第3章 PLC组成与工作原理

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PLC与继电器控制系统
PLC与继电接触器的异同 相同点： 图形结构和逻辑关系相同。 不同点： （1）实现原理不同 （2）工作方式不同

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可编程序控制器（PLC）原理及应用
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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 输出 端子
CPU读输入
输出延迟时间
最短I/O响应时间
最短响应时间=输入延迟时间+一个扫描周期+输出延迟时间
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1.1 PLC的基本组成
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PLC的基本组成
中央处理单元（CPU） （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 存储器： 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。
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梯形图梯级 所有对象连接在一起并与其它对象没有 连接的组 (除电源母线以外) 称为网络或 梯级. 连接至左边电源母线的梯级，其处理顺 序为从上至下 (与左边电源母线连接). 程 序段内互相独立的网络按照位置顺序处 理 (从上至下)

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被控系统
继电-接触控制系统
输入设备 程序存储器 输出设备
被控系统
PLC控制系统
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PLC与继电器控制系统
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PLC内部等效电路
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继电器控制系统
输入设备：由各类按钮开关、行程开关、接近开 关、轉換开关等主令電器構成。 主令電器:自動控制系統中用於發送控制指令的 電器。 邏輯接线：由各種繼電器及其觸點組成的實現一 定邏輯功能的控制線路。 繼電器:一種根據某種輸入信號,接通或斷開控 制電路，實現自動控制和保護電力拖動裝置的自 動電器。 輸出设备：由各種電磁閥線圈，接通電動機的各 種接觸器和信號指示燈等執行元件構成。

输出继电器P020的线圈：表示按逻辑运算结果向地址是P020地址的一位 存储单元写入（或存入）数据。
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内部辅助继电器(Auxiliary Relay)

内部辅助继电器：也是一位存储器，但是它不与输入点对应， 也不与输出点相对应，它用来存储PLC内部的中间变量，相 当于继电器控制系统中的中间继电器。
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PLC的工作原理
工作方式：
周期循环扫描工作方式
工作过程：自诊断、输入采样、程序扫描、
输出刷新几个阶段。
扫描周期：是指PLC执行系统监控程序、
用户程序、 I/O 刷新一次所用的时间。它 直接反映PLC的响应速度，因此是PLC的 重要指标之一，其单位是ms/ kw (kb)。
PLC的软继电器
–硬件组成：微处理器、存储器、接口芯片、
各种模块。可看成由许多软继电器组成的控 制器。 –PLC内部等效软继电器分为：输入继电器、 中间继电器、输出继电器。 –中间继电器包括：辅助继电器、特殊功能继 电器、移位寄存器、计时器、计数器等。
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输入继电器（Input Relay）
储器在PLC程序中，可以按位存取，其中的每一位，就 是一个输出继电器。

输出继电器在PLC梯形图上的符号和意义如下：
P0020 P0020
P020的常开触点 P020的常闭触点 P020的线圈
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输出继电器（Output Relay）

功能：输出继电器线圈得电与否不但控制它在PLC内部的触点，而且还控 制它在PLC输出接口电路中对应的输出开关，进而控制接在输出点上的输 出负载（执行部件）得电与否。
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输入继电器（Input Relay）
注意：输入继电器状态只受外部输入
开关控制，不受PLC程序控制，PLC 程序可以读取输入继电器的状态，不 能改变输入继电器的状态，所以输入 继电器没有线圈符号。外部输入开关 只能直接控制输入继电器和它的触点, 不能直接控制其他的继电器。


注意：以上三个要素对应着PLC的基本指令。
4．功能指令符 应用指令、程序执行控制类指令和其他不写出整条指令就不能 把意思表达清楚的指令，在梯形图上也要把整条指令写出来， 一般把这样指令写在梯形图上的一个方括号或一个横条形框内。 如：定时器、计数器等。 我们把这类方括号、方框、圆圈称为功能指令符，作为PLC梯 形图的第4个要素〈图形、符号〉。

注意1：一体机，输出点地址是固定的，输出继电器与对应的输出状态锁 存器，与对应的输出端子排上的输出接点的名称标号是相同的。P020的线 圈，一定控制输出端子排上的P020点。

注意2：输出继电器在PLC内部的触点，原则上说可以无限多。从存储器 的角度看，P020是记录输出端子排上P020点（实际是连接P020点的输出 回路）的开关状态的一位存储器的地址。
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梯形图的要素（图形符号）4个



