PLC组成及工作原理

1、PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章第第2章章PLC软硬件组成及工作原理软硬件组成及工作原理2.1 概述概述2.2 PLC的硬件组成的硬件组成2.3 PLC的软件系统的软件系统2.4 PLC的工作原理的工作原理2.5 PLC的主要指标的主要指标2.6 PLC的分类的分类PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.1 概述 PLCPLC在早期是一种开关逻辑控制装置，被在早期是一种开关逻辑控制装置，被称为可编程序逻辑控制器称为可编程序逻辑控制器(Programmable (Programmable Logic Controller)Logic Controller)，简称，简称PLCPLC

2、。 随着计算机技术和通信技术的发展，随着计算机技术和通信技术的发展，PLCPLC采用微处理器作为其控制核心，它的功能已采用微处理器作为其控制核心，它的功能已不再局限于逻辑控制的范畴。因此，不再局限于逻辑控制的范畴。因此，19801980年年美国电气制造协会美国电气制造协会(NEMA)(NEMA)将其命名为将其命名为Programmable Controller(PC)Programmable Controller(PC)，但为避免与，但为避免与个人计算机个人计算机(Personal Computer)(Personal Computer)的简称的简称PCPC混混淆，习惯上仍将其称为淆，习惯上仍

3、将其称为PLCPLC。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLCPLC的定义的定义 PLC是一种数字运算操作是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的电子系统，专为工业环境下应用而设计的工业控制装置。应用而设计的工业控制装置。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLCPLC的产生与发展的产生与发展 1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。 1971年，日本引进了这项技术并开始生产PLC。 19731974年德国和法国也研制出自己的PLC。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章整体式整体式组合

4、式组合式 PLC的基本分类的基本分类小型机常采用整体式小型机常采用整体式中、大型机常采用组合式中、大型机常采用组合式2.2 PLC的硬件组成的硬件组成PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章输出设备输出设备输入设备输入设备 I/OI/O扩展扩展 单元单元 特殊功特殊功 能单元能单元主机主机输出单元输出单元输入单元输入单元 电电 源源外设接口外设接口I/O/O扩扩展展口口存存 储储 器器 系统程序系统程序 存储器存储器 C P U 用户程序用户程序 存储器存储器盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROMEPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PLCPLC编程器编程器可编程终端可编程终端P

5、TPT 整体式整体式 PLC的基本组成框图的基本组成框图PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 组合式组合式 PLC的基本组成框图的基本组成框图 系系 统统 总总 线线通信单元通信单元 控控 制制 系系 统统 现现 场场 过过 程程CPU单元单元输出单元输出单元 编程器编程器PLC或或上位计算机上位计算机智能智能I/O单元单元输入单元输入单元PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 CPU指挥指挥PLC完成各种预定的功能完成各种预定的功能2.2.1 2.2.1 CPU单元单元1.中央处理单元（中央处理单元（CPU）：）：(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令从程序存储器读取程序指

6、令，编译、执行指令(2)将各种输入信号取入将各种输入信号取入(3) 把运算结果送到输出端把运算结果送到输出端(4) 响应各种外部设备的请求响应各种外部设备的请求2. 存储器存储器系统程序存储器系统程序存储器 存储系统系统程序存储系统系统程序用户程序存储器用户程序存储器 存储系统用户程序存储系统用户程序工作数据存储器工作数据存储器 存储工作数据存储工作数据PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 PLC与外部设备联系的桥梁与外部设备联系的桥梁 开关量输入单元开关量输入单元 开关量输出单元开关量输出单元 直流输入单元直流输入单元 交流输入单元交流输入单元晶体管输出单元晶体管输出单元晶闸管输出单元

7、晶闸管输出单元继电器输出单元继电器输出单元 2.2.22.2.2. I/OI/O单元单元PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 输入、输出接口：输入、输出接口：采用光电隔离，实现了采用光电隔离，实现了PLC的内部电的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输出接口作用：输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式：输出

