一体化PLC由具有不同I/O点的基本单元（也称主机）和扩展单元组成。基本单元内含有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口、与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元只有I/O和电源，没有CPU。基本单元与扩展单元之间一般用扁平电缆连接。一体化PLC还可以配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，以扩充其功能。 2、PLC的功能及应用领域 PLC是综合了继电接触器控制的优点和计算机灵活方便的优点而设计、制造和开发的，这使PLC具有其它控制器无法比拟的许多特点。 1、PLC的功能 PLC是以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术和通讯技术于一体而发展起来的通用工业自动控制装置，具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、维护灵活方便等一系列优点。 因此在冶金、能源、化工、交通、电力等领域得到广泛的应用，成为现代工业控制的三大支柱之一（PLC、机器人、CAD/CAM）。根据PLC的特点，它的功能形式可归纳为以下几种。（1）开关逻辑控制PLC具有强大的逻辑运算能力，能实现各种简单和复杂的逻辑控制。这是PLC最基本、最广泛的应用领域。它取代了传统的继电器接触器的控制。
（2）模拟量控制PLC内装有A/D、D/A转换模块，A/D模块能把现场的温度、压力、流量、速度等模拟量转换成数字量，再由PLC内的微处理器进行处理（微处理器只能处理数字量）然后进行控制；或由D/A模块转换成模拟量，再对被控对象进行控制，这样PLC就可以对模拟量进行控制。 （3）过程控制现代大、中型PLC一般都装有PID控制模块，可以进行闭环过程控制。当控制过程中的某个变量出现偏差时，PLC能根据PID算法计算出正确的输出，然后对生产过程进行控制和调节，使该变量保持在设定值。目前，许多小型PLC也具有PID控制功能。 （4）定时、计数控制PLC具有很强的定时、计数功能，可以为用户提供几十个甚至几百、几千个定时器、计数器。 定时时间和计数值可以由用户在编写用户程序时设定，也可以由操作人员在工业现场通过编程器设定，从而实现定时和计数控制。如果用户需要对频率较高的信号进行计数，可以选择高速计数模块。 (5)顺序控制 在工业控制中，顺序控制可以用PLC步进指令编程来实现，也可以用移位寄存器编程来实现。 (6)数据处理 现代PLC不仅能进行四则运算、数据传输、排序、查表等功能，还能进行数据比较、数据转换、数据通讯、数据显示、打印等功能，具有很强的数据处理能力。
（7）通讯与联网 现代PLC大多采用通讯和网络技术，并具有RS-232或RS-485接口，用于远程I/O控制。多台PLC可以联网互相通讯，外部设备可以与一台或多台可编程控制器的信号处理单元交换程序和数据，如程序传送、数据文件传送、监视和诊断等。通讯接口或通讯处理器按照标准硬件接口或私有通讯协议完成程序和数据的传送。 2、PLC的应用领域 目前PLC已广泛应用于国内外钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、纺织、交通运输、环保和文化娱乐等各个行业。其用途大致可归纳为以下几类。 （1）开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、应用最广泛的应用领域，它代替传统的继电器电路，实现逻辑控制和顺序控制。 它既可用于单台设备的控制，又可用于多台机器及自动化流水线的控制，例如注塑机、印刷机、装订机、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 (2)模拟量控制 在工业生产过程中，有许多连续变化的量，例如温度、压力、流量、液位、速度等都是模拟量，PLC要处理模拟量，必须实现模拟量与数字量之间的A/D转换和D/A转换，PLC生产厂家都生产与之配套的A/D、D/A转换模块，以使PLC能用于模拟量控制。
（3）运动控制 PLC可以用来控制圆周运动或者直线运动。在控制机构配置方面，早期直接采用开关量I/O模块连接位置传感器与执行机构，现在一般采用专用的运动控制模块，可以驱动步进电机或者伺服电机的单轴或者多轴位置控制模块。世界各大PLC厂商的产品几乎都具备运动控制功能，广泛应用于各类机械、机床、机器人、电梯等场合。 （4）过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制，在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合应用非常广泛。PLC作为一台工业控制计算机，可以编制多种控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中常用的调节方式，大、中型PLC都有PID模块，很多小型PLC也有此功能模块。PID处理一般运行专用的PID子程序。 （5）数据处理现代PLC具有数学运算（包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传输、数据转换、排序、查表和位运算等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值进行比较，完成一定的控制操作；也可以利用通讯功能传送给其它智能设备，或进行打印、制表等。数据处理一般用于大型控制系统，如无人值守的柔性制造系统；也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品等工业中的一些大型控制系统。
（6）通讯与网络化 PLC的通讯包括PLC之间的通讯和PLC与其他智能设备之间的通讯。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络得到了迅速发展。各PLC生产厂家都非常重视PLC的通讯功能，都推出了自己的网络系统。新生产的PLC都带有通讯接口，使通讯十分方便。 新生产的PLC都带有通讯接口，使通讯十分方便。 三、PLC的基本结构与工作原理 PLC作为一种工业控制计算机，其结构与普通计算机相似；但由于使用场合和用途不同，在结构上也存在一定的差别。 1、PLC的硬件组成 PLC硬件系统基本结构图如图所示。图中PLC主机由CPU、存储器（EPROM、RAM）、输入/输出单元、外围I/O接口、通讯接口和电源等组成。对于一体化PLC，这些部件都在同一壳体内。对于模块式PLC，各个部件都独立封装，称为模块，各个模块通过机架和电缆连接在一起。 主机各部分通过电源总线、控制总线、地址总线、数据总线连接起来。根据实际控制对象的需要，配备一定的外部设备，组成不同的PLC控制系统。常用的外部设备有编程器、打印机、EPROM写入器等。PLC可配备通讯模块，与上位机及其他PLC进行通讯，组成PLC分布式控制系统。