1．母线 有左母线、右母线之分。它们是两条竖直线，从程序的第一行 开始到最后一行结束。它们相当于电路中的电源线。有些类型 的PLC的梯形图不画右母线。 2．触点 它们是各类继电器、定时器、计数器的内部触点。 3．线圈 线圈是PLC用户程序能够控制的继电器的线圈。
一、输入继电器（Input Relay） 工作：输入点的外部输入开关状态通过输入接口电 路存到输入状态暂存器中，经过PLC的输入采样 （输入刷新），把输入状态暂存器中输入开关的状 态存入输入状态映像存储器中。

输入继电器在PLC梯形图上的符号和意义如下：
P0000 P000的常闭触点 P0000 P000的常开触点

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PLC的基本组成
输入、输出接口：采用光电隔离，减小 了电磁干扰。 输出三种形式：继电器 -- 低速大功率 可控硅 -- 高速大功率 晶体管 -- 高速小功率
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1.2 PLC与继电器控制系统
输入设备 逻辑接线 输出设备
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PLC内部输入等效电路
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输出继电器（Output Relay）

工作：PLC运行时，每执行完一遍程序，逻辑运算的结 果就存入到相应的一位存储器中。其中需要控制输出开
关的运算结果存到输出映像存储器中。这个输出映像存
X0 X1
输 入 端
输 入 电 路
输 入 映 像 寄 存 器
X0 读 Y0 读
Y0 写 Y1
写
元 件 映 像 寄 存 器
Y0
输 出 锁 存 器
输 出 电 路
输 出 端
Y1
可编程序控制器（延迟响应
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。
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用户程序的循环扫描过程
b. a. 输入刷新阶段 ---CPU -- CPU 从输入电路的输出端读 从输入映像寄存器和元 c.程序执行阶段 紧接着的输出刷新阶段 ---将输出映像寄存 件映像寄存器中读出各继电器的状态，并根据 出各路状态，并将其写入输入映像寄存器； 器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路 此状态执行用户程序，执行结果再写入元件映 传递输出端子，从而控制外接器件动作。 像寄存器中；

辅助继电器的线圈、常开触点、常闭触点：在梯形图上的图 形符号与I/O继电器相同，只是标号字母名称不同或序号不 同。内部辅助继电器的线圈和触点的关系和输出继电器的一
样，但只有内部触点，不对应外部触点。它的内部触点也是
无限多个。

注意：从存储器的角度看，内部辅助继电器是一个暂存运算
数据的一位存储器，它的名称标号是这个存储单元的地址。
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1.3 PLC的工作原理
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1.3 PLC的工作原理
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1.3 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 。

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PLC控制系统
PLC控制系统由输入、程序控制、输出3部 分组成。对应的“器件”是内部“软继电器”， 对应的“导线”是“程序”。PLC是通过“程序” 控制内部“软继电器”的“软件程序”控制系 统。
输入部分 输出部分
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继电器控制系统
继电－接触器控制系统（布线逻辑）：由导线、 继电器、接触器、开关和触点等器件按一定的 逻辑关系连接起来。 优点：电路图直观形象、价格低廉、容易操作 缺点：设备体积大、开关动作慢、组合复杂、 功能较少、维修不便、可靠性差、系统 接线固定，没有通用性和灵活性。适用于要求 不高的专用逻辑控制场合。
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 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
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PLC与继电器控制系统
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PLC与继电接触控制系统的比较



继电接触控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连 接，为全硬件控制； PLC 内部大部分采用“软”电 器、“软”接点和“软”线连接，为软控制。 继电接触控制系统体积大； PLC 系统结构紧凑，体 积小。 继电接触控制全为机械式触点，动作慢； PLC 内部 全为“软接点”，动作快。 继电接触控制功能改变，需拆线，接线乃至更换元 器件，比较麻烦；PLC控制功能改变，一般仅修改 程序即可，及其方便。 PLC控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制 系统周期短。 PLC控制的自检和监控功能比继电接触控制的强。 PLC的使用范围比继电接触控制的广泛。
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第三章
PLC基本组成和工作原理
1.1 PLC基本组成
1.2 PLC与继电器控制系统 1.3 PLC的工作原理
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1.1 PLC的基本组成

可编程控制器主机的硬件电路： 由CPU，存储器，基本I/O接口电路，外 设接口，电源等五大部分。
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梯形图仿真(符号、绘法、工作原理)

梯形图是PLC用户编程时最常用的一种图形编程方法， 是表示I/O点之间逻辑关系的一种图。它实质上是变
相的继电器控制逻辑图，形式和规范非常相似，
其目的是为了让工厂技术人员不必懂计算机，就可使 用(设计、阅读)它。
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