PLC的基础知识-PLC的工作原理及组成

PCL的工作原理及组成目录PLC的硬件组成PLC的工作原理可编程逻辑控制器的组成FX系列PLC特殊功能模块扩展模块扩展单元基本单元CPU、存储器、I/O单元和电源扩展I/O点数的装置，内部有电源用于增加I/O点数和改变I/O点数的比例，内部无电源一些特殊用途的装置一、PLC的硬件组成PLC硬件主要由中央处理单元、存储器、输入单元、输出单元、电源单元、编程器、扩展接口、编程器接口和存储器接口组成一、PLC的硬件组成

CPU是整个PLC的运算和控制中心，它在系统程序的控制下，完成各种运算和协调系统内部各部分的工作等。主要采用微处理器（如Z80A、8080、8086、80286、80386等）、单片机（如8031、8096等）、位片式微处理器（如AM2900、AM1902、AM2903等）构成。1.中央处理单元（CPU）一、PLC的硬件组成（1）存储器用于存放程序和数据。

（2）PLC配有系统存储器和用户存储器。

系统存储器：存放系统的各种管理监控程序。

用户存储器：存放用户编制的程序（3）PLC的用户程序和参数的存储器有RAM、EPROM和EEPROM3种类型2.存储器RAM一般由CMOSRAM构成，采用锂电池作为后备电源，停电后RAM中的数据可以保存l～5年。EPROM的缺点是写入时必须用专用的写入器，擦除时要用专用的擦除器。EEPROM采用电可擦除的只读存储器，它不仅具有其他程序存储器的性能，还可以在线改写，而且不需要专门的写入和擦除设备。一、PLC的硬件组成

（1）I/O单元是PLC与生产设备连接的接口。

（2）CPU所能处理的信号只能是标准电平。3.I/O设备输入信号开关量或模拟量信号，需要通过输入单元的转换和处理才可以传送给CPU。

CPU的输出信号，只有通过输出单元的转换和处理，才能够驱动电磁阀、接触器、继电器、电动机等执行机构。一、PLC的硬件组成

PLC输入电路通常分为3种类型：直流输入方式、交流输入方式和交直流输入方式。

外部输入元件可以是无源触点或有源传感器。

输入电路包括光电隔离和RC滤波器，用于消除输入触点抖动和外部噪声干扰。

4.输入接口电路一、PLC的硬件组成

PLC的输出电路有3种形式：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。

继电器输出型PLC是利用继电器线圈和触点之间的电气隔离，将内部电路与外部电路进行了隔离。

晶体管输出型是在PLC的内部电路与输出晶体管之间用光耦合器进行隔离。

晶闸管输出型是在PLC的内部电路与输出元件（三端双向晶闸管开关元件）之间用光电晶闸管进行隔离。5.输出接口电路一、PLC的硬件组成PLC的供电电源一般是市电，有的也用DC24V电源供电。PLC对电源稳定性要求不高，一般允许电源电压在－15％～＋10％内波动。PLC内部含有一个稳压电源用于对CPU和I/O单元供电，小型PLC的电源往往和CPU单元合为一体，大中型PLC都有专门的电源单元。6.电源单元一、PLC的硬件组成编程器最少包括键盘和显示两部分，用于对用户程序进行输入、读出、检验、修改。7.编程器编程器编程软件图形编程器便携式编程器手持式编程器，用按键输入指令，大多采用字符液晶显示器，具有体积小、易携带的特点智能编程器，采用点阵式液晶显示器或阴极射线管（CRT）显示程序，可在调试程序时显示各种信号状态和出错提示等，还可与打印机、绘图仪、录音机等设备连接在个人计算机上安装专用的编程软件，可以编制梯形图、语句等形式的用户程序。一、PLC的硬件组成扩展接口是用于扩展I/O单元的，它使可编程控制器的点数规模配置更为灵活。扩展接口实际上为总线形式，可以配接开关量I/O单元，也可配置如模拟量、高速脉冲等单元以及通信适配器等。在大型机中，扩展接口为插槽扩展基板的形式。8.扩展接口一、PLC的硬件组成可编程控制器本体上通常是不带编程器的，为了能对可编程控制器编程及监控，可编程控制器上专门设置有编程器接口，通过这个接口可以接各种型式的编程装置，还可以利用此接口做一些监控的工作。9.编程器接口一、PLC的硬件组成为了存储用户程序以及扩展用户程序存储区、数据参数存储区，可编程控制器上还设有存储器扩展口，可以根据使用的需要扩展存储器，其内部也是接到总线上的。10.存储器接口一、PLC的硬件组成目录PLC的硬件组成PLC的工作原理PLC的工作原理：在系统程序的管理下，通过运行用户

