4.1PLC的基本结构（课件）-《电器及PLC控制技术》同步教学（北京邮电大学出版社）

第四章PLC的基本结构与工作方式 第一节 PLC的基本结构 PLC主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入/输出部件（I/O单元）、电源和编程器几大部分组成，其结构框图如图4-1所示。 第一节 PLC的基本结构 一、中央处理单元（CPU） PLC中所采用的CPU随机型不同而有所不同，通常有三种：通用微处理器（如8086，8026，836等），单片机芯片（如8031，8096等），位片式微处理器（如AMD-2900等）。PLC的档次越提高，CPU的位数也越多，运算速度也越快，其指令功能也越强。 二、存储器 PLC的内部存储器（简称内存）用来储存系统管理程序和用户程序。内存有两种：一种为可进行读/写操作的随机存储器RAM，另一种为只读存储器ROM、PROM、EPROM、E2PROM。PLC的RAM用以存储用户程序，生成诸如用户数据存储区、计时器、计数器、输入/输出继电器以及各种辅助继电器的用户使用环境。存于RAM中的用户程序可随意进行更改。RAM通常是CMOS型的，耗电极微。用锂电池后备，或用大电容后备，掉电时，不会丢失存储的各种信息。各种只读存储器用以固化系统管理程序和用户程序。用户程序固定不变后，即可固化，固化后不至于因偶然操作失误而破坏程序。 第一节 PLC的基本结构 三、输入/输出单元（I/O单元） 输入输出信号分为开关量、模拟量和数字量。为简单起见，这里以开关量为例来讲述。 I/O单元是PLC与被控制对象间传递输入/输出信息的接口部件。因此，为了防止各种干扰和高电压窜入PLC内部而影响PLC工作的可靠性，I/O单元首先应具有电隔离作用和滤波作用。PLC的各种输入器件（如各种开关、按钮和热电偶等），PLC的各种输出控制器件（如电磁阀、接触器和继电器等）有交流型和直流型，有高电压型和低电压型，有电压型和电流型等，为了保证PLC能正常工作，I/O单元必须把外部的电压和电流信号变换成PLC能接受和识别的低电压信号，以及把PLC输出的低电压信号变换成被控制器件能接受或所要求的电压、电流信号，因此I/O单元还应具有电压、电流的变换作用。 第一节 PLC的基本结构 （一）输入接口电路（输入单元） 通常PLC输入有三种类型：一种是直流12～24V输入，另一种是交流100 ～ 120V或200 ～ 240V输入，第三种是交直流（AC/DC）12 ～ 24V输入。输入开关可以是无源触点或传感器的集电极开路晶体管。各种PLC的输入电路大致相同，图4－2给出了一种PLC的输入电路。外部输入开关是通过输入端子（例如，X0、X1……）与PLC相连接。 输入电路的一次电路与二次电路间用光耦合器隔离，在电路中设有RC滤波器，以消除输入触点的抖动和沿输入线引入的外部噪声的干扰。因此，外部输入从ON→OFF或从OFF→ON变化时，PLC内部有约10ms的响应迟后。当输入开关闭合时，一次电路中流过电流，输入指示灯亮，光耦合器的发光二极管发光，而三极管从截止状态变为饱和导通状态，PLC的输入数据产生了0和1的状态改变。 第一节 PLC的基本结构 第一节 PLC的基本结构 （二）输出接口电路（输出单元） 通常，PLC输出有三种形式：一种是继电器输出型，CPU输出时接通或断开继电器的线圈，继电器的触点闭合或断开，通过继电器触点控制外电路的通断；另一种是晶体管输出型，通过光耦合使开关晶体管截止或饱和导通以控制外电路；第三种是双向晶闸管输出型，采用的是光触发型双向晶闸管。在这三种输出中，以继电器输出型响应最慢。 各种型号PLC的输出电路也 大致相同，图4-3所示是其 中的一种。外部负载（如 接触器、电磁阀等）通过 输出端子（例如，Y1、 Y2、…）与PLC相连。 第一节 PLC的基本结构 每种输出电路都有隔离措施。继电器输出型是利用继电器的触点和线圈将PLC的内部电路与外部负载电路进行电气隔离。晶体管输出型PLC的内部电路与输出晶体管之间用光耦合器进行隔离。双向晶闸管输出型是在PLC内部电路与双向晶闸管之间采用光触发晶闸管进行隔离。 输出电路的负载电源由外部提供，输出电流一般为0.5～2A。输出电流的额定值与负载性质有关。例如，FX2继电器输出的负载能力，电源电压在250VAC以下时，对电阻负载，为2A/点；对感性负载，为80V·A；对灯负载，为100W。 PLC的生产厂家提供有多种电压等级、多种用途的I/O单元。从数据类型上分有开关量、模拟量和数字量；从速度上分有低速型和高速型；从距离上分有本地I/O和远程I/O。远程I/O单元通过光缆和电缆与CPU连接，可以放在距CPU数百米的地点。用户可根据不同的使用场合选用不同的I/O单元。 第一节 PLC的基本结构 四、电源 PLC的工作电源一般为单相交流电源，电流电