基于PLC的水位控制系统与实现.doc

1、摘 要随着社会进步和经济的迅速发展，人们对住房条件要求的提高，高位生活用水和工业用水逐渐增多，传统的控制方法已经落后。以前采用人工进行控制蓄水池的水位，由于不可能每时每刻对水位进行准确的定位监测，并且带有很大的主观性，所以很难准确控制水泵电机的启停，并且大多数供水系统采集信息数量少、处理慢、传递迟，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。计算机和自动控制技术不断进步使得高性能的供水系统的开发成为可能。因此，研究高性能、网络化的供水监控系统，对降低能耗、信息共享具有重要的现实意义。本设计主要介绍了以可编程逻辑控制器（C20P型PLC）与变频器为核

2、心的控制系统，实现了对水塔水位的远程控制，并且实现了低警戒水位的报警。本设计对其控制原理、硬件选择、软件设计、报警电路进行重点阐述，使软件程序的设计简单化，硬件接口简易可行，特别是提高了整个系统的稳定性和抗干扰能力。本系统对传统的供水系统进行改造，可以有效的解决以前供水压力波动大、系统故障率高、能源浪费严重等一系列问题。同时，系统具有自动和手动两种控制方式，便于对系统进行维护修理，并能通过应用软件对供水系统进行监控和远距离控制，提高效率，实现自动化供水。关键字：PLC，变频器，自动控制Control system design and realizes PLC-based water leve

3、lABSTRACTWith social progress and rapid economic development, people have requested the improvement of housing conditions, high domestic water and industrial water gradually increased, the traditional control method has lagged behind. Before using artificial control of the reservoir water level, bec

4、ause every time the water level can not make accurate positioning monitoring, and a lot of subjectivity, it is difficult to accurately control the motor from the pump stopped; most of the water supply system and a small number of information collection, processing slow, late delivery, difficult to a

5、chieve between devices and systems and the exchange of information between the outside world, has seriously hampered enterprise information integration and the realization of integrated automation business. Computer and automatic control technology makes high-performance continuous improvement of th

6、e water supply system for possible. This paper presents a programmable logic controller (C20P-PLC) with an inverter at the core of the control system and realized the water towers on the remote control and achieved a low warning level of alarm. In this paper, its control principle, the choice of har

7、dware, software design, focus on alarm circuits, software programs simplify the design, hardware interface simple and feasible, in particular, to improve the stability of the entire system and anti-jamming capabilities. To the traditional water supply system reform and effective solution before the

8、water pressure fluctuations, the system failure rate is high and the serious waste of energy, such as a series of problems. At the same time, the system has both automatic and manual control mode, the system for maintenance repairs, and through the application of the water supply system for remote m

9、onitoring and control, improve efficiency, automated water supply.Key Words: PLC，Frequency Converter，Automatically Control 目录1 绪论. 11.1研究现状及发展趋势. 1 1.1.1 供水方式的发展. 11.1.2 国内外供水监控系统的现状及发展趋势. 21.2 课题研究意义. 31.3 课题研究内容. 41.4 论文内容结构安排. 42 PLC的概述. 52.1 PLC的来源及概念. 52.1.1 PLC的来源. 52.1.2 PLC的定义. 52.2 PLC特点及应用

10、. 62.2.1 PLC的特点. 62.2.2 PLC的应用. 72.3 PLC的分类及组成. 82.3.1 PLC的分类. 82.3.2 PLC的组成. 92.4 PLC的其它组成部分.122.5 PLC的逻辑结构. 132.6 PLC的工作原理. 142.7 PLC控制系统一般设计步骤.172 小结. 193 水位控制系统中PLC硬件电路设计. 203.1 系统控制要求. 203.2 PLC选型. 203.3 系统硬件配置. 213.4 欧姆龙C20P系统硬件配置. 223.5 变频器的选择. 243.6 系统工作原理. 26 3.7 小结. 294 水塔水位控制系统外围电路的设计. 30

