第二章 PLC的组成及原理
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控制系统中的电子设备。
它由中央处理器、输入模块、输出模块和编程设备组成，用于控制和监测各种工业过程。
PLC的工作原理是基于输入信号的检测和输出信号的控制。
当输入信号满足特定条件时，PLC会执行相应的控制逻辑，并通过输出模块控制外部设备的运行状态。
PLC的组成主要包括以下几个部分：1. 中央处理器（CPU）：中央处理器是PLC的核心部件，负责执行控制逻辑和处理输入输出数据。
它通常具有高速运算能力和多种通信接口，可以与其他设备进行数据交换。
2. 输入模块：输入模块用于接收外部信号，并将其转换为数字信号供CPU处理。
常见的输入信号包括开关、传感器、编码器等。
输入模块通常具有多个通道，可以同时接收多个信号。
3. 输出模块：输出模块用于控制外部设备的运行状态，将CPU处理后的数字信号转换为相应的模拟信号或开关信号。
常见的输出设备包括电机驱动器、继电器等。
输出模块通常具有多个通道，可以同时控制多个设备。
4. 编程设备：PLC的编程设备用于编写、修改和下载控制程序。
常见的编程设备包括编程软件、编程电缆等。
通过编程设备，用户可以根据实际需求编写控制逻辑，配置输入输出模块，并进行在线监测和调试。
PLC的工作流程如下：1. 输入信号采集：PLC的输入模块接收外部信号，并将其转换为数字信号。
这些输入信号可以来自传感器、开关、编码器等设备。
2. 控制逻辑执行：PLC的中央处理器根据预设的控制逻辑进行计算和判断。
控制逻辑可以通过编程设备进行编写和修改，以满足具体的控制要求。
3. 输出信号控制：根据控制逻辑的计算结果，PLC的输出模块控制外部设备的运行状态。
输出信号可以是模拟信号或开关信号，用于控制电机、继电器等设备。
4. 监测和调试：PLC可以通过编程设备进行在线监测和调试。
用户可以实时查看输入信号的状态、输出信号的控制情况，以及中央处理器的运行状态，以确保系统的正常运行。
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。
2 PLC组成及工作原理
IEC User Program IEC User Data IEC Loadable
State - RAM: used references 0x, 1x, 3x, 4x reserved area for expansion Extended memory Operating/runtime system Exec file: e.g. Q186V213.BIN
2. 1.1
硬件组成
外设：编程器、电缆、打印机、软件等 扩展单元：I\O点、 I\O单元、远程
I\O单元、智能I\O单元、存储
器等。
2.1.2 软件组成
1. 系统程序: 管理、监控、编译等 2. 用户程序: 编程语言编写
2.2 工作原理
reserved area for expansion
Data for ASCII messages, Peer Cop, Ethernet etc. resevered area for expansion I/O map etc.
HW DDI ... DDO ...
State-RAM
1:1 - 1:32
进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作；
• 将用户程序的执行结果送至输出端。
2. 1.1
硬件组成
2. 存储器
1）只读存储器ROM(系统程序)
2）随机存储器RAM(用户程序)
2. 1.1
硬件组成
3. 输入/输出（I/O）单元
（1）输入单元：采用光耦合电路 （2）输出单元：采用光耦合电路
作用：“桥梁”、转换、隔离
2. 1.1 硬件组成 1. 中央处理单元
中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这 些电路都集成在一个芯片上。
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的硬件与工作原理(应用)
8k字左右
大型机：开关量和模拟量、2048点以上、容量16k字 以上，功能强大
2.1.1 PLC的物理结构
按结构形式分
整体式PLC
将电源、CPU、I/O接口等部件都集中 装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低 等特点。
1
2
西门子S7-200PLC
日本三菱FX系列PLC
S7-200 CPU模块的外形图
图2-8 扫描过程
• 工作方式——集中 输入、集中输出， 周期性循环扫描的 方式进行工作的。 • 工作过程——上电 处理、扫描过程、 出错处理（自诊断） 几个阶段。
写输出
读输入
执行程序 自诊断
处理通讯
周期性循环扫描，集中输入、集 中输出，与单片机系统的区别？ 怎样增强抗干扰能力？
输入采样阶段
PLC的扫描过程
第2章 PLC的硬件与工作原理
2.1 2.2 2.3 2.4 PLC的硬件 PLC的工作原理 S7-200CN系列PLC I/O地址分配与外部接线
学习目标
熟悉PLC的硬件、分类，工作原理，IO模块， 外部接线等。
2.1 PLC的硬件
PLC按结构形式分类
整体式
模块式 按I/O容量分 小型机：开关量、I/O256点以下、容量4k字左右 中型机：开关量和模拟量、256~2048点之间、容量
KF SF1
电 源 母 线
KF KF
QA1
QA2 KF
电 源 母 线
PLC梯形图：串行工作方式
PLC梯形图：串行工作方式
