可编程序控制器的硬件系统

可编程序控制器的硬件系统由主机系统、输入/输出扩展环节及外部设备组成。1.主机系统

可编程序控制器的主机系统由中央处理单元、存储单元、输入/输出单元、输入/输出扩展接口、外部设备接口，以及电源等部分组成。各部分之间通过内部系统总线进行连接。

1）中央处理单元（CPU，Central Processing Unit）

中央处理单元是可编程序控制器的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路。微处理器是可编程序控制器的运算控制中心，由它实现算逻运算，协调控制系统内部各部分的工作。它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。

CPU的具体作用如下：接收、存储用户程序。扫描方式接收来自输入单元的数据和各状态信息，并存入相应的数据存储区；执行监控程序和用户程序，完成数据和信息的逻辑处理，产生相应的内部控制信号，完成用户指令规定的各种操作；响应外部设备的请求。

可编程序控制器常用的微处理器主要有通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。通用微处理器按其处理数据的位数可分为4位、8位、16位和32位等。可编程序控制器大多用8位和16位微处理器。单片机是将微处理器、部分存储器、部分输入/输出接口及连接它们的控制接口电路等集成在一块芯片上的处理器，它具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低成本等优点。控制接口电路是微处理器与主机内部其他单元进行联系的部件，它主要有数据缓冲、单元选择、信号匹配、中断管理等功能。微处理器通过它来实现与各个单元之间可靠的信息交换和佳的时序配合。

2）存储单元

存储单元是可编程序控制器存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。它包括只读存储器（ROM）和随机读写存储器（RAM）。只读存储器在使用过程中只能取出不能存储，而随机读写存储器在使用过程中能随时取出和存储。只读存储器按照其编程方式不同，可分为ROM、PROM、EPROM和EEPROM等。

ROM又称掩膜只读存储器，它存储的内容在其制造过程中已确定，不允许再改改变；PROM是可编程只读存储器，它存储的内容是用户用编程器一次性写入的，不能再改变；EPROM是可擦除可编程只读存储器，它的存储内容也是用户用编程器写入的，但是可以在紫外线灯的照射下擦除，它允许反复多次地擦除和写入；EEPROM是电擦除可编程只读存储器，它存储的内容由用户写入，在写入新内容时，原来存储的内容会自动清除，它允许反复多次写入。

由于只读存储器是非挥发性的，即在断电状态下仍能保持所存储的内容，因此它被作为可编程序控制器的系统存储器，存放制造厂商编制的系统程序。用户逻辑解释程序和标准程序模块等组成系统程序，系统程序对用户来说是透明的，用户是不能改变的，它也常被制造厂商存储在PROM或EPROM内，安装在可编程序控制器中一起供给用户。随机读写存储器有两种类型：静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）。SRAM用D型触发器来存储写入的内容，除非写入新的内容或电源关断，否则它存储的内容可以保持不变；DRAM用电容来存储写入的内容，由于电容要放电，为了维持写入的内容不变，必须对它进行重复读出和写入操作，即要有刷新电路配合使用。

由于随机读写存储器是一种挥发性的器件，即当供电电源关掉后，其存储的内容会丢失，因此在实际使用中通常为其配备掉电保护电路，当正常电源关断后，由备用电池为它供电，保护其存储的内容不丢失。随机读写存储器在可编程序控制器中作为用户程序的存储器和数据的存储器。用户程序存储器存放的是用户编制的应用程序。为了调试和修改方便，总是先把用户程序存放在随机读写存储器中，经过运行考核、修改完善达到设计要求后，再把它固化到EPROM中。数据存储器存储的内容是可编程序控制器运行过程中产生的各种数据。由于这些数据是不断变化的，所以用随机读写存储器来组成数据存储器。

6ES7288-1CR60-0AA0西门子S7-200SMART模块

3）输入/输出模块单元

可编程序控制器的对外功能主要是通过各类接口模块的外接线来实现对工业设备和生产过程的检测与控制。通过各种输入/输出接口模块，可编程序控制器既可检测到所需的过程信息，又可将处理结果传送给外部过程，驱动各种执行机构，实现工业生产过程的控制。通过输入模块单元，可编程序控制器能够得到生产过程的各种参数；通过输出模块单元，可编程序控制器能够把运算处理的结果送至工业过程现场的执行机构实现控制。实际生产中的信号电平多种多样，外部执行机构所需电流也是多种多样，而可编程序控制器的CPU所处理的只能是标准电平，由于输入/输出模块单元与工业过程现场的各种信号直接相连，这就要求它有很好的信号适应能力和抗干扰性能。因此，在输入/输出模块单元中，一般均配有电平变换、光电隔离和阻容滤波等电路，以实现外部现场的各种信号与系统内部统一信号的匹配和信号的正确传递，可编程序控制器正是通过这种接口实现了信号电平的转换。

为适应工业过程现场不同输入/输出信号的匹配要求，可编程序控制器配置了各种类型的输入/输出模块单元，其中常用的有以下几种类型。

（1）开关量输入单元。它的作用是把现场各种开关信号变成可编程序控制器内部处理的标准信号。开关量输入单元按照输入端的电源类型不同，分为直流输入单元和交流输入单元。

在直流输入单元中，电阻R1与R2构成分压器，电阻R2与电容C组成阻容滤波。二极管用于防止反极性电压输入，发光二极管LED指示输入状态，光电耦合器隔离输入电路与可编程序控制器内部电路的电气连接，并使外部信号通过光电耦合变成内部电路接收的标准信号。当外部开关闭合后，外部直流电压经过电阻分压和阻容滤波后加到光电耦合器的发光二极管上，经光电耦合，光电三极管接收光信号，并输出一个对内部电路来说是接通的信号，输入端的发光二极管LED点亮，指示现场开关闭合。