第2部分 PLC软硬件组成及工作原理zsc
plc的组成及工作原理
plc的组成及工作原理PLC（可编程逻辑控制器）的组成由以下几个主要部分构成：输入模块、中央处理单元（CPU）、输出模块和编程终端。
1. 输入模块：输入模块负责将传感器或开关等现场设备的信号转换成数字信号，以供PLC的CPU进行处理。
输入模块通常包含多个输入通道，每个通道可以接收一个输入信号。
2. 中央处理单元（CPU）：CPU是PLC的核心部分，负责处理输入信号、执行控制逻辑和生成输出信号。
它包含一个或多个处理器核心，以及内存、计时器、计数器等功能模块。
3. 输出模块：输出模块负责将CPU生成的数字信号转换成电流、电压或其他形式的输出信号，以驱动执行器或控制设备。
输出模块通常包含多个输出通道，每个通道可以产生一个输出信号。
4. 编程终端：编程终端是PLC的用户界面，用于编写、编辑和调试PLC程序。
它通常包含一个显示屏、键盘和其他输入设备，可以通过它来输入控制逻辑、参数和其他信息。
PLC的工作原理如下：1. 输入信号采集：PLC的输入模块从现场设备（如传感器、开关等）接收输入信号，并将其转换为数字信号。
这些数字信号被传送到CPU进行处理。
2. 控制逻辑执行：PLC的CPU根据预先编写的控制程序，对输入信号进行逻辑处理，并执行相应的控制操作。
控制逻辑可以包括布尔运算、计时器、计数器等。
3. 输出信号生成：根据控制逻辑的执行结果，PLC的CPU生成相应的输出信号。
输出信号通过输出模块被转换为相应的电流、电压或其他形式的信号，驱动执行器或控制设备。
4. 控制设备操作：输出信号被传送到执行器或控制设备，将其操作或控制。
这可以包括启动电机、控制阀门、开关灯光等。
通过以上的输入、处理和输出过程，PLC实现了对现场设备的自动化控制。
在运行过程中，PLC能够根据输入信号的变化实时地更新控制逻辑，并根据需要改变输出信号，从而实现对设备的精确控制。
第2章 PLC软、硬件组成及工作原理(一)
编号：QD-751C-11 流水号：河南工业大学继续教育学院授课教案首页课程名称PLC原理及应用任课教师专业课次 4 授课题目第2章 PLC软、硬件组成及工作原理（二）教学重点1、PLC的扫描过程2、映像寄存器的作用3、整体式与模块式PLC各自特点教学难点1、PLC扫描时间的计算2、PLC的扫描过程教具及参考资料PPT 《现代电器控制及PLC应用技术》王永华北京航空航天大学出版社检查签字：第2章 PLC软、硬件组成及工作原理（二）一、复习:PLC硬件有哪些部分组成，各自的作用？二、引入：今天我们学习PLC软件系统。
三、新课：2.3 PLC的软件系统2.3.1 系统程序系统程序是由PLC的制造者采用汇编语言编写的，固化于ROM型系统程序存储器中，用于控制PLC本身的运行，用户不能更改。
系统程序分为：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程序PLC的软件系统2.3.2 用户程序用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一控制任务而利用PLC 的编程语言编制的程序。
用户程序是线性地存储在系统程序制定的存储区内。
1．用户环境用户环境是由系统程序生成的，它包括用户数据结构、用户元件区、用户程序存储区、用户参数、文件存储区等。
2．用户程序结构用户程序结构大致可以分为三种：（1）线性程序（2）分块程序（3）结构化程序3．用户程序语言 PLC的编程语言有多种，其中梯形图、语句表、功能块图是三种基本语言。
2.4 PLC的工作原理PLC的循环扫描工作过程接线程序控制与存储程序控制输入/输出滞后响应2.4.1 接线程序控制与存储程序控制继电接触器控制系统，又称为接线程序控制系统，是通过电器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务的。
接线程序控制与存储程序控制在PLC控制系统中，用户根据控制要求编制出相应的控制程序，并写入PLC的程序存储器中。
系统运行时，PLC将程序执行结果输出给相应的输出设备，控制被控对象工作。
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电子设备，广泛应用于工业生产中。
它能够根据预先编写的程序自动执行各种控制任务，如逻辑运算、数据处理、输入输出控制等。
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）：PLC的核心部件，负责执行程序指令、进行逻辑运算和数据处理。
它包含控制单元、存储器和通信接口等功能模块。
2. 输入模块：用于接收外部信号输入，如开关、传感器等。
输入模块将外部信号转换为数字信号，并传输给CPU进行处理。
3. 输出模块：用于控制外部设备的工作状态，如电机、阀门等。
