PLC软、硬件组成及工作原理
PLC的组成与工作原理
5.
编程器
编程器是PLC很重要的外部设备，它主要由键盘、显
示器组成。编程器分简易型和智能型两类。小型PLC常用
简易编程器，大、中型PLC多用智能编程器。编程器的作
用是编制用户程序并送入PLC程序存储器。利用编程器可 检查、修改、调试用户程序和在线监视PLC工作状况。现 在许多PLC采用和计算机联接，并利用专用的工具软件进 行编程或监控。
4. 电源单元
• PLC配有开关式稳压电源，以提供内部电路使用。 • 与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。因
此，对于电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电
压在其额定值±15%的范围内波动。 • 许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供 电。 • 为防止在外部电源发生故障的情况下，PLC内部程序和数据 等重要信息的丢失，PLC还带有锂电池作为后备电源。
编程器一般分为简易编程器和图形编程器两类。 简易编程器功能较少，一般只能用语句表形式进 行编程，通常需要联机工作。简易编程器直接与PLC的 专用插座相连接，由PLC提供电源。它体积小，重量轻， 便于携带，适合小型PLC使用。 图形编程器既可以用指令语句进行编程，又可以 用梯形图编程；既可联机编程，又可脱机编程，操作 方便，功能强，有液晶显示的便携式和阴极射线式两 种。图形编程器还可与打印机、绘图仪等设备连接， 但价格相对较高。通常大中型PLC多采用图形编程器。
两种梯形图的继电器符号图对照
物理继电器
线 圈 常开 常闭
PLC继电器
触 点
• (4) 利用梯形图编制控制程序
注意： 这些接点或线圈并不是真实的物理继电器 接点或线圈，而是在软件编程中使用的编程元件，每 个编程元件与存储器中的一个存储单元相对应，该存 储单元为 “1” 则表示梯形图中常开闭合 , 常闭断 开，线圈通电。
第二章PLC软、硬件组成及工作原理
2.1.2 PLC的产生与发展趋势
▪ 2. PLC的国内外发展状况及主要产品厂家 ▪ 美国PLC发展得最快： ▪ 1984年有48家，生产150多种PLC； ▪ 1987年有63家，生产243种PLC； ▪ 1996年有70余家，生产近300种PLC。 ▪ 著名厂家有A—B（Allen－Bradley）艾伦一布拉德利
变的。 ▪ （2）按控制性能进行分类 ▪ 高档机S7-400、中档机S7-300和低档机S7-200
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。
2.1.5 PLC的特点及应用领域
▪ 主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的： 如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚 至连机柜、电源模板亦各不相同。
▪ 编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均 不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。
▪ SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在 Windows平台下，结合IEC1131－3国际标准的新一代 开放体系结构的PLC。
世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上 首次应用成功。 ▪ 1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为编程 序控制器（Programmable Controller），简称 PC。
PLC的基本组成和工作原理
⒊ OMRON中型PLC
• C200Hα(C200HX/C200HG/C200HE)系列
– 有11种型号的CPU模块 – 配置齐全的I/O模块和高功能模块 – 品种齐全的通信模块 – 可扩展2～3个机架，每个机架可插10个模块 – 可使用远程I/O单元，I/O可达640～1184点 – 指令系统丰富，具有较强的通信和网络功能
型号
CJ1H-CPU66H CJ1H-CPU65H CJ1G-CPU45H CJ1G-CPU44H CJ1G-CPU43H CJ1G-CPU42H CJ1G-CPU45 CJ1G-CPU44
最大 I/O 点数 2560
1280
960
1280
程序容 量
120K步 60K步 60K步 30K步 20K步 10K步 60K步 30K步
绪论EXIT
3.智能输入/输出模块 高速计数模块
• 用于脉冲或方波计数器、实时时钟、 脉冲发生器、编码器等输出信号的检 测和处理，及快速变化过程中的测量 或精确定位控制
绪论EXIT
运动控制模块
• 自带微处理器，用来控制物体的位置、 速度和加速度，可以控制直线运动或旋 转运动，也可以控制单轴或多轴运动
数据存 储器容
量 256K字 128K字 128K字
64K字
128K字 64K字
基本指令 内置端 处理速度 口
0.02µs
0.04µs
外设端 口和RS232C端 口
0.08µs
可选 件
存储 卡
绪论EXIT
基本I/O模块
基本 I/O模块
直流输入模块 交流输入模块 继电器输出模块 晶体管输出模块 晶闸管输出模块
❖ 目前新推出的微型PLC有CP1E系列， 带扩展I/O单元时最大达180点
第二章 PLC的基本组成及工作原理
2.2 PLC的工作原理
继电器控制与 PLC控制的比较：
➢为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异， 考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小 于100ms。这样在对于I/O响应要求不高的场合， PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别 了。
2.1 PLC的基本组成
3)输入/输出模块
（1）输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生 的信号，转换成数字信号送入主机。
内内1
内
内
.
