可编程控制器的基本结构和工作原理
.2.1 可编程控制器的基本结构
1．中央处理器
?中央处理器是PLC的大脑。起着指挥的作用，其主要功能是：
?（1）编程时接受并存储从编程器输入的用户程序和数据，并能进行修改或更新。
（2）以扫描方式接受现场输入的用户程序和数据，并存入输入状态表（即输入继电器）和数据寄存器所谓输入影像寄存器。
（3）从存储器中逐条读出用户程序，经解读用户逻辑，完成用户程序中规定的各种任务，更新输出映像寄存器的内容。
（4）根据输出所存电路的有关内容实现输出控制。
（5）执行各种诊断程序
目前，PLC中的CPU主要采用单片机，如Z80A 8051 8039 AMD2900等，小型PLC大多数采用8为单片机，中型PLC 大多数采用16位甚至32位单片机。
2．存储器
?PLC内部存储器用来存放PLC的系统程序，用户程序和逻辑变量及数据信息。存储器分为只读存储器（ROM）和随机存储
器（RAM）两大类。ROM的内容杂使用时只能读出不能写入，它的写入需要使用特殊的方法和设备，一旦写入即使掉电也不会消失，称为固化。ROM主要存放监控程序及已调试好的用户程序。RAM的内容可以随时由CPU对它进行读取，写入，任意修改，但掉电后，信息丢失。用户程序是使用者为PLC完成某一具体控制任务编写的应用程序，用户程序在设计和调试过程中要经常进行读写操作，为了便于调试、修改、扩充、完成，用户程序一般使用RAM存储。
RAM中的内容在掉电后要消失，所以PLC对RAM提供备用锂电池，一般锂电池使用期为3－5年左右。如果调试通过的用户程序要长期使用，可用专用EPROM写入器把程序固化在EPROM芯片中，再把芯片插入PLC的EPROM插座上。3．输入、输出模块
?这是PLC与被控设备的连接部件，输入模块通过输入端子接受现场设备的控制信号（包括开关量和模拟量），如控制按钮、
限位开关、传感器信号等，并把这些信号转换成被控设备能接收的电压或电流信号，以驱动被控装置（包括开关量和模拟量），如电磁阀、接触器、信号灯等。
4．扩展接口
?当PLC主机（基本单元）的点数不够用时，可以通过扩展I/O接口连接扩展机（扩展单元），以增加输入和输出点数。5．电源部件
?电源部件将外部提供的交流电转换成PLC内部正常工作所需的直流电，它是主机的重要组成部分。
6．编程器和其他外设
?PLC需要通过编程器输入、检查、修改、完善和调试程序，也需要它在线监控PLC的工作情况，编程器是PLC最主要的外
围设备。
PLC也可以配置其他设备，如打印机、显示器、EPROM写入器和盒式磁带机等。
7.2.2 可编程控制器的工作原理
?与普通微机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。在软件的控制下，PLC才能正常工作。软件分为系统软件和应用
软件两部分。
PLC的基本工作过程：
? 1.输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点，读入各输入点的状态。
2.执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算。
3.输出控制信号：根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器（锁存器）向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求
的逻辑控制功能。
PLC扫描过程:
?每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，
对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊
断，诊断的方法通常是测试出各部分的当
前状态，并与正常的标准状态进行比较，
若两者一致，说明各部分工作正常，若不
一致则认为有故障。此时，PLC立即启动
关机程序，保留现行工作状态，并关断所
有输出点，然后停机。
诊断结束后，如没发现故障，PLC将
继续往下扫描，检查是否有编程器等的通
信请求。如果有则进行相应的处理，比如，
接受编程器发来的命令，把要显示的状态
数据、出错信息送给编程器显示等。
处理完通信后，PLC继续往下扫描，
输入现场信息，顺序执行用户程序，输出
控制信号，完成一个扫描周期。然后又从
自诊断开始，进行第二轮扫描。
PLC的I/O响应时间
为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。
为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。
以上两个主要原因，使得PLC的I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统慢的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。
I/O响应时间:指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。
最短I/O响应时间:
最长I/O响应时间：
简述PLC应用及使用中应该注意的问题
摘要：介绍可编程控制器在工业控制领域的应用以及PLC在应用过程中，要保证正常运行应该注意的一系列问题，并给出一些合理的建议。
关键词：PLC 工业控制抗干扰布线接地建议
一、简述
多年来，可编程控制器（以下简称PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC 在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。
二、PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：
1．开关量逻辑控制
取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2．工业过程控制
在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
3．运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4．数据处理
PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5．通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
三、PLC的应用特点
1．可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。
2．配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3．易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。
4．系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。
四、PLC应用中需要注意的问题
PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题：
1．工作环境
a温度
PLC要求环境温度在0-55oC，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。
