电工高级 PLC基础知识

2.1 可编程控制器的基本组成
•可编程控制器主机的硬件电路：由CPU单元，存储器，基本I/O接口电路，
外设接口，电源等五大部分组成。
2.1 可编程控制器的基本组成
1.CPU单元
• CPU( Center Process Unit) 单元，又称中央处理单元，是PLC的核 心。它除CPU芯片外，还包含外围芯片、总线接口及有关电路等。 • CPU单元的功能：读入现场状态;控制存储器和解读用户逻辑 ;执行各 种算术运算;输入、输出运算结果;执行系统诊断程序;与外部设备或 计算机通讯。
2.1 可编程控制器的基本组成
可编程控制器输出电路原理图
2.2 可编程控制器的工作原理
PLC的循环扫描工作过程:
PLC 的 CPU 是采用分时操作的原理，每一时刻执行一个 操作，随着时间的延伸一个动作接一个动作顺序地进行。 这种分时操作进程称为 CPU 对程序的扫描。 PLC 的用户程序 由若干条指令组成，指令在存储器中按序号顺序排列。CPU 从第一条指令开始，顺序逐条地执行用户程序，直到用户 程序结束。然后，返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC 就是这样周而复始地重复上述的扫描循环，如图 4-14 所示。
1、PLC的产生及定义 1968 年由美国通用汽车公司（ GE ）提出， 1969 年有美国数字设备公司（ DEC ）研制成功，有逻辑运算、定时、计算功能称为 PLC （ programmable logic controller）。 80年代，由于计算机技术的发展，PLC采用通用微处理器为核心，功能扩 展到各种算术运算， PLC 运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。 被称为PC（programmable controller）即可编程控制器。
第2章 可编程控制器构成原理
2.1 可编程控制器的基本组成
可编程控制器硬件系统：可编程控制器系统由输入部分、运算控制部分和输 出部分组成。 输入部分：将被控对象各种开关信息和操作台上的操作命令转换成可编程控 制器的标准输入信号，然后送到PLC的输入端点。 运算控制部分（CPU）：由可编程控制器内部 CPU按照用户程序的设定，完成 对输入信息的处理，并可以实现算术、逻辑运算等操作功能。 输出部分：由 PLC输出接口及外围现场设备构成。CPU的运算结果通过 PLC 的 输出电路，提供给被控制装臵。
PLC内部输入电路作用是将PLC外部信号送至PLC内部电路。 输入接点分为直流输入式，交流输入式和交直流输入式三大类 。
2.1 可编程控制器的基本组成
PLC 输出电路用来驱动被控负载（电磁铁、继电、接触 器线圈等）。PLC输出电路结构形式分为继电器式，晶体管 式和晶闸管式等三种。
可编程控制器输出电路原理图
2.1 可编程控制器的基本组成
3.输入/输出接口单元
PLC的对外功能主要通过各类接口单元实现对工业设备或生产过程 的检测与控制。通过各种输入输出接口电路，PLC即可检测到所需要的 过程信息，又可以将处理后的结果传送给外部过程，驱动各种执行机 构，实现工业生产过程的自动控制。
2.1 可编程控制器的基本组成
1.3 可编程控制器的分类和发展
1、分类 按I/O点数可分为大、中、小型三大类，通常可以定义为： 小型：I/O点数在256点以下； 中型：I/O点数在256～1024点之间； 大型：I/O点数在1024点以上。 2、应用 可编程控制器在多品种、小批量、高质量的产品生产中得到广泛的 应用，PLC控制已成为工业控制的重要手段之一，与CAD/CAM，机器人技 术一起成为实现现代自动化生产的三大支柱。 通常可以认为，只要有控制要求的地方，都可以用到可编程控制器 。
1.3 可编程控制器的分类和发展
3、发展方向 发展方向分小型化和大型化两个发展趋势。小型PLC有两个发展方 向，即小（微）型化和专业化。大型化指的是大中型PLC向着大容量、 智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模 、复杂系统进行综合性的自动控制。
1.4 可编程控制器与其他工业wk.baidu.com制装臵的比较
习题
