第二章可编程序控制器的结构和工作原理

1、本*殳要内汆2可编程序控制器的组成与基本结构2. 2可编程序控制器的工作过程与工作原理zuiy/ii/112.1可備程為投制器的他麻乌基痒詹构PLC与继电接触器控制系统的异同点：相同点:图形结构和逻辑关系相同。A继电器接触器线圈与所连触点的逻辑对应关系，和PLC 的梯形图中内部线圈与内部触点的逻辑对应关系相同。不同点：1）实现原理不同A继电接触器是利用实际电磁线圈通电吸合，使触点发 生动作，用来完成控制任务，这个机械动作有一个延时 过程，设计和分析控制电路时必须考虑到这一特点。，一A而PLC的内部继电器（也称为软继电器），它并不基 真正的电磁线圈，而是电子元件（如触发器升动作的厂 时间极短，使

2、用时通常认为是动作瞬时完成的。厂（2019/11/11丄27可珞程為披制器i&ftL就乌基査仲PLC与继电接触器控制系统的异同点：不同点：2）工作方式不同A继电接触器控制系统用实际硬件电路实现,按并行方 式工作，只要形成电流通路，几个电器的动作就可能同 时实现。A而PLC是用程序实现内部线圈和触点的逻辑关系，并 通过循环扫描的方式工作。按先后顺序执行用户程序， 实现元件的逻辑控制关系，在任一时刻只能执行一条指 令，输出点的刷新不是同时的。但是正是由于梯形图中- 的触点不是真正的触点，使得编写程序时对触点的使用 非常灵活。2019/11/11AC 380VFU2BKM1 -一FR2019/11/

3、112.1可備程為投制器的他麻乌基痒詹构PLC与计算机控制系统的异同点：相同点:1）基本结构相同PLC和计算机都是由CPU、存储器、输入和输出部分 构成。有的部件（如存储器）在二者中通用。2）程序执行原理相同APLC和计算机都釆用存储程序，按地址访问和顺序执 行的基本工作思想A在PLC程序馮矗段，与计算机基本相同，都是指令- 在内存中顺序存放，CPU从内存中顺序取指令并执行， 直到最后一条指令。一-、2.1可備程為投制器的他麻乌基痒詹构PLC与计算机控制系统的异同点：不同点：主要体现在工作方式上A计算机工作时是循环地取指令和执行指令。每执行完 成一条指令，立即产生结果，并立即影响到所涉及的部

4、件，直到最后一条指令，然后结束。A而PLC是以循环扫描的方式工作。执行用户时，结果 并不立即传送到输出点，只是用它改变内部的映像寄存 器，当所有指令执行完成后，同时对各输出点进行刷新A另外，PLC是专门为工业应用而设计的，输入输出都 件都采用电气隔离技术，其元件也经过精挑细选,一从而 更好地保证了PLC设备工作的可靠性。一打、2019/11/112.1可備程為披制希的伍麻曷基痒辖构PLC与计算机控制系统的异同点：不同点：它具有更强的与工业过程相连接的I/O接口;更适用于控制要求的编程语言；更适应于工业环境的抗干扰性能。PLC与单片机的区别1）PLC是建立在单片机之上的产品，而单片机是一种集成

5、电路，两者不具有可比性。2）单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型 到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例。3）不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标, 有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向 迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。而单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差不 齐，学习、使用和维护都很困难。,从工程耳度来看，PLC与单片机系统如何 进行选择：1）对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好，但成本较高。2）对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当

6、的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。最好的方法是单片机系统嵌入PLC的功能，这样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益也就有保证。13）单片机适合于研发，PLC适合于应用。2019/11/11小结:PLC是一种工业控制用的专用计算机, 它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同,也是由硬件系统和软件系统两大部分组成oPLC的硬件系统：主机系统I/O扩展环节外部设备PLC的软件系统：系统程序（又称系统软件）用户程序（又称应用软件）、PLC硬件结构示意PLC的硬件系统由主机系统、I/O扩展环节及外部设备组成。整体式PLC 结构示意图用 户 输 入 设 备编程器盒式磁带初L 打