b湿度
为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。
c震动
应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10-55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。
d空气
避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。
e电源
在可-靠性-要-求-很高或电-源-干-扰-特-别-严-重-的环-境中，可以-安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。
2．控制系统中干扰及其来源
现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一，所谓治标先治本，找出问题所在，才能提出解决问题的办法。因此必须知道现场干扰的源头。（1）干扰源及一般分类
影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波。通常电磁干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串
入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
（2）PLC系统中干扰的主要来源及途径
强电干扰
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化，刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。
柜内干扰
控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。来自信号线引入的干扰
与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。
来自接地系统混乱时的干扰
接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。
来自PLC系统内部的干扰
主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。
变频器干扰
一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。3．主要抗干扰措施
（1）电源的合理处理，抑制电网引入的干扰
对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路。如图1所示
（2）安装与布线
●动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。将PLC的IO线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，分开捆扎交流线、直流线，若条件允许，分槽走线最好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到最低限度。
● PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线（二者之间距离应大于200mm）。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载，如功率较大的继电器、接触器的线圈，应并联RC消弧电路。
● PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。
●交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并
行。
（3）I/O端的接线
输入接线
●输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。●输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。
●尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。输出连接
●输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
●由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板。
●采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。
● PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。
（4）正确选择接地点，完善接地系统
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。
此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内又会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。
●安全地或电源接地
将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电，可从安全接地导入地下，不会对人造成伤害。
●系统接地
PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地，叫系统接地。接地电阻值不得大于4Ω，一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统地。
●信号与屏蔽接地
一般要求信号线必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接点。
（5）对变频器干扰的抑制
变频器的干扰处理一般有下面几种方式：
加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。
使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。
使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常工作。
五、结束语
PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，才能够使PLC控制系统正常工作。随着PLC应用领域的不断拓宽，如何高效可靠的使用PLC也成为其发展的重要因素。21世纪，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。