输出模块接收CPU发送的指令，将数字信号转换为相应的控制信号，控制外部设备的运行。
4. 通信模块：用于与其他设备进行数据交换和通信。
通过通信模块，PLC可以与上位机、传感器网络等设备进行数据传输和远程监控。
5. 电源模块：为PLC提供稳定的电源供电，保证其正常工作。
二、PLC的工作原理PLC的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 程序编写：用户根据控制需求，使用特定的编程语言（如梯形图、指令表等）编写控制程序。
程序中包含逻辑运算、数据处理、输入输出控制等指令。
2. 程序加载：将编写好的控制程序通过编程软件下载到PLC的存储器中。
存储器中的程序即为PLC需要执行的指令。
3. 扫描循环：PLC的CPU按照预定的扫描顺序循环执行程序中的指令。
每次循环称为一个扫描周期。
在每个扫描周期中，PLC完成输入信号的读取、逻辑运算、数据处理和输出信号的控制等操作。
4. 输入信号处理：PLC的输入模块将外部信号转换为数字信号，并传输给CPU。
CPU根据程序中的逻辑指令对输入信号进行处理和判断。
5. 逻辑运算和数据处理：CPU根据程序中的逻辑指令进行逻辑运算和数据处理。
根据输入信号的状态和程序中的逻辑关系，CPU判断输出信号的状态。
6. 输出信号控制：CPU将处理后的结果通过输出模块转换为相应的控制信号，控制外部设备的运行。
第二章 PLC软、硬件组成及工作原理
3. PLC的发展趋势 PLC 两个发展方向一是向小型化、微型化发展；二是向大 型化、网络化、多功能方向发展。主要体现： （1）向高速度、大存储容量方向发展（CPU处理速度ns级； 内存2M字节） （2）向多品种方向发展和提高可靠性(超大型和超小型） （3）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC） （4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I／0 （5）加强联网和通信的能力 （ 6 ） 控 制 的 开 放 和 模 块 化 的 体 系 结 构 OMAC （ open Modular Architecture for Control）
2.1.4 PLC的分类
（3）按结构形式分类 整体式 PLC ：又称单元式或箱体式。整体式 PLC 是将电 源、CPU、I／0部件都集中装在一个机箱内。一般小型 PLC采用这种结构。 模块式 PLC ：将 PLC 各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块、I／0模块、电源模块和各种功能模块。模块 式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般 大、中型 PLC 采用模块式结构，有的小型 PLC 也采用这 种结构。 有的 PLC 将整体式和模块式结合起来，称为叠装式 PLC 。
2.1.3 PLC与其他工业控制系统的比较
1. 与继电-接触器控制系统的比较 （1 ）灵活性和可扩展性。继电系统灵活性和可扩展性差， 继电器触点数目有限， PLC系统有软件和硬件构成，要改 变控制功能只需要修改控制软件即可，其软继电器触点理 论上可使用无数次，灵活性和可扩展性极佳。 （2）可靠性和可维护性 （3）控制速度和稳定性 分别为ms级和s级 （4）延时的可靠精度和可调性 （5）设计与施工 （6）系统价格
2.1.2 PLC的产生与发展趋势
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。
第2节 PLC硬件结构与工作原理
2.1 PLC的硬件结构
2.1.3 I/O模块（输出模块）
大功率晶体管或场效应管输出形式：
+5v 内 部 电 路 T1 负载 R2 LED R3 R1 FU COM VT VD
主要适用于直 流流负载的驱 动 （电磁阀）
当内部电路的状态为1时，光电耦合器T1导通，使大功率晶体管VT饱和导通，则负载得电， 同时点亮LED，表示该路输出点有输出。当内部电路的状态为0时，光电耦合器T1断开， 大功率晶体管VT截止，则负载失电，LED熄灭，表示该路输出点无输出。当负载为电感 性负载，VT关断时会产生较高的反电势，VD的作用是为其提供放电回路，避免VT承受过 电压。
2.1 PLC的硬件结构
2.1.3 I/O模块（输出模块）
双向晶闸管输出形式：
主要适用于交流负载的驱动
当内部电路的状态为1时，发光二极管导通发光，相当于双向晶闸管施加了触发信号，无 论外接电源极性如何，双向晶闸管T均导通，负载得电，同时输出指示灯LED点亮，表 示该输出点接通；当对应T的内部继电器的状态为0时，双向晶闸管施加了触发信号，双 向晶闸管关断，此时LED不亮，负载失电。
存储器卡
RAM
2.1 PLC的硬件结构
2.1.2 CPU模块中的存储器
存储容量
