可编程控制器的组成

图1plc控制系统示意图
（1）CPU模块
　　CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成，在可编程控制器系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输。存储器用来储存程序和数据。
（2）I/O模块
　　输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用接收和采集输入信号，输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字拔码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化 的模拟量输入/输出信号电压一般较高，如直流24V 和交流220V。从外部引入的尖锐电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使用权可编程控制器不能正常工作。在I/O模块中，用光电耦合器，光电可控硅、小型继电器等器件来隔离外部输入电路和负载，I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。
（3）编程器
　　编程器除了用来输入和编辑用户程序外，还可以用来监视可编程控制器运行中各种编程元件的工作状态 。
编程器可以永久地连接在可编程控制器上，将编程取下来后系统也可以运行。一般只在程序逻辑输入、调试和检修时使用编程器，一台编程器可供多台编程序控制器公用。
（4）电源
　　可编程控制器使用220V交流电源或24V直流电源。可编程控制器内部的直流稳压电源为各模块内的电路供电，某些可编程控制器可以输入电路和外部电子检测装置（如接近开关）提供24V真流电源，驱动现场执行机构的直流电源一般由用户提供。
2、可编程控制器的物理结构
　　根据硬件结构的不同，可以将可编程控制器分整体式、模块式和叠装式。
（1） 整体式可编程序控制器
　　整体式又叫做单元式或箱体式CUP模块、I/O模块和电源装在一个箱状机壳内，结构非常紧凑，它的体积小，价格低，小型可编程序控制器一般采用整体式结构。图2中示出三菱公司的F1系列整体式可编程序控制器，上面是编程器，后面的小开头是模拟调试用户程序用的。整体式可编程序控制器提供多种不同I/O点数的基本元和扩展单元供用户选用，基本单元内有CPU模块，I/O模块和电源，扩展单元内只有I/O模块和电源，基本单元之间用扁平电缆连接。各单元的输入点与输出点的比例一般是固定的，有的可编程序控制器有全输入型和全输出型的扩展单元。选择不同的基本单和扩展单元，可以满足用户的不同要求。
整体式可编程控制器一般配备有许多专用的特殊功能单元 ，如模拟量I/O单元、位置控制单元、数据输入输出单元等，使可编程控制器的功能得到扩展。

图2 整体式可编程控制器
（2）模块式可编程控制器

图3 模块式可编程控制器
　　大、中型可编程控制器和部分小型可编程控制器采用模块式结构。模块式可编程控制器用搭积木的方式组成系统，它由框架和模块组成（见图3）。模块插在模块插座上，后者焊在框架中的总线连接板上，可编程控制器厂家备有不同的槽数的框架供用户选用，如果一个框架容纳不下所选用的模块，可以增设一个或数个扩展框架，各框架之间用I/O扩展电缆相连。有的可编程控制器没有框架，各各种模块安装在基板上。用户可以选用不同档次的CPU模块，品种繁多的I/O模块和特殊功能模块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。
图3给出了T1公司模块式可编程控制形图和I/O模块的内部结构。
（3）叠装式可编程控制器
　　三菱公司的FX系列可编程控制器吸取了整体式和模块式可编程控制器的优点，它的基本单元 、扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，但是宽度不同，它们不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体，输入，输出点数的配置也相当灵活，有人将这种结构称为叠装式（见图2.4）。基本单元，扩展单元和扩展模块安装在DIN导轨（1）上，或用安装孔（2）安装，从DIN导轨上卸下来时，往下拉下子（8）用扩展电缆连接基本单元与扩展单单元扩展模块时，应打开连接插座的盖子（6）输入端子（3）和输出端子（9）上都有透明的端子美国）和（10），（5）为输入显示LED（7）为输出显示LED，基本单元上还有其他一些显示可编程控制器状态的LED（13）编程器插座在盖子（12）下面存储器盒连接器和锂电池在盖子（11）下面。

图4 叠装式可编程序控制器
3、CPU模块
1、CPU芯片
　　CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成，可编程控制器使用以下几类CPU芯片：
（1）通用微处理器，如Intel公司的8086、80186系列Pentium系统芯片；
（2）单片微处理器（单片机），如Intel公司的MC551/96系列单片机；
（3）位片式微处理器，如AMD2900系列位片式微处理器。
2、存储器
　　可编程控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器，系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使可编程控制器生产厂家设计固化在ROM内，用户不能直接读取，可编程控制器的用户程序由用户设计，它决定了可编程控制器的输入信号与输出信号之间的具体关系。用户程序存储器的容量一般以字（每个字由16位二进制数组成）为单位，三菱的FX系列可编程控制器的用户程序存储器以步为单位。小型可编程控制器的用户程序存储器容量在1K字（1K=1024= ），大型可编程控制器的用户程序存储器容量可达数百K字，甚至数M（兆）字。
可编程控制器常用以下几种存储器：
（1）随机存取存储器（RAM）
用户可以用编程器读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又叫读/写存储器。它是易失性的存储器，将它的电源断开后，储存的信息将会丢失。
RAM的工作速度高，价格低，改写方便。为了在关煌可编程控制器外部电源后，保存RAM中的用户程序和某些数据（如计数器的计数值），为RAM配备了一个锂电池，一般选用耗电极少的CMOS型RAM，锂电池可用2—5年，需要更换锂电池时由可编程序控制器发出信号弹，通知用户，现在大多数可编程控制器仍用RAM来储存用户程序。
（2）只读存储器（ROM）
ROM的内容只能读出，不能写入。它是非易失的，它的电源消失后，仍能保存存储的内容。
（3）可擦除可编程的只读存储器（EPROM）
它是非易失性的，但是可以用编程器它编程，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，但是它比RAM和ROM的价格高一些，与入信息所需的时间比RAM长得多，EEPROM用来存放用户程序。有的可编程控制器将EEPROM作为基本配置，有的可编程控制器将EEPROM作为可选件。
小型可编程控制器的用户程序存储器的容量一般是固定的，大中型可编程控制器的用户存储器容量可以由用户选择。
4、开关量I/O模块的外部接线方式
　　开关量I/O模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态。电压等级有直流5V，12V，24V，48V，110V和交流110V，220V等。
　　各I/O点的通/断状态用发光二极管显示，外部接线一般接在模块面板的接线端子上，某些模块使用可拆装的插座型端子板，不需断开端子板上的外部连线，就可以迅速地更换模块。点数很多的高密度I/O模块的外部接线一般用插座连接，用户可选用连接插座的电缆和端子板。
开关量I/O模块的点数一般是2的n次方，如4，8，16，32，64点。
I/O模块的外部接线方式有汇点式、分组式和分隔式三种（见图5）。