北京西门子全国供应商

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plc的组成

plc的种类很多，但结构大同小异，plc的硬件系统主要由中央处理器（cpu）、存储器、i/o（输入/输出）接口、电源、通信接口、扩展接口等单元部件组成，这些单元部件都是通过内部总线进行连接

plc的中央处理器与一般的计算机控制系统一样，由运算器和控制器构成，是整个系统的核心，类似于人类的大脑和神经中枢。它是plc的运算、控制中心，用来实现逻辑和算术运算，并对全机进行控制，按plc中系统程序赋予的功能，有条不紊地指挥plc进行工作，主要完成以下任务。

①控制从编程器、上位计算机和其它外部设备键入的用户程序数据的接收和存储。

②用扫描方式通过输入单元接收现场输入信号，并存入指定的映像寄存器或数据寄存器。

③诊断电源和plc内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。

④plc进入运行状态后，执行相应工作：a.从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号去启闭相关控制电路，通俗讲就是执行用户程序，产生相应的控制信号；b.进行数据处理，分时、分渠道执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务；c.根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出寄存器的内容，再由输入映像寄存器或数据寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印、数据通信等。

1.2.1.2　存储器

plc中存储器的功能

输入/输出单元（i/o单元）

输入/输出单元又称为输入/输出模块，它是plc与工业生产设备或工业过程连接的接口。现场的输入信号，如按钮开关、行程开关、限位开关以及各传感器输出的开关量或模拟量等，都要通过输入模块送到plc中。由于这些信号电平各式各样，而plc的cpu所处理的信息只能是标准电平，所以输入模块还需要将这些信号转换成cpu能够接受和处理的数字信号。输出模块的作用是接收cpu处理过的数字信号，并把它转换成现场的执行部件所能接收的控制信号，以驱动负载，如电磁阀、电动机、灯光显示等。

plc的输入/输出单元上通常都有接线端子，plc类型不同，其输入/输出单元的接线方式不同，通常分为汇点式、分组式和隔离式这三种接线方式。

输入/输出单元分别只有1个公共端com的称为汇点式，其输入或输出点共用一个电源；分组式是指将输入/输出端子分为若干组，每组的i/o电路有一个公共点并共用一个电源，组与组之间的电路隔开；隔离式是指具有公共端子的各组输入/输出点之间互相隔离，可各自使用独立的电源。

plc提供了各种操作电平和驱动能力的输入/输出模块供用户选择，如数字量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块。这些模块又分为直流与交流型、电压与电流型等。

（1）数字量输入模块

数字量输入模块又称为开关量输入模块，它是将工业现场的开关量信号转换为标准信号传送给cpu，并保证信息的正确和控制器不受其干扰。它一般是采用光电耦合电路与现场输入信号相连，这样可以防止使用环境中的强电干扰进入plc。光电耦合电路的核心是光电耦合器，其结构由发光二极管和光电三极管构成。现场输入信号的电源可由用户提供，直流输入信号的电源也可由plc自身提供。数字量输入模块根据使用电源的不同分为直流输入模块（直流12v或24v）和交流输入模块（交流100～120v或200～240v）两种。

①直流输入模块　当外部检测开关接点接入的是直流电压时，需使用直流输入模块对信号进行检测。下面以某一输入点的直流输入模块进行讲解。

直流输入模块的原理电路。外部检测开关s的一端接外部直流电源（直流12v或24v），s的另一端与plc的输入模块的一个信号输入端子相连，外部直流电源的另一端接plc输入模块的公共端com。虚线框内的是plc内部输入电路，r1为限流电阻；r2和c构成滤波电路，抑制输入信号中的高频干扰；led为发光二极管。当s闭合后，直流电源经r1、r2、c的分压、滤波后形成3v左右的稳定电压供给光电隔离vlc耦合器，led显示某一输入点有无信号输入。光电隔离vlc耦合器另一侧的光电三极管接通，此时a点为高电平，内部+5v电压经r3和滤波器形成适合cpu所需的标准信号送入内部电路中。

