1.3　PLC的結構和分類

PLC是微機技術與傳統的繼電器接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電器接觸控制系統中機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點，又照顧到現場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不要求掌握專業的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。下面簡單介紹PLC的結構與分類。

1.3.1　PLC的結構及各部分的作用

PLC的類型繁多，功能和指令系統也不盡相同，但結構與工作原理大同小異，通常由主機、輸入/輸出（I/O）接口、電源、編程器、輸入/輸出（I/O）擴展單元、外部設備接口等幾個主要部分組成，如圖1-5所示。

1.主機

主機部分包括中央處理器（CPU）、系統程序存儲器和用戶程序及數據存儲器。CPU是PLC的核心，它用于運行用戶程序、監控輸入/輸出接口狀態、作出邏輯判斷和進行數據處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規定的各種操作，將結果送到輸出端，并響應外部設備（如編程器、電腦、打印機等）的請求以及進行各種內部判斷等。PLC的內部存儲器有兩類，一類是系統程序存儲器，主要存放系統管理和監控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數據存儲器，主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數據和中間結果。

2.輸入/輸出（I/O）接口

I/O接口是PLC與輸入/輸出設備連接的部件。輸入接口接收輸入設備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關等）的控制信號。輸出接口是將主機中經處理后的結果通過功放電路去驅動輸出設備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高可靠性。I/O點數即輸入/輸出端子數是PLC的一項主要技術指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機超過千個點。

3.電源

圖1-5中的電源是指為CPU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配置的直流開關穩壓電源，通常也為輸入設備提供直流電源。

4.編程器

編程器是PLC的一種主要外部設備，用于手持編程，用戶可用于輸入、檢查、修改、調試程序或監視PLC的工作情況。除手持編程器外，還可通過適配器和專用電纜線將PLC與電腦連接，并利用專用的工具軟件進行電腦編程和監控。

5.輸入/輸出（I/O）擴展單元

I/O擴展接口用于連接擴充外部輸入/輸出端子數的擴展單元與基本單元（即主機）。PLC的對外功能主要是通過各種輸入/輸出模組與外界聯系的。按I/O點數確定模組規格及數量，I/O模組可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即最大的底板或機架槽數限制。I/O模組集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入單元是用來聯結、擷取輸入元件的信號動作，并透過內部匯流排將資料送進記憶體，由CPU處理驅動程序指令部分的。PLC輸入模組系統的架構和輸入模組產品的選擇端視需要根據監測的輸入信號位準而定。來自不同類型的被監測的感測器與流程控制的變量信號，可以涵蓋從±10mV至±10V的輸入信號范圍。輸出單元是用來驅動外部負載的界面的，主要原理是CPU以處理書寫于PLC內的程序指令，判斷驅動輸出單元，進而控制外部負載，如指示燈、電磁接觸器、繼電器、氣（油）壓閥等。PLC輸出模組在工業環境中用來控制制動器、氣閥及馬達等。PLC系統類比輸出范圍包括±5V、±10V、0V到5V、0V到10V、4mA到20mA、0到20mA等。

6.外部設備接口

外部設備接口可將編程器、打印機、條碼掃描儀等外部設備與主機相連，以完成相應的操作。外部設備是PLC系統不可分割的一部分，它有兩大類編程設備——簡易編程器和智慧圖形編程器，用于編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況。編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現場控制運行。

監控設備：資料監視器和圖形監視器。直接監視資料或通過畫面監視資料。

存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、軟碟或唯讀記憶體，用于永久性地存儲用戶資料，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM讀寫器等。

輸入/輸出設備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀入器、輸入模擬量的電位器、印表機等。

1.3.2　PLC兩種常用分類

1.按I/O點數和功能分類

可編程邏輯控制器用于對外部設備的控制，外部信號的輸入、PLC運算結果的輸出都要通過PLC輸入/輸出端子來進行接線。輸入/輸出端子的數目之和被稱作PLC的輸入/輸出點數，簡稱I/O點數。由I/O點數的多少，可將PLC分成小型、中型和大型。

小型PLC的I/O點數小于256點，以開關量控制為主，具有體積小、價格低的優點。可用于開關量的控制、定時/計數的控制、順序控制及少量模擬量的控制場合，代替繼電器—接觸器控制在單機或小規模生產過程中的使用。

中型PLC的I/O點數在256~1024點之間，功能比較豐富，兼有開關量和模擬量的控制能力，適用于較復雜系統的邏輯控制和閉環過程的控制。

大型PLC的I/O點數在1024點以上，用于大規模過程控制、集散式控制和工廠自動化網絡。

2.按結構形式分類

PLC可分為整體式結構和模塊式結構兩大類。

整體式PLC，是將CPU、存儲器、I/O部件等組成部分集于一體，安裝在印刷電路板上，并連同電源一起裝在一個機殼內，形成一個整體，通常稱為主機或基本單元。整體式PLC具有結構緊湊、體積小、重量輕、價格低的優點。小型或超小型PLC多采用這種結構。

模塊式PLC，是把各個組成部分做成獨立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等。將各模塊做成插件式，組裝在一個具有標準尺寸并帶有若干插槽的機架內。模塊式結構的PLC配置靈活，裝配和維修方便，易于擴展。一般大中型PLC采用這種結構。