SF2 I0.0 I0.1 I0.0 M0.0
（）
Q0.0 M0.0 M0.0 Q0.0
~
பைடு நூலகம்QA1
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。
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）是一种常用于自动化控制系统的电子设备，它能够根据预先编写的程序来控制工业过程中的各种设备和机器。
PLC的组成及工作原理是了解和掌握PLC技术的基础，下面将详细介绍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）：负责执行用户编写的程序，控制PLC的运行。
CPU通常由一个或多个微处理器组成，具有高速运算和处理能力。
2.存储器：包括程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储用户编写的程序，数据存储器用于存储程序执行过程中的数据。
3.输入模块：负责将外部信号转换为PLC能够理解的信号。
输入模块通常包括接收开关、传感器等设备，用于检测外部环境的状态。
4.输出模块：负责将PLC输出的信号转换为外部设备能够接受的信号。
输出模块通常包括继电器、电磁阀等设备，用于控制外部设备的运行。
5.通信接口：用于与其他设备进行通信，如人机界面、上位机等。
通信接口可以实现PLC与其他设备之间的数据交换和远程控制。
6.电源模块：为PLC提供稳定的电源供应，保证PLC的正常运行。
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：输入模块将外部信号转换为PLC能够理解的信号，并传输给CPU。
输入信号可以是开关状态、传感器检测结果等。
PLC通过扫描输入模块，不断地获取外部信号的状态。
2.处理阶段：CPU根据预先编写的程序对输入信号进行逻辑判断和运算。
程序通常由用户使用特定的编程语言编写，可以实现各种逻辑和算术运算。
CPU根据程序的指令，对输入信号进行处理，生成相应的输出信号。
3.输出阶段：输出模块接收CPU生成的输出信号，并将其转换为外部设备能够接受的信号。
输出信号可以控制继电器的开关状态、电磁阀的通断等。
PLC通过扫描输出模块，将输出信号传输给外部设备，实现对设备的控制。
PLC的工作原理可以看作是一个闭环控制系统，不断地接收输入信号、进行处理、生成输出信号，并实时监测和调整系统的运行状态。
PLC组成及工作原理
PLC组成及工作原理一、PLC的组成PLC（Programmable Logic Controller，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。
它由以下几个主要部份组成：1. 中央处理器（CPU）：负责处理输入信号、执行用户程序以及控制输出信号。
CPU是PLC的核心部件，类似于计算机的大脑。
2. 输入模块：用于接收来自外部设备（如传感器、按钮等）的信号，并将其转换为数字信号，以供CPU处理。
3. 输出模块：用于将CPU处理后的信号转换为可控制外部设备（如机电、阀门等）的信号。
4. 电源模块：为PLC提供所需的电源电压。
5. 通信模块：用于与其他设备进行通信，如人机界面（HMI）、上位机等。
6. 存储器：用于存储用户编写的程序、数据以及系统参数。
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：输入模块接收来自外部设备的信号，如按钮的开关信号、传感器的测量信号等。
2. 信号处理：输入模块将采集到的摹拟信号转换为数字信号，并将其发送给CPU进行处理。
3. 用户程序执行：CPU根据用户事先编写的程序进行逻辑运算和控制计算，包括判断条件、执行操作等。
4. 输出信号控制：CPU根据程序的执行结果，将控制信号发送给输出模块。
5. 输出设备控制：输出模块接收到CPU发送的控制信号后，将其转换为适合外部设备工作的信号，如机电的启停信号、阀门的开关信号等。
6. 反馈信号采集：输出模块还能采集到外部设备的反馈信号，如机电的运行状态、阀门的开闭状态等。
7. 通信与监控：PLC可以通过通信模块与其他设备进行数据交换，如与人机界面进行交互、与上位机进行数据传输等，以实现对整个系统的监控和控制。
三、案例分析以一个简单的水箱控制系统为例，来说明PLC的工作原理。
1. 输入信号采集：水位传感器将水箱内的水位信号转换为数字信号，并发送给PLC的输入模块。
2. 信号处理：输入模块将水位信号转换为PLC可处理的数字信号，并将其发送给CPU。
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。
PLC2
图2-14 PLC的等效工作电路
2. 可编程序控制器的工作过程
小型PLC的工作过程有两个显著特点:周期性顺序 扫描和集中批处理。 PLC上电后，就在系统程序的监控下，周而复始 地按固定顺序对系统内部的各种任务进行查询、 判断和执行，这个过程实质上是一个不断循环的 顺序扫描过程。 PLC的工作过程（周期性扫描过程）分为4个扫描 阶段。
数字量输入部件及接口
来自现场的主令元件、检测元件的信号经输入接口 进入到PLC。指令元件的信号是指由用户在控制键 盘(或控制台、操作台)上发出的控制信号(如开机、 关机、转换、调整、急停等信号)。检测元件的信号 是指用检测元件(如各种传感器、继电器的接点，限 位开关、行程开关等元件的触点)对生产过程中的参 数(如：压力、流量、温度、速度、位置、行程、电 流、电压等)进行检测时产生的信号。这些信号有的 是开关(或数字量)量，有的是模拟量，有的是直流 信号，有的是交流信号，要根据输入信号的类型选 择合适的输入接口。