内
输入n
内
COM
2.1 PLC的基本组成
3)输入/输出模块
（2）输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以 驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电 器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。
并通过显示器显示出程序的内容和存储地址。 （ 2 ）检查、校验用户程序。 （ 3 ）接收现场数据。 （ 4 ）执行用户程序。 （ 5 ）故障诊断。
注意：PLC通常以字而不是以字节为单位存储和处理数 据。
描述PLC性能的几个术语
位：二进制的一位，仅有1、0 数字：4位二进制数构成一个数字 字节：2个数字或8位二进制数构成一个字节 字：两个字节构成一个字。
• 继电器输出特点：低速大功率， 用于用于直流、交流负载（隔离、功率放大）。
• 晶体管集电极输出特点：高速小功率， 用于直流负载。
• 双向可控硅（晶闸管的一种）输出特点：高速大功率， 用于交流负载。
2.1 PLC的基本组成
3)输入/输出模块-继电器输出
继电器输出
PLC
内
内
部
部
电
电J
plc基本结构及原理
plc基本结构及原理plc基本结构及原理PLC的基本组成可分为两大部分:硬件系统和软件系统。
一、硬件系统：（一）CPU 运算和控制中心：起“心脏”作用。
1、当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能(系统程序存储器的解释编译程序)，把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。
2、输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU 将之存入工作数据存储器中或输入映像寄存器。
然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。
把结果存入输出映像寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。
3、组成: CPU由控制器、运算器和寄存器组成。
这些电路集成在一个芯片上。
CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。
（二）存储器具有记忆功能的半导体电路。
分为系统程序存储器和用户存储器。
1、系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。
由只读存储器、ROM组成。
厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。
2、用户存储器: 分为用户程序存储区和工作数据存储区。
由随机存取存储器(RAM)组成。
用户使用的。
断电内容消失。
常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5 年。
（三）输入/输出(I/O )模块输入输出模块简称I/O模块，相当于人的眼睛、跺、鼻子手、脚是联系外部信息和大脑(CPU )的桥梁。
1、输入接口：光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。
发光二极管:在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。
光电三极管:在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。
在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。
输入接口电路工作过程:当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。
当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。
向内部电路输入信号。
也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。
PLC的硬件组成和功能介绍
PLC的硬件组成和功能介绍PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种广泛应用于自动化控制领域的设备。
它通过编程实现对工业过程的控制和监测。
而PLC的核心部分就是它的硬件组成。
本文将介绍PLC的硬件组成和功能，让读者更好地理解和使用PLC。
一、PLC的硬件组成1. 中央处理器（CPU）PLC的中央处理器是其核心部件，类似于人的大脑。
它负责执行各个输入输出（I/O）模块的数据处理和控制逻辑的运算。
中央处理器通常由微处理器、存储器、时钟等组成，能够高效地处理各种任务。
2. 输入输出模块（I/O模块）PLC的输入输出模块是连接PLC与外部设备的接口。
它负责接收外部信号的输入，并输出控制信号到外部设备。
输入模块将外部信号转换成数字信号，传送给中央处理器进行处理；输出模块则将中央处理器输出的数字信号转换成外部设备可以识别的信号。
3. 电源模块电源模块为PLC提供电力供应，确保其正常运行。
