PLC硬件系统：构成及工作原理

PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成。

可编程序控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构，其硬件系统如图1-1所示。编程装置将用户程序送入可编程序控制器，在可编程序控制器运行状态下，输入单元接收到外部元件发出的输入信号，可编程序控制器执行程序，并根据程序运行后的结果，由输出单元驱动外部设备。

1.CPU单元

CPU是可编程序控制器的控制中枢，相当于人的大脑。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作、将结果送到输出端并响应外部设备（如编程器、计算机、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。

图1-1 PLC的硬件系统

2.存储器

存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。

可编程序控制器的存储器由只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）和可电擦写的存储器（EEPROM）三大部分构成，主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。

只读存储器（ROM）用以存放系统程序，可编程序控制器在生产过程中将系统程序固化在ROM中，用户是不可改变的。用户程序和中间运算数据存放在随机存储器（RAM）中，RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。它存储的内容是易失的，掉电后内容丢失；当系统掉电时，用户程序可以保存在只读存储器（ROM）或由高能电池支持的RAM中。EEPROM兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，用来存放需要长期保存的重要数据。

3.输入/输出模块单元(www.xing528.com)

PLC内部输入电路的作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮或传感器等）提供的符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦合电路送至PLC内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.1～15ms之间。根据输入信号形式的不同，可分为模拟量I/O单元和数字量I/O单元两大类。根据输入单元形式的不同，可分为基本I/O单元和扩展I/O单元两大类。

4.I/O扩展接口

可编程序控制器利用I/O扩展接口使I/O扩展单元与PLC的基本单元实现连接，当基本I/O单元的输入或输出点数不够使用时，可以用I/O扩展单元来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。

5.外部设备接口

PLC的外部设备主要有编程设备、操作面板、文本显示器和打印机等。PLC通过编程电缆或使用通信卡与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能。

操作面板和文本显示器不仅是用于显示系统信息的显示器，还是操作控制单元，它们可以在执行程序的过程中修改某个量的数值，也可直接设置输入或输出量，以便立即启动或停止一台外部设备的运行。打印机可以把过程参数和运行结果以文字形式输出。

外部设备接口可以把上述外部设备与CPU连接，以完成相应的操作。

除上述的一些外部设备接口以外，PLC还设置了存储器接口和通信接口。存储器接口是为扩展存储区而设置的，用于扩展用户程序存储区和用户数据参数存储区，可以根据使用的需要扩展存储器。通信接口是为在微机与PLC、PLC与PLC之间建立通信网络而设立的接口。

6.电源

电源单元是PLC的电源供给部分。电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（DC 5V、±12V、24V），并为外部输入元件（如传感器）提供DC 24V电源（仅供输入端点使用），而驱动PLC负载的电源由用户提供。