PLC的基本结构

   PLC实质上是一种工业计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言，故PLC与计算机的组成十分相似，如图1-1所示。

 

图1-1 PLC的基本结构图

    由图1-1可以看出，PLC主要由中央处理单元(CPU)、存储器（ROM/RAM）、I/O单元(I/O单元)、编程器、电源等部件组成。

    1．中央处理单元(CPU)

    中央处理单元( CPU)是PLC的核心，其主要任务有：

    ①接收、存储由编程工具输入的用户程序和数据，并通过显示器显示出程序的内容和存储地址。

    ②检查、校验用户程序。对正在输入的用户程序进行检查，发现语法错误立即报警，并停止输入；在程序运行过程中若发现错误，则立即报警或停止程序的执行。

    ③执行用户程序。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算，并将运算结果送入I/O映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

    ④故障诊断。诊断电源、PLC内部电路的故障，根据故障或错误的类型，通过显示器显示出相应的信息，以提示用户及时排除故障或纠正错误。

    不同型号PLC的CPU芯片是不同的，有的采用通用CPU芯片，如8031、8051、8086、80826等，大部分采用厂家自行设计的专用CPU芯片，如西门子公司的S7-300/400 PLC均采用其自行研制的专用芯片，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，运算速度也就越快。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。    为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

    2．存储器

   PLC的存储器可以分为系统程序存储器、用户程序存储器及系统RAM存储区。

   (1)系统程序存储器

    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具有基本的智能功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序的质量，很大程度上决定了PLC的性能。

   (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存储器，存储内容可以由用户任意修改或增删。目前较先进的PLC采用可随时读写的快闪存储器(Flash)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)系统RAM存储区

    系统RAM存储区包括I/O映像区及各类软元件，如逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器，累加器等存储器。

   1) I/O映像区。由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元( RAM)以存放I/O的状态和数据，这些单元称做I/O映像区。一个开关量I/O占用存储单元中的一位( bit)，一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字节(16bit)。因此整个I/O映像区可看做两个组成部分：开关量I/O映像区和模拟量I/O映像区。

   2)系统软设备存储区。除了I/O映像区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软元件（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保护的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会丢失；后者当PLC断电时，数据被清除。

    ①逻辑线圈。与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程时使用，其作用类似于继电器控制线路中的中间继电器。另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。

    ②数据寄存器。与模拟量I／O -样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字节( 16bit)。另外，PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器，不同的特殊数据寄存器具有不同的功能。

    3.I/O单元

    I/O单元是PLC与工业现场连接的接口。

    输入单元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、数字拨码开关等发出的开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等发来的模拟量输入信号。

输出单元用来连接工业现场被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀、调速装置等。

    4．电源适配器

    电源适配器一方面可为CPU板、I/O板及扩展单元提供工作电源(DC5V)，另一方面可为外部输入元件提供DC24V电源。

   5. I/O扩展接口

   I/O扩展接口用于将扩展单元与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活。

    6．设备通信接口

   PLC配有多种通信接口，PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机、其他PLC或计算机相连。当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印；当与监视器 ( CRT)相连时，可将过程映像显示出来；当与其他PLC相连时，可以组成多机系统或连成网络，实现更大规模的控制；当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合系统。

    7．编程器

    编程器的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符（指令表）后，才能输入。一般由简易键盘和发光二极管或其他显示器件组成。智能型的编程器又称图形编程器，可以联机，也可以脱机编程，具有LCD或CRT图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。目前，大部分PLC可以利用微机作为编程器，这时微机应配有相应的编程软件包．若要直接与PLC通信，还要配置相应的通信电缆及通信卡。

  8．其他设备

  PLC还可配置EPROM写入器、存储器卡等其他外部设备。