电源模块通常具备过载保护、输入电压稳定性等功能，以保证PLC系统的可靠性和稳定性。
4. 通信模块通信模块允许PLC与其他设备进行数据交换和通信。
通过通信模块可以实现PLC与计算机、上位机、仪器仪表等设备的连接，实现数据共享和控制指令传输，提高系统的智能化和灵活性。
二、PLC的基本功能1. 输入信号读取和处理PLC通过输入模块读取外部传感器和开关等设备的状态信号。
输入信号经过滤波、采样和数据处理等操作后，被中央处理器用于逻辑判断和控制。
2. 逻辑运算和控制中央处理器利用输入信号和程序中设定的逻辑条件进行逻辑运算，得出控制结果。
它根据程序的指令，控制输出模块产生相应的控制信号，用于控制执行器、电机、阀门等执行设备的状态。
3. 数据存储和处理PLC除了控制功能外，还具备大容量的存储器，用于储存程序、数据和运行日志等信息。
中央处理器负责对这些数据进行处理和管理，实现对系统状态和数据的监测和分析。
PLC的硬件结构与工作原理
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图２－１ Ｓ７－２００ＣＰＵ模块的外形图
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
２．模块式ＰＬＣ
特点：用户对硬件配置的选择余地较大、维修 时更换模块方便
大、中型ＰＬＣ一般采用模块式结构 Ｓ７－４００模块式ＰＬＣ外形图如图２－２ 所示
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图2.6是继电器输出电路，继电器同时起隔离 和功率放大作用，每一路只给用户提供一对常
开触点。与触点并联的RC电路和压敏电阻用
来消除触点断开时产生的电弧。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图2-6 继电器输出电路
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图2.7为使用场效应晶体管（MOSEET）的输
出电路。输出信号送给内部电路中的输出锁存 器，再经光电耦合器送给场效应晶体管，后者
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
S7-200 CPU为每个主机数字量输入提供了脉冲捕捉 功能，它可以使主机能够捕捉小于一个扫描周期的短 脉冲，并将其保持到主机读到这个信号，但前提是只 有通过滤波器后，脉冲捕捉才有效。此外，在一个给 定的扫描周期内如果有不只一个脉冲，则只有第一个 脉冲可以被捕捉到，几种情况下的脉冲捕捉波形如图
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
2.3 S7-200系列PLC性能简介
西门子公司的SIMATIC S7-200系列属于小 型PLC，可用于代替继电器的简单控制场合， 也可用于复杂的自动化控制系统。 因其具有极强的通信功能，故在大型网络 控制系统中也能充分发挥作用。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图2-9 扫描过程
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
PLC的硬件与工作原理
PLC的硬件与工作原理PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种计算机控制系统，广泛应用于工业自动化领域，用于控制机器和工艺流程。
PLC的硬件包括CPU（中央处理器），存储器，输入/输出模块，通信模块和电源模块等。
PLC的工作原理基于输入/输出（I/O）的数据处理和逻辑控制。
PLC通过输入模块接收外部传感器或开关信号，如光电传感器、接近开关或按钮等。
PLC将这些输入信号处理并基于预设的程序和逻辑规则进行判断。
根据程序的要求，PLC会控制输出模块，如电动机驱动器、气动阀门、启动/停止信号等。
通过控制这些输出设备，PLC可以实现对机器和工艺流程的自动化控制。
在PLC的工作过程中，有几个关键的步骤。
1.扫描输入：PLC周期性地扫描输入模块，读取输入信号的状态。
这些输入信号可以是数字值（例如开关状态：开关/关）或模拟值（例如传感器测量值）。
2.程序执行：PLC会根据事先编写好的程序进行逻辑控制。
程序可以是顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）或结构化文本语言（STL）等。
程序中包含了一系列的逻辑判断、运算和控制指令。
3.状态更新：根据程序的执行结果，PLC会更新自身的状态。
这些状态包括内部数据和输出模块状态。
内部数据可以用于记录和存储系统的状态，而输出模块的状态则决定了输出设备的控制信号。
4.输出控制：PLC将根据程序的要求，控制输出模块的状态。
输出信号通常用于控制执行机构，如电动马达、气动执行器等，以实现具体的控制目标。
PLC的优势在于其稳定性、可靠性和灵活性。
它能够承受恶劣环境条件，如高温、湿度和电磁干扰。
此外，PLC具有模块化设计，可以根据实际需求进行扩展和修改。
通过更换I/O模块或更换CPU，PLC可以适应不同的应用场景，实现更复杂的控制功能。
