(shè)計(jì)邏輯。

首先在主控制板正面的器件上基本上都刷上了三防漆，這可以提高產(chǎn)品的防塵防潮防濕等效果，提升產(chǎn)品可靠性跟穩(wěn)定性，不過從我們已經(jīng)拆解的情況來看就只有主控制板刷了，這就好比你雖然做了一件好事，卻只做了一半沒有繼續(xù)，讓人如鯁在喉。

主控制板的核心是瑞薩的 M16C/60 (16-bit)微控制器，具有非常優(yōu)良的 EMI，存儲(chǔ)器部分用到了瑞薩的 SRAM、Microchip 的 NOR FLASH 以及還有美信的專用加密芯片 EPROM，而 Lattice 的 IO 接口器件，主管輸入輸出單元，在上面的 IO 接口板上我們就提到輸入端子通過光耦過來的信號(hào)想要直接數(shù)字 IO 口的話比較不妥，因?yàn)楣怦罡綦x的話輸出信號(hào)上升時(shí)間比較長，如果要接數(shù)字 I/O 口，如 FPGA 什么的最好要接施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形或者波形翻轉(zhuǎn)等操作，并且增加驅(qū)動(dòng)能力，所以這邊我們從主控板電路的布局可以看到，在接 IO 接口器件前先會(huì)通過施密特觸發(fā)器（型號(hào) 74HC14，青色）。

另外也可以看到板子上的其它電路模塊硬件設(shè)計(jì)，RS232 通信電路是通過 ADI RS232 收發(fā)器構(gòu)建的，板子的 RTC 電路通過美信 RTC 時(shí)鐘芯片設(shè)計(jì)，在 IO 接口輸入輸出電路中也包含了輸入輸出的 LED 電路設(shè)計(jì)，另外板子外擴(kuò)的功能擴(kuò)展模塊是通過 Lattice 可編程接口器件進(jìn)行擴(kuò)展等等。

通過對(duì) XC3 PLC 的拆解，我們也大概能推測(cè)其硬件電路設(shè)計(jì)框圖大致如下：

整個(gè) PLC 主要器件的 BOM 表如下：

小結(jié)

雖然筆者沒有對(duì)這個(gè)產(chǎn)品的功能以及可靠性進(jìn)一步測(cè)試，但是從使用過的工程師的評(píng)價(jià)反饋以及這個(gè)產(chǎn)品的銷量來看，這是一個(gè)比較成功的產(chǎn)品。而從實(shí)際的拆解來看，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)以及硬件電路設(shè)計(jì)邏輯都比較有代表性，主控板和 IO 板的做工設(shè)計(jì)比較扎實(shí)，而電源板的做工雖有點(diǎn)粗糙，但瑕不掩瑜，可以說是一個(gè)不錯(cuò)的產(chǎn)品。

同時(shí)，從實(shí)際的拆解中也發(fā)現(xiàn)，雖然作為一個(gè)國產(chǎn)的 PLC 產(chǎn)品，但是其內(nèi)部采用的重要元器件基本都是國際比較知名的半導(dǎo)體商的器件，涵蓋了像 Lattice、ADI、ST、歐姆龍、瑞薩、安森美、安世、Microchip、TI、美信等等，而國產(chǎn)器件基本寥寥無幾，或者說可能用了一些不是太主要的國產(chǎn)阻容器件，在如今都大談國產(chǎn)芯片自主自強(qiáng)的同時(shí)，我們也要認(rèn)識(shí)到自己的不足，國產(chǎn)芯片崛起的道路依舊任重道遠(yuǎn)。