1.PLC控制系统的等效工作电路 1.PLC控制系统的等效工作电路
PLC控制系统的等效工作电路可分为3部 分，即输入部分、内部控制电路和输出 部分。 输入部分就是采集输入信号，输出部分 就是系统的执行器件。这两部分与继电 器控制电路相同。内部控制电路是通过 编程方法实现的控制逻辑，用软件编程 代替继电器电路的功能。
图2-15 小型PLC的工作过程流程图
1）公共处理扫描阶段 公共处理包括PLC自检、执行来自外设命令、对 警戒时钟又称监视定时器或看门狗定时器WDT （Watch Dog Timer）清零等。 2）输入采用扫描阶段 这是第一个集中批处理过程。在当前的扫描周期 内，用户程序依据的输入信号的状态（ON或 OFF），均从输入映像寄存器中去读取，而不管 此时外部输入信号的状态是否变化。即使此时外 部输入信号的状态发生了变化，也只能在下一个 扫描周期的输入采样阶段去读取。
2.PLC基本构成及工作原理
二、PLC的定义
1.是一种数字运算操作的电子系统 2.为工业环境应用而设计 3.采用计算机的软硬件结构 4.达到各类机械或生产过程的控制目的
（ 1982年11月、1985年1月和1987年2月国际电工委员会 （IEC）可编程控制器标准草案第一、二、三稿）
输入ON延时
I/O响应时间
输出ON延时
最大I/O响应时间=输入ON延时+扫描时间×2+输出ON 延时
(2) I/O信号传递滞后的原因
▪ 输入滤波器有时间常数。 ▪ 输出电路存在滞后 ▪ 循环扫描工作方式
四、PLC的工作模式
1）程序模式（PROGRAM） 程序模式是程序的停止状态，PLC的初始设定、程
美国 AB公司 1746-NO4I
1784-IB32
德国 西门子 S7300
S7200
三菱（日本）
欧姆龙（日本）
丰炜（台湾）
台达（台湾）
深圳市三凌
四、 PLC控制与继电器控制
动合触点：线圈不通电时两个触点是断开的， 通电后这两个触点就闭合。 动断触点：线圈不通电时两个触点是闭合的， 通电后这两个触点就断开。 也就是说，动合等同于常开；动断等同于常 闭。
是
扫描周期固定值设定检查
无
有固定值设置？
有
等待直到固定的扫描周期为止
算出扫描周期
输入触点→输入继电器 输出继电器→输出触点
外设端口服务
初始化
（1）公共处理
（2）执行程序 （3）扫描周期 计算处理
（4）I/O刷新
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。
PLC组成及工作原理
PLC组成及工作原理PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种专门用于工业自动化控制的计算机控制系统。
它由中央处理器、输入输出模块、存储器和通信模块等组成，通过编程控制各种工业设备的运行。
一、PLC的组成1. 中央处理器（CPU）：PLC的核心部件，负责控制和执行程序。
CPU通常由控制逻辑处理器和存储器组成，可以执行逻辑运算、算术运算和数据传输等操作。
2. 输入模块：用于将外部信号转换为数字信号，供CPU处理。
常见的输入模块包括开关量输入模块、模拟量输入模块等。
3. 输出模块：用于将CPU处理后的数字信号转换为控制信号，控制外部设备的运行。
常见的输出模块包括继电器输出模块、模拟量输出模块等。
4. 存储器：用于存储程序、数据和中间结果。
存储器通常分为RAM（随机存取存储器）和ROM（只读存储器）两种类型。
5. 通信模块：用于PLC与其他设备之间的数据传输和通信。
通信模块可以实现PLC与上位机、其他PLC或外部设备的联网控制。
二、PLC的工作原理PLC的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 输入信号采集：PLC通过输入模块采集外部设备的信号，如传感器信号、按钮信号等。
输入模块将这些信号转换为数字信号，供CPU处理。
2. 程序执行：CPU根据预先编写的程序进行逻辑运算、算术运算和数据传输等操作。
程序可以通过编程软件进行编写，常用的编程语言有ladder图、指令表、SFC图等。
3. 输出信号生成：CPU根据程序的执行结果，将处理后的数字信号转换为控制信号。
输出模块接收这些信号，并将其转换为外部设备可以识别的信号，如继电器信号、模拟量信号等。
4. 控制外部设备：输出信号经过输出模块后，通过继电器、电磁阀、电机等外部设备进行控制。
PLC可以实现对各种工业设备的自动化控制，如生产线的启停控制、温度的调节控制等。
5. 监控与反馈：PLC可以监控外部设备的运行状态，并通过输入模块采集反馈信号。
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第二章 可编程序控制器的组成及原理
PLC输出的三种形式：a) 继电器型 b)晶体管型 c)晶闸管型
a)继电器输出
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作者：包 建华
2015-1-15
第二章 可编程序控制器的组成及原理
b)晶体管输出
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作者：包 建华
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第二章者：包 建华
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作者：包 建华
