第2章PLC控制系统组成初步
plc控制系统的组成
plc 控制系统的组成
plc 控制系统
PLC 控制系统，Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，它采用一类可编程的存
储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术
操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械
或生产过程。
是工业控制的核心部分。
plc 控制系统的组成
（1）CPU 模块
CPU 模块主要山微处理器（CPU 芯片）和存储器组成。
在PLC 控制系统中，CPU 模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用
户程序，刷新系统的输出；存储器用来存储程序和数据。
第2章 PLC基本组成与工作原理-2h
2.2.2 PLC的工作原理—建立I/O映像区
I/O映象区的大小与系统控 制的规模有关 输入点总有输入映象区的某一 位与之相对应 PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映象区 对应的位上；将运算的结果存放到输出映象区对应的位上 。PLC在执行用户程序时所需“输入继电器”、“输出继 电器”的数据取用于I/O映象区，而不直接与外部设备发 生关系 。
③ PLC循环扫描的工作方式
④ PLC对输入采样、输出刷新的集中处理方式
⑤ 用户程序中语句的安排
输入输出延迟时间——最短响应时间
输入/输出 刷新时间
一个扫描周期
执行指令
一个扫描周期
执行指令
输入 端子 输入延迟时间 输入滤波 电路输出
CPU读输入
输出 端子 最短I/O响应时间
输出延迟时间
最短响应时间=输入延迟时间+一个扫描周期+输出延迟时间
输入采样阶段
程序执行阶段
输出刷新阶段
输入、输出延迟响应
是指可编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有 关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，几十毫秒。
① 输入电路滤波时间，它由RC滤波电路的时间常数决定。 改变时间常数可调整输入延迟时间。 ② 输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。 继电器输出方式的滞后时间为10ms左右；双向晶闸管输出 方式，在接通负载时滞后时间约为1ms，切断负载时滞后时 间小于10ms；晶体管输出方式的滞后时间小于1ms。
(3)可电擦除可编程的只读存储器(EEPROM) 它是非易失性的，但是可以用编程装置 对它编程．兼有ROM的非易失性和RAM的随 机存取优点，但是将信息写入它所需的时间 比RAM长得多。EEPROM用来存放用户程序 和需长期保存的重要数据。
PLC原理及应用(2012年第2章)
2.1 PLC的硬件结构 2.1.1 PLC的物理结构
根据硬件结构的不同，PLC主要可分为整体式和模块式。 1.整体式可编程序控制器 小型PLC一般采用整体式结构，它的体积小、价格低。 整体式可编程序控制器将CPU模块、I／O模块和电源装在一个箱 型机壳内（见图2一l），称为基本单元。 2.模块式可编程序控制器 大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成(见 图2-2)。
2.1.3 I/O（输入/输出)模块
各I／0点的通断状态用发光二极管显示，外部接线一般接在模块面板的 接线端子上。 PLC的输入输出信号类型可以是开关量、模拟量。输入输出接口单元包含 两部分：一部分是与被控设备相接的接口电路，另一部分是输入和输出的映 像寄存器。
输入单元接受来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、
2.2.3 PLC的工作原理
PLC的工作原理
• PLC的运行方式 – 形象理解PLC的工作方式
PLC的工作原理
• PLC对输入/输出的处理原则 • 输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入 点在上一刷新期间的接通和断开状态。 • 程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输出映 像寄存器的内容及其他各元件映像寄存器的内容。 • 输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。 • 输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出 映像寄存器中的数据决定。 • 输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器决定。
图2-13
CPU单元与扩展模块的连接方法
常用扩展模块的种类
模块类型 型号 输入/输出点数 8点输入（24VDC） EM221 8点输入（120/230VAC） 16点输入（24VDC） 30 30 70 4/输入 模块消耗电流（mA） +5DC +24VDC 4/输入
PLC系统的基本构成硬件组成及工作原理软件组成
PLC系统的基本构成硬件组成及工作原理软件组成1. PLC的硬件结构可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几组成。
PLC硬件结构如图1所示：图1 PLC硬件结构2. 中央控制处理单元(CPU)可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。
