1.1.3　基本单元的构成

FX2N基本单元是整体式结构，由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、I/O扩展接口、通信接口、电源等部分组成，如图1-5所示。

（1）CPU（中央处理器）

它是整个系统的核心部件，主要由运算器、控制器、寄存器以及地址总线、数据总线、控制总线构成，并配置有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU类似于人类的大脑和神经中枢，它按照系统程序赋予的功能，读取、解释并执行指令，实现逻辑和算术运算，有条不紊地指挥整个PLC的工作，其主要功能如下：

①接收并存储上位计算机、编程设备（电脑、编程器等）、键盘等所输入的用户程序和数据。

②通过扫描方式从输入单元读取现场控制信号和数据，并保存到映像寄存器或数据寄存器。

③从存储器中逐条读取用户指令，经过命令解释后，产生相应的控制信号去驱动有关的控制电路。

④进行数据处理，分时序、分渠道执行数据存取、传送、组合、比较、变换等工作任务，完成用户程序中规定的逻辑和算术运算。

⑤根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出寄存器的内容，并将结果送到输出接口，实现控制、制表、打印、数据通信等功能。

⑥诊断电源和PLC内部电路的故障，诊断编程中的语法错误。

CPU模块的其他配置：

①在CPU模块上，有一些设定开关，用以设定内存区、工作方式等。

②在CPU模块外部，具有各种接口。总线接口用于连接I/O模块或特殊功能模块；内存接口用于安装存储器；外设接口用于连接编程设备（电脑、编程器等）；通信接口用于通信联络。

③CPU模块上还有多个工作状态指示灯，例如电源指示、运行指示、故障指示、输入指示、输出指示等。PLC的面板上也有这些显示。

CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、内存容量、工作速度等。

（2）存储器

存储器即内存，主要用于存储程序和数据，是PLC不可缺少的组成单元。它包括系统程序存储器、系统RAM存储器、用户程序存储器三个部分。

①系统程序存储器。它用于存储整个系统的监控程序、控制和完成PLC各项功能的程序，相当于单片机的监控程序或微机的操作系统，用户不能更改和调用它。系统程序和硬件一起决定PLC的性能和质量。它又可以分为系统管理程序、用户程序编辑和指令解释程序、标准子程序和调用管理程序。

a.系统管理程序。它决定系统的工作节拍，包括运行管理（各种操作的时间分配）、存储空间管理（生成用户数据区）、系统自诊断管理（电源、系统出错、程序语法和句法检查）。

b.用户程序编辑和指令解释程序。它将用户程序解读为内码形式，以便于程序的修改和调试。经过解读后，编程语言转变为机器语言，以便于CPU操作执行。

c.标准子程序和调用管理程序。它完成某些信息处理，进行特殊运算。

②系统RAM存储器。它包括I/O缓冲区以及各类软元件，如内部继电器、定时器、计数器、数据寄存器、变址寄存器等。

③用户程序存储器。它包括用户程序存储区、用户数据存储区。程序存储区用以存储用户实际控制程序；数据存储区则用来存储输入和输出状态、内部继电器线圈和接点的状态、特殊功能所要求的数据。

用户程序存储器中的内容由用户根据实际生产工艺的需要进行编写，可以读，可以写，可任意修改、增删。用户程序存储器密度高、功耗低。存储器的形式有CMOS RAM读/写存储器、EPROM可擦除只读存储器、EEPROM可擦除只读存储器三种。ROM存储器具有掉电后不丢失信息的特点，而CMOS RAM存储器的内容由锂电池实行断电保护，一般能保持5～10年，带负载运行也可以保持2～5年。

（3）输入/输出单元

通常称为I/O单元，PLC通过输入单元接收工业生产现场装置的控制信号。按钮开关、行程开关、接近开关以及各种传感器的开关量和模拟量信号，都要通过输入模块送到PLC中。这些信号的电平多种多样，但是CPU所处理的信息只能是标准电平，因此输入单元需要将这些信号转换成CPU能够识别和处理的数字信号。PLC又通过输出单元送出输出信号，控制负载设备（电动机、电磁阀、指示灯等）的运行。通常I/O单元上还有接线端子排和LED指灯，以便于连接和监视。

PLC输入/输出单元有三种接线方式，分别是汇点式、分组式、隔离式。汇点式是指输入/输出单元分别只有一个公共端子COM。分组式是指输入/输出单元分为若干组，每组的I/O电路有一个公共的COM端子，并且共享一个电源，而组与组之间的电路没有联系。隔离式是指各个输出点相互隔离，可各自使用独立的电源。

FX2N系列的PLC根据工业生产的需要，提供具有各种操作电平、各种驱动能力的输入/输出模块，以供用户选择和使用。

（4）电源

优质的电源才能保证PLC的正常工作。FX2N基本单元对电源的设计和制造十分重视。不同的电路单元，例如CPU和输入单元、输出单元，需要不同等级的工作电压。基本单元内部配置有高性能的开关式稳压电源，为各个电路单元提供所需的稳定的工作电源，例如CPU、存储器、I/O单元所需的5V直流电源，外部输入单元所需的24V直流电源。国内使用的FX2N，交流电源一般为220V/50Hz。电压的波动在-15%～10%，PLC都可以正常工作，不需要采取另外的稳压措施。

（5）I/O扩展接口

当基本单元的I/O点数不够用时，可以通过I/O扩展接口再连接I/O扩展单元，总点数可以扩展到256点。也可以通过I/O扩展接口连接特殊功能单元，例如模拟量输入/输出模块、使PLC满足不同的控制要求。

（6）通信接口

FX2N配置有多种通信接口，以实现与编程设备、其他PLC、上位计算机、显示器、打印机等设备的连接。