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第二章 可编程序控制器的组成及原理
二、可编程序控制器的编程语言 PLC是一种工业控制计算机，不光有硬件，软件也必不 可少。PLC的软件又有系统软件和应用(用户)软件之分。 系统软件含系统的管理程序，用户指令的解释程序，另 外还包括一些供系统调用的专用标准程序块等。 应用软件也叫用户软件，是用户为达到某种控制目的， 采用PLC厂商提供的编程语言自主编制的应用程序。
可编程序控制器概述
一、可编程序控制器的发展过程 1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台 可编程序控制器。 在20世纪70年代初期、中期,可编程序控制器可以完成 顺序控制，有逻辑运算、定时、计数等控制功能。并且将 可编程序控制器称为PLC（Programmable Logical Controller）。 20世纪70年代未至80年代初,可编程序控制器的处理速 度大大提高，不仅可以进行逻辑控制，而且可以对模拟量 进行控制。美国电气制造协会（NEMA）将可编程序控制器 命名为PC（Programmable Controller）。
第二章 可编程序控制器的组成及原理
输入/输出接口
输入输出接口是PLC和工业控制现场各类信号连接的 部分。两个主要的要求： 一是接口有良好的抗干扰能力； 二是接口能满足工业现场各类信号的匹配要求。 几种接口单元介绍： 开关量输入接口 作用：是把现场的开关量信号变成PLC内部处理的标 准信号。接口接受的外信号电源有直流输入、交流输入 和交流/直流输入。
第二章 可编程序控制器的组成及原理
(四) 顺序功能图编程语言(Sequential Function Chart， 简称SFC)
(五)结构化文本编程语言(Structured Text，简称ST)
ST被称为与PASCAL和C语言一样的高级编程语言。与指令语句表相 比，其编程任务高度压缩化的表达格式在语句块中有清晰的程序结构。
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作者：包 建华
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存储器
PLC常用的存储器有RAM、EPROM、EEPROM。 系统程序存储区（存放系统程序）
PLC存储空间
系统RAM存储区（I/O映像区、软元件 存储区） 用户程序存储区（存放用户程序）
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作者：包 建华
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为了用户的利益和PLC制造商的需要， 国际电工委员会 (IEC)对当代种类繁多的概念和语言进行了标准化(IEC611313)，制订了工业控制器(包括PLC)的标准，对PLC定义了5种编 程语言。
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作者：包 建华
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梯形图编程语言(Ladder Diagram,LD) 指令语句表编程语言(Instruction List.IL) 顺序功能图编程语言(Sequential Function Chart,SFC) 功能块图编程语言(Function Block Diagram,FBD) 结构化文本编程语言(Structured Text,ST)
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作者：包 建华
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二、可编程序控制器的特点 可靠性高，抗干扰能力强
丰富的输入输出接口模块
采用模块化结构，使系统组合灵活方便 编程语言简单、易学，便于掌握 系统设计周期短 对生产工艺改变适应性强 安装简单、调试方便、维护工作量小
输出刷新阶段
将输出映像寄存器中寄存器的 状态，转存到输出锁存器，通 过隔离电路，驱动功率放大电 路，使输出端子向外界输出控 制信号，驱动外部负载。
PLC用户程序执行阶段扫描工作过程如下图所示：
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作者：包 建华
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两个梯形图程序
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可编程序控制器的定义： 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。 采用了可编程序的存储器，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指令，并 通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的 生产过程。 可编程序控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统 连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。
