1.3 PLC的结构与分类

1.3.1 PLC的结构

从硬件结构形式上可以将PLC分为整体式固定I/O型、基本单元加扩展型、模块式PLC、集成式PLC和分布式PLC五种结构形式。

1.整体式固定I/O型PLC

整体式固定I/O型PLC是一种整体结构、I/O点数固定的小型PLC（也称微型PLC），如图1-2所示。整体式固定I/O型PLC的处理器、存储器、电源、输入/输出接口、通信接口等都安装在同一个机体内，I/O点数比较固定，并且无I/O扩展模块接口。

整体式固定I/O型PLC的特点是结构紧凑、体积小、安装简单，适用于I/O控制要求固定、点数较少（10～30点）的机电一体化设备或仪器的控制，价格相对便宜，性价比高。此类PLC一般可以安装少量的通信接口、显示单元、模拟量输入单元等微型功能选件，以增加必要的功能。

整体式固定I/O型PLC品种、规格较少，比较常用的有日本MITSUBISH（三菱）的FX1S—10/14/20/30系列等。

2.基本单元加扩展型PLC

基本单元加扩展型PLC是一种由整体结构固定I/O点数的基本单元、可选择扩展I/O模块构成的小型PLC，如图1-3所示。PLC的处理器、存储器、电源、固定数量的输入/输出接口、通信接口等安装在同一个机体内，称为基本单元。通过其扩展接口，可以连接扩展I/O模块与功能模块，进行I/O点数与控制功能的扩展。

与整体式固定I/O型PLC相比，基本单元加扩展型PLC同样具有结构紧凑、体积小、安装简单的特点；但它可以根据设备的I/O点数与控制要求，增加I/O点或功能模块，因此，具有I/O点数可变与功能扩展容易的优点，可以灵活适应控制要求的变化。

基本单元加扩展型PLC与整体式固定I/O型PLC的主要区别在于：

（1）基本单元加扩展型PLC的基本单元本身具有集成、固定点数的I/O点，基本单元可以独立使用。

（2）基本单元、扩展模块自成单元，不需要安装基板或机架，因此，在控制要求变化时，可以在原基础上很方便地对PLC的配置进行改变。

（3）可以使用功能模块，由于基本单元具有扩展接口，因此可以连接其他功能模块。

基本单元加扩展型PLC的最大I/O点数通常可以达到256点以上；功能模块的规格与品种也较多，有模拟量输入/输出、位置控制、温度测量与调节、网络通信等。

这类PLC在机电一体化产品中的实际用量最大，大部分生产厂家的小型PLC都采用了这种结构形式，如日本MITSUBISH（三菱）的FX1N/FXlNC/FX2N/FX2NC/FX3UC系列等。

3.模块式PLC

模块式PLC是大、中型PLC的常用结构，如图1-4所示。它通常需要使用统一的安装基板或机架，PLC的部分或全部单元采用模块化安装的结构形式。专用的安装基板或机架除用于安装、固定各PLC组成模块外，通常还带有内部连接总线，各组成模块通过内部总线构成整体。

模块式PLC的电源、中央处理器、输入/输出、通信等一般为独立的模块。在部分PLC上，也有将电源与中央处理器（包括存储器）、基板进行一体化的结构，但所有其他模块（I/O模块与功能模块）均为独立安装。

与整体式固定I/O型及基本单元加扩展型PLC相比，模块式PLC的特点如下：

（1）全部PLC的组成模块均可以由用户自由选择，不受基本单元I/O的限制，PLC的配置更灵活。

（2）模块式PLC可以连接的I/O点数、功能模块数量众多，容易构成大、中型PLC。

（3）模块式PLC的I/O模块一般均采用可拆卸的连接端，安装或更换模块时一般不需要接线，安装调试、故障诊断与维修方便。

模块式PLC的I/O点一般可以达到1024点以上，可以连接各种开关量输入/输出、模拟量输入/输出、位置控制、温度测量与调节、网络通信等功能扩展模块。

此类PLC通常用于复杂机电一体化产品与自动线的控制，绝大部分生产厂家的大、中型PLC都采用了这种结构形式，如日本MITSUBISH（三菱）的Q系列等。

4.集成式PLC

集成式PLC（也称内置式PLC）一般作为数控系统（CNC）的功能补充，用于实现数控机床或其他数控设备的辅助机能控制，如刀具自动交换控制、工作台自动交换控制、冷却的开/关控制、主轴的启动/正反转/停止控制、夹具的自动松/夹、自动上/下料控制等。

