PLC基本原理总集

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

1.1 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。

1.2 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。

1.3 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

1.4 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2 直流输入模块 图3 交、直流输入模块 图4 交流输入模块

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。

输入输出端子处理的过程如下：

1.5 电源

PLC的供电电源一般是市电，也有用直流24V电源供电的。

1.6编程器

利用编程器可将用户程序输入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；

利用编程器还可以监视PLC的工作状态。编程器一般分简易型和智能型。

1.7 PLC的软件结构

在可编程控制器中，PLC的软件分为两大部分：

1.系统监控程序：用于控制可编程控制器本身的运行。主要由管理程序、用户指令解

释程序和标准程序模块，系统调用。

2.用户程序：它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运行。

1.8 PLC的工作原理

（1）PLC的工作方式：采用循环扫描方式。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。

注意：

由于PLC是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。循环扫描

过程如下：

运行

）

内部处理

通信操作

输入处理

程序执行

输出处理

停止

（2）工作过程：主要分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。

1）内部处理阶段：

在此阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它内部工作。

2）通信服务阶段

在此阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当PLC处于停状态时，只进行内容处理和通信操作等内容。

3）输入处理

输入处理也叫输入采样。在此阶段顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷

新，接着进入程序的执行阶段。

4）程序执行

根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转

地址。若用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一

阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器的当前

状态。根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关器件寄存器中。

5）输出处理

程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即元件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，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。

（3）PLC的运行方式：

1）运行工作模式

当处于运行工作模式时，PLC要进行从内部处理、通信服务、输入处理、程序处理、输出处理，然后按上述过程循环扫描工作。

在运行模式下，PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能，为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只

执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作模式。

注：

PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。

2）停止模式

当处于停止工作模式时，PLC只进行内部处理和通信服务等内容。

2.PLC的编程语言

（1）梯形图

梯形图编程语言习惯上叫梯形图。梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，也可以说，梯形图编程语言是在电气控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的，具有形象、直观、实用，电气技术人员容易接受，是目前用得最多的一种PLC编程语言。

（2）指令表

这种编程语言是一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，用一系列操作指令组成的语句表将控制流程热核出来，并通过编程器送到PLC中去。

（3）顺序功能图

采用IEC标准的SFC(Sequential Function Chart)语言，用于编制复杂的顺控程序。利用这种先进的编程方法，初学者也很容易编出复杂的顺控程序，大大提高了工作效率，也为调试、试运行带来许多言传的方便。

（4）状态转移图