第二讲-PLC的硬件组成和结构分解

其次讲可编程限制器的工作原理一.

基本结构二.

工作原理三.

输入/输出设备四.输入/输出模块（重点）一.基本结构PLC接受了典型的计算机结构，主要是由CPU、存储器、输入输出、电源及其他外围设备接口等部分构成。

1.中心处理器(CPU)

▪组成中心处理器(CPU)一般由限制电路、运算器和寄存器组成，这些电路一般都集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线和限制总线与存储单元、输入输出(I／0)接口电路相连接。▪作用CPU的主要作用是限制整个系统协调一样地运行。它说明并执行用户及系统程序并通过运行用户及系统程序完成全部限制、处理、通信以及所赐予的其他功能。▪性能指标字长:4.8,16,32,64位运行速度:PC机为亿条指令/秒;PLC为百万条指令/秒或us/条▪分类

常用的CPU接受通用微处理器、单片机和双极型位片机,也可以运用若干个微处理器芯片，接受分割限制任务的方法，实现多机处理。

通用微处理器常用的有Intel8085，M6800和Intel8086等。单片机常用的有803l，8051，8039和8049等。双极型位片机常用的有AM2900，ANn901和AM2903等。▪PLC典型型号

S7-300CPU的型号：312/313/314/315/316/318等若带IFM或C的为集成式CPUS7-200CPU的型号:221/222/224/226

三菱的FX系列：FX1s/1n/2n2.存储器在PLC中运用的两种类型存储器为ROM和RAM①只读存储器ROM。ROM中的内容是由PLC的制造厂家写入的系统程序，(PLC去电后再加电，ROM内容不变)。系统程序一般包括检查程序、翻译程序、监控程序等②随机存储器RAM。RAM是可读可写存储器，一般存放用户程序、逻辑变量、供内部程序运用的工作单元3.电源部件电源部件将沟通电源转换成供PLC的中心处理器、存储器等电子电路工作所须要的直流电源，目前大部分PLC接受开关式稳压电源供电。（4）输入、输出部分输入接口电路一般由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组成。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成。功率放大电路是为了适应工业限制的要求，将微电脑输出的信号加以放大。PLC一般接受继电器输出，也有的接受晶闸管或晶体管输出。（5）其他外围设备的接口可配接编程器、计算机、打印机、录音机以及A／D、D／A、串行通信模块等。

2.存储器常用的存储器为ROM、RAM、EPROM、EPPROM,在PLC中运用的两种类型存储器为ROM和RAM.▪只读存储器ROMROM中的内容是由PLC的制造厂家写入的系统程序，系统程序一般包括检查程序、翻译程序、监控程序等.▪随机存储器RAMRAM是可读可写存储器，一般存放用户程序、逻辑变量、供内部程序运用的工作单元.

3.输入、输出部分输入接口电路一般由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组成。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成。功率放大电路是为了适应工业限制的要求，将微电脑输出的信号加以放大。PLC一般接受继电器输出，也有的接受晶闸管或晶体管输出。

4.电源部件电源部件将沟通电源转换成供PLC的中心处理器、存储器等电子电路工作所须要的直流电源，目前大部分PLC接受开关式稳压电源供电。

5.其他外围设备的接口可配接编程器、计算机、打印机、录音机以及A／D、D／A、串行通信模块等。二.工作原理

通用计算机PC的工作方式是等待恳求，PLC则接受循环扫描工作方式,两者的差异在于PC针对的是人，PLC针对的是设备。整个工作过程可分为五个阶段：自诊断，与编程器、计算机或其他PLC设备等通信，输入采样，用户程序执行，输出刷新.这五个工作阶段称为一个扫描周期，时间为0.2ms。

(1)每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容为I／0部分、存储器、CPU等，发觉异样停机显示出错。若自诊断正常，接着向下扫描。(2)PLC检查是否有与编程器、计算机等的通信恳求，若有则进行相应处理。(3)PLC的中心处理器对各个输入端进行扫描，将输入端的状态送到输入状态寄存器。(4)中心处理器CPU将指令逐条调出并执行，即按程序对数据进行逻辑、算术运算。。(5)当全部的指令执行完毕时，集中把输出状态寄存器的状态通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号。