通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位片式微处理器的AM2900、AM2903等。
FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。
3. 存储器可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。
系统存储器：存放系统管理程序。
用户存储器：存放用户编制的控制程序。
4. 输入接口电路PLC通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换，转换成PLC所需的标准电平供PLC进行处理。
接到PLC输入接口的输入器件是：各种开关、按钮、传感器等。
各种PLC的输入电路大都相同，PLC输入电路中有光耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。
PLC输入电路通常有三种类型：直流(12∽24)V输入、交流(100∽120)V输入与交流(200∽240)V输入和交直流(12∽24)V输入图2 直流输入模块图3 交、直流输入模块图4 交流输入模块5. 输出接口电路PLC的输出有三种形式，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。
如图所示：图5 场效应晶体管输出方式（直流输出）图6 可控硅输出方式（交流输出）图7 继电器输出方式（交直流输出）输出端子有两种接法：一种是输出各自独立，无公共点：各输出端子各自形成独立回路。
一种为每4∽8个输出点构成一组，共有一个公共点：在输出共用一个公共端子时，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共点组可使用不同电压类型和等级的负载，且各输出公共点之间是相互隔离的。
plc控制系统结构及工作原理
PLC控制系统结构及工作原理
一、系统结构
PLC控制系统主要由以下几个部分组成：
1. 电源模块：提供系统所需的电能。
2. 中央处理单元（CPU）：进行逻辑运算、算术运算和顺序控制等，实现各种数据操作。
3. 输入输出模块：实现外部信号的采集和输出，与外部设备进行数据交换。
4. 存储器：存储用户程序和数据。
5. 通信接口：实现PLC与外部设备的通信。
二、工作原理
PLC控制系统的工作原理可以概括为“输入-处理-输出”的过程。
首先，通过输入模块采集外部设备的信号，这些信号可以是开关状态、传感器读数等。
然后，这些信号被送到CPU进行处理。
在CPU中，根据预先编写好的程序，对这些信号进行逻辑运算、算术运算等处理。
处理完成后，输出模块将这些结果输出到外部设备，如马达、灯泡等。
三、控制功能实现
PLC控制系统的控制功能主要由用户程序实现。
用户程序可以根据实际需求进行编写，包括各种逻辑运算、算术运算、顺序控制等。
通过输入模块采集的信号，可以触发用户程序执行相应的操作。
这样，PLC控制系统就可以实现对外部设备的精确控制。
四、控制性能分析
PLC控制系统的控制性能主要取决于以下几个因素：
1. 硬件性能：包括CPU的处理能力、存储器的容量、输入输出模块的精度等。
2. 软件设计：包括用户程序的编写、程序结构的合理性、运算速度等。
3. 环境因素：包括温度、湿度、电磁干扰等环境因素对PLC控制系统性能的影响。
总的来说，PLC控制系统具有结构简单、运行可靠、操作方便等优点，因此在工业自动化领域得到了广泛应用。
第2章西门子S7-300400PLC的系统结构
• （3）系统的总功耗在机柜的额定范围内。
PLC原Байду номын сангаас及应用 西安邮电大学
• 三个重要参数：功率、供电或接地。
• 供电或接地：接地和屏蔽技术是系统抗干扰的重要手段 。S7-300PLC系统中，有几个不同标记的“接地”，需 要区别处理。 • M是系统参考电位，一般情况下，它是通过一条跨接线 接地的。也许在一些系统中不需要M接地，这时应把跨 接线拆下。 • 2.6 其他模块
PLC原理及应用 西安邮电大学
• 解：从表2-12可知，所有信号模板和功能模板从背板总 线吸取的电流为： • 25×2+80+100+60+60=350mA； • 没有超过CPU314所能提供的最大电流1200 mA； • 所有模板从电源吸取的电流为： • 1000+25×2+120+250+200+135=1755 mA； • 所有模板的功耗为： • 8+3.5×2+4.9+4.5+1.3+3=28.7 W； • 通过以上计算可知，所有模板从背板总线吸取的电流为 0.35A, 没有超过CPU314所能提供的最大电流1.2A。所 有模板从电源吸取的电流为1.755A，在考虑裕量的基础 上，应选择PS307 5A的电源模板。因为PS307 5A的功 耗为18W，所以系统的总功耗为28.7W＋18W=46.7W， 在考虑机架的大小时，要考虑到该功耗的散热问题。
模板 CPU模板 数字量输入模 板 数字量输出模 板 数字量输出模 板 模拟量输入模 板 模拟量输出模 板 规格 CPU314 16×24V 16×24V 16×继电器输 出 2AI 2A0 数量 1 2 1 1 1 1 25 80 100 60 60 从背板总线吸收的电流 mA 从电源吸收的电流 mA 1000 25 120 250 200 135 功耗 W 8 3.5 4.9 4.5 1.3 3
PLC组成及工作原理
PLC组成及工作原理PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于自动化控制系统的数字计算机。
