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PLC的基本結構和工作原理

作為一種工業控制的計算機，PLC和普通計算機有著相似的結構；但是由于使用場合、目的不同，在結構上又有一些差別。

1.PLC的硬件組成

PLC硬件系統的基本結構框圖如圖所示。



在圖中，PLC的主機由CPU、存儲器（EPROM、RAM）、輸入/輸出單元、外設I/O接口、通信接口及電源組成。對于整體式PLC，這些部件都在同一個機殼內。而對于模塊式PLC，各部件獨立封裝，稱為模塊，各模塊通過機架和電纜連接在一起。主機內的各個部分均通過電源總線、控制總線、地址總線和數據總線連接，根據實際控制對象的需要配備一定的外部設備，構成不同的PLC控制系統。常用的外部設備有編程器、打印機、EPROM寫入器等。PLC可以配置通信模塊與上位機及其他的PLC進行通信，構成PLC的分布式控制系統。

下面分別介紹PLC的各組成部分及其作用，以便用戶進一步了解PLC的控制原理和工作過程。

（1）CPU

CPU是PLC的控制中樞，PLC在CPU的控制下有條不紊地協調工作，從而實現對現場的各個設備進行控制。CPU由微處理器和控制器組成，它可以實現邏輯運算和數學運算，協調控制系統內部各部分的工作。

控制器的作用是控制整個微處理器的各個部件有條不紊的進行工作，它的基本功能就是從內存中讀取指令和執行指令。

（2）存儲器

PLC配有兩種存儲器，即系統存儲器和用戶存儲器。系統存儲器用來存放系統管理程序，用戶不能訪問和修改這部分存儲器的內容。用戶存儲器用來存放編制的應用程序和工作數據狀態。存放工作數據狀態的用戶存儲器部分也稱為數據存儲區，它包括輸入/輸出數據映像區、定時器/計數器預置數和當前值的數據區及存放中間結果的緩沖區。

PLC的存儲器主要包括以下幾種。

（1）只讀存儲器

（2）可編程只讀存儲器

（3）可擦除可編程只讀存儲器

（4）電可擦除可編程只讀存儲器

（5）隨機存取存儲器

（3）輸入/輸出（I/O）模塊

①開關量輸入模塊

開關量輸入設備是各種開關、按鈕、傳感器等，PLC的輸入類型通常可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內部提供。

②開關量輸出模塊

輸出模塊的作用是將CPU執行用戶程序所輸出的TTL電平的控制信號轉化為生產現場所需的，能驅動特定設備的信號，以驅動執行機構的動作。

（4）編程器

編程器是PLC重要的外部設備，利用編程器可將用戶程序送入PLC的用戶程序存儲器，調試程序、監控程序的執行過程。編程器從結構上可分為以下三種類型。

（1）簡易編程器

（2）圖形編程器

（3）通用計算機編程器

（5）電源

電源單元的作用是把外部電源（220V的交流電源）轉換成內部工作電壓。外部連接的電源，通過PLC內部配有的一個專用開關式穩壓電源，將交流/直流供電電源轉化為PLC內部電路需要的工作電源（直流5V、±12V、24V），并為外部輸入元件（如接近開關）提供24V直流電源（僅供輸入端點使用）。驅動PLC負載的電源由用戶提供。

（6）外設接口

外設接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能通過外設接口組成PLC的控制網絡。PLC使用PC/PPI電纜或者MPI卡通過RS-485接口與計算機連接，可以實現編程、監控、聯網等功能。

2.PLC的軟件組成

PLC的軟件由系統程序和用戶程序組成。

系統程序由PLC制造廠商設計編寫，并存入PLC的系統存儲器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統程序一般包括系統診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序及監控程序等。

PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據控制要求編制的程序。在PLC的應用中，重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序，以實現控制目的。由于PLC是專門為工業控制而開發的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術人員，為了滿足他們的傳統習慣和掌握能力，PLC的主要編程語言采用比計算機語言相對簡單、易懂、形象的專用語言。

1.圖形式指令結構

2.明確的變量常數

3.簡化的程序結構

4.簡化應用軟件生成過程

5.強化調試手段