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可編程控制器的構成框圖和計算機是一樣的，都由中央處理器（CPU）、存貯器和輸入/輸出接口等構成。因此，從硬件結構來說，可編程控制器實際上就是計算機，圖1是其硬件系統的簡化框圖。從圖中可以看出PLC內部主要部件有:
（1）CPU（Central Process Unit）
CPU是PLC的核心組成部分，與通用微機的CPU一樣，它在PLC系統中的作用類似于人體的神經中樞，故稱為“電腦”。其功能是：
a、按PLC中系統程序賦予的功能，接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數據。
b、用掃描方式接收現場輸入裝置的狀態式數據，并存入映象寄存器或數據寄存器中。
c、診斷電源、PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤。
d、在PLC進入運行狀態后，從存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令規定的任務，產生相應的信號，去啟閉有關控制門電路。分時分渠道地去執行數據的存取、傳送、組合、比較和變換等操作，完成用戶程序中規定的邏輯式算術運算等任務。根據運算結果，更新有關標志位的狀態和輸出映象寄存器的內容，再由輸出映象寄存器的位狀態式數據寄存器的有關內容，實現輸出控制、制表、打印式數據通訊等。
PLC常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機或雙極型位片式微處理器。通用的微處理器常用的是8位機和16位機，如Z80A、8085、8086、6502、M6800、M6809、M68000等。單片機常用的有8039、8049、8031、8051等。雙極型位片式微處理器常用的有AMD2900、AMD2903等。
①用通用微處理器作CPU
在低檔PLC中，用Z80A做CPU較為普遍，Z80A用于PLC有如下長處： Z80（或Z80A）CPU及其配套的芯片廉價、普及、通用，用這套芯片制成的PC，給維修及推廣普及帶來方便。Z80有獨立的輸入/輸出指令,而且指令格式較短，執行時間也較短，這樣有利于掃描周期的縮短。Z80輸入/輸出指令格式較短，相應的輸入/輸出設備編碼也較短，所以相應的譯碼硬件器較簡單。由于Z80的信息是采用輸入/輸出映射方式，因而設計流程序時，對輸入/輸出與存儲器尋址容易區別。
②用單片機作CPU
自從1974年出現單片機以來，已有不少產品采用單片機做可編程序控制器。日本三菱F系列PLC就采用美國INTEL公司MES－48系列的單片機8049和8039做處理器，8039單片機在一塊片子上集成了8位的CPU，128×8的數據存儲器。27條輸入/輸出線，T0、T1、INT測試線及8位定時器/計數器，時鐘振蕩電路等。
自80年代以來，出現了集成度更高。功能更強，并帶有“布爾機”而又便于作數據通信的MCS-51系列單片機以及功能更高的16位單片機，大有取代MCS－48系列之勢。日本三菱的F2系列PLC即采用CPU8031。MCS－51系列單片機是美國INTEL公司在MCS－48單片機基礎上，于80年代初推出的產品，具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低價格等特點。它有三個代表產品：8051、8751和8031，它們分別有不同的應用特性。8051是以4K字節EPR0M代替4K字節的R0M的8051； 8031是內部無R0M8051。必須外接EPR0M；INTEL公司的96系列的單片機，字長為16，運算速度比51系列更高，這必將為高檔次的PLC開發和應用帶來美好的遠景。用單片機制成的PLC有以下顯著特點：為機電設備一體化創造了條件，因為由單片機制成PLC，體積更小。同時PLC邏輯功能很強，并且具有數值運算和通信接口。
③用位片式微處理器作CPU
位片式微處理器的主要特點是：速度快、靈活性強、效率高等特點。可以進行“級聯”，易于“流水線”操作。
（2）系統程序存儲器
它用以存放系統工作程序（監控程序）、模塊化應用功能子程序、命令解釋功能子程序的調用管理程序，以及對應定義（I/0、內部繼電器、計時器、計數器、移位寄存器等存儲系統）參數等功能。
（3）用戶存儲器
用以存放用戶程序即存放通過編程器輸入的用戶程序。PLC的用戶存儲器通常以字（16位/字）為單位來表示存儲容量。同時，由于前面所說的系統程序直接關系到PLC的性能，不能由用戶直接存取。因而通常PLC產品資料中所指的存儲器型式或存儲方式及容量，是對用戶程序存儲器而言。
常用的用戶存儲方式及容量型式或存儲方式有CM0SRAM，EPR0M和EEPR0M。信息儲存常用盒式磁帶和磁盤。
CM0SRAM存儲器是一種中高密度、低功能、價格便宜的半導體存儲器，可用鋰電池作為備用電源。一旦交流電源停電，用鋰電池來維持供電，可保存RAM內停電前的數據。鋰電池壽命一般為1―5年左右。
EPR0M存儲器是一種常的只讀存儲器，定入時加高電平，擦除時用紫外線照射。PLC通過寫入器可將RAM區的用戶程序固化到R0M盒中的EPR0M中去。在PLC機中插入R0M盒，PLC則執行R0M盒中用戶程序；反之，不插上R0M盒，PLC則執行RAM區用戶程序。
EEPR0M存儲器是一種可用電改寫的只讀存儲器。
（4）輸入輸出組件（I/0模塊）
I/0模塊是CPU與現場I/0裝置或其它外部設備之間的連接部件。PLC提供了各種操作電平與驅動能力的I/0模塊和各種用途的I/0組件供用戶選用。如輸入/輸出電平轉換、電氣隔離、串/并行轉換數據、誤碼較驗、A/D或D/A轉換以及其它功能模塊等。I/0模塊將外界輸入信號變成CPU能接受的信號，或將CPU的輸出信號變成需要的控制信號去驅動控制對象（包括開關量和模擬量），以確保整個系統正常工作。
輸入的開關量信號接在IN端和0V端之間，PLC內部提供24V電源，輸入信號通過光電隔離，通過R/C濾波進入CPU控制板，CPU發出輸出信號至輸出端。PLC輸出有三種型式：繼電器方式、晶體管方式和晶閘管方式。
（5）編程器
編程器是用于用戶程序的編制、編輯、調試檢查和監視等。還可以通過其鍵盤去調用和顯示PLC的一些內部狀態和系統參數。它通過通訊端口與CPU聯系，完成人機對話連接。編程器上有供編程用的各種功能鍵和顯示燈以及編程、監控轉換開關。編程器的鍵盤采用梯形圖語言鍵符式命令語言助記符，也可以采用軟件指定的功能鍵符，通過屏幕對話方式進行編程。
編程器分為簡易型和智能型兩類。前者只能連機編程，而后者既可連機編程又可脫機編程。同時前者輸入梯形圖的語言鍵符，后者可以直接輸入梯形圖。根據不同檔次的PLC產品選配相應的編程器。
（6）外部設備
一般PLC都配有盒式錄音機、打印機、EPR0M寫入器、高分辨率屏幕彩色圖形監控系統等外部設備。
（7）電源
根據PLC的設計特點，它對電源并無特別要求，可使用一般工業電源。
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