8、三种形式：继电器继电器 - 低速大功率低速大功率 可控硅可控硅 - 高速大功率高速大功率 晶体管晶体管 - 高速小功率高速小功率输入接口作用：输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。转换成数字信号送入主机。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 2.2.32.2.3 电源单元电源单元 把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。 有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLC的外部设备主要有：的外部设备主要有：编程设备编程设

9、备触摸屏触摸屏操作面板操作面板文本显示器文本显示器打印机打印机 等等 2.2.4 外部设备外部设备PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.3 PLC.3 PLC的软件系统的软件系统2.3.1 系统程序系统程序 系统程序系统程序是由是由PLCPLC的制造者采用汇编语言编写的，固化的制造者采用汇编语言编写的，固化于于ROMROM型系统程序存储器中，用于控制型系统程序存储器中，用于控制PLCPLC本身的运行，本身的运行，用户不能更改。用户不能更改。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLC的软件系统的软件系统2.3.2 用户程序用户程序 用户程序用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一控

10、制任又称为应用程序，是用户为完成某一控制任务而利用务而利用PLCPLC的编程语言编制的程序。用户程序是线的编程语言编制的程序。用户程序是线性地存储在系统程序制定的存储区内。性地存储在系统程序制定的存储区内。1 1用户环境用户环境 用户环境是由系统程序生成的，它包括用户环境是由系统程序生成的，它包括用户数据结构、用户元件区、用户程序存储区、用用户数据结构、用户元件区、用户程序存储区、用户参数、文件存储区等。户参数、文件存储区等。2 2用户程序结构用户程序结构 用户程序结构大致可以分为三种：用户程序结构大致可以分为三种：（1 1）线性程序（）线性程序（2 2）分块程序（）分块程序（3 3）结构化程

11、序）结构化程序3 3用户程序语言用户程序语言 PLCPLC的编程语言有多种，其中梯形图、的编程语言有多种，其中梯形图、语句表、功能块图是三种基本语言。语句表、功能块图是三种基本语言。 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.4 PLC的工作原理的工作原理PLCPLC的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程 接线程序控制与存储程序控制接线程序控制与存储程序控制 输入输入/ /输出滞后响应输出滞后响应 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.4.1 接线程序控制与存储程序控制接线程序控制与存储程序控制 继电接触器控制系统，又称为继电接触器控制系统，又称为接线程序控制接线程序控制系统，是通过

12、电系统，是通过电器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务的。器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务的。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章接线程序控制与存储程序控制接线程序控制与存储程序控制 在在PLC控制系统中，用户根据控制要求编制出相应控制系统中，用户根据控制要求编制出相应的控制程序，并写入的控制程序，并写入PLC的程序存储器中。系统运行的程序存储器中。系统运行时，时，PLC将程序执行结果输出给相应的输出设备，控将程序执行结果输出给相应的输出设备，控制被控对象工作。制被控对象工作。 这种控制称为这种控制称为存储程序控制存储程序控制。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2

13、章章 2.4.2 PLC的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程 扫描工作一般分为：读输入、执行程序、处理通扫描工作一般分为：读输入、执行程序、处理通信请求、自诊断检查和写输出等过程，信请求、自诊断检查和写输出等过程，CPU反复不停反复不停地分阶段处理上述各种不同的任务，这种周而复始的地分阶段处理上述各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为循环扫描。循环工作方式称为循环扫描。 执行用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用执行用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期也在扫描，只不过在一个周期中去除了执行用户程序和读输入、写输出的内容。

14、中去除了执行用户程序和读输入、写输出的内容。 PLC最主要的工作方式是循环扫描（周期扫描）最主要的工作方式是循环扫描（周期扫描） PLC在运行工作状态，执行如上所述的一次扫描在运行工作状态，执行如上所述的一次扫描操作所需的时间称为操作所需的时间称为扫描周期扫描周期，其典型值为，其典型值为1100ms。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和CPU的运算速度有很大的关系。用户程序较长时，指的运算速度有很大的关系。用户程序较长时，指令执行的时间在扫描周期中占相当大的比例。令执行的时间在扫描周期中占相当大的比例。 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章读读读

