1.2.2 PLC基本结构

1．PLC硬件结构

PLC是一种工业电脑，因此，它的结构和电脑类似。

PLC硬件主要由电源、中央处理单元（CPU）、存储器、输入接口、输出接口、外设接口和扩展接口组成，其结构框图如图 1.2-4 所示。

1）中央处理单元（CPU）

PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用。每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，CPU从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

2）存储器

分系统程序存储器和用户程序存储器两种。系统程序存储器主要用于存储系统和监控程序，并能对用户程序作编译处理，其程序由厂家出厂前固化在PLC 的程序存储器（ROM）中，用户不可改变。用户程序存储器用于存储由电脑、编程器输入用户程序，此程序由程序员根据生产过程和工艺要求编制，存在电可擦除存储器（RAM）中。

3）输入/输出接口（I/O接口）

输入/输出接口是PLC与外部信号相互联系的窗口。输入接口主要用来接收现场设备向PLC提供的开关量信号、高速脉冲信号，例如各种按钮、开关继电器触点、数字开关及脉冲发生器发出的信号等；而输出接口是PLC向外部设备发出的开关量信号，用以控制外部设备的通断等工作状况，也可向外发出序列脉冲信号，用以控制步进、伺服等电机的运行。

4）外设接口

外设端口主要是指PLC的各种通信接口，通过通信接口，PLC可以与电脑、编程器、PLC、打印机和具有通信功能的终端设备如变频器、温控单元等进行通信控制。

5）扩展接口

扩展接口是用来扩展为PLC所开发的各种I/O扩展模块、扩展单元和特殊功能模块及其他可以扩展的设备。扩展接口使整体式PLC变成了混合式PLC，使PLC功能从开关量控制扩展到模拟量和运动量控制。

6）电源

整机的能源中心。PLC内部有开关式稳压电源，对电源要求不高，允许电源电压在–15 ％～ 10 ％之间波动。电源以及输入类型有：交流电源，交流 220VAC或110VAC；直流电源，常用的为直流 24V电压。

有些PLC中的电源是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供 24V的工作电源。

2．PLC软件组成

PLC的软件包含系统软件及应用软件两大部分。

1）系统软件

系统软件含系统管理程序和用户指令的解释程序，另外还包括一些供系统调用的专用标准程序块等。系统管理程序用以完成机内运行相关时间分配、存储空间分配管理、系统自检工作。用户指令的解释程序用以完成用户指令变换为机器码的工作，又叫编译程序。系统软件在用户使用可编程控制器之前就已装入机内ROM，并永久保存，在各种控制工作中不需要做更改。

2）用户软件

是用户为达到某种控制目的，采用专用编程语言自主编制的程序。用户软件装入机内存储器RAM中。RAM是随机存取存储器，其写入和擦除都很容易。因此用户程序随时可以修改，清除和重新写入。断电时，所存储的数据或丢失，为保证应用软件及某些运算数据在PLC断电后也能够保持，PLC中一般都配有锂电池作为PLC断电后的应用软件的保持电源。

3．PLC性能指标

PLC的性能指标较多，现介绍与构建PLC控制系统关系较直接的几个。

1）输入/输出点数

如前所述，输入输出点数是PLC组成控制系统时所能接入的输入输出信号的最大数量，表示PLC组成系统时可能的最大规模。需要注意的是，在总的点数中，输入点和输出点总是按一定的比例设置的，往往是输入点数大于输出点数，且输入与输出点数不能相互替代。

2）应用程序的存储容量

应用程序的存储容量是存放用户程序的存储器的容量，通常以千字节（KB）为单位，1K=1024。也有的PLC直接用所能存放的程序量表示。在一些文献中称PLC中存放程序的地址单位为“步”，每一步占用两个字，一条基本指令一般为一步。功能复杂的指令，特别是功能指令，往往有若干步，因而用“步”来表示程序容量，往往以最简单的基本指令为单位，称为多少K步。如还是用字节表示，一般小型机内存 1KB到几千字节，大型机几十千字节甚至可达 1～2MB。

3）扫描速度

一般以执行 1000 条基本指令所需要的时间来衡量，单位为毫秒/千步；也有以执行一步指令时间计的，如微秒/步。一般逻辑指令与运算指令的平均执行时间有较大的差别，因而大多场合扫描速度往往需要标明是执行哪类程序。

以下是扫描速度的参考值：由目前PLC采用的CPU的主频考虑，扫描速度比较慢的为2.2ms/k逻辑运算程序；更快的能够达到 0.75ms/k逻辑运算程序或更短。

4）编程语言

编程语言是指用户与PLC进行信息交换的方法，方法越多则容易被更多人使用。IEC在1994 年 5 月公布了PLC编程语言的标准IEC1131—3，其详细说明了PLC可使用的五种编程语言：指令表（IL），梯形图（LD），顺序功能图（SFC），功能图（FBD）和结构文本（ST）。目前指令表、梯形图、顺序功能图是使用最多的编程语言。特别是梯形图，所有的PLC都支持这一编程方法。但也必须注意，不同厂家的PLC编程语言不同且互不兼容，即使同为梯形图语言、指令表语言也不通用。

5）指令功能

指令功能是编程能力的体现。衡量指令功能的强弱有两个方面：一是指令条数的多少，二是综合性指令的多少。一个综合指令一般能完成一项专门的操作，相当于内置了一个应用子程序，比如PID，CRC指令等。指令的功能越强，使用这些指令完成一定的控制目的就越容易。

此外，PLC的可扩展性、可靠性、易操作性以及性价比等性能指标也常常作为PLC的比较指标。

【试试，你行的】

（1）PLC的硬件是由哪几部分组成的？各起什么作用？

（2）PLC的软件有几种？它们之间的差异在哪里？

（3）PLC的主要性能指标是什么？各表示什么含义？ 5VWphHD1yv6jwlgraSy9ouNzuS9Y9DPqccHJnkAW66UfbqrHeMdGdOEOb0TWrf1S