PLC的组成结构

    PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用于数字控制的特殊计算机。它的硬件配置与一般微机装置类似，主要由中央处理单元( CPU)、输入单元、输出单元、编程器、电源和特殊输入／输出单元等组成，如图2.1所示。
    图2.1    PLC系统配置结构图    2.1.1 CPU模块    同一般的微处理机一样，中央处理单元是PLC的主要部分，是系统的运算和控制中心。它按照PLC系统程序赋予的功能，完成以F任务。    ·接收并存储用户程序和数据。    ·检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。    · 当PLC投入运行后，以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据。    ·读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算。    ·根据用户程序的执行结果，更新有关状态标志位的状态和输出状态寄存器的内容，实    现输出控制、制表打印或数据通信等功能。    小型PLC一般使用8位微处理器，而大、中型PLC -般采用16位或32位微处理器。一般中型PLC多为双处理器系统，即字处理器和位处理器，其中字处理器是主处理器，由它处理字节操作指令，控制系统总线、内部计数器、内部定时器，监视扫描时间，统一管理编程接口，同时协调位处理器及输入输出。位处理器也称从处理器，主要作用是处理位操作指令（布尔运算）和在机器操作系统的管理下实现编程语言向机器语言的转换。位处理器一般为各厂家设计制造的专用芯片，是加快控制器工作处理速度的关键所在。    2.1.2存储器    存储器主要用于存放系统程序和应用软件（用户程序及工作数据）。PLC系统所用存储器基本上由ROM（Read Only Memory，只读存储器）、EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory，可擦除的只读存储器)及RAM（Random Assess Memory，随机存储器）3种组成，存储能力的大小随机器的性能而变化。    根据存储内容的不同，PLC的存储器空间一般分为以下3个区域。    (1)系统程序存储区，用于存放PLC的系统程序。系统程序是由控制器的制造厂家在研制系统时确定的，它和机器的硬件组成（包括一些专用芯片的特性）有关，并在机器使用过程中是不变动的，因此系统程序在机器出厂时由制造厂用PROM存储器做成，用户不能访问、修改这一部分存储器的内容。    (2)用户程序存储区，用于存放用户应用程序。用户应用程序是随控制器的使用环境而定的，随着控制对象的不同而变动，但是这种变动并不是经常发生的，它由使用人员根据控制对象的要求编制而成，一般存放于EPROM存储器中，即存放在用紫外线可以擦除，用电可以改写，而改写完毕失电后可以保持所存信息的一种存储器内。    (3)系统RAM存储区，用于存放控制器在运行过程中经常发生变化和需要经常存取的一些数据。该存储区中存放的数据一般不需长久保持，因此这部分存储器都选用RAM，以适应随机存取的要求。与一般计算机系统不同，在PLC系统的系统RAM存储区中，除存储工作数据外，还开辟有输入／输出数据映象区以及定时器、计数器的设定值与当前值的数据存放区。    2.1.3底板及电源模块    对于分体式结构的PLC，一般都做成总线模板框架式结构。装有CPU模块的框架称为基本框架，其他为扩展框架，框架之间通过电缆连接。在一个框架中，CPU模块等模板插装在一块底板上。底板为总线式结构．内部装有总线控制器的印刷电路板，提供总线插槽和扩展底板接口。根据底板上插槽数目的不同，有3槽、8槽、18槽等不同的规格。    PLC配有开关式稳压电源，用来对PLC的内部电路供电。PLC通常使用交流220V或直流24V工作电源。它的电源模块为其他各模块提供DC SV、12V、24V等各种内部直流工作电源。许多PLC都可以为输入电路和外部的传感器提供直流24V的工作电源，但是驱动PLC负载的直流电源及交流电源一般由用户提供。    2.1.4 I/O模块及特殊I/O模块    I/O模块是PLC的CPU与现场用户设备进行联系的桥梁。PLC系统通过其I/O接口模板检测被控对象的各种参数，并以这些现场数据作为控制器对被控对象进行控制的信息。同时，控制器通过I/O模板将控制器的处理结果送给被控对象，以驱动各种执行机构实现控制。    由于被控对象状态参量和控制参量的多样性，及现场工作环境的不同，一般的PLC都提供了具有各种操作电平与输出驱动能力的I/O模块和各种用途的功能模块，以方便用户的选用。这些模板一般都插在模板框架中，框架后面有连接总线板，每块模板与CPU的相对插入位置，决定I/O的各点地址号，这些地址号是用户编程的重要参数。通常，这些模板的前面板上均有状态显示及接线端子。    从信号类型上看，PLC的I/O模块通常包括：开关量输入模块、模拟量输入模块、开关量输出模块和模拟量输出模块等类型，这些模板又有直流和交流、电压和电流类型之分，每个类型又有不同的参数等级，分别用于联系不同类型及大小的外部信号。    一般PLC均配置I/O电平转换及电气隔离，如下所示。    ·输入电平转换。将输入端的不同电压或电流信号转换成CPU所能接收的低电平    信号。    ·输出电平转换。将微处理器控制的低电平信号转换为控制设备所需要的电压或电流    信号。    · 电气隔离。指在CPU与I/O回路之间采用的防干扰措施，以隔离CPU与I,/O回路之间的联系，在强的外部干扰情况下防止PLC故障或误动作。    大型PLC中还有一类特殊I/O模板，如高速计数模板、PID控制模板、中断控制模板等，它们一般是为了提高PLC的实时控制功能和过程控制功能而专门设计的。这些模板本身就是一个独立的计算机系统，有自己的CPU、系统程序和存储器，它们通过系统总线与PLC的CPU相连接，并在CPU模板的协调管理下独立地进行工作。    2.1.5 通信接口模块    几乎所有的PLC都具备联网通信能力。在实际的控制系统中，由于控制对象的增加、控制功能的复杂，有可能由两台或多台PLC组成复杂的控制系统；在有些情况下，也需要由PLC和其他的计算机组成控制系统。    在上述情况下，PLC之间、PLC与其他计算机之间的数据交换就是整个系统中不可缺少的部分。为了方便用户使用，各公司都开发了自己的通信接口和数据通信模块，只需要少量的用户程序就可以实现系统间的通信。