它由多个组件组成，每一个组件都有特定的功能，以实现对工业过程的控制。
本文将详细介绍PLC的组成和工作原理。
一、PLC的组成1. 中央处理器（CPU）：中央处理器是PLC的核心部件，负责执行程序和处理输入输出信号。
它包含一个或者多个微处理器和存储器，用于存储程序和数据。
2. 输入模块：输入模块用于接收来自外部设备（如传感器、开关）的信号，并将其转换为数字信号，以供CPU处理。
输入模块通常具有多个输入通道，每一个通道可以连接一个外部设备。
3. 输出模块：输出模块用于将CPU处理后的数字信号转换为控制信号，以控制外部设备（如机电、阀门）。
输出模块通常具有多个输出通道，每一个通道可以连接一个外部设备。
4. 存储器：存储器用于存储PLC的程序和数据。
它分为可编程只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。
ROM存储器中存储了PLC的操作系统和用户程序，而RAM存储器用于存储用户数据。
5. 通信模块：通信模块用于PLC与其他设备（如计算机、HMI人机界面）之间的数据交换。
它可以通过串行通信或者以太网连接进行数据传输。
6. 电源模块：电源模块为PLC提供电源，确保其正常运行。
它通常具有过载保护和电源故障检测功能。
二、PLC的工作原理PLC的工作原理可以简单概括为输入、处理和输出三个步骤。
1. 输入阶段：输入模块接收来自外部设备的信号，并将其转换为数字信号，然后传输给中央处理器（CPU）进行处理。
输入信号可以是开关状态、传感器信号等。
2. 处理阶段：CPU根据预先编写的程序对输入信号进行逻辑计算和处理。
程序可以通过梯形图、指令列表或者其他编程语言编写。
CPU根据程序的逻辑判断结果，执行相应的控制操作。
3. 输出阶段：CPU将处理后的结果转换为数字信号，并通过输出模块发送给外部设备。
输出信号可以控制机电的启停、阀门的开关等。
外部设备根据接收到的信号进行相应的动作。
PLC第2章-PLC的结构和工作原理解析
第2章 PLC结构和工作原理
图2-3 交流输入单元电路原理图
第2章 PLC结构和工作原理
（2）开关量输出单元
开关量输出单元，用来将PLC的CPU单元输出的标准 电平转换成外部过程所需要的电平信号，并以此来驱 动外部过程的执行机构、指示灯和负载。输出单元也 分汇点和隔点两种形式。开关量输出接口单元的种类 很多，下面介绍常用的开关量输出接口单元的电路结 构类型和基本原理图。
a、继电器输出。继电器输出电路如图2-4所示。 输出负载的电源，可以是直流，也可以是交流，视负 载类型决定。电源一般由外部电路提供。继电器输出 电路抗干扰能力强，负载能力大（工作电流可达2～ 5A），但信号响应时间长一些（8～10ms）。
第2章 PLC结构和工作原理
图2-4 继电器输出电路图
第2章 PLC结构和工作原理
内部电路根据PLC的指令，通过I/O的地址总线选通使被选通 的某点输入信号经过I/O数据总线进入用户程序的数据存储区， 供CPU做逻辑运算使用，信号电源一般由PLC单元提供，有 些单元是由外部提供。直流输入信号的电压一般在12～24V， 也有的单元要求24V标准电压。从图2-2（a）中可以看出， 由于输入信号的光电隔离电路和LED发光二极管是双向的， 所以对输入信号的正、负极无要求，对于汇点输入方式的单 元将电源的正极或负极接到COM端，另一端接信号。图2-2 （b）是端子接线图。
b、晶闸管输出。晶闸管输出电路如图2-5所示。晶闸 管电路用于功率放大，RC吸收干扰与浪涌电流，VAR 压敏电阻吸收过大的浪涌电流。从图4-12可以看出， 晶闸管输出一定用交流负载，故电源也是交流电源， 电流由外部电路提供。一般来说，晶闸管输出响应时 间短（通点1～2ms断点8～10ms），负载能力强。
PLC第2章S7-200PLC
常用特殊继电器SMB0和SMB1的位信息
六、定时器T
S7-200 PLC中，定时器与继电接触控制系统中的时间继 电器作用类似，可进行时间控制。定时器的设定值由程序赋 予，每个定时器有一个16位的当前值寄存器及一个状态位。 可以用定时器地址来存取这两种形式的定时器数据。 存取格式： T[定时器号] 如：T37 究竟使用哪种形式的数据取决于所使用的指令，如果使 用位操作指令则是存取定时器状态位，如果使用字操作指令 则是存取定时器的当前值。 S7-200 PLC中为用户提供了三种类型的定时器：有记忆 接通延时定时器（TONR）、接通延时定时器（TON）和断 开延时定时器（TOF）。定时器的分辨率（定时精度）有1ms、 10ms和100ms三种。
二、输出继电器Q
输出继电器位于PLC存储器的输出映像寄存器 区，其外部有物理的输出端子与之对应。在每次扫 描周期的最后阶段，CPU将输出映象寄存器中的数 值送到输出锁存器，对输出点进行刷新。可以按位、 字节、字或双字来存取输出映象寄存器。 存取格式： 位： Q[字节地址].[位地址] 如：Q0.0 字节、字或双字： Q[长度][起始字节地址] 如： QB1、QW4、QD4 CPU221、CPU222、CPU224 、CPU224XP 、 CPU226五种CPU模块的输出映象寄存器范围均为 Q0.0～Q15.7。PLC控制系统实际的输出点数不能 超过PLC所提供的具有外部接线端子的输出继电器 的数量。未使用的输出映像寄存器可以作为它用， 但为了程序的可读性，建议不使用这些未使用的输 出继电器。
三、变量存储器V 可以用V存储器存储程序执行过程中控制逻辑 操作的中间结果，也可以用它来保存与工序或任务 相关的其它数据。在进行数据处理或使用大量的存 储单元时，变量存储器V会经常用到。可以按位、 字节、字或双字来存取V存储区中的数据。 存取格式： 位： V[字节地址].[位地址] 如：V10.5