第二讲PLC的基本结构和工作原理 教学课题：可编程控制器的基本结构和工作原理 教学目的： 1.熟悉PLC的结构组成、部等效电路； 2.理解掌握PLC的工作方式和工作过程 教学重点：PLC可编程序控制器的组成和工作过程 教学难点：PLC可编程序控制器的工作过程 教学方法：讲授 教学时间：2课时 教学过程及容： {导入} 要实现PLC的控制需要： 输入设备、输出设备、PLC硬件和软件（控制程序）。 一、PLC的基本组成 可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持，实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机。Memorizer(RAM,ROM), it is the memory devices of the PLC and used to store programs and data. (一)PLC的硬件结构 CPU）——控制器的核心 (RAM、ROM） 输入、输出部件（I/O部件）——连接现场设备与CPU之间的接口电路
电源部件——为PLC部电路提供能源 整体结构的PLC——四部分装在同一机壳 模块式结构的PLC——各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成 I/O的能力可按用户的需要进行扩展和组合（扩展机） 另外，还必须有编程器——将用户程序写进规定的存储器 1.中央控制处理单元(CPU) 可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。 通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位片式微处理器的AM2900、AM2903等。FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。 2.存储器 可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。 图1 PLC硬件结构
三菱编程序的结构及基本工作原理 可编程序控制器的功能特点 1．逻辑控制 : PLC具有逻辑运算功能，能够进行与、或、非等逻辑运算，可以代替继电器进行开关量控制，故它可替代继电器进行开关量控制。 2．定时控制 :为满足生产控制工艺对时间的要求，PLC一般提供时间继电器，如FX1S提供T0—T63共64个计时器。并且计时时间常数在范围内用户编写程序时自己设定：接通延时、关断延时和定时脉冲等方式。并且在PLC运行中也可以读出、修改，使用方便。 3．计数控制 :为满足计数的需要，不同的PLC提供不同数量、不同类型的计数器。如FX1S 提供16位增量计数C0—C15（一般用）、C16—C31（保持用），32位高速可逆计数器C235—C245（单相单输入）、C246—C250（单相双输入）、C251—C255（双相双输入）共26个定时器。用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连接码盘进行位置检测，且在PLC运行中也可以 读出、修改，使用方便 4．步进顺序控制 :步进顺序控制是plc最基本的控制方式。是为有时间或运行顺序的生产过程专门设置的指令，在前道工序完成之后，就转入下一道工序，使一台PLC可作为多部步 进控制器使用。 5．对控制系统的监控 PLC具有较强的监控能力，操作人员可以根据PLC的监控信息，通过监控命令，可以监视系统的运行状态，从而改变对异常值的设定。 6．数据处理: PLC具有较强的数据处理能力，随着PLC的发展，已经能对大量的数据进行 快速处理。如数据采集、存储与处理功能。 7．通信和联网: 现代 PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。 通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC 作现场机。 8．输入/输出接口调理功能: 具有 A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。9．人机界面功能 :提供操作者以监视机器、过程工作必需的信息。允许操作者和PLC系统与其应用程序相互作用，以便作出决策和调整。实现人机界面功能的手段：从基层的操作者屏幕文字显示，到单机的CRT显示与键盘操作和用通信处理器、专用处理器、个人计算机、 工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 可编程序控制器是属于存储程序控制的一种装置，其控制功能是通过存放在存储器内的程序
] 项目四：ＰＬＣ基础知识学习 模块一：ＰＬＣ基本组成及原理学习 可编程序控制器（Programmable Controller ）原本应简称PC，为了与个人计算机专称PC 相区别，所以可编程序控制器简称定为PLC（Programmable Logic Controller），但并非说PLC只 能控制逻辑信号。PLC是专门针对工业环境应用设计的，自带直观、简单并易于掌握编程语言环境的 工业现场控制装置。 一、PLC基本组成 PLC基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口（缩写为I/O，包括输入接口、输 出接口、外部设备接口、扩展接口等）、外部设备编程器及电源模块组成，见图4-1。PLC内部各组成 单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设 备与控制装置构成PLC控制系统。
图4-1 PLC的基本组成 1. 中央处理器 中央处理器（CPU）由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU通过数据总线总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。 小型PLC的CPU采用8位或16位微处理器或单片机，如8031、M68000等，这类芯片价格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微处理器或单片机，如8086、96系列单片机等，这类芯片主要特点是集成度高、运算速度快且可靠性高；而大型PLC则需采用高速位片式微处理器。 CPU按照PLC内系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。 2. 存储器 PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。 1）系统程序存储器 PLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。 系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序工作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，传输到CPU内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。 系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用ROM或EPROM。ROM是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，ROM具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。EPEROM为可电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容，可电擦除可编程只读存储器还有E2PROM、FLASH等。 2）用户程序存储器 用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试。 通过修改与调试后的程序称为用户执行程序，由于不需要再作修改与调试，所以用户执行程序就被固化到EPROM内长期使用。 3）数据存储器 PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据（如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等）和组态数据（如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等），这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不断变化，且不需要长期保存，所以采用随机存取存储器RAM。 RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电就可通过锂电池供电，保持RAM中的内容。