1.中央处理器（CPU）：CPU是PLC的核心部分，负责运行程序，扫描输入和控制输出。
它包含一个内部时钟和控制逻辑，用于执行指令和决策。
简述可编程控制器的工作原理
简述可编程控制器的工作原理
可编程控制器（PLC）的工作原理是基于其硬件和软件两个部
分的配合运行。
硬件部分包括中央处理器（CPU）、输入模块、输出模块和通信模块等。
输入模块用于接收外部信号（传感器、按钮等），输出模块用于控制外部设备（电机、阀门等）。
通信模块可用于与其他设备进行通信。
中央处理器是PLC的核心，负责执
行程序的运行与控制。
软件部分主要由编程软件、编程语言和程序组成。
在编程软件中，用户可以使用编程语言进行程序的编写。
常见的编程语言包括梯形图、指令表和结构化文本等。
编写好的程序会被下载到PLC的中央处理器中，由CPU执行。
程序中包含了一系列
的逻辑和控制算法，根据设定的条件对输入信号进行处理，并控制输出信号的状态。
PLC的工作流程一般如下：
1. 输入信号采集：PLC的输入模块将外部传感器或按钮等接
入的信号转换为数字信号，并上传给中央处理器。
2. 程序执行：中央处理器根据预先编写的程序和算法对输入信号进行处理。
程序可以包含逻辑判断、计算、数据存储等功能。
3. 输出控制：中央处理器根据程序的执行结果，通过输出模块控制外部设备的状态，如打开或关闭电机、开关阀门等。
4. 监控和通信：PLC会不断地监测输入信号的状态，并将控制结果反馈给运行监控系统或其他设备。
同时，PLC也可以与其他设备进行通信，实现数据的交换和共享。
总结起来，可编程控制器的核心是中央处理器，通过输入模块采集外部信号，编程软件编写控制程序，中央处理器执行程序并通过输出模块控制外部设备，从而实现自动化控制。
第2章 PLC的基本组成和工作原理
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
模拟量输出单元框图
（四）电源 1、电源一般为单相交流电源（AC100 240V， 50/60Hz），也有用直流24V供电的。 2、对电源的稳定性要求不是太高，允许在额定 电源电压值的±10% ~ 15%范围波动。 3、小型PLC，电源与CPU合为一体，中大型PLC， 用单独的电源模块。
PLC 的供电
（三）输入/输出接口单元 输入/输出单元：PLC与被控对象之间传送输入 输出信号的接口部件，输入/输出单元有良好的电隔 离和滤波功能。
输入接口电路
由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组成。
输出接口电路
由CPU输出电路和功率放大电路组成。
输入/输出模块： (一)开关量 I/O模块 1. 开关量输入模块 ① 直流输入； ② 交流/直流输入； ③ 交流输入。 2. 开关量输出模块 ① 继电器输出（交流/直流驱动）； ② 晶体管输出（直流驱动）； ③ 双向晶闸管输出（交流驱动）。 (二)模拟量 I/O模块 (三)其他功能I/O模块
用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指 令。同一厂家的PLC产品，其助记符语言与梯 形图语言是相互对应的，可互相转换。
– 助记符语言常用于手持编程器中， 梯形图语言则多用于计算机编程环境 中。
plc硬件电路工作原理
plc硬件电路工作原理PLC（可编程逻辑控制器）是一种专门应用于工业控制环境中的数字计算机。
其硬件电路是PLC工作的基础，下面是PLC硬件电路的工作原理。
1. 电源电路：PLC的电源电路主要用于提供稳定的电压和电流供给PLC的各个模块。
一般情况下，电源电路会对输入电源进行滤波和稳压处理，以确保PLC工作的稳定性和可靠性。
2. CPU（中央处理器）：CPU是PLC的核心部件，负责执行控制程序、进行逻辑运算和数据处理。
CPU通常由运算器、控制器和存储器组成。
通过接收外部输入信号和执行控制程序，CPU可以根据预先设定的逻辑条件对输出模块进行控制。
3. 输入模块：输入模块用于接收来自外部的信号输入，如传感器的信号、按钮开关的信号等。
输入模块将这些信号转换为数字信号，传输给CPU进行处理。
4. 输出模块：输出模块用于向外部设备发送信号输出，如驱动电机、控制灯光等。
CPU根据控制程序的运行结果生成相应的输出信号，并通过输出模块将信号送到外部设备。
5. 总线系统：总线系统用于连接CPU、输入模块和输出模块，实现数据的传输和通信。
总线系统可以是串行总线或并行总线，具体类型取决于PLC的设计和应用需求。
6. 存储器：存储器主要用于存储PLC的控制程序、数据和程序运行时需要的临时数据。
存储器可以分为程序存储器和数据存储器，分别用于存储控制程序和操作数据。
7. 时序电路：PLC中的时序电路用于控制各个模块之间的时序关系，保证整个PLC系统按照预定的时间序列运行。
时序电路可根据输入信号的变化和控制程序的执行情况，确定控制循环的时序。
通过以上硬件电路的协同工作，PLC可以完成不同的工业控制任务，实现对机器、设备和生产过程的自动化控制。
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。
第四章 PLC的硬件组成及工作原理
IN
IN
输入LED 内 部 电 路
COM