第2章 PLC的结构和工作原理
绪论 EXIT
29
2.2 可编程控制器的工作原理
2.2.1 PLC的工作方式和工作过程
PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行
用户程序和任务的循环序列称为扫描。
CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用
周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的 。
绪论 EXIT
30
扫描周期主要包括
绪论 EXIT
13
3、输入输出接口 输入输出接口是PLC与工业控制现场各类信号连接的 部分。 输入接口用来接受生产过程的各种参数（输入信号）。 输出接口用来送出可编程控制器运算后得出的控制信 息（输出信号），并通过机外的执行机构完成工业现场的 各类控制。 为了适应可编程控制器在工业生产现场的工作，对 输入输出接口有二个主要的要求： ☆良好的抗干扰能力 ☆能满足工业现场各类信号的匹配要求
绪论 EXIT
32
l 输入采样阶段
PLC以扫描方式顺序读入输入端子的通断状态（ON/OFF），并 写入相应的输入状态寄存器中，即刷新输入，接着转入程序执行阶段。
l 程序执行阶段
PLC按先左后右，自上而下的顺序对每条指令进行扫描，并将相 应的运算和处理结果写入输出状态寄存器中。
l 输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，输出状态寄存器的通断状态转写入输出 锁成器中，驱动相应的输出设备，产生PLC的实际输出。 经过这三个阶段，PLC完成一个扫描周期。
扫描周而复始地进行。
绪论 EXIT
34
PLC与微机、继电接触器工作方式比较：
PLC的工作方式：循环扫描（串行） 微机的工作方式：等待命令 继电接触器的工作方式：并行
PLC与微机、 继电接触器 的主要区别
绪论 EXIT
PLC系统构成和工作原理
执行机构所需的信号，输出电路也应与控制器隔离。
二、I/O单元 接线方式
COM
X0 X1 X2 X3
共 点 式
输入输出只有一个公共端子
X4
X5
X6 X7
第二章 可编程序控制器的系统构成和工作原理
2.1.1.3 输入输出单元
二 、 I/O单元 接线方式
COM1
Y0 Y1 COM2 Y2
分 组 式
输入输出端子分为若干个组， 每组共用一个公共端子。
1.编程语言 1）梯形图
• 梯形图是一种图形编程语言，是面向过程的一 种“自然语言”，它沿用继电器的触点线圈和 串并联等术语及图形符号，同时增加了一些继 电—接触器控制系统没有的特殊功能符号。 • 梯形图语言比较形象、直观，对于熟悉继电器 控制线路的电气技术人员来说，很容易接受， 且不需要学习专门的计算机知识，所以是PLC应 用中最基本最普遍的编程语言。 • 梯形图只能用图形编程器直接编程。图2-8（a） 是一个起保停程序的梯形图。 X1 X2 Y1 Y1
(二)、软件知识： 可编程控制器的软件系统
• 可编程控制器是微型计算机在工业控制领域的重 要应用，其软件系统可以分为系统程序和用户程 序两大类。 • 系统程序即可编程控制器的操作系统，它是由 PLC生产厂家编制的，用于控制PLC本身的运行， 对用户是不透明的。 • 系统程序通常包含三个部分： • （1）系统管理程序。 • （2）用户指令解释程序。 • （3）标准程序模块和系统调用。
在现场控制中，干扰侵入PLC的主要途径之一是 通过电源，因此设计合理的电源是PLC可靠运 行的必要条件 。
5 、编程器
编程器用于用户程序的输入、编辑、调试和监视， 可以通过键盘调用和显示PLC的一些内部继电 器状态和系统参数。它经过编程器接口与CPU 联系，完成人机对话。它一般都具有下列5种 功能： 编辑功能 编程功能 监视功能 检查功能 命令功能 编程器还具有与EPROM写入器、打印机、盒式录 音机等外围设备通信的功能。
plc第2章s7-300plc系统组成及内部资源(改)修改至20页
● 状态位（STA）：执行位逻辑指令时，用于保存对 应位的状态。
比如下图当调用I0.0时，I0.0的状态保存在STA中， 当调用M0.0时，M0.0的状态会保存在STA中。
● 逻辑运算结果位（RLO）：用来存储执行位逻辑指令 或比较指令的结果。结果为1表示能流通过。
另外CPU和各模块的参数被恢复为默认设置。
如果有存储器卡，CPU在复位后将它里面的用户程 序和系统参数复制到工作存储区。
பைடு நூலகம்位存储器操作：
通电后从STOP 位置扳到MRES 位置，“STOP” LED 熄灭1s，亮1s，再熄灭1s 后保持亮后。
放开开关，使它自动回到STOP位置，然后又扳 回到MRES，“STOP”LED 以2Hz 的频率至少闪动3s， 表示正在执行复位，最后“STOP”LED 一直亮，表 示复位完成。
加减法下溢出（超出负数的 允许范围）
正数绝对值过 大，超出正数浮 点数表示范围
1
1
—
除法或MOD（取余数）指令 的除数为0
非法的浮点数
比如：前面浮点数运算的结果已超出浮点数的表示范围，此结果又要参与本次浮点运 算，就会出现非法的浮点数。
执行比较、移位和循环移位、逻辑指令后的CC1和CC0：
CC1 CC0
第2章 S7-300PLC系统组成及内部资源
2.1 S7-300PLC硬件系统组成