7、印机EPROM写入4 图形监控系统一 PLC或上位计算机厂b9I/O 扩展 接口微处理器(CPIP)输 入 单 元运算器控制器存储器EPROM(系统程序)RAM(用户程序外设I/O 接口入出展节输输扩环釘g 、PLC硬件结构乔意模块式PLC结构示意图现场业过程2019/11/11二、PLC的基本组成单元2019/11/111、中央处理器（CPU模块）2、存储器3、I / 0模块4、电源模块5、智能单元6、编程装置7、其他外部设备、CPIM 块作用：CPU模块作为整个PLC的核心，相当于 人的大脑和心脏，起着总指挥的作用。1、接收并存储从编程器输入的用户程序和数据2、诊断内部电路的工作状态3、用

8、循环扫描方式不断地采集输入信号4、执行用户程序（逐条读取）5、刷新系统的输出6、响应外围设备请求（打印机）I、CPIM 块如8080、 6800、 8086等通用性好，可靠性高，电磁兼80512、存储器作用：用来存放系统程序、用户程序和数据及 系统组态等相关信息。根据存储器在系统中的作用，可分为：A系统程序存储器：存放系统监控程序。A用户程序存储器：存放用户程序，包括输入 输出信息，内部继电器，寄存器，定时器及计- 数器等的动作状态，以及工作数据的存储。（a g I令上萤厂、2019/11/112、存储器根据存储器介质不同，可分为以下三种类型:随机存取存储器(RAM)用来存放用户程序和工作数据

9、只读存储器(ROM)：非易失性，不可更改用来存储系统程序(3)可电擦除可编程的只读存储器(EPROM 或 E2PROM)存放用户程序和需要长期保存一(2019/11/11二、PLC的基本组成单元3、1/叶块作用：是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现 场和CPU模块的桥梁。1)输入单元作用：接收和釆集输入信号。_2)输出单元厂作用：控制输出设备，执行装曹小厂 . ，一 ( (2019/11/113、1/0棋块P LC输入借号的类型:TA11）从按钮、选择开关、数字拨码开关、限 位开关、接近开关、光电开关、压力继电 器等输入的开关量信号。2）由电位器、热电偶、测速电机和各种变 送器等输入的连续变化

10、的模拟量信号。、1/0棋块开关量输入单元(1) 直流输入单元(2) 交流输入单元2019/11/11:三.*.- 二 输入选择器*KrmmJg a U/4 HR IA 2 /匕V. PLC使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC5V、土 12V和24V等直流电源，使PLC能正常 工作。上PLC通常可以为外部的輸入电珞和电子传感彖提 供24V的直流电嫄厂电源部件的佞置形式可有多种，对于整体式结掏 的PLC,虬源封裟到机箔内部，有的用单独的嗽 源部件供电；对于履块式PLC,有的采用单独电 嫄摸块，有的将电源与CPU封到一个模块中。 ，一 (2019/11/115、智能单

11、灵2019/11/11智能单元本身是一个独立的计算机系统， 它有自己的CPU、系统程序、存储器及 与外界相连的接口。目前常用的智能单元：IIIA/D、D / A 单元 高速计数器单元 位置控制单元 温度控制单元厂、 通信单元作用：用来生成用户程序，并对它进行编辑、 检查和修改。1）手持式编程器：不能直接输入和编辑梯形图, 只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程 器。SIEMENSPG 7023中创贸易www. z jzcinv. coin_? _ F 曲 二- -6、编程装置2)编程软件编程：在屏幕上直接生成和编辑梯 形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并 可以实现不同编程语言的相互

12、转换。S7-200: STEP 7-Micro/WIN V4.0 编程软件7、外部设备人机接口外存储器厂打印机川-按钮、指示灯等I(三、可编程序控制器的软件系统I.由PLC的制造企业编制，固化在PROM或EPROM中,安装在PLC上，随产品提供给用户。包括:系统管理程序、用户指令解释程序和供系统调用的标准程序模块等。2用户程為是根据生产过程控制的要求由用户使用制造企业提供的 编程语言自行编制的应用程序。包括:开关量逻辑控制程序、模拟量运算程序、，閒环控制j 程序和操作站系统应用程序等。j 1厂|2.2可偏程序控制春的工作凍理及主要性能指标慮專一.可编程序控制器的工作原理PLC是采用周期循环扫描