92.>PLC的定义：把（ ）功能用特定的指令记忆在存储器中，通过数 C 字或模拟输入、输出装臵对机械自动化或过程自动化进行控制的数字 式电子装臵。 A．逻辑运算，顺序控制 B．计数，计时，算术运算 C．逻辑运算、顺序控制、计时、计数和算术运算等
1.2 可编程控制器的工作特点
1、可靠性高，抗干扰能力强。 2、通用性强，使用方便。小型PLC为整体结构，并可外接I/O扩展机箱 构成 PLC 控制系统。中大型 PLC 采用分体模块式结构，设有各种专用功 能模块（开关量、模拟量输入输出模块，位控模块，伺服、步进驱动 模块等）供选用和组合，由各种模块组成大小和要求不同的控制系统 。 3 、功能强，适应面广。算术、逻辑运算、定时、计数、 PID 运算、过 程控制、通讯等。 4 、使用、编程方便。（ LAD ）梯形图、语句表（ STL ）、功能图（ FBD ）、控制系统流程图等编程语言通俗易懂，使用方便。 5、PLC控制系统的设计、安装、调试、维护方便。 6、体积小、重量轻、功耗低。
2.2 可编程控制器的工作原理
可编程序控制器的工作过程一般可分为三个主要阶段：输入采样阶段、程序执行阶段和 输出刷新阶段。如图1-2所示：
现 场 输 入
输 入 模 板
输 入 映 像 区
执行用 户程序
输 出 映 像 区
输 出 模 板
输 出 装 置
输入采样阶段
扫描程序阶段
输出刷新阶段
图 PLC的工作过程
习题
可编程控制器硬件系统由（ 输入部分 ）、（ ） 运算控制部分 和（输出部分 ）组成。
93.>PLC逻辑部分的主要作用是（ ）。 B A．收集并保存被控对象实际运行的数据和信息 B．处理输入部分所取得的信息，并按照被控对象实际的动作要求作出反应 C. 提供正在被控制的设备需要实时操作处理的信息
2.1 可编程控制器的基本组成
PLC控制器的等效电路图
习题
15.>为什么称PLC的内部继电器为软继电器？和硬件继电器相比，软继电器的触点在使用 上有何特点？
15.>PLC 内部的继电器并不是实际的硬继电器，而是PLC 内 部的存储单元。因此，称为“软继电器”，梯形图是由这 些“软继电器”组成的梯形图控制线路图，它们并不是真 正的物理连接，而是逻辑关系的连接，称为“软连接”。 当存储单元某位状态为1时，相当于某个继电器线圈得电； 当该位状态为0时，相当于该继电器线圈断电。软继电器的 常开触点、常闭触点可以在程序中使用无数多次。 96.>可编程控制器的输入、输出，辅助继电器，计时、计数 的触点是（ A ）无限地重复使用。 A.无限的 能 B.有限的 能 C.无限的 不能 D.有限的 不能
第3章 S7-200可编程控制器的硬件系统
3.1 S7-200系列PLC的构成
S7-200小型可编程控制系统由主机（基本单元）、I/O扩展单元、功 能单元（模块）和外部设备（文本／图形显示器、编程器）等组成。
S7-22x系列CPU设计
输出 本机DO状态指示
状态指示 存储器卡 模式选择器 电位器 I/O 扩展
2.2 可编程控制器的工作原理
（1）输入采样阶段。PLC以扫描工作方式，按顺序将所有信号读入到 寄存输入状态的输入映像区中存储，这一过程称为采样。 （2）程序执行阶段。PLC按顺序对程序扫描，即从上到下，从左到右 地扫描每条指令，并分别从输入映像区和输出映像区中获得所需的数 据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映 像区中保存。 （3）输出刷新阶段。在执行完用户所有程序后，PLC将输出映像区中 的内容送到寄存输出状态的输出锁存器中，再去驱动用户设备。
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• 模块二
电工基础知识 电子技术知识；
PLC知识。
PLC基础知识
主要内容
第1章 概论 第2章 可编程控制器构成原理
第3章 S7-200可编程控制器的硬件系统
第4章 STEP7-Micro/WIN32编程软件的使用与安装 第5章 可编程控制器指令系统
第1章 概论
1.1 可编程控制器的产生及定义
PLC的循环扫描工作过程
PLC的工作过程示意图
电源接通 上电初始化
自诊断
STOP方式
有无故障
与编程器交换信 息 修改编程和 调试用户程序
Y N
Y
异常警示灯亮 存放自诊断 出错信号
是否致命错误
与外设通信
CPU是否RUN
Y
N(STOP)