• S7-300由多种模块部件组成，包括导轨（Rack）、电 源模块（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、输入输 出模块（SM）、功能模块（FM）、通讯处理器模块 （CP）。各种模块能以不同方式组合在一起，从而可 使控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。
PLC组成及工作原理
PLC组成及工作原理标题：PLC组成及工作原理引言概述：PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种用于工业控制系统中的专用计算机，它能够实现自动化控制和监控。
PLC由多个组成部份构成，每一个部份都起着重要的作用。
本文将详细介绍PLC的组成及工作原理。
一、PLC的主要组成部份1.1 中央处理器（CPU）：CPU是PLC的大脑，负责执行控制程序和处理输入输出信号。
1.2 输入模块：输入模块用于接收外部传感器和开关等设备的信号，并将其转换为数字信号输入到CPU中。
1.3 输出模块：输出模块将CPU处理后的控制信号转换为电信号输出到执行器等设备上。
二、PLC的工作原理2.1 扫描周期：PLC工作周期性地扫描输入模块和执行控制程序，然后再扫描输出模块，完成一次完整的控制循环。
2.2 程序执行：PLC控制程序是由用户编写的逻辑程序，通过对输入信号的判断和处理，控制输出信号的状态。
2.3 状态存储：PLC能够存储程序执行过程中的状态信息，以保证系统在断电或者重启后能够恢复到之前的状态。
三、PLC的应用领域3.1 创造业：PLC广泛应用于创造业中的自动化生产线和机械设备控制。
3.2 交通运输：PLC在交通信号灯、电梯等设备中的控制应用也非往往见。
3.3 建造领域：PLC可用于楼宇自动化系统、空调系统等的控制和监控。
四、PLC的优势4.1 稳定可靠：PLC采用工业级组件创造，具有较高的稳定性和可靠性。
4.2 灵便性强：PLC的控制程序可以根据需要进行修改和调整，适应不同的控制需求。
4.3 易于维护：PLC系统结构清晰，故障排查和维护相对简单，减少了维护成本和停机时间。
五、PLC的发展趋势5.1 集成化：PLC系统将更加集成化，整合更多功能模块，提高系统的性能和效率。
5.2 网络化：PLC将更多地与工业互联网和物联网技术结合，实现远程监控和管理。
5.3 智能化：PLC将更智能化，具备学习和自适应能力，提高系统的自动化水平和智能化程度。
第二章 PLC的基础知识
常用的功能模块有： 模拟量输入模块 模拟量输出模块 动态输入/输出模块 温度传感器模块 高速计数模块 PID模块 远程I/O模块 通讯模块
5．扩展口 扩展口是PLC的总线接口。主机与近程扩展机之 间利用扩展口相连接。 6．编程器 编程器是PLC最常用的外设，也是PLC中唯一不 需要通过功能模块而直接与总线相连接的外 设。
（1）直流开关量输入模块：
输入
滤 波
......
R1 DC 24V COM 图2-4 D 直流开关量输入模块原理图 C R2 T 滤 波
. . .
输 入 选 择 器
（2）交流开关量输入模块：
输入
滤 波 输 入 选 择 器
C AC 200~240V COM
R2 R3
......
滤
. . .
R1
T D 图2-5
2.3 可编程序控制器的扩展构成
在实际应用中，经常遇到仅用主机不能满足控 制要求的情况。例如，有的场合控制规律不 太复杂，但信号较多，这时仅用主机就可能 出现输入/输出点数不够用，而选用高档PLC 虽然输入/输出点数够用，但成本较高。在这 种情况下，应考虑采用主机带扩展机的方式。
2.3.1 近程扩展方式 当CPU主机上的I/O点数不能满足需要时，或组合式 PLC选用的模块较多在主机上安装不开时，可通过 扩展口进行近程扩展。
可编程序控制器构成的存储程序控制系统的 组成部分： 输入部分：它们直接接受来自操作台上的操 作命令，或来自被控对象上的各种状态信息， 如按钮、开关、传感器等。 输出部分：它们用来接受程序执行结果的状 态，以操作各种被控对象，如电动机、电磁 阀、状态指示部件等。 控制部分：采用微处理器和存储器，执行按 照被控对象的实际要求编制并存入程序存储 器的程序，来完成控制任务。
PLC应用技术第2章可编程控制器的组成及工作原理
PLC应用技术第2章可编程 控制器的组成及工作原理
本章将介绍可编程控制器（PLC）的组成和工作原理，包括PLC的概述、构 成要素与功能、软件与编程语言、硬件组成、CPU的功能与分类，以及内存 储器的类型与作用。
PLC的存储体系结构
程序存储器
存储用户编写的程序和系统自带的程序指令 集。
输入/输出映像表
根据控制程序的指令，将内部数据转换为外部 动作信号。
用于与其他系统进行数据传输和通信。
PLC软件与编程语言
软件
常用PLC软件包括西门子、施耐德、三菱等， 用于编写和调试PLC程序。
编程语言
常用PLC编程语言有Ladder Diagram（梯形 图）、Structured Text（结构化文本）等。
PLC的应用案例
工厂自动化
交通信号控制
PLC广泛应用于工厂的生产线， 实现自动化控制和监视。
PLC可以用于交通信号的控制 和优化，提高交通流量和安全 性。
水处理厂
PLC在水处理厂中被用于监测 和控制各个处理过程，保证水 质安全。
PLC的未来展望
1
更强大的处理能力
随着科技的发展，PLC的处理能力将
更广泛的应用领域
2
继续提升，能够处理更复杂的任务。
PLC将在更多的领域得到应用，如农
业、医疗和家居自动化等。
3
更智能的系统
未来的PLC系统将拥有更强大的智能 功能，能够自主学习和适应变化环境。
PLC构成要素及功能
中央处理器 输入模块 输出模块 通信接口
执行指令和控制程序的主要部分。
采集外部信号和数据，将其转换为内部可读数 据。
记录输入和输出模块的状态。
数据存储器
