可编程控制器的组成与工作原理简介

可编程逻辑控制器的组成结构基本相同，主要有CPU，电源，储存器和输入输出接口电路等组成。中央处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。图4-2为可编程逻辑控制器的基本结构。

图4-2　可编程逻辑控制器的基本结构

1.PLC的硬件组成

（1）中央处理器

同一般的微机一样，CPU使PLC的核心。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU按系统小恒徐父与的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。

归纳起来有以下主要任务：

诊断电源、PLC内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。

将现场采集的输入装置状态或数据，存入输入映像寄存器或数据寄存器中。

在运行状态时，执行用户程序存储器中存放的指令，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中。

将存放于数据寄存器中的数据处理结果和输出影响寄存器的内容送至输出电路，按照结果输出。

按照PLC中系统程序所赋予的功能接受并存储从编程器输入的用户程序和数据，响应各种外部设备，如编程器、打印机、上位计算机、图形监控系统和条码判读器等的工作请求。

（2）存储器

PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。系统存储器用于存放PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。

存储器分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。

ROM用于存放系统管理程序、监控程序、模块化应用程序以及对用户程序做编译处理的解释程序等。

PAM用于用户程序存储及工作数据存储区，它是可读可写存储器，用于存放用户已编制好或者正在调试的应用程序。

（3）输入/输出单元(www.xing528.com)

输入/输出单元又叫I/O单元或I/O模块，PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。PLC的输入输出采用光耦合隔离技术和滤波技术，起到保护内部电路的作用。

PLC的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路的延迟时间比较短，可以直接与接近开关，光电开关等电子输入装置连接；交流输入电路适用于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。

PLC的输出接口电路通常有3种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。

继电器输出接口可驱动交流或直流负载，但其响应时间长，动作频率低；而晶体管输出和双向晶闸管输出接口的响应速度快，动作频率高，但前者只能用于驱动直流负载，后者只能用于交流负载。

（4）电源

PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。

（5）扩展通信接口

PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要，最简单、最普遍的人/机接口装置由安装在控制台上的按钮、转换开关、拨码开关、指示灯、LED显示器、声光报警器等器件构成。通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。

2.PLC工作原理

PLC采用循环扫描工作方式，当PLC控制器投入运行后，其工作过程一般按照输入采样、用户程序执行、输出刷新三个步骤进行，其中PLC还会进行自诊断、通信扫描过程。比如：CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。其工作过程如图4-3所示。

图4-3　PLC工作过程

（1）在执行用户程序前，首先进行故障自诊断，若诊断正常则继续向下扫描，若发现异常则报错提示。

（2）PLC检查是否有通信设备进行通信请求，若有则进行相应处理，并把要显示的状态、数据、出错信息等发送给编程器进行显示。

（3）PLC的处理器以扫描的方式一次读入所有的输入状态和数据，并将他们存入送到输入映像寄存器。

（4）CPU将逐条执行用户指令程序，由上向下顺序进行扫描用户程序，再将正确的结果送到输出状态寄存器中。

（5）当所有的指令执行完毕时，集中把输出影响寄存器的状态通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。