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工业控制计算机PLC

  从广义上讲，PLC实质上是一种以数字控制为主要特征的工业控制计算机，由硬件和软件两部分组成。与一般的计算机相比，它具有更强的与工业控制相连接的接口,编程语言更直接适用于控制要求。因此，在硬件结构上，PLC与计算机的组成十分相似，主要包括中央处理器(CPU)、存储器、I/O接口、电源等。PLC的基本组成如图2-1所示。

  工业控制计算机PLC内部组成及作用

  1.CPU

  CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥 PLC有条不紊地进行工作，其主要任务如下:

  (1)当PLC处于编程状态时，控制从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储。

  (2)当PLC处于运行状态时，用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像存储器或数据存储器中:PILC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后，按指令规定的任务进行数据传送、存取、变换、处理、执行逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存储器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。

  (3)监视PLC的工作状态，诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。

  不同型号PLC的CPU芯片是不同的，采用通用CPU 芯片的有:8031、8051、8086、80286、M68000等；采用位片式微处理器的有:AM2900、AM2901、AM2903等；也有采用厂家自行设计的专用CPU芯片的，如西门子公司的S7-200系列PLC均采用该公司自行研制的专用芯片。CPU 芯片的性能关系到 PLC处理控制信号的能力与速度，通常CPU 位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快。PLC中常用的通用微处理器有8位和16位的。随着芯片技术的不断发展，PLC所用的CPU芯片档次也越来越高。

  小型PLC大多采用8位微处理器或单片机；中型PLC大多采用16位微处理器、单片机或采用CPU；大型PLC则多采用高速微处理器。采用双CPU 的 PLC中，其中一个CPU作为主处理器，主要用于处理字节操作指令，控制系统总线，监视扫描时间，管理内部计数器/定时器、I/O接口、编程接口等，以及协调位处理器。另一个CPU则作为从处理器，用来处理位操作指令，完成源程序向目标代码程序的转换等。

  2.存储器

  PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器。系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不可以访问和修改。系统程序相当于 PC的操作系统，它关系到 PLC的性能，同时，它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序包括系统管理程序、用户指令解释程序、系统监控程序、标准程序模块与系统调用以及各种系统参数等。其中，系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分:第一部分为系统管理程序，主管控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作。第二部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将 PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU 执行这些指令。第三部分为标准程序模块与系统调用，包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成I/O及特殊运算等的子程序。PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了PLC性能的强弱。

  用户存储器包括用户程序存储器(程序区)、功能存储器(数据区)和参数区。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序；用户程序存储器根据需要可选择不同的存储器单元类型。用户功能存储器是用来存放(记忆)用户程序中使用的 ON/OFF状态、数值数据等，它构成PLC的各种内部器件，也称“软元件”。参数区主要存放CPU 组态数据，例如，I/OCPU 组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等。用户存储器容量的大小，关系到用户程序容量的大小和内部器件的多少，是反映PLC性能的重要指标之一。

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