【文章內容簡介】 PLC實質上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構和微機是基本一致的。如下圖所示：編程器中央處理單元（CPU）輸入電路輸出電路系統(tǒng)程序存儲區(qū)用戶程序存儲區(qū)電源PLC硬件的基本結構 可編程序控制器的基本結構可編程序控制器簡稱為PLC（Programmable Logic Controller）主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。（如下圖所示）可編程序控制器實際上是一種工業(yè)控制計算機，它的硬件結構與一般微機控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU（中央處理單元）、存儲器（RAM和EPROM）、輸入/輸出模塊（簡稱I/O模塊）、編程器和電源五大部分組成。(1) CPU模塊CPU模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微機處理器（CPU）和存儲器組成。CPU的作用類似于人類的大腦和心臟。它采用掃描方式工作，每一次掃描要完成以下工作：1） 輸入處理：將現(xiàn)場的開關量輸入信號和數據分別讀入輸入映像寄存器和數據寄存器。2） 程序執(zhí)行：逐條讀入和解釋用戶程序，產生相應的控制信號去控制有關的電路，完成數據的存取、傳送和處理工作，并根據運算結果更新各有關寄存器的內容。3） 輸出處理：將輸出映像寄存器的內容送給輸出模塊，去控制外部負載。(2) I/O模塊I/O模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。輸入信號有兩類：一類是從按鈕、選擇開關、數字開關、限位開關、接收開關、關電開關、壓力繼電器等來的開關量輸入信號；另一類是由電位器、熱電偶、測速發(fā)電機、各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號?？删幊绦蚩刂破魍ㄟ^輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調節(jié)閥、調速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負載是指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等。CPU模塊的工作電壓一般是5V，而可編程序控制器的輸入/輸出信號電壓一般較高，如直流24V和交流220V。從外部引入的尖蜂電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使可編程序控制器不能正常工作，所以CPU模塊不能直接與外部輸入/輸出裝置相連。I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與噪聲隔離的作用。(3) 編程器編程器除了用來輸入和編輯程序外，還可以用來監(jiān)視可編程序控制器運行時梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。編程器可以永久地連續(xù)在可編程序控制器上，將它取下來后可編程序控制器也可以運行。一般只在程序輸入、調試階段和檢修時使用，一臺編程器可供多臺可編程序控制器公用。 開關量I/O模塊開關量模塊的輸入輸出信號僅有接通和斷開兩種狀態(tài)。電壓等級有直流5V，12V，24V，48V和交流110V，220V等。輸入輸出電壓的允許范圍很寬，如某交流220V輸入模塊的允許低電壓為0~70V，高電壓為70~256V，頻率為47~63HZ。各I/O點的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管或其它元件顯示在面板上，外部I/O接線一般接在模塊的接線端子上，某些模塊使用可拆除的插座型端子板，在不拆去端子的外部連線的情況下，可以迅速地更換模。開關量I/O模塊可能4，8，16，32，64點。 a 直流輸入電路 輸入模塊 輸入電路中設有RC濾波電路，以防止由于輸入點抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤的輸入信號。濾波電路延遲時間的典型值為10~20ms（信號上升沿）和20~50ms（信號下降沿），輸入電流約為10mA。本節(jié)的輸入電路和輸出電路都只畫出了一路，COM是各路的公共點。圖中的輸入觸點直接接在公共點和輸入端（400是梯形圖中輸入繼電器的編號）之間，不需要外接電源。有的可編程序控制器還可以為接近開關、光電開關之類的傳感器提供24V電源。（） b 輸入電路，光電耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導通，信號經內部電路傳送給CPU模塊。 c是交流輸入電路。光電耦合器中有兩個反并聯(lián)的發(fā)光二極管，顯示用的兩個發(fā)光二極管也是反并聯(lián)的，因此這個電路可以接收外部的交流輸入電壓。 c 交流輸入電路 輸出模塊輸出模塊的功率放大元件有大功率晶體管和磁效應管（驅動直流負載）、雙向可控硅（驅動內交流負載）和小型繼電器，后者可以驅動交流負載或直流負載。~2A，負載電源由外部現(xiàn)場提供。輸出電流的額定值與負載的性質有關，但是只能驅動100VA/22V的電感性負載和100W的白熾燈。額定負載電流還與溫度有關，溫度升高時額定負載電流減小，有的可編程序控制器提供了有關曲線。輸出模塊內可能設置有熔斷器，并在模塊面板上用發(fā)光二極管顯示熔斷器的狀態(tài)。某些新式的模塊用非破壞性的電子保護電路代替熔斷器。 可編程序控制器的工作原理可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。這種計算機程序實現(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結構在功能上某些相似之處。 PLC的選型為了能夠更好的選型，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統(tǒng)。 輸入輸出（I/O）點數的估算I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統(tǒng)計的輸入輸出點數，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。 存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量I/O點數的10～15倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為內存的總字數（16位為一個字），另外再按此數的25%考慮余量。 控制功能的選擇該選擇包括控制功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。（一)控制功能 控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根據控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數器、帶速度補償的模擬單元、ASC碼轉換單元等。 (三)編程功能 PLC的編程有離線編程和在線編程兩種，設計時應根據應用要求合理選用。離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現(xiàn)場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把在線編制的程序或數據發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調試和操作方便，在大中型PLC中常采用。(四)診斷功能 PLC的診斷功能包括硬件和軟件的