可编程序控制器基本组成简介

PLC的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是采用以微处理器为核心的结构，其基本组成包括硬件系统和软件系统。

硬件系统主要包括PLC主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入/输出电路（I/O）、电源和外部设备等组成，PLC硬件系统结构如图5－3所示。

图5－3　PLC硬件系统结构

1.中央处理单元CPU

CPU是PLC核心组件。CPU一般由控制器、运算器和寄存器等组成，电路一般都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出电路相连接。PLC所使用的CPU多为8位字长的单片机。为增加控制功能和提高实时处理速度，16位或32位单片机也在高性能PLC设备中使用。不同型号PLC的CPU芯片是不同的，有的采用通用CPU，如8031、8051、8086、80826等；有的采用厂家自行设计的专用CPU（如西门子公司的S7－200系列PLC）等。CPU芯片的性能关系到PLC处理控制信号的能力与速度，CPU位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快。随着CPU芯片技术的不断发展，PLC所用的CPU芯片也越来越高档。FX2N可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。

与普通微型计算机一样，CPU按系统程序赋予的功能指令PLC有条不紊地进行工作，完成运算和控制任务。CPU的主要用途如下：

（1）接收从编程器（计算机）输入的用户程序和数据，送入存储器存储。

（2）用扫描工作方式接收输入设备的状态信号，并存入相应数据区（输入映像寄存器）。

（3）监测和诊断电源、PLC内部电路的工作状态和用户编程过程中的语法错误等。

（4）执行用户程序，从存储器逐条读取用户指令，完成各种数据的运算、传送和存储等功能。

（5）根据数据处理的结果，刷新有关标志位的状态和输出映像寄存器表的内容，再经过输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。

2.存储器

存储器主要用来存放程序和数据，PLC的存储器可以分为系统程序存储器、用户程序存储器及工作数据存储器3种。

1）系统程序存储器(www.xing528.com)

系统程序存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能直接更改。它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏在很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括3部分：第一部分为系统管理程序，主要控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作；第二部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令；第三部分为标准程序模块与系统调用程序，包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等子程序。PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了PLC性能的强弱。

2）用户程序存储器

根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务，用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同，可以是RAM（用锂电池进行掉电保护）、EPROM或E2PROM，其内容可以由用户任意修改或增删。目前较为先进的PLC采用可随时读/写的快闪存储器作为用户程序存储器，快闪存储器不需要后备电池，掉电时数据也不会丢失。

3）工作数据存储器

工作数据存储器用来存储工作数据，即用户程序中使用的ON/OFF状态、数位数据等。在工作数据区中开辟有元件映像寄存器和数据表。其中，元件映像寄存器用来存储开关量、输出状态以及定时器、计数器、辅助继电器等内部器件的ON/OFF状态。数据表用来存放各种数据，存储用户程序执行时的变换参数值及A/D转换得到的数字量和数学运算的结果等。在PLC断电时能保持数据的存储器区称为数据保持区。用户程序存储器和用户存储器容量的大小关系到用户程序容量的大小和内部器件的多少，是反映PLC性能的重要指标之一。

3.I/O电路

I/O模块是PLC与工业控制现场各类信号连接的部分，在PLC被控对象间传递I/O信息。

实际生产过程中产生的输入信号多种多样，信号电平各不相同，而PLC只能对标准电平进行处理。通过输入模块，可以将来自被控制对象的信号转换成CPU能够接收和处理的标准电平信号。同样，外部执行元件所需的控制信号电平也有差别，也必须通过输出模块将CPU输出的标准电平信号转换成这些执行元件所能接收的控制信号。I/O接口电路还具有良好的抗干扰能力，因此接口电路一般都包含光电隔离电路和RC滤波电路，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。

4.电源

PLC配有开关式稳压电源模块。电源模块将交流电源转换成供PLC的CPU、存储器等内部电路工作所需要的直流电源，使PLC正常工作。PLC的电源部件有很好的稳压措施，因此对外部电源的稳定性要求不高，一般允许外部电源电压的额定值为＋10%～＋15%。有些PLC的电源部件还能向外提供直流24 V稳压电源，用于对外部传感器供电。为了防止在外部电源发生故障的情况下PLC内部程序和数据等重要信息丢失，PLC用锂电池做停电时的后备电源。

5.外围设备

1）编程器

编程器是可将用户程序输入到PLC的存储器。可以用编程器检查程序、修改程序；还可以利用编程器监视PLC的工作状态。编辑器通过接口与CPU联系，完成人机对话。

2）其他外部设备

PLC还可以配有生产厂家提供的其他外部设备，如存储器卡、EPROM写入器、盒式磁带机、打印机等。