PLC的硬件系统组成

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1、PLC 的硬件系统组成PLC 的构成框图和计算机是一样的，都由中央处理器（CPU） 、存贮器和输入/输出接口等构成。因此，从硬件结构来说，可编程控制器实际上就是计算机，图 1 是其硬件系统的简化框图。从图中可以看出 PLC 内部主要部件有:（1）CPU （Central Process Unit）CPU 是 PLC 的核心组成部分，与通用微机的 CPU 一样，它在 PLC 系统中的作用类似于人体的神经中枢，故称为“电脑” 。其功能是：a、按 PLC 中系统程序赋予的功能， 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。b、用扫描方式接收现场输入装置的状态式数据，并存入映象寄存器或数据寄存器中。c、诊

2、断电源、PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。d、在 PLC 进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令规定的任务，产生相应的信号，去启闭有关控制门电路。分时分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑式算术运算等任务。根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输出映象寄存器的位状态式数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表、打印式数据通讯等。PLC 常用的 CPU 主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。通用的微处理器常用的是 8 位机和 16 位机，如 Z80A、8085、8086、650

3、2、M6800、M6809、M68000 等。单片机常用的有 8039、8049、8031、8051 等。双极型位片式微处理器常用的有AMD2900、AMD2903 等。用通用微处理器作 CPU在低档 PLC 中，用 Z80A 做 CPU 较为普遍，Z80A 用于 PLC 有如下长处： Z80（或Z80A）CPU 及其配套的芯片廉价、普及、通用，用这套芯片制成的 PC，给维修及推广普及带来方便。Z80 有独立的输入/ 输出指令,而且指令格式较短， 执行时间也较短，这样有利于扫描周期的缩短。Z80 输入/ 输出指令格式较短，相应的输入/输出设备编码也较短，所以相应的译码硬件器较简单。由于 Z80

4、 的信息是采用输入/输出映射方式，因而设计流程序时，对输入/输出与存储器寻址容易区别。用单片机作 CPU自从 1974 年出现单片机以来， 已有不少产品采用单片机做可编程序控制器。日本三菱 F系列 PLC 就采用美国 INTEL 公司 MES48 系列的单片机 8049 和 8039 做处理器，8039 单片机在一块片子上集成了 8 位的 CPU，128 8 的数据存储器。 27 条输入/ 输出线，T0、T1、INT 测试线及 8 位定时器/计数器，时钟振荡电路等。自 80 年代以来，出现了集成度更高。功能更强，并带有“布尔机”而又便于作数据通信的MCS-51 系列单片机以及功能更高的 16

5、位单片机，大有取代 MCS48 系列之势。日本三菱的 F2 系列 PLC 即采用 CPU8031。MCS51 系列单片机是美国 INTEL 公司在 MCS48单片机基础上，于 80 年代初推出的产品，具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低价格等特点。它有三个代表产品：8051、8751 和 8031，它们分别有不同的应用特性。8051是以 4K 字节 EPR0M 代替 4K 字节的 R0M 的 8051； 8031 是内部无 R0M8051。必须外接EPR0M；INTEL 公司的 96 系列的单片机，字长为 16，运算速度比 51 系列更高，这必将为高档次的 PLC 开发和应用带来美好的远

6、景。用单片机制成的 PLC 有以下显著特点：为机电设备一体化创造了条件，因为由单片机制成 PLC，体积更小。同时 PLC 逻辑功能很强，并且具有数值运算和通信接口。用位片式微处理器作 CPU位片式微处理器的主要特点是：速度快、灵活性强、 效率高等特点。可以进行“级联” ，易于“流水线”操作。（2）系统程序存储器它用以存放系统工作程序（监控程序） 、模块化应用功能子程序、命令解释功能子程序的调用管理程序， 以及对应定义（ I/0、内部继电器、计时器、计数器、移位寄存器等存储系统）参数等功能。（3）用户存储器用以存放用户程序即存放通过编程器输入的用户程序。PLC 的用户存储器通常以字（16 位/字

7、）为单位来表示存储容量。同时，由于前面所说的系统程序直接关系到 PLC 的性能，不能由用户直接存取。因而通常 PLC 产品资料中所指的存储器型式或存储方式及容量，是对用户程序存储器而言。常用的用户存储方式及容量型式或存储方式有 CM0SRAM，EPR0M 和 EEPR0M。信息储存常用盒式磁带和磁盘。CM0SRAM 存储器是一种中高密度、低功能、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源。 一旦交流电源停电，用锂电池来维持供电，可保存 RAM 内停电前的数据。锂电池寿命一般为 15 年左右。EPR0M 存储器是一种常的只读存储器，定入时加高电平，擦除时用紫外线照射。PLC 通过写入器可将

8、RAM 区的用户程序固化到 R0M 盒中的 EPR0M 中去。在 PLC 机中插入R0M 盒，PLC 则执行 R0M 盒中用户程序；反之，不插上 R0M 盒，PLC 则执行 RAM 区用户程序。EEPR0M 存储器是一种可用电改写的只读存储器。（4）输入输出组件（I/0 模块）I/0模块是 CPU 与现场 I/0 装置或其它外部设备之间的连接部件。 PLC 提供了各种操作电平与驱动能力的 I/0 模块和各种用途的 I/0 组件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换数据、 误码较验、A/D 或 D/A 转换以及其它功能模块等。I/0 模块将外界输入信号变成 CPU 能接受的信号

9、，或将 CPU 的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象（包括开关量和模拟量） ，以确保整个系统正常工作。输入的开关量信号接在 IN 端和 0V 端之间，PLC 内部提供 24V 电源，输入信号通过光电隔离，通过 R/C 滤波进入 CPU 控制板，CPU 发出输出信号至输出端。PLC 输出有三种型式：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。（5）编程器编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视等。还可以通过其键盘去调用和显示 PLC 的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与 CPU 联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯以及编程、监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符式命令语言助记符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程。编程器分为简易型和智能型两类。前者只能连机编程，而后者既可连机编程又可脱机编程。同时前者输入梯形图的语言键符，后者可以直接输入梯形图。根据不同档次的 PLC 产品选配相应的编程器。（6）外部设备一般 PLC 都配有盒式录音机、打印机、EPR0M 写入器、 高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。（7）电源根据 PLC 的设计特点，它对电源并无特别要求，可使用一般工业电源。