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PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

作為一種工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，PLC和普通計(jì)算機(jī)有著相似的結(jié)構(gòu)；但是由于使用場合、目的不同，在結(jié)構(gòu)上又有一些差別。

1.PLC的硬件組成

PLC硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。



在圖中，PLC的主機(jī)由CPU、存儲(chǔ)器（EPROM、RAM）、輸入/輸出單元、外設(shè)I/O接口、通信接口及電源組成。對(duì)于整體式PLC，這些部件都在同一個(gè)機(jī)殼內(nèi)。而對(duì)于模塊式PLC，各部件獨(dú)立封裝，稱為模塊，各模塊通過機(jī)架和電纜連接在一起。主機(jī)內(nèi)的各個(gè)部分均通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象的需要配備一定的外部設(shè)備，構(gòu)成不同的PLC控制系統(tǒng)。常用的外部設(shè)備有編程器、打印機(jī)、EPROM寫入器等。PLC可以配置通信模塊與上位機(jī)及其他的PLC進(jìn)行通信，構(gòu)成PLC的分布式控制系統(tǒng)。

下面分別介紹PLC的各組成部分及其作用，以便用戶進(jìn)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(xié)調(diào)工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制。CPU由微處理器和控制器組成，它可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)運(yùn)算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。

控制器的作用是控制整個(gè)微處理器的各個(gè)部件有條不紊的進(jìn)行工作，它的基本功能就是從內(nèi)存中讀取指令和執(zhí)行指令。

（2）存儲(chǔ)器

PLC配有兩種存儲(chǔ)器，即系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放系統(tǒng)管理程序，用戶不能訪問和修改這部分存儲(chǔ)器的內(nèi)容。用戶存儲(chǔ)器用來存放編制的應(yīng)用程序和工作數(shù)據(jù)狀態(tài)。存放工作數(shù)據(jù)狀態(tài)的用戶存儲(chǔ)器部分也稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，它包括輸入/輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)區(qū)及存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)。

PLC的存儲(chǔ)器主要包括以下幾種。

（1）只讀存儲(chǔ)器

（2）可編程只讀存儲(chǔ)器

（3）可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器

（4）電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器

（5）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器

（3）輸入/輸出（I/O）模塊

①開關(guān)量輸入模塊

開關(guān)量輸入設(shè)備是各種開關(guān)、按鈕、傳感器等，PLC的輸入類型通?？梢允侵绷?、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(nèi)部提供。

②開關(guān)量輸出模塊

輸出模塊的作用是將CPU執(zhí)行用戶程序所輸出的TTL電平的控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)現(xiàn)場所需的，能驅(qū)動(dòng)特定設(shè)備的信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。

（4）編程器

編程器是PLC重要的外部設(shè)備，利用編程器可將用戶程序送入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器，調(diào)試程序、監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。編程器從結(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī)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(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。外部連接的電源，通過PLC內(nèi)部配有的一個(gè)專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)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(guān)）提供24V直流電源（僅供輸入端點(diǎn)使用）。驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的電源由用戶提供。

（6）外設(shè)接口

外設(shè)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(shè)接口組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC使用PC/PPI電纜或者M(jìn)PI卡通過RS-485接口與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。

2.PLC的軟件組成

PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。

系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計(jì)編寫，并存入PLC的系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序及監(jiān)控程序等。

PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序，以實(shí)現(xiàn)控制目的。由于PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，PLC的主要編程語言采用比計(jì)算機(jī)語言相對(duì)簡單、易懂、形象的專用語言。

1.圖形式指令結(jié)構(gòu)

2.明確的變量常數(shù)

3.簡化的程序結(jié)構(gòu)

4.簡化應(yīng)用軟件生成過程

5.強(qiáng)化調(diào)試手段