PLC模块结构图和工作原理
PLC基本组成及工作原理
无锡市梢品课程国礙示范皎校琏段项目机床电艺与如俸制项目四:PLC基础知识学习模块一：PLC基本组成及原理学习可编程序控制器(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是专门针对丄业环境应用设汁的，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。
一* PLC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4-1。
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。
计貝机*茨跟年4 rtT-rr£｝一电谡行拧只关-U-电谡aPLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序山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。
系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用ROM或EPROMo ROH是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，R0H具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。
EPER0M为可电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容，可电擦除可编程只读存储器还有E2PR0M、FLASH等。
2）用户程序存储器用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试。
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
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模块结构图和工作原理
PLC结果框图PLC的基本工作原理一．PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式1．每次扫描过程。
集中对输入信号进行采样。
集中对输出信号进行刷新。
2．输入刷新过程。
当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。
只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。
4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
5．扫描周期的长短由三条决定。
（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数6．由于采用集中采样。
集中输出的方式。
存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。
二．PLC与继电器控制系统、微机区别1．PLC与继电器控制系统区别前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。
前者用“软件”，后者用“硬件”。
2．PLC与微机区别前者工作方式是“循环扫描”。
后者工作方式是“待命或中断”PLC 编程方式PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。
用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。
PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。
尤其前两者为常用。
PLC的输入/输出过程1、PLC的工作方式是周期扫描方式，所以其输入/输出过程是定时进行的。
对用户程序而言，要处理的输入信号是输入信号状态暂存区的信号，而不是实际的信号。
运算处理后的输出信号被放入输出信号状态暂存区中，而不是直接输出到现场的。
2 ．扫描循环时间循环时间（Cycle Time ）是指操作系统执行一次循环操作所需的时间，包括执行程序段和中断该循环的系统操作的时间，循环时间又称为扫描循环时间（Scan Cycle Time ）或扫描周期。
循环时间与用户程序的长短、指令的种类和CPU 执行指令的速度有很大的关系。
当用户程序较长时，指令执行时间在循环时间中占相当大的比例。
循环时间会因为下述事件而延长：中断处理、诊断和故障处理、测试和调试功能、通信、传送和删除块、压缩用户程序存储器、读／写微存储器卡MMc 等。
第二章S7-200PLC硬件结构和工作原理
系统基本构成
1. 硬件 （1）基本单元 （2）扩展单元 （3）特殊功能模块 （4）相关设备 2. 工业软件 工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的 与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要 由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几 大类构成。
主机结构
1. 各CPU介绍及I/O系统 （1）主机外形 SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如 图所示：
