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线连接器），每个总线槽上安装一个或数个模块，不同模块实现不同功能。PLC的CPU和存储器设计在一个模块上，有时电源也放在这个模块上，该模块一般被称为CPU模块，在总线上的位置是固定的。其他还有输入输出、智能、通讯等模块，根据控制规模、实现的功能不同进行选择，并安排在总线槽中。组合式PLC的特点是系统构成的灵活性较高，可构成不同控制规模和功能的PLC，维护维修方便，但价格相对较高。

1.3.2 按控制规模分类

PLC的控制规模主要是指开关量的输入输出点数及模拟量的输入输出路数，但主要以开关量的点数计数。模拟量的路数可折算成开关量的点数，一般一路模拟量相当于8~16点开关量。根据I/O控制点数的不同，PLC大致可分为超小型、小型、中型、大型及超大型。具体划分见表1-1。

表1-1 PLC按规模分类表 类 型 超小型 小型 中型 大型 超大型 I/O点数 64以下 64~128 128~512 512~8192 大于8192 存储器容量（KB） 1~2 2~4 4~16 16~64 64~128 机 型 西门子S7-200、S5-90U，三菱F10等 西门子S5-100U，三菱F-40、F-60等 西门子S7-300、S5-115U，三菱K系列等 西门子S5-135U、S7-400，三菱A系列等 西门子S5-155U，A-B公司PLC-3等。 目前世界上生产PLC的厂家较多，较有影响的公司有德国西门子（SIEMENS）公司、美国罗克韦尔（ROCKWELL)公司、日本欧姆龙（OMRON）公司、三菱公司、松下电工等数十家公司。

西门子公司机型有两大类：S5系列及S7系列，其中S7系列为S5系列的改进型。S5系列机型包括S5-90U、S5-95U、S5-115U、S5-135U以及S5-155U。其中S5-155U为超大型机，控制点数超过6000点，模拟量300多路。近期推出的S7系列，包括S2-200、S7-300、S7-400。

欧姆龙公司的产品有CMP1A型、CMP2A型、P型、H型、CQM1型、CV型、CS1型等，其中大、中、小、超小型各具特色。

美国罗克韦尔公司兼并阿兰德－布兰德利（A－B）公司，生产PLC-5系列及SLC-500型机。

日本三菱公司早期小型机产品F1在国内使用较多，后来它又推出FX2机，中大型机为A系列。

1．4 可编程序控制器的功能

1.4.1开关量的开环控制

开关量的开环控制是PLC的最基本的控制功能，包括时序、组合、延时、计数、计时等。PLC控制的输入输出点数可以不受限制，少则十点几十点，多则成千上万点，并可通过联网

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来实现控制。

1.4.2模拟量的闭环控制

对于模拟量的闭环控制系统，除了要有开关量的输入输出点以实现某种顺序或逻辑控制外，还要有模拟量的输入输出点，以便采样输入和调节输出，实现过程控制中的PID调节或模糊控制调节，形成闭环系统。这类PLC系统能实现对温度、流量、压力、位移、速度等参量的连续调节与控制。目前除大型、中型PLC具有此功能外，一些公司的小型机也具有这种功能，如OMRON公司的CQM1机和松下电工的FP1机就具有这样的功能。

1.4.3 数字量的智能控制

利用PLC能实现接收和输出高速脉冲的功能，而这个功能在实际中用途很大。在配备相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环形分配器、功放、步进电机）后，PLC控制系统就能实现数字量的智能控制。较高级的PLC还专门开发了数字控制模块、运动单元模块等，可实现曲线插补功能。最近新出现的运动控制单元，还提供了数字控制技术的编程语言，为PLC进行数字量控制提供了更多方便。

1.4.4 数字采集与监控

由于PLC在控制现场实现控制，所以把控制现场的数据采集下来，做进一步分析研究是很重要的。对于这种应用，目前较普遍采用的方法是PLC加上触摸屏，这样既可随时观察采集下来的数据又能及时进行统计分析。有的PLC本身就具有数据记录单元，如OMRON公司的C200H?。此时可利用一般的便携计算机的存储卡插入到该单元中保存采集到的数据。

PLC的另一个特点是自检信号多，利用这个特点，PLC控制系统可实现自诊断式的监控，以减少系统的故障，提高平均累计无故障运行时间，同时还可减少故障修复时间，提高系统的可靠性。

1.4.5 联网、通信及集散控制

PLC的联网、通信能力很强，可实现PLC与PLC、PLC与上位计算机之间的联网和通信，由上位计算机来实现对PLC的管理和编程。PLC也能与智能仪表、智能执行装置（如变频器等）进行联网和通信，互相交换数据并实施PLC对其的控制。