集成式PLC是一种PLC与CNC（数控装置）集成一体的专用PLC，通常无独立的电源与CPU，一般不可以单独使用。

在大多数数控系统中，PLC与CNC共用同一CPU，如三菱的M64S/E68/E60系列数控系统、SIEMENS 810系列、802系列数控系统、FANUC 0系列数控系统等。图1-5所示为集成式PLC的数控系统组成示意图。

当PLC与CNC共用CPU时，PLC的输入/输出通常以I/O接口模块的形式安装在数控系统或机床上，I/O模块与CPU间通过总线连接，如三菱的FCU6—HRC341/351模块、SIEMENS 802C的DI/O模块、SIEMENS 802D的PP72/48模块、FANUC—0iCI/O模块均属于这种情况。采用这种结构时，PLC接口模块一般都为用途单一的开关量输入/输出模块（有时有少量的模拟量接口），单个模块的I/O点数通常都较多，如FANUC—0iCI/O模块为96点输入/64点输出。但接口模块的规格较少，一般只有1～2种，并且I/O的点数与输入/输出的要求固定不变。当I/O点数不足时，需要增加I/O模块进行扩展，PLC通常无特殊功能模块可以供选择。

在功能强大的数控系统中，PLC也有使用单独CPU的场合，此类PLC具有独立的电源模块、CPU模块、I/O模块，整体结构与通用型模块式PLC相同，也可以作为独立PLC使用（此类情况/不常见）。在有些CNC上，也有直接使用通用型PLC的情况。

使用单独CPU的集成式PLC，一般通过特殊的接口模块与总线实现CNC与PLC间的数据交换。PLC的其他组成部分均为模块化结构，与通用型PLC一样，单个I/O模块的控制点数较少，但可以安装的模块数较多，并且输入/输出要求可变，使用较灵活。集成式PLC的优点是可以随时通过CNC的操作面板进行程序编辑、调试与状态诊断，在部分系统中还可以进行梯形图的动态显示。

集成式PLC的使用方法与通用型PLC基本相同，但在I/O信号与内部继电器方面，具有地址固定的CNC与PLC间的内部传送信号；在指令系统方面，具备部分适合于CNC机床控制的特殊功能指令，如刀具自动交换控制用的回转器计数指令、回转器捷径选择指令、“随机换刀”控制指令等。

由于集成式PLC一般都需要与CNC同时使用，因此编程时必须了解系统内部PLC与CNC之间的信号关系，才能正确使用。

5.分布式PLC

分布式PLC是一种用于大型生产设备或生产线实现远程控制的PLC，如图1-6所示，一般通过在PLC上增加用于远程控制的“主站模块”实现对远程I/O点的控制。中央控制PLC的结构形式原则上无规定的要求，可以是基本单元加扩展型PLC或模块式PLC，但由于功能、I/O点数等方面的限制，常见的还是以模块化PLC居多。

分布式PLC的特点是各组成模块可以安装在不同的工作场所。例如，可以将CPU、存储器、显示器等以中央控制（通常称为主站）的形式安装于控制室，将I/O模块（通常称为远程I/O）与功能模块以“工作站”（通常称从站）的形式安装于生产现场的设备上。中央控制PLC（主站）与“工作站”（从站）之间一般需要通过总线（如MITSUBISH公司的CC-Link等）进行连接与通信，因此它事实上已经构成了简单的PLC与功能模块间的网络系统。

1.3.2 PLC的分类

目前各个厂家生产的PLC品种、规格及功能都各不相同，其分类也没有统一标准，这里仅从功能、I/O点数和程序容量两种分类方法介绍，如表1-1和表1-2所示。