存储器及使用 上装和下装用户程序 定义存储器保持范围 用程序永久保存数据 存储器卡的使用
2.1 PLC的硬件结构
2.1.2 CPU模块中的存储器
存储安全:
1）主机CPU模块内部配备的EEPROM，上装程序时，可自动装入并永 久保存用户程序、数据和CPU的组态数据。 2）用户可以用程序将存储在RAM中的数据备份到EEPROM存储器。 3）主机CPU提供一个超级电容器，可使RAM中的程序和数据在断电后 保持几天之久。
PLC组成及工作原理
PLC组成及工作原理PLC是Programmable Logic Controller的简称，中文翻译为可编程逻辑控制器。
它是一种用于自动控制工业过程的数字计算机系统。
PLC由硬件和软件两部分组成，下面将详细介绍PLC的组成和工作原理。
1.硬件组成：PLC的硬件主要包括中央处理器（CPU）、输入输出模块（I/O模块）、电源模块、通信模块以及其他辅助硬件。
-中央处理器（CPU）是PLC的核心，负责接收输入信号、执行程序指令并控制输出信号。
CPU通常具有高性能的微处理器，能够进行复杂的计算和逻辑判断。
-输入输出模块（I/O模块）负责与外部世界进行数据交换。
输入模块用于接收现场传感器、开关等设备的信号，输出模块用于控制执行机构、显示设备等。
-电源模块提供稳定的电源供电，确保PLC正常运行。
-通信模块可实现PLC与其他设备（如人机界面、计算机、远程监控系统等）之间的数据传输和通信。
-其他辅助硬件包括存储器、时钟模块、编程口等，用于存储程序、记录运行时间、与外部进行编程等功能。
2.软件组成：PLC的软件主要包括操作系统、开发环境和用户程序。
-操作系统是PLC的核心软件，用于管理硬件资源、执行程序指令、实现通信等功能。
- 开发环境提供PLC程序的开发、调试和维护工具。
常见的开发环境有LD（Ladder Diagram，梯形图）、FBD（Function Block Diagram，功能块图）、ST（Structured Text，结构化文本）等多种编程语言。
-用户程序是PLC的应用程序，由工程师根据控制需求编写。
用户程序根据输入信号的状态和逻辑关系，通过中央处理器进行逻辑判断并控制输出信号，实现自动化控制。
3.工作原理：PLC的工作原理主要分为输入端、处理端和输出端。
-输入端：PLC通过输入模块接收来自现场的输入信号，如开关状态、传感器信号等。
输入信号会被转换成数字信号，并传给中央处理器。
中央处理器会周期性地扫描输入信号，并将其存储在内部存储器中，以供后续的程序处理。
PLC课件 第2章 PLC的组成与工作原理
第二章 可编程控制器的组成和工作原理
3.数字量（或开关量）输入部件及接口 (1)数字量（或开关量）输入模板的外部接线方式 ①汇点式输入接线 ； ②隔离式输入接线方式 。 (2)数字量输入模板的接口电路 ①直流数字量输入模板 ②交流数字量输入模板
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第二章 可编程控制器的组成和工作原理
4.数字量（开关量）输出部件及接口 (1)数字量输出模板的接线方式 ①汇点式输出接线 ； ②隔离式输出接线方式。 (2)数字量输出模板的接口电路 ①直流数字量输出接口模板(晶体管输出型)； ②交流数字量输出接口模板 ( 双向晶闸管或双向可 控硅)； ③继电器输出接口模板。
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第二章 可编程控制器的组成和工作原理
3.PLC的程序执行过程 PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行 和输出刷新三个阶段。
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第二章 可编程控制器的组成和工作原理
4.输入/输出的处理规则
①输入映像寄存器的数据取决于各输入端子在输入刷新期间 的接通或断开状态。 ②程序如何执行取决于用户程序和输入映像寄存器，内部元件 寄存器的内容。 ③输出映像寄存器内容取决于所有输出指令的执行结果。 ④输出锁存器中的内容决定于上一次输出刷新期间输出映像寄 存器的内容。 ⑤所有输出端子状态由输出锁存器决定。
•（2）.用户指令解释程序 •（3）.标准程序模块和系统调用 2.用户程序•
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第二章 可编程控制器的组成和工作原理
3.编程语言
编程语言分：梯形图、语句表、逻辑功能图、顺序功能图、 流程图、高级语言。 ①梯形图 ②语句表 ③逻辑功能图 ④顺序功能图 ⑤高级语言
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第二章 可编程控制器的组成和工作原理
第三节 可编程控制器的工作原理
