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PLC的硬件组成

PLC种类繁多，但其基本结构和工作原理相同。PLC的功能结构

区由CPU（中央处理器）、存储器和输入/输出接口三部分组成，如

图1-1所示。

1、CPU（中央处理器）

CPU的功能是完成PLC内所有的控制和监视操作。中央处理器

一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过数据总线、地址总线

和控制总线与存储器、输入/输出接口电路连接。

2、存储器

在PLC中使用两种类型的存储器：一种是只读类型的存储器，

如EPROM和EEPROM，另一种是可读/写的随机存储器RAM。PLC

的存储器分为5个区域，如图1-2所示。

图1-1PLC结构框图图1-2存储器的区域划分程序存储器的类型

是只读存储器（ROM），PLC的操作系统存放在这里，程序由制造商

固化，通常不能修改。存储器中的程序负责解释和编译用户编写的程

序、监控I/O口的状态、对PLC进行自诊断以及扫描PLC中的程序

等。系统存储器属于随机存储器（RAM），主要用于存储中间计算结

果和数据、系统管理，有的PLC厂家用系统存储器存储一些系统信

息如错误代码等，系统存储器不对用户开放。I/O状态存储器属于随

机存储器，用于存储I/O装置的状态信息，每个输入模块和输出模块

都在I/O映像表中分配一个地址，而且这个地址是唯一的。数据存储

器属于随机存储器，主要用于数据处理功能，为计数器、定时器、算

术计算和过程参数提供数据存储。有的厂家将数据存储器细分为固定

数据存储器和可变数据存储器。用户编程存储器，其类型可以是随机

存储器、可擦除存储器（EPROM）和电擦除存储器（EEPROM），高

档的PLC还可以用FLASH。用户编程存储器主要用于存放用户编写

的程序。存储器的关系如图1-3所示。

只读存储器可以用来存放系统程序，PLC断电后再上电，系统内

容不变且重新执行。只读存储器也可用来固化用户程序和一些重要参

数，以免因偶然操作失误而造成程序和数据的破坏或丢失。随机存储

器中一般存放用户程序和系统参数。当PLC处于编程工作时，CPU

从RAM中取指令并执行。用户程序执行过程中产生的中间结果也在

RAM中暂时存放。

RAM通常由CMOS型集成电路组成，功耗小，但断电时内容消

失，所以一般使用大电容或后备锂电池保证掉电后PLC的内容在一

定时间内不丢失。

3、输入/输出接口

PLC的输入和输出信号可以是开关量或模拟量。输入/输出接口

是PLC内部弱电（lowpower）信号和工业现场强电（highpower）信

号联系的桥梁。输入/输出接口主要有两个作用，一是利用内部的电

隔离电路将工业现场和PLC内部进行隔离，起保护作用；二是调理

信号，可以把不同的信号（如强电、弱电信号）调理成CPU可以处

理的信号（5V、3、3V或2、7V等），如图1-4所示。

输入/输出接口模块是PLC系统中最大的部分，输入/输出接口模

块通常需要电源，输入电路的电源可以由外部提供，对于模块化的

PLC还需要背板（安装机架）。

（1）输入接口电路

1）输入接口电路的组成和作用。输入接口电路由接线端子、输

入调理和电平转换电路、模块状态显示、电隔离电路和多路选择开关

模块组成，如图1-5所示。现场的信号必须连接在输入端子才可能将

信号输入到CPU中，它提供了外部信号输入的物理接口；调理和电

平转换电路十分重要，可以将工业现场的信号（如强电AC220V信号）

转化成电信号（CPU可以识别的弱电信号）；电隔离电路主要是利用

电隔离器件将工业现场的机械或者电输入信号和PLC的CPU的信号

隔开，它能确保过高的电干扰信号和浪涌不串入PLC的微处7理器，

起保护作用。有三种隔离方式，用得最多的是光电隔离，其次是变压

器隔离和干簧继电器隔离；当外部有信号输入时，输入模块上有指示

灯显示，这个电路比较简单，当线路中有故障时，它帮助用户查找故

障，由于氖灯或LED灯的寿命比较长，所以这个灯通常是氖灯或LED

灯；多路选择开关接受调理完成的输入信号，并存储在多路开关模块

中，当输入循环扫描时，多路开关模块中信号输送到I/O状态寄存器

中。

2）输入信号