第一节 PLC的基本组成,,硬 件软 件,PLC 的基本组成,PLC是适用于工业控制的专用计算机，与一般计算机系统基本相同，由硬件系统和软件系统组成 一、硬件 （一）PLC的组成框图,1、CPU： 由微处理器（ 8位或16位）、单片机（MCS-51，MCS-96）或位片式微处理器（AM2900，AM2901，AM2903）组成 小型PLC均采用单CPU系统，大、中型PLC常采用双CPU或多CPU系统 双CPU系统，是在CPU模板上装两个CPU芯片，一个为字处理器，另一个为位处理器PLC 的基本组成,1、CPU：,字处理器是主处理器，执行所有的编程器接口的功能，监视内部定时器（WDT）及扫描时间，完成字节指令的处理，并对系统总路线和微处理器进行控制 位处理器是从处理器，主要完成对位指令的处理，减轻主处理器的负担，提高位指令的处理速度，将面向控制过程的编程语言换成机器语言PLC 的基本组成,PLC 的基本组成,2、存储器：配有两种存储系统：用于存放系统程序的系统程序存储器和存放用户程序的用户程序存储器 系统程序相当于个人计算机的操作系统，能完成PLC设计者规定的工作；可由生产厂家设计并固化在ROM内，用户不能直接读取。
用户程序由用户设计，决定了PLC的输入信号与输出信号之间的关系一般以字（1个字由16位二进制数组成）单位小型用户程序存储器容量在1K字 （1K=1024=210）左右，大型PLC的用户程序存储器容量可达数百K字，数M字,常用几种存储器： （1）可进行读写操作的随机存储器（RAM） （2）只读存储器（ROM） （3）电可擦除只读存储器（EPROM） （4）电可擦除可编程序的只读存储器EEPROM（或E2PROM）,PLC 的基本组成,PLC 的基本组成,3 、编程器：用于用户程序的输入、编辑、调试和监视，可通过键盘去调用和显示PLC的一些内部继电器状态和系统参数； 编程器一般由PLC生产厂家提供，只能用于某一生产厂家的某些PLC产品，分：简易编程器和智能编程器3 、编程器,简易编程器：由简易键盘、发光二极管阵列或液晶显示器（LCD）组成体积小，价格便宜，可直接插在PLC编程器插座上，或用电缆与PLC相连 智能编程器：又称图形编程器，由微处理器、键盘、显示器及总线接口组成，可直接生成和编辑梯形图程序可分：LCD显示和CRT显示两种PLC 的基本组成,PLC 的基本组成,用PC作编程器：是以PC机为基础的编程系统。
由生产厂家向用户提供的个人计算机的PLC程序开发系统的编程软件，包括： 编程软件：最基本的软件，允许用户生成、编辑、存储和打印程序 文件编制软件：与程序生成软件一起，可对梯形图中触点和线圈加上文字注释，指示其在程序中的作用，能在梯形图中附加注释，解释程序功能，使程序易于阅读和理解数据采集和分析软件：个人计算机可从PLC控制系统中采集数据，并可用各种方法分析这些数据结果用条形统计图或扇形统计图的形式显示在CRT上；这种分析处理过程，几乎是实时的 实时操作员接口软件：对个人计算机提供实时操作的人机接口装置，使个人计算机作为系统的监控装置，通过CRT告诉操作员系统状况和可能发生的各种报警信息 仿真软件：可对现有系统有效地检测、分析和调试，允许系统设计者建立实际系统之前，反复对系统仿真，发现问题，及时修改，可缩短系统设计、安装和调试的周期PLC 的基本组成,PLC 的基本组成,4、电源： PLC的外部工作电源一般为单相85~260 V 50/60HZ AC电源，也有采用24~26V DC 电源的使用单相交流电源的PLC，还能同时提供24V直流电源，供直流输入使用 PLC对其外部工作电源的稳定度要求不高，一般允许± 15%左右。
