知识链接 PLC的组成

PLC是计算机家族中的一员，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。传统的继电接触控制系统通常由输入设备、控制线路和输出设备三大部分组成，如图1-2所示。显然这是一种由许多“硬”的元器件连接起来组成的控制系统，PLC及其控制系统是从继电接触控制系统和计算机控制系统发展而来的，PLC的输入/输出部分与继电接触控制系统大致相同，PLC控制部分用微处理器和存储器取代了继电器控制线路，其控制作用是通过用户软件来实现的。PLC的基本结构如图1-3所示。PLC的基本组成部分包括微处理器（CPU）、存储器、I/O单元、电源单元和编程器等。

1.微处理器（CPU）

CPU一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。与一般计算机一样，CPU 是可编程控制器的核心，按系统程序赋予的功能指挥可编程控制器有条不紊地进行工作。

不同型号可编程控制器的CPU芯片是不同的，有的采用通用 CPU 芯片，如 8031、8051、8086、80826 等，也有采用厂家自行设计的专用 CPU 芯片（如西门子公司的 S7-200 系列可编程控制器均采用其自行研制的专用芯片），随着CPU芯片技术的不断发展，可编程控制器所用的CPU芯片也越来越高档。

CPU有以下主要功能：

（1）接收并存储用户程序和数据。

（2）诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误。

（3）接收输入信号，送入数据寄存器并保存。

（4）运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户程序的各种操作。

（5）将用户程序的执行结果送至输出端。

2.存储器

可编程控制器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等三种。

（1）系统程序存储器。系统程序存储器用来存放由可编程控制器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。系统程序质量的好坏，很大程度上决定了 PLC 的性能，其内容主要包括三部分：第一部分为系统管理程序，它主要控制可编程控制器的运行，使整个可编程控制器按部就班地工作；第二部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将可编程控制器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，它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、输出及特殊运算等的子程序，可编程控制器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可编程控制器性能的强弱。

（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针对具体控制任务，用规定的可编程控制器编程语言编写的各种用户程序。目前较先进的可编程控制器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、数值数据等。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，它存储用户程序执行时的某些可变参数值及 A/D 转换得到的数字量和数学运算的结果等。

3.输入/输出（I/O）单元

输入/输出接口是PLC 与外界连接的接口，是CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。图1-4所示为三菱FX2N型PLC外部I/O端口。

输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等开关量输入信号。另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等传递过来的模拟量输入信号。

输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等。

4.编程器

编程器有简易编程器和智能图形编程器两种，主要用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件。图1-5所示为三菱FX2N简易编程器。

5.电源

电源部件用来将外部供电电源转换成供PLC的CPU、存储器、I/O接口等电子电路工作所需要的直流电源，使PLC能正常工作。

PLC的电源部件有很好的稳压措施，因此对外部电源的要求不高。直流24V供电的机型，允许电压为16～32V；交流220V供电的机型，允许电压为85～264V，频率为47～53Hz。

一般情况下，PLC还为用户提供24V直流电源作为输入电源或负载电源。