PLC基本组成

    PLC的基本组成可以归纳为4大部件：中央处理器单元(CPU)、存储器、输入输出部件（I/O部件）和电源部件。其中CPU是控制器的核心；存储器用于存放系统程序、用户程序及工作数据；I/O部件是连接现场设备与CPU之间的接口电路；电源部件为PLC内部电路提供电能。下面分别说明：    1．CPU    CPU主要包含运算器、控制器、寄存器，它是PLC的核心部分。PLC的CPU芯片其实就是微处理器或单片机。只是它是专用于PLC的，并且大部分是生产厂家为实现PLC产品最佳性能而自行研制开发的。也有的PLC产品用的CPU芯片就是通用的单片机，只是内部装有自行编写的监控程序，并靠该监控程序实现PLC功能。    CPU芯片的性能直接关系着PLC处理控制信号的能力和速度，CPU位数越多，运算速度越快，系统处理的信息量也就越大。随着CPU芯片技术的飞跃发展，PLC所用的CPU芯片也越来越高档。在一些对可靠性要求特别高的大型工业应用场合，采用双CPU结构，构成冗余系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍然可以正常运行。    2．存储器    存储器按照存储方式可以分为随机存储器( RAM)和只读存储器(ROM)。PLC内部所使用的存储器，按其用途一般可以分为系统程序存储器、用户程序存储器、内部数据存储器。    (1)系统程序存储器用来存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数等。这是PLC正常工作的基本保证。系统工作程序是由PLC生产厂家编制、安装并固化的。    注意：系统程序存储器直接关系到PLC的性能，不能由用户直接存取。出于这种可靠性方面的考虑，PLC的系统程序存储器都采用ROM、EPROM等用户不能进行修改的存储器。    (2)用户程序存储器是用来存放用户程序的。用户程序由用户编制，通过编程器输入。所谓“编程”就是编写PLC用户程序。用户通过编制用户程序，控制生产过程。    通常PLC产品资料中所指的存储器容量就是用户程序存储器。部分PLC用户程序存储器的存储容量是以“步”为单位进行计算。PLC中的一步，指的是PLC -条最基本逻辑运算指令所占用的存储器容量。不同的PLC，每步对应的实际存储器字节数是有所不同的。    用户程序一旦调试完成，除非设备的控制要求发生改变，才需要重新设计编写PLC程序，否则使用者一般不需要更改程序。    (3)内部数据存储器是用来存放PLC程序执行的中间状态与信息的。PLC程序的中间处理结果等信息均存储在内部数据存储器中。内部数据存储器的存储容量与PLC规模和指令系统有关。PLC的规模越大，指令系统越复杂，内部数据存储器的存储容量也就越大。    内部数据存储器的状态在PLC程序执行过程中发生动态改变，所以必须采用动态RAM进行存储，其内容在关机时自动清除。但由于设备连续工作或断电恢复的需要，部分内部数据存储器可以用电池保持。    3. I/O部件    I/O部件是CPU与现场仪表、执行机构和其他智能设备之间的连接部件。I/O部件包括输入模块和输出模块。    输入模块用来接收和采集输入信号，实现外部信号到PLC内部信号的转换。数字量输入模块用来接收从生产设备或控制现场的各种开关、继电器等数字量输入信号，通过输入接口电路，将开关量信号转换成PLC内部控制所需要的、CPU能够直接处理的TTL电平；模拟量输入模块用来接收电位器、变送器等提供的连续变化的模拟量电流、电压信号，通过A/D转换，变为PLC内部能处理的数字量。输入电路中一般设有RC滤波电路、稳压电路等，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。而且与内部计算机电路通过光耦元件隔离，如图1-1所示。
    图1-1    输入信号图    输出模块用来输出各种控制信号，实现PLC内部信号到外部信号的转换。数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、指示灯、数字显示器等输出设备；模拟量输出模块用来控制变频器、调节阀等执行装置。输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。输出电路还要进行功率放大，使其足以驱动一般工业控制器件。    总之，PLC通过输入模块可以检测被控对象或被控生产过程的各种参数，通过输出模块将处理结果传送给被控设备或工业生产过程，以实现控制。    I/O模块可与CPU放在一起，也可远程放置。通常，I/O模块上还具有状态显示，各I/O点的通断状态均用发光二极管显示。外部接线一般接在模块的接线端子排。    4．电源    PLC使用交流220V电源(AC220V)或直流24V电源(DC24V)。PLC内部电源主要是向其内部的TTL集成电路与运算放大器等部件提供工作电源，将外部输入转换为DC5V、DC±12V、DC±15V、DC24V等不同电压。部分PLC机型还可以向外部提供DC24V，供外部的开关信号、外部传感器使用。但PLC输出使用的电源，一般不可以由PLC提供（即使用DC24V），必须另外准备负载电源。    PLC基本结构框图如图1-2所示。
    图1-2    PLC基本结构框图    整体结构的PLC的4大部件装在同一机壳内，也称为箱体式PLC，它由主箱体和扩展箱体构成。其中，主箱体由CPU单元、内存单元、I/O单元、外设接口、电源、箱体间接口及其他附件等构成，扩展箱体由I/O单元、电源、箱体间接口及其他附件等构成。    模块式结构的PLC的各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接。每个模块又由不同单元组合而成。如CPU模块则由CPU单元、内存单元、接口单元等组合而成；输入／输出模块（I/O模块）则是由多个输入／输出电路、接线器及相应接口等组合而成。