国产PLC拆解——真国产还是仅仅披着国产PLC外衣的外国货？

PLC，也就是我们通常所说的可编程逻辑控制器，在工业自动化控制领域中的应用极为广泛。其组成部分主要包括了电源，处理控制单元，存储器，输入输出单元。

而市面上比较知名的 PLC 产品基本都是国外设计制造的，像西门子、施耐德、三菱、罗克韦尔、欧姆龙等，虽然说这些产品的质量比较可靠，但相对而言价格也比较贵，而且在如今都大谈国货当自强的今天，我们是否一定要靠国外的 PLC 产品呢？带着这样一种疑惑，本期硬核拆评将拆解一个国产的 PLC，一个在销量和口碑都比较好的产品，且在同类功能中产品的价格仅为国外 PLC 产品的一半——信捷的 XC3 系列 PLC。

外观

本次拆解的 XC3 系列 PLC 具体型号为 XC3-24R-E。

在拆解前我们先看下这个 PLC 的设计结构和功能。

• 红色：输入端子
• 绿色：输出端子
• 黄色：输入 / 输出 / 状态指示灯
• 灰色：BD 扩展接口
• 青色：模块扩展接口
• 黑色：RS232、RS485 通信接口

拆解

因为直接是采用卡扣结构固定，所以拆解非常方便，下面就是整个产品拆解完的全家福，除了电源板上有颗螺丝跟底壳固定，其余都不需要用到额外的工具。

信捷 XC3 PLC 在 PCB 设计上分为了 3 个板子，从左至右分别为电源板、IO 口板以及主控板。

电源板

先从电源板这边说起，首先这个产品是 220V 交流供电，而后需要输出一个 24V 的直流电压，所以整个电源板就是去做这部分工作。

因为留给电源板的空间非常大，所以相对来说设计难度不大，这种丰富的 PCB 空间也让整个电源非常简洁可靠，散热也有保障，板子为两层板，从电源结构来说也是非常的清晰，上图这条红色的线将电源的一次侧和二次侧电路区分开来。

一次侧电路首先通过保险丝，电容电感组成的滤波网络以及桥式整流网络将交流电变为直流电（这里可以看到 KPB2010<灰色>的桥式整流器），再通过板子上的安森美的电源开关器件（型号为 KA5H0380R<绿色>，内部集成 PWM 控制器）以及变压器实现降压输出；

二次侧电路的话包括了电源输出部分的整流电路、滤波电路以及反馈电路，不过在整流电路中没有使用更高效率的同步整流电路设计，大概猜测是本身输出电压比较高，同步整流的提升效果并不是太大，当然，也可能是因为兼顾考虑了整个电源模块的成本而做的一次妥协。至于反馈网络部分，分压电阻将输出端的分压电压送入精密稳压源 431 与参考电压比较，然后再通过光电耦合器转化成电流信号反馈到一次侧的这颗安森美的电源开关器件，这就构成整个电源板的一个“循环体系”，不断调节输出 24V 的稳压电源。

至于电源 PCB 板背面，则并无器件布局。

IO 接口板

IO 接口板主要是 PLC 的输入输出单元，在输入端使用的光耦隔离（采用了不同型号的光耦，其中一种型号为 6N137<红色>），通过板子上的 PCB 布线可以得知从光耦输出的信号通过 IO 接口板上的接口排插座（左侧）通向主控制板；

其次，这 IO 接口板上我们也可以发现此 PLC 是基于继电器的输出，这里的话采用的欧姆龙的继电器（型号为 G5NB-1A-E-DC24<绿色>），另外，输出要直接驱动继电器的话一般的单片机或者 IO 口没那么大的驱动能力，所以这里采用了意法半导体的复合晶体管驱动（型号 ULN2003<灰色>），这个也叫达林顿管，内部集成了 7 组 NPN 的三极管，每组三极管的驱动能力达 50V/500mA，所以可以直接用来驱动继电器。