三.输入/输出设备输入器件有：按钮、开关、传感器。输出设备有：继电器、沟通接触器、电磁阀、信号灯、传感器、变送器。

图2-2PLC外围硬件配置示意图

（1）按钮手动开关，包括常开（触点）按钮、常闭（触点）按钮、复式(触点）按钮、点动按钮。（2）开关包括：行程开关、接近开关、光电开关等行程开关它以依据运动部件的位置来切换电路。工作时由档块和限位开关的轮子或触杆相撞使限位开关的触点接通或断开。常用于限制运动部件的运动方向、行程长短或位置。接近开关是无触点开关。依据接近开关的工作原理，可以分为电容型、霍尔效应型、感应电桥型、高频振荡型、磁铁型等多种.接近开关具有工作稳定牢靠、寿命长、重复定位精度高、动作快速、操作频率高.光电开关可以分为两类：透射型和反射型。透射型是放射器（光源）与接收器相对放置，放射器放射的红外线干脆照射到接收器上，当生产线上有物体通过时，将红外线光源切断遮拦住了，接收器收不到红外光，于是就发出一个信号。反射型依据红外光反射方式的不同，又分为镜反射（简称反射型）和被测物体反射（简称散射型）。反射型与透射型相比，反射型单侧安装，安装和调试简洁，并且还可以用于检测半透亮的物体。散射型安装最简洁。（3）温度传感器常用的温度传感器可以分为接触式和非接触式两类。接触式传感器是使被测对象与温度计的感温元件良好接触，通过传导或对流达到热动平衡，以感温元件感受的温度干脆测量物体的温度，以及物体内部的温度分布，如玻璃体温度计、热电阻、热电偶等。非接触式的传感器与被测对象不接触，利用物体的热辐射原理或电磁性质实现测温，其主要特点使测运动体、小目标及热容量小和温度变更快速对象的表面温度，也可测温度场的温度分布，如红外测温仪等。

（4）继电器和接触器（可限制电机）继电器是一种利用各种物理量变更．将电量或非电量信号转化为开关量信号的限制元件。接触器带有灭弧装置。

（5）电磁阀（可限制液气压缸）电磁阀是用电磁铁推动阀门的开启与关闭动作的电动执行器，主要优点是：体积小，动作牢靠，修理便利，价格便宜。通常用于口径在100mm以下的两位式限制中，尤其多用于接通、切断或转换气路或液路等。工业上常用的电磁阀有两通、三通、四通、低压和高压电磁阀等.四.输入/输出模块

PLC是一种工业限制计算机系统，它的限制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系就是通过输入输出(I／O)模块实现的。按输送信号的距离分为本地I/O和远程I/O。按信号类型划分可分为开关量输入(D1)模块、开关量输出(DO)模块、模拟量输入(AI)模块、模拟量输出(A0)模块、防爆输入/输出(EX)模块、特殊I/O模块等。1.开关量输入(DI)模块DI模块的任务是对被控变量越限状态及全部现场状态进行巡回检测，包括各种限位(限值)开关、继电器或电磁阀状态反馈、按钮状态等。▪通过光电耦合电路将220V沟通信号变为0-5V直流信号▪通过微继电器将高电压信号变为0-5V直流信号

2.开关量输入(DO)模块▪直流输出模块▪沟通输出模块▪继电器输出模块

3.模拟量输入(AI)模块温度、压力、液位、流量、厚度、速度、位移等为模拟量须要接受传感器或变送器测量出来，变为电压、电流信号，PLC通过AI模块将这些电信号转化为能被其CPU处理的数字信号。主要环节为：▪信号处理▪多路模拟采样开关，如AD7501、7502等▪数据放大器，要求高输入阻抗、低漂移电流、高工模抑制比▪采样保持器和数摸转换器

4.模拟量输出(A0)模块将PLC的数字信号通过AO模块转化为电压、电流信号，完成对伺服电机、调整阀的限制。主要环节为：▪数据缓冲▪光电隔离▪D/A转换▪多路模拟转换开关

5.防爆输入/输出(EX)模块EX模块可用作化工厂自动化系统中的相关器件，它们可用于仪表和限制应用。应用领域包括化学物化工业、煤气工业、海上作业技术、运输(如油轮、油罐车)、汽车工业(如喷漆车间)、电站发电和配电等、特殊机械工程(如印刷机械、工业清洗机)。6.特殊I/O模块为了增加PLC的功能，扩大PLC的应用范围，PLC厂家开发了品种繁多的特殊用途I／O模块，包括带有微处理器的智能I/O模块。(1)高速计数模块一般计数器的最高工作频率受PLc扫描时间的限制，只有几至几百Hz。在工业限制中，有时要求PLC有快速计数功能，计数脉冲可能来自于旋转编码器、数字码盘、机械开关或电子开关。高速计数模块可以对几十kHz甚至MHz量级的脉冲计数，这一过程与扫描过程无关。（2）快速响应模块输出与扫描过程无关，干脆来自输入。（3）运动限制模块自带微处理器，可限制位移、速度、加速度，可单轴或多轴限制，广泛用于机床、装配机械等。如s7-300的FM351. （4）PID限制模块