PLC的工作原理

直流开关量输入单元
PLC内 部电路
LED
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开关量输入接口
R1
R2
双向耦合器
C
VD
~ COM
交流电源
R3
交流开关量输入单元
PLC内 部电路
LED
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开关量输入接口
输入接口的接线方式
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开关量输出接口
开关量输出接口，其作用是把PLC的内部信号转换成现场执行机 构的各种开关信号。
考虑负载的驱动电源时，还需选择输出器件的类型 继电器型的输出接口，可用于交流及直流两种电源，接通和断开 的频率低，带负载能力强； 晶体管型的输出接口有较高的接通断开频率，但只适用于直流驱 动的场合； 可控硅型的输出接口仅用于交流驱动的场合，适用快速、频繁动 作和大电流的场合。
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元件映像寄存器
在PLC 的寄存器中,设置了一片区域用来存放输入信 号和输出信号的状态,它们分别称为输入映像寄存器和输 出映像寄存器。PLC 梯形图中的其他编程元件也有对应的
映像存储区,他们统称为元件映像寄存器。
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程序执行阶段
PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按 步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从第一条指令 开始， 先左后右，先上后下，逐条顺序地执行用户程序， 直到用户程序结束。
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模拟量输出接口（特殊功能模块）
为了适应更复杂的控制工作的需要，可编程控制器还有一些智 能控制单元，如PID单元、高速计数器单元、温度控制单元、通信 单元、定位单元等。特殊功能模块都是独立的工作单元，它们和 普通输入输出接口的区别在于都带有独立的CPU，有专门的处理能 力。
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问题
1、PLC的巡回扫描周期分为哪几个阶段？各 完成什么任务？
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输出处理阶段 CPU将输出映像寄存器的0，1状态传送到输出锁存器。 输出映像寄存器为1状态，对应的硬件继电器的线圈通
电，常开触点闭合，负载通电工作。 输出映像寄存器为0状态，对应的硬件继电器的线圈断
电，常开触点断开，负载停止工作。
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2.2 扫描周期
扫描周期：PLC在RUN工作模式时，执行一次如图2－1所 示的扫描操作所需的时间。典型值为1～100ms。 影响因素： 保证系统正常运行的公共操作 系统与外部设备交换信息 用户程序的执行
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2.4 输入/输出滞后时间
又称系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变
化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻的
时间间隔。 I/O操作
扫描时间
扫描时间
周期扫描过程
程序扫描
程序扫描
外部输入信号 输入端子信号 输入映像区
外部输出信号
输入接通延时
系统响应时间
输出接通延时
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2.5主要性能指标
2、PLC的开关量输入输出模块各有哪几种类 型？分别适用于什么类型的负载？
3、PLC的基本结构有哪些？各部分的功能是 什么？
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滤波
A/D 转换器
光耦 合器 隔离
内部 回路
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模拟量输出接口（D／A模块）
模拟量输出接口将PLC运算处理后的数字信号转换为相应 的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。 模拟量输出接口一般由光电隔离、D／A转换和信号驱动等环节 组成。
内部 回路
光耦 合器 隔离
D/A 转换器
信号 转换
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开关量输出接口－继电器输出
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开关量输出接口－ 晶体管输出
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开关量输出接口－可控硅输出
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开关量输出接口
继电器型
可控硅型
晶体管型
输出接口的接线方式
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模拟量输入接口（A／D模块）
模拟量输入接口把现场连续变化的模拟量信号转换成 适合可编程控制器内部处理的二进制数字信号。
模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行A／ D转换，再经光电耦合后为可编程控制器提供一定位数的 数字量信号。
开关量输出接口 开关量输出接口是把可编程内部的标准信号转换成现场执行机构所需 的开关量信号。 开关量输出接口按可编程控制器机内使用的器件不同， 分为继电器型、晶体管型和可控硅型。
模拟量输入接口（A／D模块） 模拟量输出接口（D／A模块）
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开关量输入接口
R1
光耦合器
C VD 电 源COM
R2
3
2)扫描过程
RUN 内部处理 通信服务 输入处理 执行程序 输出处理
STOP 内部处理 通信服务
两种工作模式
运行(RUN)模式 停止(STOP)模式
图2－1
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内部处理阶段 PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位,以及完 成一些其他内部工作。
通信服务阶段 PLC与其他的带微处理器的智能装置通信，响应编辑器键入的命令,更 新编辑器的显示内容。
用户程序的长短 指令的种类 CPU执行指令的速度
关系较大
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2.3 PLC的扫描过程举例
SB1起动
X0 COM0
AC220
输入处理
SB2停止
X1
FR过载
X2 Y0
COM
KM 输出处理
程序执行
X0 X1 X2 Y0
Y0
程序执行
输入映像寄存器 1 0 0
输出映像寄存器 1
Y 0 ( X 0 Y 0) • X1• X 2
输入 / 输出点数
输入 / 输出点数是指可编程控制器组成控制系统时所 能接入的输入输出信号的最大数量，即可编程控制器外部 输入、输出端子数。它表示可编程控制器组成控制系统时 可能的最大规模。通常，在总点数中，输入点数大于输出 点数，且输入与输出点不能相互替代。
扫描速度
一般以执行 1000 步指令所需的时间来衡量，单位为 毫秒 / 千步。也有以执行一步指令时间计，单位为微秒 / 步。
第二章 PLC的工作原理
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2.1扫描工作方式 2.2 扫描周期 2.3 PLC的扫描过程举例 2.4 输入/输出滞后时间 2.5主要性能指标 2.6输入输出接口
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2.1扫描工作方式
巡回扫描(循环扫描)的工作机制： PLC通过反复执行用户程 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,直到PLC停机或切换到停止模式。
执行指令时，从元件映像寄存器中读出有关编程元件的 0，1状态读出，执行相应的逻辑运算，运算结果写入相应 的元件映像寄存器。
元件映像寄存器的内容随着程序的执行而变化。但是， 在程序执行阶段，即使外部输入信号发生变化，输入映像 寄存器的状态也不会变化，输入信号变化了状态只能在下 一个扫描周期的输入处理阶段被读入。
输入处理阶段 PLC把所有外部电路的接通/断开状态读入映像寄存器。 外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为1状态，梯形图中对 应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。 外部输入电路断开时，对应的输入映像寄存器为0状态，梯形图中对 应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。 编程元件的映像寄存器为1状态，编程元件为ON，编程元件的映像寄 存器为0状态，编程元件为OFF。
指令功能
可编程控制器的指令种类越多，则其软件的功能就 越强，使用这些指令完成一定的控制目标就越容易。
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2.6输入输出接口
可编程控制器为不同的接口需求设计了不同的接口单元：
开关量输入接口 开关量输入接口是把现场的开关量信号变成可编程控制器内部处理的 标准信号。开关量输入接口按可接纳的外部信号电源的类型不同，分 为直流输入单元和交流输入单元。
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存储器容量
可编程控制器的存储器包括系统程序存储器、用户程 序存储器和数据存储器三部分。
可编程控制器中程序指令是按“步”存放的，一“步” 占用一个地址单元，一个地址单元一般占用两个字节。如 存储容量为 1000 步的可编程控制器，其存储容量为 2K 字节。
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Biblioteka Baidu
编程语言
可编程控制器采用梯形图、指令表、顺序功能图、 功能模块图和结构语言描述等编程语言。不同的可编程控 制器产品可能拥有其中一种或、两种全部的编程方式。