输入采样 执行用户程序 输出刷新
停止扫描
错误排除
习题
125.>PLC可编程序控制器，整个工作过程分五个阶段，当 PLC通电运行时，第一个阶段 应为（ ）。 A.与编程器通讯 B.执行用户程序 D C.读入现场信号 D.自诊断
PPI 连接
本机DI状态指示
输入
模块/扩展模块(EM)
I/O模块
功能模块(FM)
通讯处理器(CP)
第3章 S7-200可编程控制器的硬件系统
3.1 S7-200系列PLC的构成
•工作方式开关，模拟电位器， I/O 扩展接口，工作状态指 示和用户程序存储卡，I/O接线端子排及发光指示等。 •主机箱体外部的RS-485通讯接口，用以连接编程器（手持 式或PC机）、文本／图形显示器、PLC网络等外部设备。
1.4 可编程控制器与其他工业控制装臵的比较
1.4.3 PLC与工业控制计算机的比较
工业控制计算机是通用微型计算机适应工业生产控制要求发展起 来的一种控制设备。硬件结构方面总线标准化程度高、兼容性强，而 软件资源丰富，特别是具有实时操作系统的支持，故对要求快速、实 时性强、模型复杂、计算工作量大的工业对象的控制占有优势。 PLC使用技术人员熟悉的梯形图语言编程，易学易用，便于推广 应用。
1、PLC与继电器控制系统的比较
继电器控制系统：针对一定的生产机械、固定的生产工艺设计的 ，采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的逻辑控制、定时、计数 等功能，一旦生产工艺过程改变，则控制柜必须重新设计。 PLC：应用了微电子技术和计算机技术，各种控制功能都是通过软 件来实现的，只要改变程序并改动少量的接线端子，就可适应生产工 艺的改变。 从适应性、可靠性、安装维护等各方面比较，PLC都有显著的优势 。
1.4 可编程控制器与其他工业控制装臵的比较
2、PLC与集散控制系统的比较
PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数字处理、顺 序控制方面具有一定优势，主要侧重于开关量顺序控制方面。 集散控制系统是由单回路仪表控制系统发展而来，所以它在模拟 量处理、回路调节方面具有一定优势，主要侧重于回路调节功能。
习题
16.>PLC控制和继电接触器控制、微机控制的优缺点。
16.> PLC控制和继电接触器控制比较：传统的继电器控制线路的控制作 用是通过许多导线与继电器硬连接实现的，而PLC控制系统的控制作用 是通过软件编程实现的，PLC控制系统可以通过软件编程改变其控制作 用，继电器控制线路就很难做到。 与微机控制的比较：编成简单，组成控制系统快捷、灵活、可靠性 高。
2.1 可编程控制器的基本组成
2.存储器单元
在PLC系统中存储器主要用于存放系统程序、用户程序 及工作数据。 系统程序是由PLC的制造厂家研制的，它是PLC的一部分， 在PLC使用过程中是不变的。因此，系统程序在机器出厂时 由制造厂固化于PROM存储器中，用户不能访问、修改这一 部分存储器内容。 用户的应用程序是按PLC的应用对象而设计的，随着生 产工艺的不同而变化，是由使用者根据应用对象的工艺要 求编制的，一般存放在EPROM或E2PROM中。 78.>在PLC中，可以通过编程器修改或增删的是（ B ）。 A．系统程序 B．用户程序 C．工作程序 D．任何程序
第1章 概论
国际电工委员会（ IEC ）1987 年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下 ： “可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字 运算操作的电子装臵，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能 够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运 算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械 或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控 制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计”。