1.等效电路 ①输入部分由外部输入电路、 PLC 输入接线端子和输入继 电器组成。外部输入信号经 PLC 输入接线端子去驱动输入继 电器的线圈。 ②内部控制电路是由用户程序形成的用“软继电器”来代 替硬继电器的控制逻辑。 ③输出部分是由在 PLC 内部且与内部控制电路隔离的输出 继电器的外部常开接点、输出接线端子和外部驱动电路组成， 用来驱动外部负载。
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）是一种专门用于工业自动化控制的电子设备。
它由CPU（中央处理器）、存储器、输入模块、输出模块和通信模块等组成。
PLC的工作原理是通过输入模块获取外部信号，经过CPU的处理后，再通过输出模块控制外部设备。
一、PLC的组成1. 中央处理器（CPU）：是PLC的核心部件，负责控制整个系统的运行。
它接收输入信号，根据程序的逻辑进行处理，并输出控制信号。
2. 存储器：用于存储PLC的程序、数据和系统参数等信息。
存储器包括RAM （随机存储器）和ROM（只读存储器）两部分。
RAM用于存储程序和数据，ROM用于存储固化的系统程序。
3. 输入模块：用于接收外部信号，并将其转换为PLC可识别的信号。
输入模块可以接收各种类型的信号，如开关信号、传感器信号等。
4. 输出模块：用于控制外部设备，将PLC的输出信号转换为可用于驱动外部设备的信号。
输出模块可以控制各种类型的设备，如电机、执行器等。
5. 通信模块：用于PLC与其他设备或系统之间的通信。
通信模块可以实现PLC与计算机、上位机、其他PLC等设备之间的数据交换和通信。
二、PLC的工作原理PLC的工作原理可以分为三个主要步骤：输入采集、逻辑处理和输出控制。
1. 输入采集：PLC的输入模块接收外部信号，并将其转换为PLC可识别的信号。
输入信号可以是开关信号、传感器信号等。
输入模块将采集到的信号传输给CPU进行处理。
2. 逻辑处理：CPU根据预先编写的程序进行逻辑处理。
程序包括了各种逻辑判断、计算和控制命令等。
CPU根据程序的逻辑对输入信号进行处理，并根据需要进行计算和判断。
3. 输出控制：CPU根据逻辑处理的结果，通过输出模块控制外部设备。
输出模块将CPU输出的信号转换为可用于驱动外部设备的信号，如控制电机的启停、控制执行器的开关等。
PLC的工作原理基于程序控制的思想，通过编写程序实现对工业过程的控制和自动化。
程序可以根据需要进行修改和调整，从而实现不同的控制功能。
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）是一种广泛应用于工业自动化领域的控制设备。
它由中央处理器、输入/输出模块、存储器和通信模块等组成。
PLC的工作原理是通过接收输入信号，经过处理后控制输出信号，从而实现对机械设备的自动控制。
下面将详细介绍PLC的组成和工作原理。
一、PLC的组成1. 中央处理器（CPU）：是PLC的核心部件，负责处理输入信号、执行用户程序、控制输出信号等。
CPU通常由微处理器、存储器和输入/输出接口组成。
2. 输入/输出模块（I/O模块）：用于与外部设备进行数据交换。
输入模块接收外部传感器、开关等信号，并将其转换为数字信号输入给CPU。
输出模块接收CPU发送的信号，并将其转换为电流、电压等形式输出给执行器、继电器等。
3. 存储器：用于存储用户程序、数据和系统参数等。
存储器通常分为RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）两种。
RAM用于存储运行时的数据和程序，而ROM则用于存储固化的程序和系统参数。
4. 通信模块：用于PLC与其他设备之间的通信。
通信模块可以通过串口、以太网等方式与上位机、其他PLC或外部设备进行数据交换，实现远程监控和控制。
二、PLC的工作原理1. 输入信号采集：PLC通过输入模块采集外部传感器、开关等输入信号。
输入信号可以是数字信号（如开关量）或模拟信号（如温度、压力等），PLC会将其转换为数字信号进行处理。
2. 信号处理：CPU接收到输入信号后，根据用户程序进行逻辑运算、算术运算、定时计数等处理。
用户程序是由用户编写的，通过编程软件将其下载到PLC中。
用户程序中包含了控制逻辑、算法和各种功能模块等。
3. 输出信号控制：CPU根据处理结果控制输出模块，将处理后的信号转换为电流、电压等形式输出给执行器、继电器等。
输出信号可以控制电机、阀门、灯光等，实现对机械设备的控制。
4. 数据存储：PLC使用存储器存储用户程序、数据和系统参数等。
用户程序存储在RAM中，可以实时修改和更新。
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。
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）是一种用于工业自动化控制系统的设备，它可以根据预先编写的程序来控制和监视各种生产过程。