直流输入接口电路示意图
IN
IN ～ COM
输入LED 内 部 电 路
交流输入接口电路示意图
OUT L 输出LED 内 部 电 路 OUT L COM ～
继电器输出接口电路示意图
OUT L 输出LED 内 部 电 路 OUT L ～ COM
双向晶闸管输出接口电路示意图
6.通讯能力 6.通讯能力 通讯能力是指可编程控制器与可编程控制器、 通讯能力是指可编程控制器与可编程控制器、可 编程控制器与计算机之间的数据传送及交换能力， 编程控制器与计算机之间的数据传送及交换能力，它 是工厂自动化的必备基础。 是工厂自动化的必备基础。目前生产的可编程控制器 不论是小型机还是中大型机，都配有一至两个、 不论是小型机还是中大型机，都配有一至两个、甚至 更多个通讯端口。 更多个通讯端口。 7.智能模块 7.智能模块 智能模块是指具有自己的CPU和系统的模块 。 和系统的模块。 智能模块是指具有自己的 和系统的模块 它作为PLC中央处理单元的下位机 ， 不参与 中央处理单元的下位机， 它作为 中央处理单元的下位机 不参与PLC的 的 循环处理过程， 但接受PLC的指挥 ， 可独立完成某 的指挥， 循环处理过程 ， 但接受 的指挥 些特殊的操作。 如常见的位置控制模块、 些特殊的操作 。 如常见的位置控制模块 、 温度控制 模块、PID控制模块、模糊控制模块等等。 模块、 控制模块、模糊控制模块等等。 控制模块
3.编程语言 3.编程语言 编程语言是可编程控制器厂家为用户设计的用 于实现各种控制功能的编程工具， 它有多种形式， 于实现各种控制功能的编程工具 ， 它有多种形式 ， 常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言， 常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言 ， 另还 有逻辑图编程语言、布耳代数编程语言等。 有逻辑图编程语言、布耳代数编程语言等。 4.扫描时间 4.扫描时间 扫描时间是指执行1000条指令所需要的时间。 条指令所需要的时间。 扫描时间是指执行 条指令所需要的时间 一般为10ms左右，小型机可能大于 左右， 一般为 左右 小型机可能大于40ms。 。 5.内部寄存器的种类和数量 5.内部寄存器的种类和数量 内部寄存器的种类和数量是衡量PLC硬件功能的 硬件功能的 内部寄存器的种类和数量是衡量 一个指标。它主要用于存放变量的状态、中间结果、 一个指标。 它主要用于存放变量的状态、 中间结果、 数据等，还提供大量的辅助寄存器如定时器/计数器 计数器、 数据等，还提供大量的辅助寄存器如定时器 计数器、 移位寄存器、状态寄存器等，以便用户编程使用。 移位寄存器、状态寄存器等，以便用户编程使用。
第2章 PLC的硬件与工作原理
PLC经过这五个阶段的工作过程，称为一 个扫描周期，完成一个扫描周期后，又重新执 行上述过程，扫描周而复始地进行。
显然扫描周期主要取决于程序的长短，一般每秒 钟可扫描数十次以上，这对于工业设备通常没有什 么影响。但对控制时间要求较严格，响应速度要求 快的系统，就ห้องสมุดไป่ตู้该精确的计算响应时间，细心编排 程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少扫描周 期造成的响应延时等不良影响。
Q0.0 KM
二、PLC的操作模式
STOP：创建和编辑用户程序，设置PLC的 硬件功能，并可将程序下载到PLC。 RUN: 执行用户程序实现控制功能。
三、PLC工作原理
PLC通电后，对硬件和软件初始化，初始化后，PLC 反复不停地分阶段处理各种不同的任务，这种周而复 始地循环工作方式称为扫描工作方式。
解：4～20mA的模拟量对应于数字量6 400～32 000，压力的计算公式为
P
(10000 0) 100 ( N 6400) ( N 6400) (kPa) (32000 6400) 256
模拟量输出模块的量程有10V和0～20mA两种：
图2-11 模拟量输出数据字的格式
(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。
三、I/O模块 （1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。
2.执行用户程序
在执行指令时，从I/O映像寄存器或别的位元件的映像 寄存器读出其0/1状态，并根据指令的要求执行相应的逻 辑运算，运算的结果写入到相应的映像寄存器中，因此， 各映像寄存器（只读的输入过程映像寄存器除外）的内容 随着程序的执行而变化。
可编程控制器(PLC)的软硬件组成详细介绍
本内容是山东PLC培训专业授课内容章节可编程控制器(PLC)的软硬件组成详细介绍可编程序控制器(Programmable Controller)原本应简称PC，为了与个人计算机专称PC相区别，所以可编程序控制器简称定为PLC(Programmable Logic Controller)，但并非说PLC只能控制逻辑信号。
PLC是专门针对工业环境应用设计的，自带直观、简单并易于掌握编程语言环境的工业现场控制装置。
PLC的基本组成PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成，见图1。
PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。
1. 中央处理器中央处理器(CPU)由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。
CPU通过数据总线总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。
小型PLC的CPU采用8位或16位微处理器或单片机，如8031、M68000等，这类芯片价格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微处理器或单片机，如8086、96系列单片机等，这类芯片主要特点是集成度高、运算速度快且可靠性高；而大型PLC则需采用高速位片式微处理器。
CPU按照PLC内系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。
2. 存储器PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。
1)系统程序存储器PLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。
系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序工作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，传输到CPU内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。
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。
它由中央处理器、输入输出模块、存储器、通信模块和电源模块等组成。
PLC的工作原理是基于数字逻辑技术和微处理器技术，通过输入信号的检测和处理，控制输出信号的状态，实现对工业生产过程的自动化控制。
一、PLC的组成1. 中央处理器（CPU）：PLC的核心部分，负责接收输入信号、处理逻辑运算和控制输出信号。
2. 输入模块：用于接收外部信号，如传感器信号、按钮信号等，并将其转换为数字信号，供CPU进行处理。
3. 输出模块：用于控制外部执行器，如电机、气缸等，将CPU处理后的数字信号转换为相应的控制信号。
4. 存储器：用于存储程序、数据和系统参数等信息，包括只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。
5. 通信模块：用于与其他设备进行通信，如人机界面、上位机等，实现远程监控和数据交换。
6. 电源模块：为PLC提供稳定的电源供应，保证其正常运行。
二、PLC的工作原理PLC的工作原理可以分为三个步骤：输入信号检测、逻辑处理和输出信号控制。
1. 输入信号检测：输入模块接收外部信号，并将其转换为数字信号，供CPU进行处理。
输入信号可以是开关信号、传感器信号等。
2. 逻辑处理：CPU根据预先编写的程序，对输入信号进行逻辑运算和判断，确定所需的控制操作。
这些程序通常使用类似于 ladder diagram（梯形图）的编程语言编写。
3. 输出信号控制：CPU根据逻辑处理的结果，控制输出模块产生相应的控制信号，控制外部执行器的运行。
输出信号可以是控制电机、气缸等设备的开关信号。
三、PLC的应用领域PLC广泛应用于工业自动化控制领域，如制造业、能源、交通、冶金、化工等。
它具有以下优点：1. 灵活性：PLC的程序可以根据实际需求进行修改和调整，实现灵活的控制策略。
2. 可靠性：PLC采用工业级的设计和制造，具有较高的可靠性和稳定性。
3. 扩展性：PLC的输入输出模块可以根据需要进行扩展，满足不同规模和复杂度的控制系统需求。
plc软件原理
plc软件原理PLC软件原理是指可编程逻辑控制器（PLC）的工作原理。
PLC是一种特殊的计算机，用于控制自动化过程中各种工业设备和机器。
它由硬件和软件两部分组成。
PLC的硬件包括中央处理器（CPU），输入和输出（I/O）模块，存储器和通信模块。
CPU是PLC的核心，负责处理输入信号和输出控制指令。
I/O模块用于接收传感器信号和发送执行器指令。
存储器用于存储程序和数据。
通信模块实现PLC与其他设备或系统之间的数据交换。
PLC的软件是用户编写的控制程序，用于实现特定的控制逻辑和功能。
软件通常采用基于图形化编程的方法，如梯形图（Ladder Diagram）或功能块图（Function Block Diagram）。
图形化编程使用户能够直观地表示控制逻辑，并且易于理解和修改。
PLC软件的工作原理是循环扫描。
在每个扫描周期内，PLC首先读取输入信号的状态，然后根据控制程序进行逻辑处理，最后生成输出控制指令。
控制指令通过I/O模块发送给执行器，从而实现对设备和机器的控制。
在扫描周期中，PLC还要处理其他任务，如通信、故障诊断和数据记录等。
通信任务用于与其他设备或系统进行数据交换。
故障诊断任务用于监测PLC和相关设备的工作状态，并及时报警或采取相应的措施。
数据记录任务用于记录与控制过程相关的数据，以便后续分析和优化。
总之，PLC软件原理是通过循环扫描实现对输入信号的处理和输出控制指令的生成。