晶闸管输出方式。 其特点是输出启动 电流大。当PLC有信 号输出时，光电二 极管导通，通过光 电耦合使双向可控 硅(晶闸管)导通，交 流负载在外部交流 电源的激励下得电。 发光二极管VL点亮， 指示输出有效。
R1 内 部 电 路 (AC SSR) VL 压 敏 U 电 阻 C
OUT R2负载Fra bibliotekCOM
第12页图2-9中:
Q0.0最小滞后SB1按钮几个扫描周期？ 最大滞后几个扫描周期？
思考：
M100(上) Y1
X2
M100
M100(下)
Y2
Y1最小、最大滞后X2按钮几个扫描周期？
3.5 S7-200系列PLC程序概念
3.4.1 梯形图编辑器（LAD） 3.4.2 语句表编辑器（STL） 3.4.3 功能块图编辑器（FBD）
I/O模块
输出模块 ：第8页图2-3 输出模块：分晶体管、晶闸管、继电器三种方式 数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用 户的离散型（ON/OFF）负载。典型的负载包括：继 电器线圈，接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等。 每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连， 输出电路把CPU运算处理的结果转换成能够驱动现 场执行机构的各种大功率的开关信号。PLC的输出 端子是PLC向外部负载发出控制命令的窗口。
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。
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的组成及工作原理
PLC的组成及工作原理PLC的组成PLC由三个基本部分组成：输入部分、逻辑处理部分、输出部分。
基本结构示意图参见图2-1所示。
输入部分是指各类按钮、行程开关、传感器等接口电路，它收集并保存来自被控对象的各种开关量、模拟量信息和来自操作台的命令信息等。
逻辑处理部分用于处理输入部分取得的信息，按一定的逻辑关系进行运算，并把运算结果以某种形式输出。
输出部分是指驱动各种电磁线圈、交 / 直流接触器、信号指示灯等执行元件的接口电路，它向被控对象提供动作信息。
为了使用方便，PLC还常配套有编程器等外部设备，它们可以通过总线或标准接口与PLC连接，图2-2为一般PLC组成系统的原理框图。
（由图2-2可看出，PLC 的组成结构和计算机差不多，故PLC可看成用于工业控制的专用计算机）PLC主要部件功能CPUCPU是PLC的核心部件之一，它的主要功能有：① 采集输入信号；②执行用户程序；③刷新系统输出；④执行管理和诊断程序；⑤与外界通信。
PLC常用的CPU芯片主要有：通用微处理器如INTEL（8080、8085、8086、8088，80386、80486、80586）、Zilog（Z80、Z8000）、Motorola（6800、6809、68000）等。
通用微处理器芯片的通用性强、价格便宜、货源充足。
单片微处理器如 INTEL（8031、8039、8049、8051、8089），单片微处理器又叫单片机，它将ROM、RAM、接口电路、时钟电路、串行口甚至A/D 都集成在一个很小的芯片上，自成一个小的微处理机系统；另外，单片机有大量的位寻址单元和丰富的位操作指令，它为PLC在位处理方面提供了最佳的功能和速度，所以特别适用于PLC；此外，单片机集成度高、体积小、通用性强、价格低、可扩充性好、货源足。
位片式微处理器如 AMD（2900、2901、2903、N8×300），位片式微处理器是独立于微型机的另一分支，因为它采用双极型工艺，所以比一般的MOS型微机处理器在速度上要快一个数量级。
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。
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。
PLC的硬件组成
PLC的硬件组成PLC种类繁多，但其基本结构和工作原理相同。
PLC的功能结构区由CPU（中央处理器）、存储器和输入/输出接口三部分组成，如图1-1所示。
1、CPU（中央处理器）CPU的功能是完成PLC内所有的控制和监视操作。
中央处理器一般由控制器、运算器和寄存器组成。
CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储器、输入/输出接口电路连接。
2、存储器在PLC中使用两种类型的存储器：一种是只读类型的存储器，如EPROM和EEPROM，另一种是可读/写的随机存储器RAM。
PLC 的存储器分为5个区域，如图1-2所示。
图1-1PLC结构框图图1-2存储器的区域划分程序存储器的类型是只读存储器（ROM），PLC的操作系统存放在这里，程序由制造商固化，通常不能修改。
存储器中的程序负责解释和编译用户编写的程序、监控I/O口的状态、对PLC进行自诊断以及扫描PLC中的程序等。
系统存储器属于随机存储器（RAM），主要用于存储中间计算结果和数据、系统管理，有的PLC厂家用系统存储器存储一些系统信息如错误代码等，系统存储器不对用户开放。
I/O状态存储器属于随机存储器，用于存储I/O装置的状态信息，每个输入模块和输出模块都在I/O映像表中分配一个地址，而且这个地址是唯一的。
数据存储器属于随机存储器，主要用于数据处理功能，为计数器、定时器、算术计算和过程参数提供数据存储。
有的厂家将数据存储器细分为固定数据存储器和可变数据存储器。
