1.3 PLC的组成与各部分电路的作用

PLC内部可以理解为由许多“软继电器”，如“输入继电器”、“输出继电器”、“中间继电器”、“时间继电器”等组成的系统。

1.3.1 PLC硬件系统的组成

PLC的种类繁多，其功能和指令系统也不尽相同，但其组成原理却大同小异，通常是由主机、电源、编程器、输入/输出（I/O）接口、扩展接口以及外部设备的接口等几个主要部分组成，其硬件系统的组成原理方框图如图1-4所示。

1.主机

主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序存储器及数据存储器。

CPU是PLC的核心，起总指挥的作用，用于对用户程序进行运行，监控输入/输出接口状态，作出逻辑判断和进行数据处理。也就是接收输入变量，完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并相应外部设备（如编程器、打印机、条码扫描仪等）的请求以及进行各种内部诊断等。

PLC内部的存储器有两类：一类是系统程序存储器，用来存放系统管理和监控程序以及对用户程序进行编译码处理的程序，系统程序已由生产厂家预先设定，用户一般无法修改，这类存储器称为只读存储器（ROM）。另一类为用户程序存储器及数据存储器，用来存放用户编制的应用程序以及各种暂存数据、中间结果。用户程序存储器中存入的信息可由用户编写。修改、增删，这类存储器通常称为读写存储器（RAM）。

2.输入/输出（I/O）接口

I/O接口为输入/输出设备的连接电路。输入接口接收输入设备（如传感器、行程开关、按钮开关等）的控制信号。输出接口是把主机处理后的结果通过输出电路去驱动输出设备（如电磁阀、交流接触器、指示灯等）。I/O接口电路一般采用光电耦合器电路。以减少电磁干扰。

3.编程器

PLC的编程器是一种专用微型计算机控制器，在编程器上有显示屏及键盘，通过键盘上的按键输入用户程序和调试、删改、插入程序。输入的用户程序及计算机运行这些程序的过程及结果可以在显示屏上显示出来，便于用户了解程序输入与执行的情况。

4.输入/输出扩展接口

I/O扩展接口用于将扩充外部I/O端子的扩展单元与基本单元（及主机）连接在一起。

5.外部设备接口

该类接口可把编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相连，以完成相应的操作。

6.工作电源

PLC的电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。I/O接口电路的电源相互独立，以避免或减少电源间的干扰。通常也为输入设备提供直流电源。

1.3.2 PLC内部等效电路

可编程控制器组成的控制系统等效电路可以采用图1-5所示的示意图来表示。通常是由三个基本部分组成，即输入部分、逻辑部分和输出部分。

1.输入部分

输入部分就是采集输入信号，与继电器控制电路基本相同，主要由外部输入电路、PLC输入接线端子与输入继电器组成。

（1）外部输入信号

外部输入信号经PLC输入接线端驱动输入继电器，可以提供任意个动合或动断触点供PLC内部控制电路编程使用。

（2）输入回路电源

输入回路所需要的供电电源，可以直接采用PLC电源组件产生的直流24V、28V或100V电压，也可以采用独立的220V或100V的交流电源进行供电。

2.逻辑部分

逻辑部分由单片机微电脑芯片、存储器等组成，提供许多适用于电气控制的逻辑部件，如继电器逻辑（与、或、非运算）、定时器、计数器、寄存器、触发器等，同时也提供描述逻辑部件的图形符号和语句，即编程语言。

（1）作用

逻辑部分的作用是根据程序规定的逻辑关系，对收入的信号和输出信号的状态进行运算、处理和判断，以便得到相应的输出。

（2）编程的含义

编程是指在各种不同作用的软继电器之间接线，使其成为一个完整的控制线路。实现的方法就是采用二进制数据的“位”（bit）来表示系统中的开关或触点，开关或触点的闭合和断开采用数据位的“1”（高电平）和“0”（低电平）来表示，这就会使原来采用硬件继电器线路的逻辑控制得以采用软件数据的处理和传输来实现，只有终端输出才需要使用真实的继电器。也就是说，对PLC的编程实际上是采用软件仿真来实现硬件继电器功能的。

（3）梯形图说明

编程通常采用梯形图来进行编制，梯形图类似于继电器控制电路图，仅是图中元器件的图形符号与继电器回路中的元器件图形符号不同。较常用的继电器元件在梯形图的图形符号如图1-6中所示。

（4）触点工作情况

·在继电器式控制线路中，继电器的触点既可以是瞬间动作，又可以是延时动作。

·在PLC控制系统中，软继电器的触点是瞬时动作的，延时则需要由定时器来实现，也就是定时器的触点是延时动作的，而且延时时间远远大于继电器延时的时间范围，延时时间可以由编程来设定。

（5）其他方面

在PLC内部控制电路中，还设置了计数器、辅助继电器等。PLC内部的这些器件提供的逻辑控制功能，均由编程进行选择，但只能在PLC内部控制电路中使用。

3.输出部分

PLC的输出部分主要由与内部控制电路隔离的输出继电器的外部动合触点、输出接线端脚与外接电路共同构成，用于驱动外接的负载。

（1）输出部分的特点

在PLC内部控制电路中设置了很多输出继电器，每个输出继电器除了有为内部控制电路提供编程作用的动合、动断触点（这些触点可在PLC内部作为连锁作用）外，还为输出电路提供一个动合触点和输出接线端相连接，用来驱动用户输出负载设备。

（2）供电与其他方面

PLC驱动外部负载的电源通常由外电源提供，在PLC组件的输出端排接脚上，设置有连接输出电源的连接端COM。