PLC的组成和外观简介

PLC基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口（包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等）、外部设备编程器及电源模块组成，如图5-14所示。PLC内部各组成单元之间通过控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。

图5-14 PLC控制系统基本组成框图

在组建PLC控制系统时，需要给PLC的输入端子接有关的输入设备（如按钮、触点和行程开关等），给输出端子接有关的输出设备（如指示灯、电磁线圈和电磁阀等），另外，还需要将编好的程序通过通信接口输入PLC内部存储器，如果希望增强PLC的功能，可以将扩展单元通过扩展接口与PLC连接。

例如三菱FX1N系列PLC是三菱电机公司推出的功能强大的普及型PLC。它具有扩展输入/输出接口、模拟量控制和通信、链接功能等扩展性，是一款广泛应用于一般的顺序控制PLC。其外形如图5-15所示。

三菱FX2N系列PLC是最先进的系列，具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。其外形如图5-16所示。

1.中央处理器

中央处理器（CPU）由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU通过总线（数据总线、地址总线、控制总线）与存储器、输入/输出接口、编程器和电源相连接。CPU的性能对PLC工作速度和效率有较大的影响，CPU按照PLC系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。因此，大型PLC通常采用高性能的CPU；小型PLC的CPU采用8位或16位微处理器或单片机，如8031、M68000等；中型PLC的CPU采用16位或32位微处理器或单片机，如8086、96系列单片机等。

图5-15 三菱FX1N－40MR型PLC的外形

图5-16 三菱FX2N－32MR型PLC的外形

2.存储器

存储器的主要功能是存储系统程序、用户程序和数据等。

（1）系统程序存储器。PLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序由PLC制造厂商编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。

系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序工作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，传输到CPU内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。(https://www.xing528.com)

系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用ROM或EPROM。ROM是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，ROM具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。

EPROM为可擦除可编程只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容，EPROM还有E2PROM、闪速Flash存储器等。

（2）用户程序存储器。用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器（RAM）内，以方便用户修改与调试。

通过修改与调试后的程序称为用户执行程序，由于不需要再作修改与调试，所以用户执行程序就被固化到EPROM内长期使用。

（3）数据存储器。PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据（如输入/输出元件的状态数据，定时器、计数器的预置值和当前值等）和组态数据（如输入/输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等），这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不断变化，且不需要长期保存，所以采用RAM。

3.输入/输出接口

PLC的输入/输出接口包括输入接口、输出接口、通信接口和扩展接口等，是PLC与外围设备之间的连接器件。

PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于动作频率较高的小功率负载、晶闸管输出型用于动作频率较高的大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。

PLC通过输入接口检测输入设备的状态，并将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号，作为对输出设备控制的依据。输出接口将CPU送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。

输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号：一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。

输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）、指示灯、数字显示装置和报警装置等。输出接口电路一般由微处理器输出接口电路和功率放大电路组成，与输入接口电路类似，内部电路与输出接口电路之间采用光耦合器进行抗干扰电隔离。

如果主机单元的I/O数量不够用，可通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元（不带CPU）相接进行扩充。PLC还常配置连接各种外围设备的接口，可通过电缆实现串行通信、EPROM写入等功能。

4.电源

PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置。