用户编写的控制程序采用图形化编程方式，在每个扫描周期内被执行。
同时，PLC还负责处理通信任务、故障诊断任务和数据记录任务。
通过这些功能，PLC 软件能够实现对自动化过程的精确控制和监控。
PLC的工作原理及内部结构
PLC I/O处理示意图
第二节 PLC的内部结构
• PLC由四部分组成 ：中央处理单元（CPU板）、输入 输出（I/O）部件和电源部件
模块式PLC结构示意图
电源单元
CPU单元
编程器
扩展存储器
系统总线 输入单元
输出单元
特殊I/O单元
通信单元
现场设备
PLC PC机 终端设备
晶闸管输出：输出接口由晶闸管构成。 适合于大功率、高速、交流负载
继电器输出接口电路
负载电源由外部提供
(图) 继电器输出型接口电路
开关量输出接线方式
PLC编程器及作用
PLC分类
– PLC的分类 • 按I/O点数分 – 小型PLC：入出总点数256 – 中型PLC：入出总点数256~2048 – 大型PLC：入出总点数>2048 • 按结构类型分 – 整体式 – 模块式（积木式） • 按功能分 – 低档机 – 中档机 – 高档机
数字输入单元
图中，R1为限流电阻，R2和C1构成滤波器，用以除去输入 信号中的高频干扰。V1为光电耦合器，由发光二极管和光敏三 极管组成，它将输入电路与内部电路(控制电路)隔离，提高输 入单元的抗干扰能力。
IN0
IN15
R1
内部
24V
C1
R2
电路
V1
COM
输入指示灯LED
输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。
第一节 PLC的工作原理
• 可编程序控制器是在其硬件的支持下， 通过执行反映控制要求的程序来完成其 控制任务的。
• PLC采用循环扫描工作方式，CPU从第一 条指令开始执行程序，直到遇到结束符 后又返回第一条。如此周而复始不断循 环。
78章PLC的硬件与工作原理
漏型输入的输入电流流进输入端，源型输入的输入电流从输入端流出。
2．数字量输出电路 继电器输出电路可以驱动直流负载和交流负载，承受瞬时过电压和过电 流的能力较强，动作速度慢，动作次数有限制。 场效应晶体管输出电路只能驱动直流负载。其反应速度快、寿命长，过 载能力稍差。稳压管用来抑制关断过电压和外部的浪涌电压，以保护场效应 晶体管。 CPU 224XPsi具有MOSFET漏型输出，电流从输出端子流入。其他场效应 晶体管型输出的CPU都是MOSFET源型输出，电流从输出端子流出。
功能。编程软件自带Modbus RTU指令库和USS协议指令库，而S7-200需要用户
安装这些库。
1.5 逻辑运算与PLC的工作原理
1.5.1 用触点和线圈实现逻辑运算
用逻辑代数中的1和0来表示数字量控制 系统中变量的两种相反的工作状态。线圈 通电、常开触点接通、常闭触点断开为1 状态，反之为0状态。在波形图中，用高、 低电平分别表示1、0状态。
解：根据互感器额定值计算的一次回路有功功率额定值为
3 10000 1000W 17321000 W 17321kW
互感器一次回路的有功功率与转换后的数字值之间的关系为17321/32000kW/ 字。设转换后的数字为N，如果以kW为单位显示功率P，采用定点数运算时 的计算公式为P = N 17321 / 32000。
3 ．位置控制功能 S7-200 SMART有很强的位置控制功能，相当于集成了3块S7-200昂贵的位置 控制模块的功能。 4． I/O扩展模块 S7-200 SMART有多种数字量扩展模块和模拟量扩展模块。 5．信号板与通信模块 有5种安装在CPU内的信号板，EM DP01 通信模块可以作DP从站和MPI从站。 6． S7-200 SMART与S7-200的指令和软件功能的比较
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1.2 PLC的产生与发展趋势
欧洲PLC的厂家有60余家: 西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。 金钟默勒 （Klockner Moeller Gmbh），AEG， 法国的TE(Telemecanique）(施耐德） 瑞士的Selectron公司等。 1971年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司研制成
北京机械工业自动化研究所，上海工业自动化仪表研究 所，大连组合机床研究所，成都机床电器研究所，中科 院北京计算机所及自动化所，长春一汽，上海起重电器 厂，上海香岛机电公司，以上诸单位都没有形成规模化 生产。
合资企业有辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC； 无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC; 中美合资的厦门 A—B公司生产的PLC；上海香岛机电公司引进技术生产 的PLC; 上海OMRON公司; 西安Siemens公司等。
功日本第一台PLC。 日本生产PLC的厂家有40余家： 三菱电机(MITSUBISHI)，欧姆龙(OMRON),富士电机
（Fuji Electric）,东芝（TOSHIBA）, 光洋（KOYO),松下 电工（MEW）,和泉（IDEC）, 安川等公司。