除此之外，在 IO 接口板上的话还能发现一颗 TI 的 RS485 收发器（型号 DS3696A，<青色>），用于构建 PLC 的 RS485 通信电路。

在 IO 接口板的背面可以看到其电路的 PCB 设计，其中比较让人意外的是从电源板过来的接口我们发现有 3 路电源信号，大概能猜测出一路是本身接 IO 口板上的自然地，用于改善 EMI 效果，一路则是作为 PLC 输出端的 24V 的湿接电供电，而另一路 24V 不难猜猜将用于主控板的降压输出，用于给主控板上各式各样的芯片提供不同的电压供电。

主控制板

• 黑色：型号 DS1308Z，美信 RTC 时钟芯片
• 黄色：型号 ADM3232E，ADI RS232 收发器
• 灰色：型号 DS28E11，美信专用加密芯片 EPROM
• 红色：型号 R5F36506CDFA，瑞萨 M16C/60 (16-bit)MCU
• 橙色：型号 R1LP0108ESN，瑞萨 SRAM，1Mbit
• 紫色：型号 SST39SF020，Microchip NOR Flash，2Mbit
• 白色：型号 M4A5-128/64-10VNC，Lattice 可编程接口器件
• 青色：型号 74HC14，Nexperia 施密特触发器

最后再来看下主控制板，主控制板板的硬件电路设计相对复杂，不过我们结合主控制板正反面以及 IO 接口板就能很容易明白整个 XC3 PLC 的硬件电路布局和设计逻辑。

首先在主控制板正面的器件上基本上都刷上了三防漆，这可以提高产品的防尘防潮防湿等效果，提升产品可靠性跟稳定性，不过从我们已经拆解的情况来看就只有主控制板刷了，这就好比你虽然做了一件好事，却只做了一半没有继续，让人如鲠在喉。

主控制板的核心是瑞萨的 M16C/60 (16-bit)微控制器，具有非常优良的 EMI，存储器部分用到了瑞萨的 SRAM、Microchip 的 NOR FLASH 以及还有美信的专用加密芯片 EPROM，而 Lattice 的 IO 接口器件，主管输入输出单元，在上面的 IO 接口板上我们就提到输入端子通过光耦过来的信号想要直接数字 IO 口的话比较不妥，因为光耦隔离的话输出信号上升时间比较长，如果要接数字 I/O 口，如 FPGA 什么的最好要接施密特触发器进行整形或者波形翻转等操作，并且增加驱动能力，所以这边我们从主控板电路的布局可以看到，在接 IO 接口器件前先会通过施密特触发器（型号 74HC14，青色）。

另外也可以看到板子上的其它电路模块硬件设计，RS232 通信电路是通过 ADI RS232 收发器构建的，板子的 RTC 电路通过美信 RTC 时钟芯片设计，在 IO 接口输入输出电路中也包含了输入输出的 LED 电路设计，另外板子外扩的功能扩展模块是通过 Lattice 可编程接口器件进行扩展等等。

通过对 XC3 PLC 的拆解，我们也大概能推测其硬件电路设计框图大致如下：

整个 PLC 主要器件的 BOM 表如下：

小结

虽然笔者没有对这个产品的功能以及可靠性进一步测试，但是从使用过的工程师的评价反馈以及这个产品的销量来看，这是一个比较成功的产品。而从实际的拆解来看，产品的设计电路结构以及硬件电路设计逻辑都比较有代表性，主控板和 IO 板的做工设计比较扎实，而电源板的做工虽有点粗糙，但瑕不掩瑜，可以说是一个不错的产品。

同时，从实际的拆解中也发现，虽然作为一个国产的 PLC 产品，但是其内部采用的重要元器件基本都是国际比较知名的半导体商的器件，涵盖了像 Lattice、ADI、ST、欧姆龙、瑞萨、安森美、安世、Microchip、TI、美信等等，而国产器件基本寥寥无几，或者说可能用了一些不是太主要的国产阻容器件，在如今都大谈国产芯片自主自强的同时，我们也要认识到自己的不足，国产芯片崛起的道路依旧任重道远。