一、  plc的系统结构

目前plc种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用作工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中 央处理单元cpu、存储器ram和rom、输入输出接口电路、电源、i／0扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。

 

如图1-1所示，plc控制系统由输入量—plc—输出量组成，外部的各种开关信号、模拟 信号、传感器检测的各种信号均作为plc的输入量，它们经plc外部输入端子输入到内部寄 存器中，经plc内部逻辑运算或其他各种运算，处理后送到输出端子，作为plc的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，plc的基本结构由控制部分、输入和输出部分组成。

二、plc各部分的作用

1.cpu（中央处理器  central processing  unit）

cpu是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术 运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功 能就是从内存中取指令和执行指令。可见cpu作为整个plc的核心起着总指挥的作用，是plc 的运算和控制中心。其主要功能如下：

1）诊断plc电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。

2）采集由现场输人装置送来的状态或数据，并送人plc的寄存器中。

3）按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。

4）将存于寄存器中的处理结果送至输出端。

5）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、条码判读器等) 的工作请求。

目前plc中所用的cpu多为单片机，其发展趋势是芯片的工作速度越来越快，位数越来 越多(由8位、 16位、32位至48位)，ram的容量越来越大，集成度越来越高，并采用多cpu系统来简化软件的设计和进一步提高其工作速度。

2．存储器

plc的存储器分为两大部分：一部分是系统程序存储器，用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。系统程

序根据plc功能的不同而不同。生产厂家在plc出厂前已将其固化在只读存储器rom或prom 中，用户不能更改，cpu只能从中读取而不能写入。

另一部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。其中的用户程序存储区主要存放用户已编制好或正在调试的应用程序。工作数据存储区则包括输入输出状态寄存 器区、定时器／计数器的设定值和经过值存储区、各种内部编程元件(内部辅助继电器、计 数器、定时器等)状态及特殊标志位存储区、存放暂存数据和中间运算结果的数据寄存器区等等。这类存储器一般由低功耗的cmos-ram构成，其中的存储内容可读出并更改。为了防

止ram中的程序和数据因电源停电而丢失，常用高效的锂电池作为后备电源，锂电池的寿命 一般为3～5年。

plc产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。

3.输入输出接口电路

plc通过输入输出(i／o)接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过plc的输入端子接受现场输入设备(如限位开关、手动开关、编码器、数字开关和温度开关等)的控制 信号，并将这些信号转换成cpu所能接受和处理的数字信号。图1-2是plc的输入接口电 路示意图。从图中可以看到，输入信号是通过光电耦合器件传送给内部电路的，通过这种 隔离措施可以防止现场干扰串入plc。

 

经cpu处理过的输出数字信号通过输出接口电路转换成现场需要的强电信号输出，以驱

动接触器、电磁阀、指示灯和电机等被控设备获得或失去工作所需的电压或电流。常用的输出接口电路如图1-3所示。plc的输出接口类型有三种：继电器输出型、晶闸管输出型和晶体管输出型，分别如图1-3（a）、(b)、(c)、(d)所示。

 

其中继电器输出型为有触点输出方式，可用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交

流负载回路，这种方式存在继电器触点的电气寿命和机械寿命问题；晶闸管输出型和晶体管输出型皆为无触点输出方式，开关动作快、寿命长，可用于接通或断开开关频率较高的负载回路，其中晶闸管输出型常用于带交流电源负载，晶体管输出型则用于带直流电源负载。

输入输出接口电路在整个plc控制系统中起着十分重要的作用。为提高plc的工作可靠 性，增强抗干扰能力，plc的输入输出接口电路均采用光电耦合电路，这可以有效地防止现 场的强电干扰，保证plc能在恶劣的工作环境下可靠地工作。

除上述一般的i／o接口之外，plc上还备有和各种外围设备配接的接口，均用插座引出 到外壳上，可配接编程器、计算机、打印机、盒式磁带机及各种智能单元、链接单元等，可 非常方便地用电缆进行连接。

4．电源

plc的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足plc的cpu、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。为避免或减小电源间干扰，输入输出接口电路的电源彼此相互独立。现在许多plc的直流电源采用直流开关稳压电源，这种电源稳压性能好、抗干扰能力强，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。

5．手持编程器

手持编程器是人与plc联系和对话的工具，是plc重要的外围设备。用户可以利用编程 器来输入、读出、检查、修改和调试用户程序，也可用它监视plc的工作状态、显示错误代 码或修改系统寄存器的设置参数等。手持编程器采用助记符语言编程，具有编辑、检索、修改程序、进行系统设置、内存监控等功能。它必须联机编程，可一机多用，对一台plc编程 完毕后，就可供另一台plc使用，具有使用方便、价格低廉的特点，缺点是不够直观。除采用手持编程器编程和监控外，还可通过plc的rs232c外设通讯口(或rs422口配以适配器) 与计算机联机，并利用plc生产厂家提供的专用工具软件（npst－gr、fpsoft、fpwin－gr）， 来对plc进行编程和监控。相比起来，利用计算机进行编程和监控往往比手持编程工具更加 直观和方便。

6．输入输出i／0扩展接口

若主机单元（带有cpu）的i／o点数不能满足输人输出设备点数需要时，可通过此接口 用扁平电缆线将i／o扩展单元（不带有cpu）与主机单元相连，以增加i／o点数。a／d、d

／a单元一般也通过该接口与主机单元相接。plc的最大扩展能力主要受cpu寻址能力和主机驱动能力的限制