<PLC原理及应用>_二、PLC的组成及工作原理

PLC的组成

PLC由三个基本部分组成：输入部分、逻辑处理部分、输出部分。基本结构示意图参见图2-1所示。

输入部分是指各类按钮、行程开关、传感器等接口电路，它收集并保存来自被控对象的各种开关量、模拟量信息和来自操作台的命令信息等。

逻辑处理部分用于处理输入部分取得的信息，按一定的逻辑关系进行运算，并把运算结果以某种形式输出。

输出部分是指驱动各种电磁线圈、交 / 直流接触器、信号指示灯等执行元件的接口电路，它向被控对象提供动作信息。

为了使用方便，PLC还常配套有编程器等外部设备，它们可以通过总线或标准接口与PLC连接，图2-2为一般PLC组成系统的原理框图。（由图2-2可看出，PLC的组成结构和计算机差不多，故PLC可看成用于工业控制的专用计算机）

PLC主要部件功能

CPU

CPU是PLC的核心部件之一， 它的主要功能有：

① 采集输入信号；       ②执行用户程序；     ③刷新系统输出；

④执行管理和诊断程序； ⑤与外界通信。

PLC常用的CPU芯片主要有：

通用微处理器

如INTEL（8080、8085、8086、8088，80386、80486、80586）、Zilog（Z80、Z8000）、Motorola（6800、6809、68000）等。通用微处理器芯片的通用性强、价格便宜、货源充足。

单片微处理器

如 INTEL（8031、8039、8049、8051、8089），单片微处理器又叫单片机，它将ROM、RAM、接口电路、时钟电路、串行口甚至A/D都集成在一个很小的芯片上，自成一个小的微处理机系统；另外，单片机有大量的位寻址单元和丰富的位操作指令，它为PLC在位处理方面提供了最佳的功能和速度，所以特别适用于PLC；此外，单片机集成度高、体积小、通用性强、价格低、可扩充性好、货源足。

位片式微处理器

如 AMD（2900、2901、2903、N8×300），位片式微处理器是独立于微型机的另一分支，因为它采用双极型工艺，所以比一般的MOS型微机处理器在速度上要快一个数量级。上述两种微处理器的字长、结构、指令系统是固定的，而位片机是具有CPU的一切必要附件(如寄存器、算术逻辑部件ALU等)，位片的宽度有2、4、8位几种，用几个位片机级联，可组成任意字长的微处理器。还可通过改变微程序存储器的内容来改变机器的指令系统(即指令系统对用户开放)；位片式结构可使用多个微处理器，将任务分成几个部分让其并行处理，即重叠操作，这样能更有效地发挥其快速的特点；其缺点是：集成度低，用的芯片较多，功耗也较大。

目前小型PLC一般采用8位CPU如：8080、8085、Z80、6800、MCS48、51系列，而大、中型PLC常采用位片式微处理器、16/32位通用微处理器。

存储器

存储器是保存系统程序、用户程序、中间运算结果的器件，据其在系统中的作用，可将它们分为下列4种：系统程序存储器、用户程序存储器、数据表存储器、高速暂存存储器。

系统程序存储器

系统程序存储器用来存放PLC的监控程序，可分为：系统管理程序、命令解释程序、故障检测、诊断程序、通信程序。系统程序由PLC厂家设计，并固化在ROM / PROM / EPROM存储器中，用户不必对它作细致的了解，更不能改变它。

用户程序存储器

用户程序存储器用来存放用户编制的控制程序。PLC术语中讲的存储器容量及型式就是指的用户程序存储器。常用的用户存储器型式有：EPROM、E2ROM、带掉电保护的RAM等。

EPROM作程序存储器的优点是：写入程序不会因停电而丢失，但其成本较高，主要体现在两个方面：

1） 调试时仍要用RAM作程序存储器，而且最好用带电容/电池后备的RAM，这样用户实质上是购了两套用户程序存储器。

2） 对许多PLC而言，往往还要另外配套购置专用的EPROM写入装置和擦除装置。

E2PROM是非易失性的且可电擦除的存储器，它兼有ROM的非易失性和RAM随机存取之优点，它的写入或擦除不需特殊装置，用它作用户程序存储器，在程序调试阶段，可用编程器直接修改程序，程序确定下来投入运行后。这是它的优越之处，不足的是，它的写入时间较长(约为ms 级)，但对手工输入或修改程序而言，这点是不成问题的。

一般而言，用户的控制程序必须经过多次的调试和修改才能确定下来，据此特点，在控制程序没确定以前，常先采用带掉电保护的RAM作用户程序存储器，待程序确定后，再由厂家提供的EPROM写入器将程序固化到EPROM中，并将该EPROM插入PLC中运行。EPROM插入PLC后，PLC则运行EPROM中的用户程序，若没EPROM插入，PLC则运行RAM区中的用户程序。许多用户用掉电保护的RAM作用户程序存储器，因为它比另两种价格便宜，一旦电源停电，靠后备电池/电容可以保存RAM中的程序数年 / 数十天，只要做到停电时间不超过这期限即可。这点对于一般的工矿企业而言是容易做到的。

例如：OMRON公司的C200H-MR431/831是全电池后备RAM存储器，C200H-MR431 / 831是电容后备RAM存储器，它们在25℃的坏境下，可以保存程序的时间分别是2~3年、20天。

数据表存储器  (I/O映像存储器)

数据表存储器用来存放开关量I/O状态表，定时器、计算器的预置值表，模拟量I/O数值等。

高速暂存储器

高速暂存储器主要存放运算的中间结果，统计数据、故障诊断的标志位等。其中，3、4两类存储器，常用RAM，这其中部分或全部有后备电源。

 I/O部分

PLC的I/O部分，因用户的需求不同有各种不同的组合方式，通常以模块的形式供应，一般可分为：

① 开关量I/O模块                                                ② 模拟量I/O模块                   

③ 数字量I/O模块（包括TTL电平I/0模块、拨码开关输入模块、

LED/LCD/CRT显示控制模块、打印机控制模块）  

④ 高速计数模块                                                   ⑤ 精确定时模块 

⑥ 快速响应模块                                                 ⑦ 中断控制模块 

⑧ PID模块                                                          ⑨ 位置控制模块

⑩ 轴向定位模块                                               ⑾ 通信模块。