PLC控制系统组成初步
对某喷雾干燥塔控制需求的分析
7、运行目标参数在线修改功能 系统主要运行目标参数和报警参数能在线修改：通过密码 验证后，可以在触摸屏上修改进口温度、出口温度、塔内负压 目标值和报警偏差值、排烟温度、出口故障超高温报警和紧急 处理值、增喷枪温度和撤喷枪温度的带范围保护的修改。 运行人员在触摸屏上可以在给定范围内方便地修改出口温度目 标值、布袋动作时间间隔设定。 8、运行模式切换功能 通过触摸屏实现投料、正常运行两种运行方式的切换。在 “投料”运行方式下出口温度的报警值自动按增、撤料枪温度 监视；在“正常”运行方式下出口温度的报警值自动按工艺要 求温度监视。
系统操作同一对象的问题？
思考题
1、喷雾干燥塔工艺流程可以分成几个子系统？请
根据流程要求列出各子系统涉及到主要设备，并
说明设备启动的顺序。
2、请根据喷雾干燥塔工艺流程要求拟定控制系统
的I/O清单？
对某喷雾干燥塔控制需求的分析
1、自动启动功能 由触摸屏单键按安全顺序启动系统主体设备。能实现按送风 机、引风机、供油泵、助燃风机的顺序启动系统，并给出启动指 示和下一步的工作指示。
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析
3 模拟量闭环控制系统
3、空气出塔温度---关乎工艺的关键参数。
通过改变进塔的料浆控制空气出塔温度——本
质是投料系统（料压和料枪的数量）控制。
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析
4 安全保护系统
安全保护系统的控制手段和策略与开关量顺序控制 系统一致，但控制系统的层次关系高于开关量顺序控制 和模拟量控制系统。 在控制系统中，安全保护系统属于监督层。 安全保护系统一般由报警和保护两部分组成。 报警起预警作用，不操作被保护设备。
第一节 喷雾干燥塔工艺分析
新手必知丨PLC系统的基本组成结构
新手必知丨PLC系统的基本组成结构环球自动化三分钟学会自动化PLC是由哪几部分组成，PLC硬件有哪些?很多用户使用PLC，却不是很清楚PLC的结构，下面环球自动化网小编就为大家带来PLC组成结构详细介绍。
1、整体式PLC整体式PLC又叫做单元式、机箱式，它的特点是体积小、价格低。
对箱体式PLC，包含一块CPU板、I/O板、内存块、显示面板、电源等。
对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。
无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
2、模块式PLC一般中型或大型PLC都是采用的模块式结构，由机架和模块组成，模块插座上可以插模块，机架上有多个模块槽数的供用户选择，各机架之间用接口模块和电缆相连。
用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。
3、CPU模块中的存储器存储器又分为用户程序存储器和系统程序存储器。
系统程序使PLC具有基本的智能，能完成PLC设计者的规定的各种工作。
系统程序由PLC的生厂家设计并固定化在ROM(只读存储器)中，用户不能读取。
用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要球的特定功能，用户程序存储器的容量以字节(B)为单位。
4、I/O模块各I/O点的通/断状态用发光二极管(LED)显示，PLC与外部接线的连接一般用接线端子，某些模块使用可以拆卸的插座型端子板，不需断开端子板上的连接线，就可以迅速的更换模块。
输入模块：PLC通过输入模块来接收和采集输入信号，通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调速装置等执行器，PLC控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。
输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号。
输出模块：输出模块的率放大元件有大功率晶体管和场效应管(驱动直流负载)、双向可控硅(驱动交流负载)和小型继电器，继电器可以驱动交流负载或直流负载。
PLC控制系统的组成
教学重点：PLC控制系统的组成，PLC的等效电路
教学难点：PLC控制系统与电器控制系统的区别
授课程序：
1、复习旧课
可编程控制器分类
二、引入：
1. 电器控制系统的组成
通过前部分的学习可知，任何一个电器控制系统，都是由输入部分、输出部分和控制部分组成。
PLC控制系统与电器控制系统相比，有许多相似之处，也有许多不同。不同之处主要在以下几个方面：
1）从控制方法上看，电器控制系统控制逻辑采用硬件接线。“软继电器”的触点数量是无限的，PLC系统的灵活性和可扩展性好。
2）从工作方式上看，在继电器控制电路中，为并行工作方式。而PLC的为串行工作方式。
3）从控制速度上看，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC速度快， 程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题
4）从定时和计数控制上看，电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路作定时器，精度高，定时范围宽。用且PLC具有计数功能，而电器控制系统一般不具备计数功能
5）从可靠性和可维护性上看，由于电器控制系统可靠性和可维护性较差。而PLC可靠性高，PLC还具有自诊断功能。
执教时间年月日(第周星期)累计节
课题
PLC控制系统的组成
