PLC的基本组成及功能

    PLC种类繁多，本节以小型PLC为例介绍PLC的组成及各部分功能。PLC的基本组成如图1-5所示。
    图1-5    PLC的基本组成    1．中央处理器(CPU)    CPU是计算机的核心，因此它也是PLC的核心。它按照系统程序赋予的功能完成以下的主要任务。    (1)接收与存储用户由编程器键入的用户程序和数据。    (2)检查编程过程中的语法错误，诊断电源及PLC内部的工作故障。    (3)用扫描方式工作，接收来自现场的输入信号，并输入到输入映像寄存器和数    据存储器中。    (4)在进入运行方式后，从存储器中逐条读取并执行用户程序所规定的逻辑运    算、算术运算及数据处理等操作。    (5)根据运算结果，更新有关标志位的状态，刷新输出映像寄存器的内容，再经    输出部件实现输出控制、打印制表或数据通信等功能。    在模板式PLC中，CPU是一个专用模板，一般PLC的CPU模板上还有存放系统程序的ROM和存放用户程序或少量数据的RAM，以及译码电路、通信接口和编程器接口等。    在整体式PLC中，CPU是一块集成电路芯片，通常是通用的8位或16位的微处理器，如280、280A、8085、6800等，其好处是这些微处理器及其配套的芯片通用、价廉，有独立的I/O指令，且指令格式短，有利于译码及缩短扫描周期。    2．存储器    存储器是具有记忆功能的半导体集成电路，用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他信息。系统程序是控制和完成PLC多种功能的程序，由生产厂家编写。用户程序是根据生产过程和工艺要求设计的控制程序，由用户编写。    PLC中常用的存储器有只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)和EPROM。    (1)只读存储器(ROM)    只读存储器一般存放系统程序。因为系统程序具有开机自检、工作方式选择、键盘输入处理、信息传递和对用户程序的翻译解释等功能，关系到PLC的性能，所以由制造厂家用微机的机器语言编写并在出厂时己固化在ROM或EPROM（可擦除可编程ROM）芯片中，用户不能直接存取。    (2)随机存储器(RAM)    随机存储器又称可读可写存储器。读出时，RAM中的内容保持不变。写入时，新写入的信息覆盖了原来的内容。因此RAM用来存放既可读出又需经常修改的内容。PLC中的RAM -般存放用户程序、逻辑变量和其他一些信息。用户程序是在编程方式下，用户从键盘上输入并经过系统程序编译处理后放在RAM中的。RAM中的内容在掉电后要消失，所以PLC为RAM提供了备用锂电池，若经常带负载可维持3～5年。如果调试通过的用户程序要长期使用，可用专用EPROM写入器把程序固化在EPROM芯片中，再把该芯片插在PLC的EPROM专用插座中。    3．输入，输出单元（I/O单元）    实际生产过程中的信号电平是多种多样的，外部执行机构所需的电平也是千差万别的，而PLC的CPU所处理的信号只能是标准电平，正是通过输入／输出单元实现了这些信号电平的转换。I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入／输出信号的接口部件。    (1)输入接口单元    输入接口单元是PLC接收控制现场的信息的输入通道。输入接口由光电耦合、输入电路和微处理器输入接口电路组成。光电耦合输入电路隔离输入信号，防止现场的强电干扰进入微机，对交流输入信号还可采用变压器或继电器隔离。有许多PLC还加有滤波环节来增强抗干扰性能。    多种PLC的输入接口单元大都相同，通常有两种类型。一种是直流输入电路，包括光电耦合输入和传感器耦合输入两种，如图1-6所示。另一种是交流输入电路，如图1-7所示。
    图1-6    直流输入电路
    图1-7    交流输入电路    (2)输出接口单元    输出接口单元接收主机的输出信息，并进行功率放大和隔离，然后通过输出接线端子向现场输出相应的控制信号。输出接口电路一般由输出接口和隔离电路、功率放大电路组成。PLC的输出接口单元有三种形式，即继电器输出、晶体管输出和晶闸管（双向可控硅）输出，如图1-8所示。
    图1-8    输出接口单元    4．接口单元    接口单元一般包括智能I/O接口、扩展接口和通信接口。    智能I/O接口是为了适应和满足更加复杂控制功能的需要而出现的。各种不同功能的智能I/O接口一般都有独立的微处理器和控制软件，可以独立工作以便减少CPU模块的压力。常见的有快速PID调节器的闭环控制接口模板，满足位置控制需要的位置闭环控制接口模板。用户可以根据控制系统的特殊要求，选择相应的智能I/O接口。    扩展接口有两个含义：一是单纯的I/O(数字量I/O或模拟量I/O)扩展接口，用于扩展输入／输出点数；二是指CPU模块的扩充，它是在原系统中只有一块CPU模块而无法满足系统工作要求时使用的。    通信接口是专用于数据通信的一种智能模板。PLC通过通信接口可与打印机、监视器相连，也可与其他PLC或上位机相连。通信接口有串行接口和并行接口两种。    5．电源单元    电源单元是将交流电压信号转换成CPU、存储器及I/O单元工作所需要的直流电源。由于PLC要用于工业现场的自动控制中，直接受工业干扰的影响，所以为了保证PLC内主机可靠工作，电源单元对供电电源采用了较多的滤波环节，还用集成电压调整器进行调整以适应交流电网的电压波动，对过电压和欠电压都有一定的保护作用。另外采用了较多的屏蔽措施来防止工业环境中的空间电磁干扰。常用的电源电路有串联稳压电路、开关式稳压电路和设有变压器的逆变式电路。    供电电源的电压等级常见的有交流(AC) 100V、200V，直流(DC) 100V、48V、24V等。    6．编程器    编程器是PLC最重要的外部设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器中，还可以用编程器检查和修改程序，以及监视PLC的工作状态。编程器一般分为简易型编程器和智能型编程器。小型PLC常用简易型编程器，大中型PLC多用智能型CRT编程器。除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。