PLC基本工作原理1

※PLC的基本结构和工作原理

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

2.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。

3.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。

4.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

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

5.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：

6. 电源

PLC 的供电电源一般是市电，也有用直流24V 电源供电的。

7. 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。

8. 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。

9. 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

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。

10.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

类似于顺序功能图，可使复杂的顺控系统编程得到进一步简化。

（5）逻辑功能图

它基本上沿用了数字电路中的逻辑门和逻辑框图来表达。一般用一个运算框图表示一