13、（CPU连续执行用户程序 和任务的循环序列称为扫描）的工作方式。CPU的循环扫描是采用周期性地集中釆样、集中输出的方式来完成的。PLC的扫描过程:RUN鈕STOP 鈕11一.可编程序控制器的工作原理一个扫描周期（工作周期）主要分为以下几个阶段: 1输入釆样扫描阶段2.执行用户程序扫描阶段 3.通信处理 4.CPU自诊断测试 5.输出刷新扫描阶段2.2可偏程序控制器的工作凍理及主要性能指标亀翳 一.可编程序控制器的工作原理信号的传递过程输设备.输入采样阶段,.程序执行阶段A,输出刷新阶段a输入采样阶段CPU从输入电路的输出端读出 各路状态，并将其写入输入映像寄存器。|2.2可偏程序控制器的工作凍

14、理及主要性能指标亀翳一、可编程序控制器的工作原理 信号的传递过程10.0输入端子10.0Q0.0只()亠Q0.0 10.1M0.0HHM()写-谏 读输入映像寄存器元件映像寄存器输出锁存器输出 端 子Q0.0匹1输*出t设备,输入采样阶段L程序执行阶段P,输出刷新阶段， END|b程序执行阶段“ CPU从输入映像寄存器和元件 映像寄存器中读出各继电器的状态，并根据此状态 执行用户程序，执行结果再写入元件映像寄存器中可编程序控制器的工作原理信号的传递过程10.0输入端子10.0Q0.0谏 读输入映像寄存器只()亠Q0.0 10.1M0.0HHM()写-元件映像寄存器输出锁存器输出 端 子Q0.0

15、匹1输*出t设备,输入采样阶段L程序执行阶段P,输出刷新阶段， END|C.输出刷新阶段将输出映像寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递输出端子，从而控制外接器件动作。12.2可偏程序控制轟的工作凍理及主要性能指标一、可编程序控制器的工作原理采用循环扫描方式的好处：1）输入点状态固定不变，程序执行完后再豔麴寄存器的值更新输出点，使系统2）用户读写I/O映像寄存器比读写I/O点快得多，可提高程序的执行速度。2019/11/112.2可偏程序控制發的工作凍理及主要性能指标一、可编程序控制器的工作原理扫描周期的长短取决于以下因素:1、CPU执行指令速度 2、执行每条指令占用时间 3、程序长短

16、 (输入/输出滞后的现象引起滞后的原因：1、电路惯性1）输入电路的RC滤波器有时间常数2）输出单元电路引起的时间滞后继电器型 10ms晶闸管型 1ms晶体管型lms2、PLC循环扫描操作时，进行公共处理、I/O刷-新和执行用户程序等产生扫描周期、3、程序语句的安排，也影响响应时间无 厂、r二. 可编程序控制器的等效电路24V+ - 10.0SB t*iO.lSB2|10.2内部继电器10.0TQ0.0-110.14-内部线圈Q0.0 -()T377 )Q0.1Q0.2三、可编程序控制器的逻辑关系实现原理1、用触点和线圈实现逻辑运算逻辑与QOeO=IO.O-IOJIQ.C10.1Q0.0T II

17、 I_（）用常开触点串联描述IO.D AND -Q0.010.1 J逻辑或Q0e0=I0.0-I0.1I I0.0Q0.010.0- OR -Q00lOd-逻辑非Q0.2 = I0L4I I0.4Q0.2i（）用常闭触点描述Q0.2log 二I闭闭 常常 、 “开1口 1 断栩11/1J/F/用触点有动作描述逻辑1常开触点闭合”/用触点无动作描述逻辑0常开触点断开,三、可编程序控制器的逻辑关系实现原理2、单向旋转控制电路逻辑关系分析接触器触点 由线圈决是丿O OFR KMS132控制电路FUI热继 电器 / UPE /KMEC1 FRQFU2SB1乂KM】FU2KM = (SB1 + KM) - SB2- FR 接触器控制电路中莪触)厂 器的辅助触点(2019/11/11的线圈II.PLC的工作棋式RUN （运行）模式：执行用户程序，上电后