可编程控制器的基本结构和工作原理

可编程控制器的基本结构和工作原理

.2.1 可编程控制器的基本结构

1．中央处理器

⏹中央处理器是PLC的大脑。起着指挥的作用，其主要功能是：

⏹（1）编程时接受并存储从编程器输入的用户程序和数据，并能进行修改或更新。

（2）以扫描方式接受现场输入的用户程序和数据，并存入输入状态表（即输入继电器）和数据寄存器所谓输入影像寄存器。

（3）从存储器中逐条读出用户程序，经解读用户逻辑，完成用户程序中规定的各种任务，更新输出映像寄存器的内容。

（4）根据输出所存电路的有关内容实现输出控制。

（5）执行各种诊断程序

目前，PLC中的CPU主要采用单片机，如Z80A 8051 8039 AMD2900等，小型PLC大多数采用8为单片机，中型PLC 大多数采用16位甚至32位单片机。

2．存储器

⏹PLC内部存储器用来存放PLC的系统程序，用户程序和逻辑变量及数据信息。存储器分为只读存储器（ROM）和随机存储

器（RAM）两大类。ROM的内容杂使用时只能读出不能写入，它的写入需要使用特殊的方法和设备，一旦写入即使掉电也不会消失，称为固化。ROM主要存放监控程序及已调试好的用户程序。RAM的内容可以随时由CPU对它进行读取，写入，任意修改，但掉电后，信息丢失。用户程序是使用者为PLC完成某一具体控制任务编写的应用程序，用户程序在设计和调试过程中要经常进行读写操作，为了便于调试、修改、扩充、完成，用户程序一般使用RAM存储。

RAM中的内容在掉电后要消失，所以PLC对RAM提供备用锂电池，一般锂电池使用期为3－5年左右。如果调试通过的用户程序要长期使用，可用专用EPROM写入器把程序固化在EPROM芯片中，再把芯片插入PLC的EPROM插座上。3．输入、输出模块

⏹这是PLC与被控设备的连接部件，输入模块通过输入端子接受现场设备的控制信号（包括开关量和模拟量），如控制按钮、

限位开关、传感器信号等，并把这些信号转换成被控设备能接收的电压或电流信号，以驱动被控装置（包括开关量和模拟量），如电磁阀、接触器、信号灯等。

4．扩展接口

⏹当PLC主机（基本单元）的点数不够用时，可以通过扩展I/O接口连接扩展机（扩展单元），以增加输入和输出点数。5．电源部件

⏹电源部件将外部提供的交流电转换成PLC内部正常工作所需的直流电，它是主机的重要组成部分。

6．编程器和其他外设

⏹PLC需要通过编程器输入、检查、修改、完善和调试程序，也需要它在线监控PLC的工作情况，编程器是PLC最主要的外

围设备。

PLC也可以配置其他设备，如打印机、显示器、EPROM写入器和盒式磁带机等。

7.2.2 可编程控制器的工作原理

⏹与普通微机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。在软件的控制下，PLC才能正常工作。软件分为系统软件和应用

软件两部分。

PLC的基本工作过程：

⏹ 1.输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点，读入各输入点的状态。

2.执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算。

3.输出控制信号：根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器（锁存器）向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求

的逻辑控制功能。

PLC扫描过程:

⏹每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，

对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊

断，诊断的方法通常是测试出各部分的当

前状态，并与正常的标准状态进行比较，

若两者一致，说明各部分工作正常，若不

一致则认为有故障。此时，PLC立即启动

关机程序，保留现行工作状态，并关断所

有输出点，然后停机。

诊断结束后，如没发现故障，PLC将

继续往下扫描，检查是否有编程器等的通

信请求。如果有则进行相应的处理，比如，

接受编程器发来的命令，把要显示的状态

数据、出错信息送给编程器显示等。

处理完通信后，PLC继续往下扫描，

输入现场信息，顺序执行用户程序，输出

控制信号，完成一个扫描周期。然后又从

自诊断开始，进行第二轮扫描。

PLC的I/O响应时间

为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。

为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。

以上两个主要原因，使得PLC的I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统慢的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。

I/O响应时间:指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。

最短I/O响应时间:

最长I/O响应时间：

简述PLC应用及使用中应该注意的问题

摘要：介绍可编程控制器在工业控制领域的应用以及PLC在应用过程中，要保证正常运行应该注意的一系列问题，并给出一些合理的建议。

关键词：PLC 工业控制抗干扰布线接地建议

一、简述

多年来，可编程控制器（以下简称PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC 在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。

二、PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：

1．开关量逻辑控制

取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2．工业过程控制

在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

3．运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4．数据处理

PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

5．通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

三、PLC的应用特点

1．可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。

2．配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。