11、4.1 水位测量系统设计. 304.2 键盘电路设计. 314.2.1 键盘的结构. 314.2.2 键盘的电路设计. 324.3 显示电路的设计. 334.4 报警电路的设计. 334.5 水泵控制电路设计. 344.6 小结. 345 系统软件设计. 355.1 编程软件的构成. 355.2 编程软件的选择. 355.3 系统流程图. 365.4 编程说明. 375.5 小结. 406 总 结. 41参考文献. 42致 谢. 431 绪论随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人们对供水的质量和安全可靠性的要求不断提高。把先进的自动化技术、通讯技术、网络技术等应用到供

12、水领域，成为对供水企业新的要求。在大力提倡节约能源的今天，研究高性能、经济型的恒压供水控制系统，对于提高劳动生产率、降低能耗、信息共享具有重要的现实意义1。可编程控制器与变频器的结合是一种新型的、成熟的技术，它因其独特优良的控制性被广泛应用在速度控制领域。特别是在供水行业中，由于生产安全和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格要求，变频调速技术也得到了更加深入的应用。1.1 研究现状及发展趋势1.1.1 供水方式的发展能源紧缺是制约我国经济发展的重要因素，节能节水是我国经济持续发展的基本国策。但我国长期以来在城市供水、楼宇供水、工业生产供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低，效率低下。究

13、其原因，主要是由于受供水设备和供水方式的限制。传统的供水系统可分为重力供水和压力供水。重力供水方式有水箱和水塔供水，压力供水方式有气压供水。（1）对于气压式供水方式，压力给水系统在地下室或某些空余之处设置水泵机组和气罐等设备，采用压力给水来满足建筑物的供水要求。气压供水系统是以气压罐利用密闭压力将罐内贮水送到管网中去，其优点是灵活性大，建设快，污染少，有利于抗震，可消除管道中的噪声。缺点是需用金属制造，其体积和投资大，压力变化大，运行效率低，还需使用张力膜或设置空气压缩机充气，维护费用高。（2）对于水箱供水方式，需要将水箱置于屋顶的最高处，在大型建筑中即使如此，还常常不能满足供水要求，同时由于

14、其存水量较大，增加了结构的承重和占用了楼层的建筑面积，有碍美观。此外，屋顶水箱必须高出屋面几米，建筑立面较难处理，投资大，周期长。（3）对于水塔供水方式，水塔供水在无人值守时，总要开启一个泵运行，而且多个泵不能自动循环使用，不能均衡泵的使用寿命。此外，水塔供水易造成二次污染，需要定期清理、消毒，周期性投入多。水塔供水需要专门的泵房，要有人值班，在用水高峰期要开备用泵，而且只能人工调节压力。该供水方式常造成水压不稳，水量不足。水塔供水建筑投资和空间占用都比较大，且在火灾时不能很快起动消防压力，不适合对压力有特殊要求的场合2。因此，采用传统的供水方式操作落后，人为因素很大，管理落后，无法建立严格的

15、科学管理体制，在维护和升级系统方面非常昂贵。供水领域中变频调速技术的运用，改变了上述的供水状况，极大改善了给水管网的供水环境。变频调速技术的出现是现代电力电子技术、交流变频调速技术、计算机技术迅速发展的结果。变频供水系统，实现了水泵电机的无级调速，可根据用水情况，按照管网瞬间压力变化，实时自动调节水泵电机的转速和多台水泵电机的工频变频切换、参与和退出。根据压力设定值使供水压力保持恒定，有效地防止水路管网湍振而出现管路爆裂现象。变频恒压供水系统不仅具有供水质量高，灵活性强，占地面积小，设备投资少，噪声低等优点，而且提高了供水系统的稳定性和可靠性，节水节能效果显著，具有很好的社会效益和经济效益3。

16、1.1.2 国内外供水控制系统的现状及发展趋势国外自60-70年代起开始了供水系统自动控制的研究、应用工作。特别是自80年代以来，电子、计算机技术等现代科技迅速发展，推动供水系统的自动控制技术产生质的飞跃。国外发达国家雄厚的经济实力与技术基础促使供水系统的自动控制广泛应用。一些供水企业已实现全自动化，能对工艺的各个环节自动监测、调节、记录、报警等。这种高度自动化系统取得了较高的经济效益。国外有相当多的水厂对一些影响处理费用的关键工艺环节实施自动控制，这种经济高效的自动监控方案值得借鉴。国外的供水系统调度运营普遍利用计算机完成，这一系统称之为监控系统4。其功能是通过遥讯系统，把应保证的供水系统关