1.2 PLC的产生与发展趋势
我国在70年代末和80年代初开始引进PLC。我国早期独 立研制PLC的单位有：
世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上 首次应用成功。 1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为编 程序控制器（Programmable Controller），简称 PC。
1.2 PLC的定义
1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世 界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次 应用成功。
1.2 PLCபைடு நூலகம்产生与发展趋势
80年代中期：CPU开始采用8位/16位微处理器，数据处 理能力和速度大大提高，PLC开始具备一定的通信能力， 为PLC的分散控制、集中管理奠定了重要基础；软件开 发出了面向对象的梯形图语言和逻辑助记符语言，为 PLC的普及使用提供了必要条件。
80年代中期至90年代中期：超大规模集成电路促使PLC 完全计算机化，CPU开始使用32位机；数学运算、数据 处理能力大大提高，增加了运动控制、模拟量PID控制 网络通信功能，体积进一步减小，可靠性进一步加强。
20世纪90年代中期至今：CPU使用16位/32位微处理器， 运算速度更快、功能更强能使用多种编程语言。
1.2 PLC的产生与发展趋势
PLC的国内外发展状况及主要产品厂家 美国PLC发展得最快： 1984年有48家，生产150多种PLC； 1987年有63家，生产243种PLC； 1996年有70余家，生产近300种PLC。 著名厂家有A—B（Allen－Bradley）艾伦一布拉德利
1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为编程序 控制器（Programmable Controller），简称 PC。
国际电工委员会（IEC）于1982年11月、1985年1月、1987年 2月三次为PLC下定义，最终确定为：“可编程序控制器是一种 数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它 采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺 序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式 模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。有关 外围设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩 充功能的原则而设计”。
Controller） 可编程序顺序控制器PSC （Programmable Sequence
Controller） 可编程序逻辑控制器PLC（Programmable Logic
Controller） 可编程序控制器PC（Programmable Controller） 1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出
1.2 PLC的产生与发展趋势
1. PLC的产生与发展 • 1969年美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、
法国等国相继研制了各自的PLC。此阶段产品的主要特 点是CPU由中小规模的数字集成电路构成，存储器为磁 芯存储器；控制功能简单，只能完成定时、计数及逻辑 功能。为继电-接触器的替代品。 • 70年代中期，PLC进入了实用化阶段。70年代末和80年 代初，PLC进入了成熟阶段。主要特点：采用CPU微处 理器，存储器变为半导体存储器，具有数据处理能力， 能实现对模拟量的控制，软件上开发出了自诊断功能， 可靠性进一步提高。
PLC软、硬件组成及工作原理
1 PLC概述
1.1 PLC的定义 1.2 发展趋势 1.3 PLC与其他工业系统的比较 1.4 PLC的特点及应用领域
1.1 PLC的定义
在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称： 可编程序矩阵控制器PMC（Programmable Matrix
1.2 PLC的产生与发展趋势
1. PLC的产生与发展 1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应
汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标， 制造一种新型的工业控制装置。这些功能是： （1）容易编程 （2）维修方便，采用模块式结构 （3）可靠性高于继电-接触器控制系统 （4）体积小于继电-接触器控制系统 （5）具备与计算机通信的功能 （6）成本具有竞争性 （7）输入输出电源使用市电（115V） （8）输出为115V/2A，驱动电磁阀和接触器 （9）通用性强，能在恶劣环境下工作 （10）存储设备可扩充至4K个存储字节