4、电源： PLC输出端子上接的负载所需负载工作电源，须由用户提供 PLC的内部电源系统有三类（1）供PLC中的TTL芯片和集成运放用的基本电源（ ± 5V和± 15V）；（2）供输出接口使用的高压大电流的功率电源；（3）锂电池及其充电电源 不同类电源具有不同地线（考虑到系统可靠性及光电隔离）PLC 的基本组成,PLC 的基本组成,5、I/O模块及接口： 分为：开关量I/O模块及接口， 模拟量I/O模块及接口；智能I/O接口；扩展接口，通信接口 （1）开关量I/O模块： 仅有接通和断开两种状态，电压等级：DC 5V，12V，24V，48V和AC110V，220V；电压允许范围很宽 各I/O点的通/断状态用发光二极管或其他元件显示在面板上 开关量模块每块可能有4，8，16，32，64点5、I/O模块及接口： 模块的外部接线方式：汇点式，分组式和分隔式三种 ◇汇点式：各I/O电路有一个公共点，各输入点或各输出点共用一个电源 ◇分组式：I/O点分成若干组，每组的I/O电路有一个公共点，共用一个电源，各组之间是分隔开的，可分别使用不同的电源 ◇分隔式：各I/O点之间相互隔离，每一个I/O点都可以使用单独的电源。
PLC 的基本组成,输入模块： ◇输入电路分：直流输入方式图1-2(a) 、交流输入方式图1-2(b)和交直流输入方式三种类型外部输入元件可以是无源触点或有源传感器 ◇输入电路包括光电隔离和RC滤波，用于消除输入触点抖动和外部噪声 ◇LED为相应输入端在面板上指示灯，用于表示外部输入的ON/OFF状态，输入信号接通时，输入电流一般小于10mA ，响应滞后时间一般小于20ms；,PLC 的基本组成,输出模块： ◇输出电路有：继电器输出（M）、晶体管输出（T）、晶闸管输出（S）三种类型 ◇继电器输出电路：（1）利用继电器线圈和触点间的电气隔离，将内部电路与外部电路进行隔离，继电器同时起隔离和功率放大作用线圈电流仅有几十毫安，（2）CPU控制继电器线圈通电或失电，接点相应闭合或断开，每路只给用户提供一对常开触点，控制外部负载电路的通断3）适合于交流负载或直流负载的场合PLC 的基本组成,（4）与触点并联的RC串联电路和压敏电阻 用来消除触点断开时产生的电弧◇晶体管输出电路（1）通过晶体管截止或饱和控制外部负载电路， （2）采用光电耦合进行电气隔离， （3）电路延迟时间很小（＜1ms） （4）适合于直流负载的场合,PLC 的基本组成,◇晶闸管输出电路（1）是双向可控硅输出电路，用光电可控硅实现隔离，（2）并联在双向可控硅两端的RC吸收电路和压敏电阻，用来抑制可控硅的关断过电压和外部浪涌电压。
3）双向可控硅由关断变为导通延迟时间小于1ms，由导通变为关断延迟时间小于10ms4）适用于交流负载的场合PLC 的基本组成,（2）模拟量I/O模板： 小型PLC一般没有模拟量I/O模板，或只有通道数有限的8位A/D，D/A模板；大、中型PLC可配置成百上千的模拟量通道，A/D，D/A一般是10位或12位的 模拟输入或输出信号可以是：电压或电流；可以是单极性的：如0~5V，0~10V，1~5V，4~20 mA，也可是双极性的：如±50mV，±5V，±10V，±20mA 一个模拟量I/O接口模板的通道数，可能有2，4，8，16个有些模板既有输入通道，也有输出通道 光电隔离措施：隔离放大器，光电耦合器PLC 的基本组成,模拟量输入接口模板：把现场被测的模拟量信号转变为PLC可处理的数字量信号PLC 的基本组成,模拟量输出接口模板：将CPU模板送来的数字量转换成模拟量，用以驱动执行机构，实现对生产过程或装置的闭环控制PLC 的基本组成,（3）智能I/O接口： 有独立的微处理器和控制软件，可以独立地工作 常见有：位置闭环控制接口模块，快速PID调节器闭环控制接口模块，高速计数器接口模块 （4）扩展接口：有两个含义： 单纯的I/O扩展接口，用于扩展I/O点数，通过I/O扩展接口将主机与I/O扩展单元连接起来。