17、键点的实际压力值遥测采集到监控中心，利用计算机进行计算、预测和决策，然后遥控调节供水，来保证供水系统的关键点达到水量保证值。同时在供水系统发生爆管、漏水等事故时，可以自动进行分析做出合理的处理决策，以保证系统安全、经济的运营。我国自80年代中后期起，陆续有一些较大型的供水企业利用外资建设，同时引进了成套的水厂现代化监控仪表与设备，但自动控制基本照搬国外模式，投资很大。现在国内大多数供水企业采取现场手动操作、人工抄表、电话报数等方式调度供水。采集信息数量少、处理慢、传递迟，遇上爆漏或火灾等突发事故，反应迟钝、损失大。这类控制方式在用水高峰期要开备用泵，而且只能人工调节压力。该供水方式常造成水压不

18、稳，水量不足。水塔供水建筑投资和空间占有都比较大，且在火灾时不能很快起动消防压力，不适合对压力有特殊要求的场合5。供水领域中变频调速技术的运用，改变了上述供水状况，极大地改善了给水管网的供水环境。变频调速技术的出现是现代电力电子技术、交流变频调速技术、计算机技术迅速发展的结果。变频供水系统，实现了水泵电机的无级调速，可根据用水情况，按照管网瞬间压力变化，实时自动调节水泵电机的转速和多台水泵电机的工频变频切换、参与和退出。根据压力设定值使供水压力保持恒定，有效地防止水路管网湍振而出现管路爆裂现象。与传统的恒速泵供水系统、水塔高位水箱供水系统和气压罐供水系统相比，变频恒压供水系统不仅具有供水质量高

19、，灵活性强，占地面积小，设备投资少，噪声低等优点，而且提高了供水系统的稳定性和可靠性，节水节能效果显著，具有很好的社会效益和经济效益6。1.2 课题研究意义水位控制在日常生活及工业领域的应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而以往水位的检测是由人工完成，值班人员全天候地对水位的变化进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室，然后主控室再开电动机进行给排水。显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很大的浪费，同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统，本设计说明书所研究的就是这方面的课题。目前，传统的水位控制器对

20、水位的检测大多采用电导式或机械式。电导式一般只适用于导电液体，且电极腐蚀严重；机械式则不易调节水位的范围，调试困难。在传统水位控制中，一般只能实现自动补液，而不能显示塔内水位，更不能对水位问题作出反应。而逻辑电路液位控制器则能弥补传统水位控制器的不足。在欧姆龙C20P控制下，它通过REMOTE START/STOP输入点进行PLC远程启/停变频器，用以控制电机的开、关。同时结合外围电路，控制水位及对水位问题作出反应，这对于不能导电的液体具有广泛的应用，也适用于一般导电液体，从而实现对水塔水位远程自动控制7。PLC系统由于运行可靠性高，使用维护方便，抗干扰性强，设计可调试周期较短等优点，倍受人们

21、重视，已成为目前在水位控制系统中使用最多的控制方式，也广泛应运于对传统继电器控制系统技术的改造。1.3 课题研究内容变频恒压供水监控系统主要由变频器、可编程序控制器（PLC）、显示器、传感器等组成，其设计目的是对水位进行微机监控。通过PLC控制软件编程来实现对水塔水位的控制，系统兼有自动报警功能。如果突然出现水塔水位超出或不足等紧急危险的问题，系统就会发出铃声报警并自动关闭部分水泵。本设计采用PLC作为主体，分为水位测量和电气控制两大部分。以欧姆龙C20P为核心，在硬件基础上配合软件来实现对水塔水位的远程控制，并且实现了低警戒水位的报警。本设计对PLC作了简要概述，重点以欧姆龙C20P为基础，