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模拟量输入接口 作用：把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合PLC内 部处理的由若干位二进制数字表示的信号。模拟量输入接口 接受标准模拟信号。 符合国际标 如：4～20mA的直流电
准的通用电 压电流信号 流信号，0～10V的直 流电压信号等
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作者：包 建华
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直流输入端内部接线图
输入接口中都有滤波电路及耦合隔离电路，滤波有抗干扰 的作用，耦合有抗干扰及产生标准信号的作用。 开关量输出接口 作用：是把PLC内部的标准信号转换成现场执行机构所需 的开关量信号。
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(一) 梯形图编程语言(Ladder Diagram，简称LD)
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(二) 指令语句表编程语言(Instruction List，简称IL)
序号 001 002 003 004 005 006 通用电器 LD OR AND NOT OUT LD OUT 三菱电机 LD OR ANI OUT LD OUT 西门子 A O AN = A = 参数 %I001(X1) %Q001(Y1) %I002(X2) %Q001(Y1) %Q001(Y1) %Q002(Y2) 注 释
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其中与用户程序执行相关的三个阶段如下：
输入采样阶段
PLC顺序读入所有输 入端子的状态，并 将读入的信息存入 内存中所对应的输 入映像寄存器。
程序执行阶段
根据PLC梯形图程 序的扫描原则，按 先左后右，先上后 下的步序，逐句扫 描，执行程序。
电源
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外部设备
⑴ 编程器 专用的 编程器 分类 手持式
简易型:联机编程 智能型:联机和脱机编程
台 式
PLC机身上自带编程器 个人计算机:个人计算机上运行PLC相关的编程软件
⑵ 其他外围设备 ① 盒式磁带机：用以记录程序或信息。 ② 打印机：用以打印程序或制表。 ③ EPROM写入器：用以将程序写入用户EPROM中。 ④ 高分辨率大屏幕彩色图形监控系统：用以显示或监 视有关部分的运行状态。
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三、可编程序控制器的分类 按结构形式分类分为整体式（箱体式）和模块式
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第二章 可编程序控制器的组成及原理
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按控制规模大小(I/O点数)，可以分为小型、中型和大型
模拟量输出接口 作用：将PLC运算处理后的若干位数字量信号转换为相应的 模拟量信号输出。模拟量输出接口一般由光电隔离、D/A转 换和信号驱动等环节组成。
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智能输入输出接口 ① PID控制单元
特点：① 大多是独立的工作单元。 ② 一般带有单独的CPU。 ② 高速计数器工作单元 ③ 有专门的处理能力。 ③ 温度控制单元等 ① PLC工作单元供电的开关电源。 ②为掉电保护电路供电的后备电源。 锂离子电池
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作者：包 建华
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第二章 可编程序控制器的组成及原理
20世纪80年代以来，以16位和32位微处理器为核心的可 编程序控制器得到迅速发展。这时的PLC具有了高速计数、 中断技术、PID调节和数据通信等功能。 21世纪PLC的技术发展有如下4个特点： 适应市场需要，加强PLC通信联网的信息处理能力 PLC向开放性发展 软PLC出现 PLC编程语言趋于标准化
梯级开始，常开触点输入 并联自保持触点 串联常闭触点 输出，该梯级结束 梯级开始，常开触点输入 输出，该梯级结束
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(三) 功能块图编程语言(Function Block Diagram，简称FBD)
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作者：包 建华
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课程：可编程控制器
单位：电气工程及自动化学院 制作：包 建 华
作者：包 建华
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第二章 可编程序控制器的组成及原理
第一节 可编程序控制器概述 第二节 PLC的基本结构和工作原理