用户编程存储器，其类型可以是随机存储器、可擦除存储器（EPROM）和电擦除存储器（EEPROM），高档的PLC还可以用FLASH。
用户编程存储器主要用于存放用户编写的程序。
存储器的关系如图1-3所示。
只读存储器可以用来存放系统程序，PLC断电后再上电，系统内容不变且重新执行。
只读存储器也可用来固化用户程序和一些重要参数，以免因偶然操作失误而造成程序和数据的破坏或丢失。
随机存储器中一般存放用户程序和系统参数。
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PLC结果框图
PLC的基本工作原理
一．PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式
1．每次扫描过程。
集中对输入信号进行采样。
集中对输出信号进行刷新。
2．输入刷新过程。
当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。
只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。
4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
5．扫描周期的长短由三条决定。
（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数6．由于采用集中采样。
集中输出的方式。
存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。
二．PLC与继电器控制系统、微机区别
1．PLC与继电器控制系统区别
前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。
前者用“软件”，后者用“硬件”。
2．PLC与微机区别
前者工作方式是“循环扫描”。
后者工作方式是“待命或中断”
PLC 编程方式
PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。
用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。
PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。
尤其前两者为常用。
PLC的输入/输出过程
1、PLC的工作方式是周期扫描方式，所以其输入/输出过程是定时进行的。
对用户程序而言，要处理的输入信号是输入信号状态暂存区的信号，而不是实际的信号。
运算处理后的输出信号被放入输出信号状态暂存区中，而不是直接输出到现场的。
2 ．扫描循环时间循环时间（Cycle Time ）是指操作系统执行一次循环操作所需的时间，包括执行程序段和中断该循环的系统操作的时间，循环时间又称为扫描循环时间（Scan Cycle Time ）或扫描周期。
循环时间与用户程序的长短、指令的种类和CPU 执行指令的速度有很大的关系。
当用户程序较长时，指令执行时间在循环时间中占相当大的比例。
循环时间会因为下述事件而延长：中断处理、诊断和故障处理、测试和调试功能、通信、传送和删除块、压缩用户程序存储器、读／写微存储器卡MMc 等。
3．输入／输出滞后时间
输入愉出滞后时间又称为系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间这三部分组成。
输入模块的RC滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作时产生的抖动引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为l0ms左右。
输出模块的滞后时间与模块的类型有关，继电器型输出电路的滞后时间一般在10ms左右；双向晶闸管型输出电路在负载通电时的滞后时间约为lms，负载由通电到断电时的最大滞后时间为l0ms；
晶体管型输出电路的滞后时间一般在lms以下。
由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达两三个扫描周期。
PLC总的响应延迟时间一般只有几毫秒到几十毫秒，PLC周期性的输入/输出处理方式对一般控制对象而言是能够满足的，但是对那些要求响应时间小于扫描周期的控制系统则不能满足，这时可以用智能型输入/输出单元或专门的软件指令，通过与扫描周期脱离的方式来解决。
PLC的中断输入处理过程
PLC的中断输入处理方法同一般计算机系统是基本相同的，即当有中断申请信号输入后，系统要中断正在执行的相关程序而转向执行中断子程序；当有多个中断源时，它们将按中断的优先级有一个先后顺序的排队处理。
系统可以通过程序设定允许中断或禁止中断。
PLC的中断源信息是通过输入单元进入系统的。
PLC的中断源有优先顺序，一般无嵌套关系。
PLC的工作原理
1、PLC的工作原理与计算机的工作原理是基本一致的。
PLC执行的任务是串行的，与继电器逻辑控制系统中控制任务的执行有所不同。
2、从PLC的工作过程可以看到，整个工作过程是以循环扫描的方式进行的。
循环扫描方式是指在程序执行过程的周期中，程序对各个过程输入信号进行集中采样，对采样的信号进行运算和处理，并把运算结果输出到生产过程的执行机构中。
3、逻辑运算
在数字量（开关量）控制系统中，变量仅有两种状态。
可以分别用逻辑代数中的0和1表示。
使用继电器电路或PLC的梯形图都可以实现数字量的逻辑运算。
下面是PLC的梯形图对应的数字门电路。