本文将详细介绍PLC的组成和工作原理。
一、PLC的组成PLC主要由以下几个组成部分构成：1. 中央处理器（CPU）：CPU是PLC的核心部件，负责执行控制程序、处理输入输出信号和进行数据处理。
它通常由一个或多个微处理器组成，具有高速运算和存储能力。
2. 输入模块：输入模块用于接收外部信号，将其转换为数字信号并发送给CPU 进行处理。
常见的输入信号包括开关、传感器、按钮等。
3. 输出模块：输出模块负责将CPU处理后的信号转换为控制信号，通过继电器或电子开关等形式输出给执行器，如电机、气缸等。
它们将控制信号转换为相应的动作，实现对设备的控制。
4. 存储器：PLC中的存储器分为程序存储器和数据存储器两部分。
程序存储器用于存储用户编写的控制程序，而数据存储器用于存储程序执行过程中产生的数据。
5. 通信接口：PLC通常需要与上位机或其他设备进行通信，以实现数据传输和监控。
通信接口可以是串口、以太网口等。
6. 电源模块：电源模块为PLC提供稳定的电源，保证其正常运行。
二、PLC的工作原理PLC的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 输入信号采集：输入模块接收外部信号，将其转换为数字信号，并发送给CPU进行处理。
采集到的信号可以是开关状态、传感器检测到的物理量等。
2. 程序执行：CPU根据预先编写的控制程序进行逻辑运算和数据处理。
控制程序通常采用类似于 ladder diagram（梯形图）的图形化编程语言，通过逻辑运算、计算和判断等操作，实现对输入信号的处理和控制逻辑的执行。
3. 输出信号控制：CPU根据程序执行的结果，将处理后的信号转换为控制信号，并发送给输出模块。
输出模块接收到控制信号后，将其转换为相应的动作信号，通过继电器或电子开关等形式输出给执行器，实现对设备的控制。
4. 数据存储和通信：PLC中的数据存储器用于存储程序执行过程中产生的数据，如计数值、计时器值等。
第二章PLC的硬件与编程软件的使用方法
六、PLC的I/O地址分配与外部接线
1、本机I/O口和扩展模块的地址分配
S7-200有一定数量的I/O，并且I/O有固定的地址，可 以直接访问，当系统增加扩展模块后扩展模块的地址分 配如下： 1）同类型输入或输出点的模块按顺序编址。 2）对于数字量，输入/输出映像寄存器的单位长度 为8位（1个字节），本模块高位实际位数未满8位的，未 用位不能分配给I/O链的后续模块。 3）对于模拟量，输入/输出以2个字节（1个字）递 增方式来分配空间。
CPU 224
14/10 无
7个模块 168数字I/O 35路模拟 I/O
7个模块 168路数字 I/O 38路模拟 I/O 7个模块 248路数字 I/O 35路模拟 I/O
有
1个
有
6～30kHz高速计数 2～20kHz高速脉冲 输出
6～100kHz高速计 数 2～100kHz高速脉 冲输出 6～30kHz高速计数 2～20kHz高速脉冲 输出
3）大型 PLC I/O点数在 >2048点，存储器 >8kB 具有：数据运算、模拟调节、联网通信、监 视记录、打印等功能
PLC编程语言
梯形图语言
功能快图语言
语句表语言
结构化文本语言
梯形图
语句表
功能块图
四、PLC的工作原理
1、PLC如何替代继电器的？
图2-7 电机控制电路实现的逻辑运算： KM=(SB1+KM)SB2 FR KM 线 圈
热电偶热电阻扩展模块EM231热电偶热电阻扩展模块
可用于J、K、E、N、S、T和R型热电偶，模块输出15位 加符号位的二进制数。 5、特殊功能模块 S7-200系统还提供了一些特殊功能模块，用于完成特定 的任务。 6、通信模块 EM277：Profibus-DP从站通信模块； EM241：调制解调器（Modem）通信模块； CP243-1:工业以太网通信模块； CP243-2：AS-i主站模块。
《PLC原理及应用》第2章PLC的硬件概述和工作原理
2、PLC两种基本工作状态
RUN
1）运行（RUN）
STO P
PLC通过反复执行反映控制要求的用
内部处理 通信服务
一、I/O模块的外部接线（有三种形式）
有一个公共点，各输入或输出共用一个电源。 汇点式 如FXON-24MR输入点采用此方式。
I/O点分为若干组，每组的I/O电路有一个公共点， 分组式 它们共用一个电源。各组之间是分隔的，可以分别使
用不同的电源。
分隔式 各I/O之间相互隔离，每一I/O都可以单独使用电源。
图 2-3 交 流 输 入 电 路
三、输出模块
接受来自CPU的数字信号，将这些信号转换为驱动信号。 包括：隔离、电平转换、放大等电路。
输出模块具有隔离和功率放大功能，输出电流的典型值为， 负载电源由外部现场提供。根据输出电路所用开关器件的不同 可分下列三种：
继电器输出电路（R） 晶体管输出电路（T） 双向可控硅输出电路 (S)