15、读读读写写写写 执行用户程序执行用户程序 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新PLC执行用户程序的过程执行用户程序的过程010010100000000 00001 01000输输入入端端子子输输入入电电路路用户输入设备用户输入设备输入映像寄存器输入映像寄存器输输出出电电路路输输出出端端子子元件映像寄存器元件映像寄存器输出锁存器输出锁存器 用户输出设备用户输出设备PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLC控制的原理控制的原理 等效电路图等效电路图SB1SB2ST公共端公共端公共端公共端输入部分输入部分输出端子输出端子输入端子输入端子用户程序用户程序输出部分输出部分

16、主电路主电路KMFUFR M 3 QKM01000PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM0000100002PLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMPLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章KM线圈通电线圈通电SB1闭合闭合00000 闭合闭合接点闭合接点闭合KMFUKH M 3 QKM通电通电KM通电通电触点闭合触点闭合电动机转电动机转触点闭合触点闭合PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM01000000010000

17、2SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMPLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章KM线圈断电线圈断电00001 断开断开接点断开接点断开KMFUKH M 3 QKM通电通电KM断电断电触点断开触点断开电动停转电动停转触点断开触点断开PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2闭合闭合PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.4.3 输入、输出延迟响应 由

18、于由于PLC采用循环扫描的工作方式，而且采用循环扫描的工作方式，而且对输入对输入/输出信号只在每个扫描周期的固定时间输出信号只在每个扫描周期的固定时间集中输入集中输入/输出，所以必然会产生输出信号相对输出，所以必然会产生输出信号相对输入信号的滞后现象。输入信号的滞后现象。 输入输入/输出滞后响应又称系统响应时间，是输出滞后响应又称系统响应时间，是指指PLC的外部输入信号发生变化到它控制的有的外部输入信号发生变化到它控制的有关外部输出信号发生变化的时间间隔。关外部输出信号发生变化的时间间隔。 它由它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时

19、间时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分三部分组成。组成。 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章输入、输出延迟响应 输入电路滤波时间，它由输入电路滤波时间，它由RC滤波电路的时间常数决定。滤波电路的时间常数决定。改变时间常数可调整输入延迟时间。改变时间常数可调整输入延迟时间。 PLC循环扫描的工作方式循环扫描的工作方式 用户程序中语句的安排用户程序中语句的安排 PLC对输入采样、输出刷新的集中处理方式对输入采样、输出刷新的集中处理方式 输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。继电器输出方式的滞后时间为继电器输出方式的滞后时间为10

20、ms左右；双向晶闸管输出左右；双向晶闸管输出方式，在接通负载时滞后时间约为方式，在接通负载时滞后时间约为1ms，切断负载时滞后，切断负载时滞后时间小于时间小于10ms；晶体管输出方式的滞后时间小于；晶体管输出方式的滞后时间小于1ms。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 程序语句安排对程序语句安排对I/O响应时间的影响举例响应时间的影响举例200000000001000200002000001001PLCSBKM1000000100101000COMCOMKM2当当SB闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期I/O刷刷新时新时 00000的映像寄存器的映像

21、寄存器 ON。第一个扫描周期第一个扫描周期 结束时，结束时，01000为为OFF。01000只能在第二个扫描周期结束后才能只能在第二个扫描周期结束后才能ON。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章000002000020000010002000001001PLCSBKM1000000100101000COMCOMKM2当当SB闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期 00000的映像寄存器的映像寄存器 ON。01000 在第一个扫描周期结束后就能在第一个扫描周期结束后就能ON 。续续如果将梯形图的第一与第二梯级交换，如下图：如果将梯形图的第一与第二梯级交换，如下图： 显然，程序