电力系统自动装置课程设计

第二章PLC的组成与基本结构2.1PLC的组成与基本结构2.2PLC的工作过程与工作原理2.3PLC的编程语言和程序结构2.1PLC的组成与基本结构PLC是微机技术和继电器控制技术相结合的产物。具有更强的输入/输出接口。PLC(工业控制用计算机)硬件系统软件系统2.1.1PLC的硬件系统PLC主要由CPU模块、输入/输出模块、电源模块和外部设备组成整体式组合式

PLC的基本分类小型机常采用整体式中、大型机常采用组合式输出设备输入设备

I/O扩展单元

特殊功能单元主机输出单元输入单元

电源外设接口I/O扩展口存储器

系统程序存储器

CPU

用户程序存储器盒式磁带机打印机EPROM写入器

上位计算机

PLC编程器可编程终端PT…

整体式PLC的基本组成框图

组合式PLC的基本组成框图系统总线通信单元控制系统现场过程CPU单元输出单元编程器PLC或上位计算机……智能I/O单元输入单元CPU(CentralProcessingUnit)接收并存储用户程序和数据；诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。ROM、PROM、EPROM、EEPROM、RAM系统存储器——系统程序存储器+系统数据存储器存放系统工作程序（监控程序）；存放模块化应用功能子程序；存放命令解释程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放存储系统参数。ROM、PROM、EPROM、EEPROM、RAM用户存储器——RAM/EPROM/EEPROM存放用户工作程序；存放工作数据。输入/输出模块单元一般配有电子变换、光电耦合器和阻容滤波器等电路。开关量输入单元开关量输出单元模拟量输入单元模拟量输出单元智能输入/输出单元(1)开关量输入单元采用光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管发光二极管直流电源输入端子+–PLCIn+24V–发光二极管直流输入电路M+5VLEDSR3R1AR2C→→T

内部电路滤波→→→→光电耦合

外部开关输入点的状态显示

输入点公共端交流输入电路LED+5VA→→R2～MSCR1内部电路R3滤波→→→→光电耦合

输入点的状态显示外部开关输入点继电器输出(2)开关量输出单元以继电器形式为例：PLC内部电路内部电路K+交流电源或直流电源QL+-晶体管输出电路T2LED→→DFU+5V内部电路T1R1R2R3负载→→光电耦合

输出点的状态显示公共端输出点晶闸管输出电路LEDR2

C→→

TFU～内部电路R1负载→→光电耦合

输出点的状态显示

公共端输出点继电器输出电路LED

K～

R内部电路→→负载输出点的状态显示继电器

机械触点公共端输出点(3)模拟量输入单元(4)模拟量输出单元(5)智能输入输出单元智能输入/输出单元是一个独立的自治系统；具有与PLC主机相似的硬件系统，也是由中央处理单元、存储器、输入/输出单元和外部设备接口单元等部分；通过内部系统总线连接组成。电源单元

PLC由开关式稳压电源为内部电路供电抗干扰性能好有的PLC能向外部提供24V的直流电源可作为输入单元连接的外部设备的电源开关电源输入电压范围宽体积小重量轻效率高PLC的供电IO扩展接口外设IO接口IO扩展接口是PLC主机为了扩展输入/输出点数和类型的部件，输入/输出扩展单元、远程输入/输出扩展单元、智能输入/输出单元等都通过它与主机相连。IO扩展接口有并行接口、串行接口等多种形式。外设IO接口是PLC主机实现人机对话、机机对话的通道，通过它，PLC可以和编程器、显示器、打印机等外部设备相连，也可以与其它PLC或上位机相连。

编程设备PCFPPROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTLWLORRWRANYWYSTXWXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTCEVTMTSVACLRENTBAFEDC

98

3

2

1

0

7

6

5

4(DELT)CLR编程器是对PLC进行操作的工具专用编程器在装有专用编程软件的计算机上编程简易编程器直插式、便携式计算机辅助编程图形编程器

编程工具PLC软件系统组成系统监控程序

运行管理

生成用户元件系统内部自检管理程序

解释程序标准程序模块、系统调用用户程序自动化系统控制程序数据表格软件系统系统程序

系统程序是由PLC的制造者采用汇编语言编写的，固化于ROM型系统程序存储器中，用于控制PLC本身的运行，用户不能更改。系统程序分为：1.系统管理程序2.用户指令解释程序3.标准程序模块和系统调用程序

用户程序用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一控制任务而利用PLC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。1．用户环境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、用户参数、文件存储区等。2．用户程序结构用户程序结构大致可以分为三种：（1）线性程序（2）分块程序（3）结构化程序3．用户程序语言PLC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。

一、工作方式——周期循环扫描二、工作过程——自诊断、输入采样、程序扫描、输出刷新几个外阶段。三、扫描周期

T=自检时间+读入一点时间×输入点数+程序步数×运算速度+输出一点时间×输出点数。2.2PLC的工作过程与工作原理PLC的循环扫描工作过程扫描工作分为5个阶段公共处理阶段程序执行阶段扫描周期计算阶段

I/O刷新阶段外设端口处理阶段

PLC的循环扫描工作过程

扫描工作一般分为：读输入、执行程序、处理通信请求、自诊断检查和写输出等过程，CPU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，用户程序不运行时，PLC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。

PLC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操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1～100ms。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，指令执行的时间在扫描周期中占相当大的比例。设置各异常继电器异常：(ERR/ALM)LED灯亮警告：(ERR/ALM)LED闪烁异常或警告？无有异常检查结果正常？扫描周期监视时间预置执行用户程序程序结束？(END命令？)NoYes扫描周期固定值设定检查有固定值设置？等待设定扫描周期到计算扫描周期

I/O

刷新正常异常警告接通电源初始化I/O外设端口服务初始化I/O、内部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零定时器预置识别扩展单元公共处理执行用户程序扫描周期计算处理刷新硬件、用户程序内存检查外设端口服务PLC循环扫描工作流程

(1)PLC扫描工作各环节的功能①PLC上电后，首先检查硬件是否正常。②按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。对输入的数据进行处理，将结果存入元件映象寄存器。③计算扫描周期。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。母线④I/O刷新阶段。⑤外设端口服务。读输入点的状态并写入输入映像寄存器。将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。访问外设端口连接的外部设备。读读读写写执行用户程序

I/O刷新I/O刷新

I/O刷新I/O刷新

(2)PLC执行用户程序的过程(3)PLC控制的原理等效电路图SB1SB2ST公共端公共端输入部分输出端子输入端子用户程序输出部分主电路KMFUFR

M3~Q~KMPLC~SB1SB2KMFRI0.0I0.1I0.2Q0.01LL+~KM线圈通电SB1闭合I0.0

闭合接点闭合KMFUFR

M3~QKM