下面介绍一下PLC的各个组成部分及其功能，使用户进一步了解PLC的控制原理和工作过程。 （1）CPU CPU是PLC的控制中心，在CPU的控制下，PLC有条不紊地工作，控制现场的各种设备。CPU由微处理器和控制器组成，能实现逻辑运算和数学运算，协调控制系统内部各部分的工作。控制器的作用是控制整个微处理器的各个组成部分有条不紊地工作，它的基本功能是从存储器中读取指令，并执行指令。 （2）存储器 PLC设有两种存储器，即系统存储器和用户存储器。系统存储器用于存放系统管理程序，用户不能访问和修改这部分存储器的内容。用户存储器用于存放已编译的应用程序和工作数据状态。存储工作数据状态的用户存储器部分又称数据存储区，它包括输入/输出数据映象区、定时器/计数器预置号和当前值数据区以及存储中间结果的缓冲区。PLC存储器主要包括以下几种类型。 （1）只读存储器 （2）可编程只读存储器 （3）可擦写可编程只读存储器 （4）电可擦写可编程只读存储器 （5）随机存取存储器 （3）输入/输出（I/O）模块 ①开关输入模块 开关输入设备有各种开关、按钮、传感器等。PLC的输入类型通常可以为直流、交流和交直流。
输入电路的电源可以由PLC外部供给，也可以由PLC内部供给。 ②开关量输出模块 输出模块的作用是把CPU执行用户程序时输出的TTL电平控制信号转换成生产现场所需的能够驱动特定设备的信号，从而驱动执行机构的动作。 （4）编程器 编程器是PLC的重要外部设备，利用编程器可以将用户程序送入PLC的用户程序存储器中，进行程序的调试，以及监视程序的执行过程。 编程器从结构上可分为以下三种。 （1）简易编程器 （2）图形编程器 （3）通用计算机编程器 （5）电源 电源装置的作用是将外部电源（220V交流电源）转换成内部工作电压。 外接电源通过PLC内部的专用开关稳压电源将交/直流电源转换成PLC内部电路所需的工作电源（直流5V、±12V、24V），并为外部输入元器件（如接近开关）提供24V直流电源（仅供输入端子使用）。驱动PLC负载的电源由用户提供。（6）外围接口外围接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，通过外围接口可组成PLC控制网络。PLC使用PC/PPI电缆或MPI卡通过RS-485接口与计算机连接，实现编程、监控、联网等功能。
2、PLC软件组成PLC软件由系统程序和用户程序组成。系统程序是由PLC生产厂家设计、编写，存放在PLC系统内存中，用户不能直接读、写或改变它。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译器、信息传输程序和监控程序等。PLC的用户程序是用户根据控制要求，利用PLC的编程语言编写的程序。在PLC的应用中，最重要的是利用PLC的编程语言编写用户程序，以达到控制目的。由于PLC是专门为工业控制而开发的设备，它的主要用户是广大电气技术人员。为了迎合他们的传统习惯和掌握，PLC的主要编程语言采用了比计算机语言相对简单、易懂、形象的专用语言。1.图形化的指令结构2.明确的变量常数3.简化的程序结构4.简化的应用软件生成过程5.强化调试手段三. PLC的基本工作原理PLC扫描的工作方式主要分为三个阶段，即输入采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷新阶段。如图所示。1、输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描的方式依次读取所有输入状态和数据并存入I/O映象区中相应的单元中。输入采样完成后，进入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中相应单元的状态和数据也不会发生变化。
所以如果输入的是脉冲信号，那么脉冲信号的宽度就必须大于一个扫描周期，才能保证无论如何都能读出输入。 /article/plc/ 2、用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 总是按照从上到下的顺序扫描用户程序（梯形图）。在扫描每幅梯形图时，总是先扫描梯形图左边的触点构成的控制电路，并按照先左、后右、先上、后的顺序对触点构成的控制电路进行逻辑运算；然后根据逻辑运算的结果，刷新系统 RAM 存储区中逻辑线圈相应位的状态，或者刷新 I/O 映象区中输出线圈相应位的状态，或者判断是否执行梯形图规定的特殊功能指令。 即在用户程序执行过程中，只有I/O映象区中输入点的状态和数据不会发生变化，而I/O映象区或系统RAM存储区中的其它输出点、软设备的状态和数据可能会发生变化，并且排列在上方的梯形图的程序执行结果会对使用这些线圈或数据的排列在下方的梯形图产生作用；反之，排列在下方的梯形图刷新后的逻辑线圈的状态或数据，要到下一个扫描周期才能对排列在它上面的梯形图起作用。 3、输出刷新阶段 当用户程序扫描完成后，PLC进入输出刷新阶段，在此期间CPU根据I/O映象区中相应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再通过输出电路驱动相应的外设。
只有这样，才是PLC真正的输出。输入/输出滞后现象从PLC的工作过程，我们可以总结出以下几个结论。·当以扫描方式执行程序时，其输入/输出信号之间的逻辑关系存在着原则性的滞后现象，扫描周期越长，滞后现象越严重。·扫描周期除了包括输入采样阶段、用户程序执行阶段、输出刷新阶段三个主要工作阶段所占用的时间外，还包括系统管理操作所占用的时间。其中，程序的执行时间和程序的长度、指令操作的复杂程度有关，其它基本不变，扫描周期一般在微秒级。·第n次扫描执行程序时，以其为依据的输入数据为本次扫描周期内采样阶段的扫描值X，以其为依据的输出数据包括前一次扫描的输出值Y（n-1）和本次的输出值Yn； 输出端送出的信号即为本次操作全部执行完毕的最终结果Yn。 ·输入输出响应滞后不仅与扫描方式有关，还与程序设计安排有关。
