【文章內容簡介】 ，其硬件結構基本上與微型計算機相同，中央處理單元(CPU)，如圖 21 所示。系統(tǒng)程序存儲器 電源輸入電路中央處理單元（CPU）編程器輸出電路系統(tǒng)程序存儲器圖 21 硬件結構 中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是 PLC 控制中樞。它將 PLC 系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器狀態(tài)，并能診斷用戶程序中語法錯誤。當 PLC 投入運行時，首先它以掃描方式接收現(xiàn)場各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術運算結果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內數(shù)據(jù)傳送到相應輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為進一步提高 PLC 可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 表決式系統(tǒng)。這樣，某個 CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 存儲器存放系統(tǒng)軟件存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC 常用存儲器類型（1）RAM （Random Assess Memory） 這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除只讀存儲器。斷電情況下，存儲器內所有內容保持不變。紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內容。（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除只讀存儲器。使用編程器就能很容易對其所存儲內容進行修改。PLC 存儲空間分配各種 PLCCPU 最大尋址空間各不相同，PLC 工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：（1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)（2）系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等）（3）用戶程序存儲區(qū)系統(tǒng)程序存儲區(qū)：系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化 EPROM 中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該 PLC 性能。系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)：系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計時器；計數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器。（4）I/O 映象區(qū)：PLC 投入運行后，輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應外設。它需要一定數(shù)量存儲單元(RAM)以存放 I/O 狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作 I/O 映象區(qū)。一個開關量I/O 占用存儲單元中一個位（bit） ，一個模擬量 I/O 占用存儲單元中一個字（16 個 bit） 。整個 I/O 映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關量 I/O 映象區(qū)；模擬量 I/O 映象區(qū)。（5）系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) ：除 I/O 映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)還包括PLC 內部各類軟設備（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持存儲區(qū)域和無失電保持存儲區(qū)域，前者PLC 斷電時，由內部鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失；后者當 PLC 斷電時，數(shù)據(jù)被清零。用戶程序存儲區(qū)：主要用來存放用戶的應用程序。所謂用戶程序是指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序。此程序由使用者通過編程器輸入到 PLC 機的 RAM 存貯器中，以便于用戶隨時修改。也可將用戶程序存放在 EEPROM 中。 輸入/輸出模塊輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口。現(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關，行程開關、限位開關以及傳感器輸出的開關量或模擬量（壓力、流量、溫度、電壓、電流）等，都要通過輸入模塊送到PLC。由于這些信號電平各式各樣，而可編程控制器 CPU 所處理的信息只能是標準電平，所以輸入模塊還需將這些信號轉換成 PLC 能夠接受和處理的數(shù)字信號。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接收的控制信號，以驅動如電磁閥、燈光顯示、電機等執(zhí)行機構?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊，其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級，主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊，部件上都設有接線端子排，為了濾除信號的噪聲和便于 PLC 內部對信號的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉換、信號鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有光電耦合電路，其目的是把 PLC 與外部電路隔離起來，以提高 PLC 的抗干擾能力。數(shù)字量輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉換，即 A/D 或 D/A 轉換。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機構，有一些信號是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與 PLC 的中央處理器連接。模擬量輸入模塊A/D 轉換后的二進制數(shù)字量，經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器與 PLC 的 I/0 總線掛接?，F(xiàn)在標準量程的模擬電壓主要是 0—5 伏和 0—10 伏兩種。另外還有：0—somV、0—5V、—5—+5V、—10—+10V，0—10mA 等。模擬量輸入模塊接收標準量程的模擬電壓或電流后，把它轉換成 8 位、10 位或 12 位的二進制數(shù)字信號，送給中央處理器進行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉換成標準量程的電壓或電流輸出信號，提供給執(zhí)行機構。 擴展模塊當一個 PLC 中心單元的 I/O 點數(shù)不夠用時，就要對系統(tǒng)進行擴展，擴展接口就是用于連接中心基本單元與擴展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應用和發(fā)展，使可編程控制器的功能更加強大和完善。智能 I/O 接口模塊種類很多，例如高速計數(shù)模塊、PLC 控制模塊、數(shù)字位基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計置譯碼模塊、閥門控制模塊、智能存貯?？煲约爸悄?I/O模塊等。 編程器它的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連，以將用戶程序和有關信息打印出來或存放。磁帶上的信息可以重新裝入PLC。目前編程器主要有以下三種類型：(也叫簡易編程器)；；—PC及其兼容機的編程器。便于攜帶的特點，一般只能用指令形式編程，通過按鍵輸入指令，通過數(shù)碼管或液晶顯示器加以顯示，這種編程器適合小型可編程控制器的編程要求。圖形編程器以液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT)作屏幕，用來顯示編程內容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息，還可在調試程序、檢查程序執(zhí)行時顯示各種信號狀態(tài)、出錯提示等。使用圖形編程器可以用多種編程語言編程，梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器還可與打印機、錄音機、繪圖儀等設備連接，有較強的監(jiān)控功能。但它的價格高，適用于中、大型可編程控制器的編程要求。用于IBM—PC及其兼容機的編程器是個人計算機加上適當?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?，也可直接編制成梯形圖，其監(jiān)控功能也很強。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種。編程工作方式是在PLC機處于停機狀態(tài)時可以進行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對已有的程序予以編輯和修改。監(jiān)控工作方式可以對運行中的控制器工作狀態(tài)進行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對某一線圈或觸點的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，也可以對成組器件的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對一些器件進行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對控制器中重新輸入程序的調試與試運行是非常有用和方便的。編程器的結構一般包括顯示部分與鍵盤部分。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯示內容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時候鍵盤中都備有一個選擇鍵，以便選擇其中一種方式工作?，F(xiàn)在產(chǎn)品越來越模塊化，可編程控制器也不例外，它的結構緊密、堅固，外形小巧，CPU本身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點數(shù)。不同廠家、不同型號的PLC的輸入／輸出點數(shù)也不同，有的大型機輸入／輸出點數(shù)可達16K，而很多小型機僅有10來點，而且CPU本身不帶模擬輸入與輸出，但CPU一般都帶有擴展接口。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點數(shù)不夠時，就需對系統(tǒng)做出必要的擴展，各個廠家也生產(chǎn)了專用于擴展用的各模板供用戶選用。擴展模板的外形一般也小巧、堅固，有易于接線的端子排，帶有擴展總線或通過總線連接器與CPU相連。主要有數(shù)字輸入／輸出模板，模擬輸入／輸出模板，熱電阻、熱電偶擴展模板，還有智能模板等許多具