户程序来实现控制功能。即扫描工作方式， 每次循环（扫描），PLC要完成如图2-10 所示的五个方面的工作。由于执行指令速
输入处理 程序执行
度极高，从外部输入—输出关系来看，处 理过程似乎同时进行的。
输出处理
2）停止（STOP） 只完成内部处理和通信处理工作。
图 2-10 扫 描 过 程
3、各阶段的主要工作
格低，如8051等。
位片式微处理器
运算速度快，如AMD2900系列，很适合
于以顺序扫描方式工作的PLC使用。
PLC的硬件以及工作原理
稳定，以确保DC电源有足够的抗冲击能力。把所有的DC电源接地可以获
得最佳的噪声抑制。 未接地的DC电源的公共端M与保护地PE之间用RC并联电路。电阻提供了 静电释放通路，电容提供高频噪声通路。
图2-14 交流电源系统的外部接线
图2-15 直流电源系统的外部接线
5. 对感性负载的处理 感性负载有储能作用，触点断开时，电路中的感性负 载会产生高于电源电压数倍甚至数十倍的反电动势； 触点闭合时，会因触点的抖动而产生电弧，它们会对
使用同一个电源，有同一个参考点的电路，其参考点只
能有一个接地点。将CPU为传感器和输入电路供电的 DC24V电源的M端子接地，可以提高抑制噪声的能力。
3、交流电源系统的外部接线 用单刀开关将电源与PLC隔离开。可以用过电流保护设备保护CPU的电源 和I/O电路，也可以为输出点分组或分点设置熔断器。所有的地线端子集 中到一起后，在最近的接地点用导线一点接地。 4、直流电源系统的外部接线 用开关将电源与PLC隔离开，过电流保护设备、短路保护和接地的处理与 交流电源系统相同。 在外部AC/DC电源的输出端接大容量电容器，负载突变时，可以维持电压
率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的
线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。 梯形图中某一输出位的线圈“断电”时，对应的输出 过程映像寄存器为0状态。信号经输出模块隔离和功 率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的
线圈断电，其常开触点断开，使外部负载停止工作。
数字量扩展模块 数字量I/O：8DI、16DI、4DO、8DO、4/4、8/8、 16/16、32/32DI/DO。 输入有24V DC和230V AC两种，输出有24V DC和继 电器型。
应用 及 编程 C L P
第2章 PLC的基本组成和工作原理
PLC的基本结构
主机
用 户 输 入 设 备 编程器 盒式磁带机 打印机 EPROM 写 入 器 上位计算机 PLC 可 编 程 终 端 PT
③
输 入 单 元
④
①
电源
③
输 出 单 元
中央处理单元 （ CPU）
用 户 输 出 设 备
⑤
⑤外
设 接 口
②存 储 器
系统程序 用户程序 存储器 存储器
I/O 扩 展 口
误，则立即报警或停止程序的执行。 3）接收现场的状态或数据并存储。 将接收到现场输入的数据保存起来，在需要改 数据的时候将其调出、并送到需要该数据的地方。 4）PLC进入运行后，执行用户程序，存储执行结果， 并将执行结果输出。 当PLC进入运行状态， CPU 根据用户程序存放 的先后顺序，逐条读取、解释和执行程序，完成用户 程序中规定的各种操作，并将程序执行的结果送至输 出端口，以驱动可编程控制器的外部负载。 5）诊断电源、PLC内部电路的工作故障。 诊断电源、可编程控制器内部电路的故障，根据 故障或错误的类型，通过显示器显示出相应的信息， 以提示用户及时排除故障或纠正错误。
③交流输入电路
（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。
输入端子 发光二极管 PLC
3.3k
In
内 内 内 470 内
1000PF
24V – + + – COM 发光二极管
直流电源
光电三极管
直流输入电路
外部开关
输入点
S
R1 T C M R2 → →
+5V
内 部 电 路
A
公共端 输入点的状 态显示
3）标准程序模块和系统调用程序
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PLC的产生和发展
PLC的发展经历了五个重要时期 ： （1）从产生到20世纪70年代初期。CPU由中小规模数字集成 电路组成，存储器为磁芯存储器，控制功能比较简单。 （2）20世纪70年代末期。采用CPU微处理器，存储器采用半 导体存储器，体积减小，数据处理能力有很大提高。 （3）20世纪70年代末到80年代中期。PLC开始采用8位和16 位微处理器，使数据处理能力和速度大大提高。 （4）20世纪80年代中期到90年代中期。超大规模集成电路促 使PLC完全计算机化，CPU已经开始采用32位微处理器。
域是自动化。不同的企业对自动化程度的要求都不相同。不仅需要发展适合