程序完成控制任务。PLC的工作方式：循环扫描PLC的工作模式：运行（RUN）与停止（STOP）两种基本的工作模式1.PLC的工作过程循环扫描二、PLC的工作原理PLC的扫描工作过程二、PLC的工作原理1.PLC的工作过程⑴内部处理阶段⑵通信服务阶段在内部处理阶段，PLC检查CPU内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些其他内部工作。在通信服务阶段，PLC与其他的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当PLC处于停止模式时，只执行以上两个操作；当PLC处于运行模式时，还要完成另外3个阶段的操作。二、PLC的工作原理1.PLC的工作过程⑶输入处理阶段输入处理又叫输入采样。在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。PLC梯形图中的其他软元件也有对应的映像存储区。元件映像寄存器:⑷程序处理阶段根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右、先上后下的顺序，逐行逐句扫描，执行程序。遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。二、PLC的工作原理1.PLC的工作过程在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的0/1状态传送到输出锁存器。PLC的扫描既可按固定的顺序进行，也可按用户程序所指定的可变顺序进行。二、PLC的工作原理1.PLC的工作过程扫描周期：

PLC在RUN工作模式时，执行一次扫描操作所需的时间，其典型值约为lms～100ms。扫描周期与用户程序的长短，指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。2.扫描周期二、PLC的工作原理输入/输出滞后时间又称系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间这三部分组成。3.输入/输出滞后时间二、PLC的工作原理PLC的工作原理及组成PLC的工作原理

PLC的工作原理运行模式三个阶段

输出刷新阶段程序执行阶段输入采样阶段输入端子输入映象寄存器元件映象寄存器输出锁存器输出端子扫描周期I0.0Q0.0读出写入（M0.0）（Q0.0）读出读出输入刷新输出刷新写入用户输入设备用户输出设备PLC的工作原理电动机启保停控制电路（继电器控制）PLC的工作原理电动机启保停控制电路（PLC控制）PLC的工作原理电动机启保停控制电路（PLC控制）①控制方法上：硬：软②工作方式上：并行工作方式：串行工作方式③控制速度上：速度慢：快

④定时和计数控制上：精度低：高

⑤可靠性和可维护性上：可靠性低：高PLC的工作原理扫描工作方式问题：★当PLC运行时，需要进行众多的操作，而PLC的CPU不可能同时去执行多个操作，每一刻只能执行一个操作。解决的办法：采用分时操作原理

★由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时完成的。★例如：用户程序的执行（用户程序的扫描工作过程）

扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。PLC的工作原理扫描工作方式PLC的工作原理扫描工作方式

★整个过程包括内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段。★整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期。★扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关。★典型值为1～100msPLC的工作原理扫描方式特点★集中采样：

在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。当PLC进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。★集中输出：

在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。PLC的工作原理扫描方式特点★降低了系统的响应速度

（缺点）

PLC输入／输出响应滞后：当PLC输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。

注意：这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成，更主要是PLC输入接口滤波环节带来的输入延迟和输出接口中驱动器件动作时间带来输出延迟，还与程序设计有关。★提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性（优点）

PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。PLC的工作原理扫描方式特点★对于小型PLC:

小型PLC的I/O点数较少、用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式。★对于大中型PLC：

大中型PLC的I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，采用定期采样、定期输出方式或