22、对浮力式水位传感器测量水位的设计，声光报警系统的设计，外围电路的设计以及相应的软件编程都做了详细描述。1.4 设计说明书的内容结构安排第一章为绪论，主要介绍了本设计的国内外研究现状及发展趋势、意义、课题研究内容及其安排；第二章为PLC的概述，主要介绍了PLC的定义、应用、分类、特点以及处理问题的一般设计步骤；第三章为PLC系统硬件电路设计，详细介绍了本设计的PLC电路原理以及组成，包括系统的控制要求、C20P硬件配置、系统的整体设计流程图和硬件电路图；第四章为外围电路设计，介绍了系统的水位测量、键盘的设计、显示电路的设计和报警电路的设计；第五章是系统的软件设计，这部分是程序说明和详细的梯形图设

23、计；第六章为结论部分，主要阐述了本设计的意义、作用以及发展前景；最后为参考文献和致谢。2 PLC的概述作为通用工业控制计算机，30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了从逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了从单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用8。2.1 PLC的来源及概念2.1.1 PLC的来源在制造工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征）中，它按照逻

24、辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字叫Programmable Controller（PC）。随着电子技术和计算机技术的发展，PC的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。上世纪80年代，个人计算机逐渐发展起来，也简称为PC，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，美国A-B公司将可编程序控制器定名为可编程序

25、逻辑控制器Programmable Logic Controller（PLC），并将“PLC”作为其产品的注册商标。现在，仍常常将PLC简称PC9。近年，工业计算机技术（IPC）和现场总线技术（FCS）发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC的增长速度出现渐缓趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。目前，世界上有200多厂家生产300多种PLC产品，主要应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。2.1.2 PLC的定义可编程控制器，简称PLC（Programmable

26、 logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都是按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计10。”2.2 PLC特点及应用2.2.1 PLC的特

27、点（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障

28、自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中，加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使PLC组成的各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号

29、与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统的设计及建造的周期大为缩短，同时使维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现

30、机电一体化的理想控制设备11。2.2.2 PLC的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。（1）开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、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当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数

31、字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（3）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、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。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用

32、得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（5）数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（6）通信及联网PLC通信

33、含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便12。2.3 PLC的分类及组成2.3.1 PLC的分类PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。（1）按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结

34、构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不

35、同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧13。（2）按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。中档PLC除具有低

36、档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。高档PLC除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化14。（3）按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。小型PLCI/O点数 2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量816K。2.

37、3.2 PLC的组成PLC的基本结构主要由3部分组成：中央处理器CPU、存储器系统的ROM和RAM等、系统的输入/输出模块。系统内部采用总线结构进行数据和指令的传输。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内；对于模块式PLC，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上。无论是哪种结构类型的PLC，都可根据用户需要进行配置与组合。（1）中央处理单元（CPU）同一般的微机一样，CPU是PLC的核心，起神经中枢作用。PLC中所配置的CPU随机型

38、不同而不同，常用有三类：通用微处理器（如Z80、8086、80286等）、单片微处理器（如8031、8096等）和位片式微处理器(如AMD29W等)。每套PLC至少有一个CPU，它按照PLC系统程序赋予的功能接受并存储用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的张台和数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读出指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现他们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关

39、电路。内存主要用存储程序和数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，再控制行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算中的结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量，因此限制着控制规模。（2）存储器存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中，存储器主要用于存放系统程序

40、、用户程序及工作数据。系统程序是由PLC的制造厂家编写的，和PLC的硬件组成有关，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供PLC运行的平台。系统程序关系到PLC的性能，而且在PLC使用过程中不会变动，所以是由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。用户程序是随PLC的控制对象而定的，由用户根据对象生产工艺的控制要求而编制的应用程序。为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，

41、可将其固化在只读存储器EPROM中。现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。存放在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况确定的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。由于系统程序及工作数据与用户无直接联系，所以在PLC产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。当PLC提供的用户存储器容量不够用，许多PLC还提供有存储器扩展功能。（3）输入/输出单元输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的15。由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的信息只能是标准电平，所以I/O接口要实现这种转换。I/O接口一般都具有光电隔离和滤波功能，以提