利用PLC的强大联网通信功能，把PLC分布到控制现场，实现各PLC控制站间的通信以及上、下层间的通信，从而实现分散控制集中管理的目的。

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第2章 可编程序控制器的原理与结构

2．1 可编程序控制器的结构

2.1.1基本结构

可编程序控制器实质上是一种专用的计算机控制系统，它具有比一般计算机更强的与工业过程相连的接口，具有更适用于控制要求的编程语言。所以，可编程序控制器与一般的计算机控制系统一样，也具有中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出模块（I/O）等部分。其结构框图如图2-1。

编程器 按钮 用户程序存储器 继电器触点 接触器线圈 输入单元 行程开关 系统程序存储器 输出单元 指示灯 中央处理单元 电磁阀线圈 电源 可编程序控制器 图4-45 跳转指令 1． 中央处理单元(CPU)

可编程序控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型微处理器。通用微处理器如INTEL公司的8080、8086、80286、80386等，单片机如8031、8096等等，位片式微处理器如AM2900、AM2901、AM2903等。可编程序控制器的档次越高，CPU的位数越多，运算速度越快，功能指令也越强。

PLC的硬件是一种模块式的结构，它的核心部件是中央处理模块。整个可编程序控制器的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行的。它的主要任务是按一定的规律或要求读入被控对象的各种工作状态，然后根据用户所编制的应用程序的要求去处理有关数据，最后再向被控制对象送出相应的控制信号。它与被控对象之间的联系是通过各种I/O(Input/Output)接口实现的。

可编程序控制器中的中央处理模块与一般计算机系统中的CPU的概念不同，后者常用CPU

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表示一个中央处理器，即它是一块集成芯片。而在一个中型或大型可编程序控制器的中央处理模块里，不仅有CPU集成芯片(可能不止一片)，而且还有一定数量的EPROM(存储系统的操作系统)和RAM(存储少量的数据或用户程序)。

可编程序控制器的CPU模块完成下述各项工作∶

1）接收用户从编程器输入的用户程序，并将它们存入用户存储区；

2）用扫描方式接收源自被控对象的状态信号，并存入相应的数据区(输入映象区)； 3）用户程序的语法错误检查，并给出错误信息； 4）系统状态及电源系统的监测；

5）执行用户程序，完成各种数据的处理、传输和存储等功能；

6）根据数据处理的结果，刷新输出状态表，以实现对各种外部设备的实时控制和其它辅助工作(如显示和打印等)。

2.存储器

可编程序控制器的存储器分为两种：系统存储器和用户存储器。系统存储器存放系统管理程序,用户存储器存储用户程序。

常用的存储器有RAM和EPROM、EEPROM。RAM是一种可进行读写操作的随机存储器，存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可以方便地修改，为防止RAM中存放的程序和数据在掉电时丢失，可用锂电池作后备电源。EPROM和EEPROM都是只读存储器，往往用这些类型存储器固化系统管理程序和用户程序。

3.输入输出单元（I/O单元）

实际生产过程中的信号电平多种多样，外部执行机构所需的电平也千差万别，而可编程序控制器的CPU所处理的信号电平只能是标准电平，因此需要通过输入输出单元实现这些电平的转换。I/O 单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O 单元有良好的光电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各种输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流型和直流型、高压型和低压型、电压型和电流型之分。

1）输入接口电路

各种PLC的输入电路大都相同，通常有三种类型：一种是直流（12～24V）输入，另一种是交流（100～120V）、（200～240V）输入，第三种是交直流（12～24V）输入。外界输入器件可以是无源触点或者有源传感器的集电极开路的晶体管，这些外部输入器件是通过PLC输入端子与PLC相连的。

PLC输入电路由光电耦合器隔离，并设有RC滤波器，可以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。当输入开关闭合时，一次电路中流过电流，输入指示灯亮，光电耦合器被激励，三极管从截止状态变为饱和导通状态，这是一个数据输入过程。图2-2是一个直流输入端内部接线图。

2）输出接口电路

PLC的输出有三种形式：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。图2-3~图2-5 给出了PLC的输出电路图。

继电器输出型最常用。当CPU有输出时，接通或断开输出电路中继电器的线圈，继电器的接点闭合或断开，通过该接点控制外部负载电路的通断。很显然，继电器输出是利用了继电器的接点和线圈将PLC的内部电路与外部负载进行了电气隔离。

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