课型
新授
备注
维持
秩序
准备
上课
师生共同复习
引导学生自学激发兴趣。
讲授并演示图片
强调
区别
什么是串行什么是并行？师来自共同小结知识目的：PLC控制系统的组成，PLC的等效电路，PLC控制系统与电 器控制系统的区别
能力目的：能说出LC控制系统的组成，PLC的等效电路，PLC控制系统与电器控制系统的区别。
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第一节 喷雾干燥塔工艺分析
2 燃烧系统
燃烧系统通过供油泵、油包和溢油门提供具备一定 缓冲能力的稳压供油系统。增压泵和溢油门保证了油枪 的雾化压力。油枪供油回路和回油回路采用了两只电磁 阀串联的方式保证了油枪燃油回路的动作可靠。在油枪 的回油回路中接入了一只电磁调节阀用于调节燃油量， 以控制干燥塔的出口温度。
4、熄火保护功能 点火过程中和正常运行中因火检、断油等导致熄火时，系统
能自动保护设备安全，并恢复到点火准备状态。 5、系统安全保护功能
系统出口超温保护：出口温度超过规定的故障限值5秒，打 开“紧急排放门”；出口温度超过规定故障限值1分钟，执行 “自动停机”以保证系统安全。 6、状态监测和自动报警功能
2、请根据喷雾干燥塔工艺流程要求拟定控制系统 的I/O清单？
对某喷雾干燥塔控制需求的分析
1、自动启动功能 由触摸屏单键按安全顺序启动系统主体设备。能实现按送风
机、引风机、供油泵、助燃风机的顺序启动系统，并给出启动指 示和下一步的工作指示。
2、安全自动停机功能 通过操作机柜停机按钮自动停止系统按下停机按钮，并保持2
在控制系统中，安全保护系统属于监督层。 安全保护系统一般由报警和保护两部分组成。 报警起预警作用，不操作被保护设备。 保护作用直接操作被保护设备，使其启动或停止。
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析 4 安全保护系统
安全保护系统监控的参数和动作： 1、主回路过载——主设备过电流，停系统，报 警; 2、火焰状态——熄火保护，停系统，报警; 3、空气进塔温度——报警，停系统; 4、空气出塔温度——报警，停系统; 5、塔内负压——报警，停系统; 6、排烟温度——报警，停系统;
主要用于把液态原料制备成固体粉末原料的设备。 在很多行业作为原料制备或成品制备的系统设备。
第一节 喷雾干燥塔工艺分析
1 概述
喷雾干燥塔的基本工作流程： 液态的浆料以高压经喷枪雾化后喷入干燥塔。干燥 塔利用柴油燃烧器的能量将空气加热；热空气在干燥塔 内将雾化后的浆料干燥为超细粒状粉态成品。粉状成品 在塔内利用旋风分离原理从热空气中分离出来，由塔底 部的翻板阀定期排入收集袋中成为合格的原料。
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析 4 安全保护系统
安全保护系统的组成： 1、声光报警 2、设备安全控制
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析 5 其它功能系统
为了完善系统的控制功能，提高系统的操作和控制 性能，一般系统还提供一些辅助的功能。喷雾干燥塔 的主要辅助功能有：
1、单按钮启动——完善顺控功能 2、安全自动停机——完善顺控功能 3、防误操作——完善顺控和安全保护功能 4、工艺参数在线修改——完善模拟量控制功能 5、手/自动操作——完善模拟量控制功能
实现对进口温度、出口温度、塔内负压、排烟温度用曲线图 显示的历史记录查询。 11、设备离线强制启停功能
当设备在检修、调试状态时，通过触摸屏可以对助燃风机、 供油泵、料浆泵、A、B、C喷枪、送风机、排风机和8个除尘 布袋等设备进行强制启停。当系统处在运行状态下时强制启停 无效，以防止误操作。
对某喷雾干燥塔控制需求的分析
第二章 PLC控制系统组成初步
计（
PLC
算
机 控 制 系 统 拓 扑 图
控 制 系 统 拓 扑 图 ）
第二章 PLC控制系统组成初步
某 厂 输 煤 系 统 配 置
SIS系 统
主站
1#远程站 翻车机配电室
2#远程站
3#远程站
4#远程站
5、6号转运站间配电室 1~12号原煤仓之间 13~24号原煤仓之间
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析 1 概述 2 开关量顺序控制系统 3 模拟量控制系统 4 安全保护系统 5 其它功能系统
第一节 喷雾干燥塔工艺分析
1 概述
喷雾干燥塔是化工、食品、陶瓷等很多行业都广泛 使用的原料或成品加工设备。该设备一般都作为一套 相对独立的系统进行成套供应。
该系统的组成主要有燃烧、干燥、投料、除尘等几 个主要部分组成。
期性波动。
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析 3 模拟量控制系统
2、空气进塔温度--关乎工艺的关键参数。 通过改变燃烧控制空气进塔温度:本质为燃烧控制 燃烧控制方案： 1)助燃风量与燃料油按比例控制，保证燃烧充分-→调节燃料油流量保证控制进塔温度（热交换器出口温 度） 控制难点： 热交换器存在较大惯性。
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析
2 开关量顺序控制系统
开关量顺序控制系统也称程序开关控制、顺序控 制系统；根据开关（数字）量输入信号状态，通过 逻辑运算（布尔代数）结果确定开关量输出信号状 态。
开关量顺序控制系统主要实现被控对象的自动启 /停操作。在自动控制系统中操作自动的主要部分。
开关量顺序控制系统以连锁控制为主要策略。 连锁指设备的操作许可、禁止等的约束条件。