于大、中型企业的高水准的PLC网络系统，而且也要发展适合小型企业性能 价格比高的小型PLC控制系统。所以 PLC控制系统将朝着两个方向发展：一
是向小型化、微型化方向发展。作为控制系统的关键设备，PLC将朝着体积
更小、速度更快、功能更强、价格更低的方向发展。二是向大型化、网络化、 多功能方向发展。
PLC的基本分类
整体式
小型机常采用整体式 中、大型机常采用组合式
组合式
整体式 PLC的基本组成框图
主机
输 入 设 备 编程器 盒式磁带机 打印机 EPROM写入器 上位计算机 PLC 可编程终端PT … 输 入 单 元 电 源 输 出 单 元 输 出 设 备
CPU
外 设 接 口
存 储 器
系统程序 用户程序 存储器 存储器
光电耦合
交流输入电路
输入点
外部开关
S R1 → → LED +5V
～
C COM
R2
A R3
滤波
内 部 电 路
输入点的 状态显示
光电耦合
（2）输出接口电路：
以继电器形式为例：
继电器输出
Q
内 部 K
COM + 交流电源或 直流电源
内 部
PLC
电
路
电
路
晶体管输出电路 输出点的 状态显示 光电耦合 输出点
（5）20世纪90年代中期至今。PLC使用16位和32位微处理器， 出现了智能化模块，可以实现对各种复杂系统的控制。
PLC的产生和发展
PLC经过30多年的发展，现已形成了完整的产品系列，其功能与昔日的 初级产品不可同日而语，强大的软、硬件功能已接近或达到计算机功能。 PLC自问世以来，经过几十年的发展，PLC的功能越来越强大，应用范 围也越来越广泛，其足迹已遍及国民经济的各个领域，但PLC的主要应用领
★ 诊断故障、记忆故障信息并报警。
1.中央处理单元（CPU）： (1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令 (2)将各种输入信号取入 (3) 把运算结果送到输出端 (4) 响应各种外部设备的请求
PLC中所采用的CPU通常有三种 ： （1）通用处理器：8086、80286、80386 （2）单片机芯片：8031、8096 （3）位片式微处理器：AMD-2900 小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU 中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU 大型PLC多采用高速位片式微处理器
PLC 的应用领域
1. 开关量逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域 2．运动控制 PLC可用于直线运动或圆周运动的控制
3．闭环过程控制 PLC通过模拟量模块实现模拟量与数字量的A/D、D/A转换，
能够实现对模拟量的控制 4．数据处理 现代的PLC具有数学运算（包括矩阵运算、函数运算、逻辑运
存储器
系统程序存储器—— 存储系统系统程序 用户程序存储器—— 存储系统用户程序
工作数据存储器—— 存储工作数据
RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调
试的程序。 ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。
I/O单元
PLC与外部设备联系的桥梁
直流输入单元
开关量输入单元
交流输入单元 晶体管输出单元
（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。 输入端子
3.3k
发光二极管 PLC
内 部
In
1000PF
电 470 路
24V – +
+ –
直流电源
COM
发光二极管
光电三极管
直流输入电路 外部开关S Nhomakorabea1输入点
+5V T
C R2 → →
A COM R3
LED
滤波
内 部 电 路
公共端 输入点的 状态显示
美国是 PLC 生产大国，有 100 多家 PLC 厂商，著名的有 A-B 公司、通用电气（ GE ）公司、莫迪康（ MODICON ）公司、 德州仪器（ TI ）公司、西屋电气公司等。
欧洲著名的 PLC 生产厂商有德国的西门子（ SIEMENS ）公 司、 AEG 公司，法国的 TE 公司等。 日本有许多 PLC 制造商，如：三菱、欧姆龙、松下、富士、 日立、东芝等。
我国的 PLC 生产厂家规模一般不大，主要有无锡华光电子工业 有限公司、上海香岛机电制造有限公司、杭州机床电器厂、天 津中环自动化仪表公司等。
◇ PLC的硬件组成
PLC 生产厂家很多，产品的结构也各不相同，但其基本构成是一样的， 都采用计算机结构，如下图所示，都以微处理器为核心，通过硬件和软件 的共同作用来实现其功能。 PLC 主要有六部分组成： CPU( 中央处理器 ) 、 存储器、输入 / 输出（ I/O ）接口电路、电源、外设接口、输入 / 输出 （ I/O ）扩展接口。