CPU模板的扩充，实现扩充CPU模板与原系统CPU模板，及扩充CPU模板间的相互控制和信息交换PLC 的基本组成,（5）通信接口： 专用于数据通信的一种智能模板，主要用于人机或机机对话 通过通信接口可与打印机、监视器相连，也可与其他的PLC或上位计算机相连，构成多机局部网络系统或多级分布式控制系统，或实现管理与控制结合的综合系统 通信接口有：串行接口和并行接口两种，在专用系统软件控制下，遵循国际上规范的通信协议来工作 用户根据不同的设备要求选择相应的通信方式并配置合适的通信接口PLC 的基本组成,PLC 的基本组成,6、PLC的外部设备： （1）人机接口装置：用于实现操作员与PLC控制系统的对话和相互作用 小型PLC：安装在控制台上的按钮、转换开关、拔码开关、指示灯、LED数字显示器和声光报警器等元件组成 大中型PLC：常用带有智能型的人机接口，可长期安装在操作台和控制柜面板上，可放在主控室里，用彩色或单色CRT显示器，有自已的微处理器和存储器，通过通信接口与PLC相连，接收和显示外部信息，与操作员交换信息6、PLC的外部设备： （2）外存储器：盒式磁带机的磁带或磁盘驱动器的磁盘，用于备份或离线编程。
（3）打印机：打印程序，实时事件硬记录，各种生产报表 （4）EPROM写入器：将用户程序写入到EPROM中PLC 的基本组成,二、软件像计算机一样，仅有硬件PLC是不能工作的PLC 的软件也分为监控程序和用户程序两大部分监控程序是由PLC厂家编制的，用于控制PLC本身的运行监控程序包含系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块和系统调用三大部分用户程序是PLC的使用者编制的，用于实现对具体生产过程的控制用户程序可以是梯形图、指令表、步进功能图、高级语言等二、软件 PLC的编程语言吸取了广大电气工程技术人员最为熟悉的继电器线路图的特点，形成了其特有的编程语言——梯形图自从PLC问世以来，使用最普遍的编程语言是梯形图和语句表尽管生产厂家不同，使用的编程语言也不完全相同，但梯形图的形式与编程方法大同小异1）梯形图编程 梯形图是在原电器控制系统中常用的继电器、接触器梯形图的基础上演变而来的图1-3所示为继电器梯形图和PLC梯形图图１－３两种梯形图,（a）电气控制电路图,（b） PLC梯形图,1）梯形图编程 从图可以看出两种梯形图的基本表示思想是一致的，但具体表达方法有所区别继电器线路采用硬件逻辑并行运行方式。
而PLC梯形图使用的是：“软”继电器，是由软件实现的PLC梯形图的编程语言有一定的格式： （1）每个梯形图网络由多个梯级组成，每个输出元素构成一个梯级，每个梯级可由多个支路组成，每个支路可容纳多个编程元素，最右边的必须是输出元素1）梯形图编程 （2）梯形图两侧的竖线类似电气控制图的电源线，称为母线，每一行从左到右，左侧安排输入接点，尽量把输入多的并联接点支路靠近左母线 （3）输入接点不论是按钮、行程开关还是继电器触点，在图形符号上只用常开和常闭，而不计其物理属性输出线圈用圆形或椭圆形表示2）语句表达式编程 语句表达又称语句表，是一种与汇编语言类似的助记符编程方式，一般由操作码和操作数构成，如：0 LD X1 3 OUT Y11 OR Y1 4 LD X22 ANI X3 5 OUT Y2,二、软件,3）步进功能图编程SFC 步进功能图是按控制系统的流程来表达的一种编程语言。
把一个生产过程按控制动作的先后顺序分成若干功能块，把这些功能块用箭头串联起来，并给出顺序步的步进条件，就可以得到控制系统的步进功能图这种编程语言多用于顺序控制系统梯形图、语句表达式、功能图是常见的编程方法，一般可以根据需要选一种、两种或三种这几种编程方法仅在表示形式上不同，实际上它们是可以互相转换的 4）高级语言 近年来推出的PLC特别是大中型PLC已开始使用高级语言来编程。