12、系统正常运行时间累计功能 通过触摸屏主监视画面可以观察系统连续运行时间累计
值；通过工程师维护画面，在通过密码验证后可以清除系统 连续运行时间累计值。 13、模拟图和棒图监视画面
通过触摸屏实现模拟图画面监视和棒图画面监视的切换 功能。 14、指示灯测试功能
按触摸屏的“灯测试”按钮，并保持3秒以上，所有指示 灯点亮15秒。
系统要求气锤按固定的时间间隔对塔外壁进行振 打，8只布袋按固定的时间间隔进行反吹，以确保除 尘效果。
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析
1 概述
按工艺流程，喷雾干燥塔控制系统由燃烧系统控制、 干燥塔出口温度控制、干燥塔负压控制、投料系统控 制、布袋除尘器控制几个子系统组成。
在该控制系统中，浆料压力、干燥塔出口温度和干 燥塔内负压是关键参数。它们中任一参数不合格都会 导致产品不合格。
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析 3 模拟量闭环控制系统
3、空气出塔温度---关乎工艺的关键参数。 通过改变进塔的料浆控制空气出塔温度——本 质是投料系统（料压和料枪的数量）控制。
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析 4 安全保护系统
安全保护系统的控制手段和策略与开关量顺序控制 系统一致，但控制系统的层次关系高于开关量顺序控制 和模拟量控制系统。
通过触摸屏上“手/自动切换”操作板，按“自动”按钮2秒 以上将系统切换到“自动”。此时系统能按设定的目标温度自 动调节燃烧调节阀来保证目标温度。 17、自动负压控制功能
系统在正常运行状态下，可以通过调节排风机的转速来控制 干燥塔内的负压。
第一节 喷雾干燥塔工艺分析
3 干燥系统
空气
空气
第一节 喷雾干燥塔工艺分析
4 投料系统 根据控制目标自动增/减料枪，保证干燥效果。 建立和保证料浆压力，确保料枪雾化效果。
增/减料枪——塔内负压和温度 料浆压力——溢流阀
第一节 喷雾干燥塔工艺分析
5 除尘系统
在除尘器外壁布置三只气锤，内部设置八个除尘 布袋实现对出塔空气的过滤除尘。
燃烧系统控制兼顾安全和调节两方面的功能。其安 全功能要求实现系统安全点火和熄火保护功能；调节 功能要求能保证干燥塔出口温度的稳定。
干燥塔负压控制通过变频器调节送风机的转速来实 现。
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析 1 概述
按控制特点，喷雾干燥塔控制系统可分为： ➢ 开关量顺序控制系统 ➢ 模拟量闭环控制系统 ➢ 安全保护系统 ➢ 其它功能系统
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析 5 其它功能系统
6、报警系统试验——完善安全保护系统功能 7、设备调试 8、历史数据查询 9、运行时间累计等 系统中的设备存在多个功能系统操作：开关量顺 序控制，模拟量控制，安全保护操作。如何解决多个 系统操作同一对象的问题？
思考题
1、喷雾干燥塔工艺流程可以分成几个子系统？请 根据流程要求列出各子系统涉及到主要设备，并 说明设备启动的顺序。
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析 2 开关量顺序控制系统
喷雾干燥塔中所有设备的启/停操作可以全部纳
入开关量顺序控制系统。
设备：
1、供油泵
5、排风机
2、助燃风机
6、电磁阀-4只
3、鼓风机
7、喷枪-3根
4、料浆泵
8、紧急排空门
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析 2 开关量顺序控制系统
9、气锤-3只
11、点火变压器
10、除尘袋反吹阀-8个 12、警铃
指令：
1、点火
2、报警确认
3、手/自动切换开关
4、系统急停
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析 3 模拟量控制系统
模拟量控制系统（MCS）也称自动调节系统，以维 持被控过程参数为要求值，达到保证生产过程在规定工 况下运行的目的。
模拟量控制系统一般采用闭环控制，所以也称模拟 量闭环控制系统、闭环控制系统（CCS）（开关量也有 闭环、开环之分）。
模拟量控制系统有被控对象、检测设备、调节器和 执行机构（控制仪表）等组成。
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析 3 模拟量控制系统
喷雾干燥塔的模拟量控制系统的被控对象有： 1、塔内负压 2、空气进塔温度 3、空气出塔温度
第二节 喷雾干燥塔控制需求分析 3 模拟量控制系统
1、塔内负压相关参数 鼓风机和送风机的平衡送风。系统采取固定排风机 转速，采用变频器控制送风机转速的控制方法。 控制难点： （1）空气经过换热器、干燥塔和除尘器,惯性大； （2）除尘器的反吹会造成干燥塔内地负压出现周
对某喷雾干燥塔控制需求的分析
15、手动温控功能 通过触摸屏上“手/自动切换”操作板，按“手动”按钮2秒
以上将系统切换到“手动”。此时提供“出塔温度手操面板”。 利用该面板通过在触摸屏上按“大火”按钮两秒实现快速升温 功能；按“小火”两秒后系统自动调节到小火；按“中火”两 秒后系统自动调节到正常运行的位置。按“开大”按钮系统自 动连续增加燃烧，按“关小”按钮系统自动连续减少燃烧。 16、自动温控功能
通过触摸屏实现投料、正常运行两种运行方式的切换。在 “投料”运行方式下出口温度的报警值自动按增、撤料枪温度 监视；在“正常”运行方式下出口温度的报警值自动按工艺要 求温度监视。