1968年美国通用汽车公司提出的替代继电器控制系统的 新型控制器的十项指标（GM十条）： 1） 编程简单、现场可 修改程序； 2）维护方便、采用插 件式结构； 3）可靠性高于继电器 控制系统； 4）体积小于继电器控 制系统； 5）数据可以直接送入 计算机； 6）成本可与继电器系 统竞争； 7）输入可为市电； 8）输出可为市电，能 直接驱动电磁阀、交 流接触器等； 9）通用性强、易于扩 展； 10）用户存储器大于 4K。
PLC 的产生和发展
在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是以继电
器控制占主导地位的。对生产工艺多变的系统适应性差，一 旦生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件 结构。
20世纪60年代，美国的汽车生产技术相对成熟，汽车制 造业竞争激烈，导致汽车产品不断更新，生产线也随之频繁
改变。而当时的自动控制装置是继电接触器控制系统，要改 变工艺十分困难，这不仅阻碍了产品更新换代周期，而且可 靠性不高。
算），数据传递、排序和查表、位操作等功能；可以完成数据的采集、分析
和处理，可以与存储器中存储的参考数据相比较，也可以传送给其它智能装 置或传送给打印机打印制表 5．联网通信 PLC的通讯包括PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间和其它 的智能设备之间的通讯
PLC 的生产厂家
当今世界上 PLC 生产厂家按地域可分为 三大流派：美国、欧洲和日本。
PLC 的特点
1 ． 通用性强： 由于采用了微型计算机的基本结构和工作原理，而且接口电路考虑 了工业控制的要求，输出接口能力强，因而对不同的控制对象，可以采用相同的硬件， 只需编制不同的软件，就可实现不同的控制。 2 ． 接线简单： 只要将用于控制的接线、限位开关和光电开关等接入控制器的输入 端，将被控制的电磁铁、电磁阀、接触器和继电器等功率输出元件的线圈接至控制器 的输出端，就完成了全部的接线任务。 3 ． 编程容易： 一般使用与继电接触器控制电路原理图相似的梯形图或用面向工业 控制的简单指令形式编程。因而编程语言形象直观，容易掌握，具有一定的电工和工 艺知识的人员可在短时间学会并应用自如。 4 ． 抗干扰能力强、可靠性高： PLC 的输入输出采取了隔离措施，并应用大规模集 成电路，故它能适应各种恶劣的环境，能直接安装在机器设备上运行。 5 ． 容量大，体积小，重量轻，功耗少，成本低，维修方便： 例如一台具有 128 个 输入输出点的小型 PLC ，其尺寸为 216 × 127 × 110mm 3 ，重约 2.3Kg ，空载功耗为 1.2W ，它可以完成相当于 400 ～ 800 个继电器组成的系统的控制功能，而其成本仅相 当于相同功能继电器系统的（ 10 ～ 20 ）％； PLC 一般采用模块结构，又具有自诊断 功能，判断故障迅速方便，维修时只需更换插入式模块，因而维修十分方便。
PLC 的分类 2. 按 I/O 点数和存储容量分类
◆ 小型
PLC ： I/O 点数在 256 点以下，存储 器容量 2K ；
◆ 中型
PLC ： I/O 点数在 256 ～ 2048 点之间， 存储器容量 2K ～ 8K;
◆ 大型
PLC ： I/O 点数在 2048 点以上，存储器 容量 8K 以上。
PLC的产生和发展
1969年美国数字设备公司(DEC公司)研制出了第一台可编 程控制器PDP-14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功并 取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。
美国从 1971 年开始输出这种技术， 1973 年以后，西德、 日本、英国、法国相继开发了各自的 PLC ，并广泛应用。廿余 年来， PLC 的发展迅猛异常，它的应用领域可谓是各行各业。 PLC 的出现和发展，是工业控制技术上的一个飞跃。 PLC 在我 国机械、冶金、化工、轻工的大多数工业部门已开始得到广泛应 用。 PLC 的应用在工业界产生了巨大的影响。
PLC 的分类
1. 按结构形式分类, 可分为整体式和模块式两类。 ( 1 ) 整体式 PLC ： 将电源、 CPU 、存储器及 I/O 等各个 功能集成在一个机壳内。其特点是结构紧凑、体积小、价格 低，小型 PLC 多采用这种结构，如三菱 FX 系列的 PLC 。 整体式 PLC 一般配有许多专用的特殊功能模块，如模拟量 I/O 模块、通信模块等。 ( 2 ) 模块式 PLC ： 将电源模块、 CPU 模块、 I/O 模块作 为单独的模块安装在同一底板或框架上的 PLC 是模块式 PLC 。其特点是配置灵活、装配维护方便，大、中型 PLC 多 采用这种结构，例如西门子 S7-300 系列的 PLC 。