与普通微机系统的存储器的结构类似，它由系统程序存储器和用户程序存储器等部分构成。

（1）系统程序存储器

系统程序存储器是用eprom或e2prom来存储厂家编写的系统程序，系统程序是指控制和完成plc各种功能的程序，相当于单片机的监控程序或微机的操作系统，在很大程度上它决定该系列plc的性能与质量，用户无法更改或调用。系统程序有系统管理程序、用户程序编辑和指令解释程序、标准子程序和调用管理程序这三种类型。

①系统管理程序：由它决定系统的工作节拍，包括plc运行管理（各种操作的时间分配安排）、存储空间管理（生成用户数据区）和系统自诊断管理（如电源、系统出错，程序语法、句法检验等）。

②用户程序编辑和指令解释程序：编辑程序能将用户程序变为内码形式以便于程序的修改、调试。解释程序能将编程语言变为机器语言便于cpu操作运行。

③标准子程序和调用管理程序：为了提高运行速度，在程序执行中某些信息处理（i/o处理）或特殊运算等都是通过调用标准子程序来完成的。

）数字量输出模块

数字量输出模块又称为开关量输出模块，它是将plc内部信号转换成现场执行机构所能接收的各种开关信号。数字量输出模块按照使用电源（即用户电源）的不同，分为直流输出模块、交流输出模块和交直流输出模块三种。按照输出电路所使用的开关器件不同，又分为晶体管输出、晶闸管（即可控硅）输出和继电器输出，其中晶体管输出方式的模块只能带直流负载；晶闸管输出方式的模块只能带交流负载；继电器输出方式的模块既可带交流也可带直流的负载。

①直流输出模块（晶体管输出方式）　plc某i/o点直流输出模块电路，虚线框内表示plc的内部结构。它由vlc光电隔离耦合器件、led二极管显示、vt输出电路、v稳压管、fu熔断器等组成。当某端需输出时，cpu控制锁存器的对应位为1，通过内部电路控制vlc输出，晶体管vt导通输出，相应的负载接通，同时输出指示灯led亮，表示该输出端有输出。当某端不需要输出时，锁存器相应位为0，vlc光电隔离耦合器没有输出，vt晶体管截止，使负载失电，此时led指示灯熄灭，负载所需直流电源由用户提供。

②交流输出模块（晶闸管输出方式）　plc某i/o点交流输出模块电路，虚线框内表示plc的内部结构。图中双向晶闸管（光控晶闸管）为输出开关器件，由它和发光二极管组成的固态继电器t有良好的光电隔离作用；电阻r2和c构成了高频滤波电路，减少高频信号的干扰；浪涌吸收器起限幅作用，将晶闸管上的电压限制在600v以下；负载所需交流电源由用户提供。当某端需输出时，cpu控制锁存器的对应位为1，通过内部电路控制t导通，相应的负载接通，同时输出指示灯led亮，表示该输出端有输出。

③交直流输出模块（继电器输出方式）　plc某i/o点交直流输出模块电路，它的输出驱动是k继电器。k继电器既是输出开关，又是隔离器件；r2和c构成灭弧电路。当某端需输出时，cpu控制锁存器的对应位为1，通过内部电路控制k吸合，相应的负载接通，同时输出指示灯led亮，表示该输出端有输出。负载所需交直流电源由用户提供。

通过上述分析可知，为防止干扰和保证plc不受外界强电的侵袭，i/o单元都采用了电气隔离技术。晶体管只能用于直流输出模块，它具有动作频率高，响应速度快，驱动负载能力小的特点；晶闸管只能用于交流输出模块，它具有响应速度快，驱动负载能力不大的特点；继电器既能用于直流也能用于交流输出模块，它的驱动负载能力强，但动作频率和响应速度慢。