PLC的基本组成

   PLC系统由输入部分、运算控制部分和输出部分组成。

    输入部分将被控对象各种开关信息和操作台上的操作命令转换成PLC标准输入信号，然后送到运算控制部分。

    运算控制部分由PLC内部CPU按照用户程序的设定，完成对输入信息的处理，并可以实现算术、逻辑运算等多种操作功能。

    输出部分由PLC输出接口及外围被控负载构成。CPU的运算结果通过PLC的输出电路，提供给被控制负载。

   CPU是PLC系统的核心部分，该部分对输入信号进行运算处理，并对控制对象实施控制。其控制逻辑由PLC用户程序软件设置，通过修改用户程序，可以改变其控制逻辑关系，实现不同的控制功能。

    1.PLC主机

    PLC主机的硬件电路主要由CPU、存储器、基本I／O接口电路、外设接口、电源等五大部分组成，PLC典型硬件系统见图5-1。

 

图5-1  PLC主机硬件电路图

   (1)中央处理器(CPU)

   CPU是PLC的控制中枢，在系统监控程序的控制下工作，承担着将外部输入信号的状态写入输入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。CPU常用的微处理器有通用型微处理器、单片机和位片式计算机等。小型PLC的CPU多采用单片机或专用CPU。大型PLC的CPU多用位片式结构，具有高速数据处理能力。

   (2)存储器(Memory)

   PLC的存储器由只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)两大部分构成，ROM用以存放系统程序，中间运算数据存放在RAM中；用户程序也放在RAM中，掉电时，将其保存在可擦可编程只读存储器(EPROM)或由高能量锂电池支持的RAM中。

   (3)基本l/O接口电路

   1)PLC内部输入电路PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦合电路送至PLC内部电路。输入电路通常以光隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.1~15ms之间。根据输入电路电压类型及电路形式的不同，输入电路分为干接点式、直流输入式和交流输入式三大类，见图5-2。

 

    图5-2  PLC输入电路原理图

a)干接点式b）直流输入式c）交流输入式

   2) PLC内部输出电路PLC内部输出电路作用是将CPU运算的结果变换成一定形式的功率输出信号，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等）。根据不同的负载，输出电路分为继电器式、晶闸管式和晶体管式三大类，见图5—3。

 

  图5-3  PLC输出电路原理图

a)继电器式b）晶闸管式c）晶体管式

    在继电器式输出电路中，CPU可以根据程序执行的结果，使PLC内设继电器线圈通电，带动触点闭合，通过继电器闭合的触点，由外部电源驱动交、直流负载。优点是过载能力强，交、直流负载皆宜；但存在动作速度较慢，且为有触点系统，使用寿命有限等问题。

    双向晶闸管式和晶体管式输出电路分别具有驱动交、直流负载的能力。

    晶闸管输出电路在CPU通过光耦合电路的控制下，使双向晶闸管通或断，突现对交流负载的驱动；晶体管输出电路在CPU通过光耦合电路的控制下，使晶体管通或断，实现对直流负载的驱动。两种电路的优点是均为无触点开关电路，不能产生电弧现象，而且开关速度快；缺点是半导体器件的过载能力差。以上列举了六类输入和输出电路形式，原理图中只画出对应一个结点的电路原理图，各类PLC产品的输入、输出电路结构形式均有所不同，但光耦隔离及阻容滤波等抗干扰措施是相同的。

    根据输入、输出电路的结构形式不同，I/O接口还可分为开关量I/O和模拟量I/O两大类。其中模拟量I/O要经过A/D、D/A转换电路的处理，转换成计算机系统所能识别的数字信号。在整体式结构的PLC中，I/O接口电路的结构形式隐含在PLC的型号中，在模块式结构的PLC中，有开关量的交、直流I/O模块、模拟量I/O模块及各种智能I/O模块可供选择。

    注意：PLC输入、输出电路各种不同结构形式能够适应不同负载的要求。

   3)有公共端点通常将一组PLC输入、输出电路公共端在PLC内部连在一起，以减少PLC外部接线。比如PLC -般以3或4个输出接点为一组，在PLC内部连成一个输出公共端，公共端点之间是绝缘隔离的。分组后，不同组的负载，可以采用不同的驱动电源。

   (4)接口电路

   1) I/O扩展接口电路I/O扩展接口电路用于连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。

   2)外设通信接口电路通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS485接口和电缆与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能。

   (5)电源

   PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流／直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（直流SV）。当输入端子为非干接点结构时，为外部输入元件提供直流24 V电源（仅供输入端点使用）。

  2.软件系统

  PLC软件系统和硬件电路共同构成PLC系统的整体。PLC软件系统又可分为系统程序和用户程序两大类。系统程序的主要功能是时序管理、存储空间分配、系统自检和用户程序编译等。用户程序是用户根据控制要求，按系统程序允许的编程规则，用厂家提供的编程语言编写的程序。