※PLC的基本结构和工作原理 1.PLC的硬件结构 可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几组成。PLC硬件结构如图1所示： 图1 PLC硬件结构 2.中央控制处理单元(CPU) 可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。 通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位片式微处理器的AM2900、AM2903等。FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。 3.存储器 可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。 系统存储器：存放系统管理程序。 用户存储器：存放用户编制的控制程序。 4.输入接口电路 PLC通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换，转换成PLC所需的标准电平供PLC进行处理。 接到PLC输入接口的输入器件是：各种开关、按钮、传感器等。各种PLC的输入电路大都相同，PLC输入电路中有光耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。PLC输入电路通常有三种类型：直流(12∽24)V输入、交流(100∽120)V 输入与交流(200∽240)V输入和交直流(12∽24)V输入
5. 输出接口电路 PLC 的输出有三种形式，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。如图所示： 图2 直流输入模块 图3 交、直流输入模块 图4 交流输入模块 图5 场效应晶体管输出方式（直流输出）
图6 可控硅输出方式（交流输出） 图7 继电器输出方式（交直流输出） 输出端子有两种接法： 一种是输出各自独立，无公共点：各输出端子各自形成独立回路。 一种为每4∽8个输出点构成一组，共有一个公共点：在输出共用一个公共端子时，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共点组可使用不同电压类型和等级的负载，且各输出公共点之间是相互隔离的。 输入输出端子处理的过程如下： 6.电源 PLC的供电电源一般是市电，也有用直流24V电源供电的。 7.编程器 利用编程器可将用户程序输入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序； 利用编程器还可以监视PLC的工作状态。编程器一般分简易型和智能型。 8.PLC的软件结构 在可编程控制器中，PLC的软件分为两大部分： 1.系统监控程序：用于控制可编程控制器本身的运行。主要由管理程序、用户指令解释 程序和标准程序模块，系统调用。 2.用户程序：它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运行。
1.PLC的硬件结构 可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几组成。PLC硬件结构如图1所示： 图1 PLC硬件结构 1.1 中央控制处理单元(CPU) 可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。 通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位片式微处理器的AM2900、AM2903等。FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。 1.2 存储器 可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。 系统存储器：存放系统管理程序。 用户存储器：存放用户编制的控制程序。 1.3 输入接口电路 PLC通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换，转换成PLC所需的标准电平供PLC进行处理。 接到PLC输入接口的输入器件是：各种开关、按钮、传感器等。各种PLC的输入电路大都相同，PLC输入电路中有光耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。PLC输入电路通常有三种类型：直流(12∽24)V输入、交流(100∽120)V输入与交流(200∽240)V输入和交直流(12∽24)V输入
1.4 输出接口电路 PLC 的输出有三种形式，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。如图所示： 图2 直流输入模块 图3 交、直流输入模块 图4 交流输入模块
图5 场效应晶体管输出方式（直流输出） 图6 可控硅输出方式（交流输出） 图7 继电器输出方式（交直流输出）输出端子有两种接法： 一种是输出各自独立，无公共点：各输出端子各自形成独立回路。
可编程控制器的基本结构和工作原理 .2.1 可编程控制器的基本结构 1．中央处理器 ?中央处理器是PLC的大脑。起着指挥的作用，其主要功能是： ?（1）编程时接受并存储从编程器输入的用户程序和数据，并能进行修改或更新。 （2）以扫描方式接受现场输入的用户程序和数据，并存入输入状态表（即输入继电器）和数据寄存器所谓输入影像寄存器。 （3）从存储器中逐条读出用户程序，经解读用户逻辑，完成用户程序中规定的各种任务，更新输出映像寄存器的内容。 （4）根据输出所存电路的有关内容实现输出控制。 （5）执行各种诊断程序 目前，PLC中的CPU主要采用单片机，如Z80A 8051 8039 AMD2900等，小型PLC大多数采用8为单片机，中型PLC 大多数采用16位甚至32位单片机。 2．存储器 ?PLC内部存储器用来存放PLC的系统程序，用户程序和逻辑变量及数据信息。存储器分为只读存储器（ROM）和随机存储 器（RAM）两大类。ROM的内容杂使用时只能读出不能写入，它的写入需要使用特殊的方法和设备，一旦写入即使掉电也不会消失，称为固化。ROM主要存放监控程序及已调试好的用户程序。RAM的内容可以随时由CPU对它进行读取，写入，任意修改，但掉电后，信息丢失。用户程序是使用者为PLC完成某一具体控制任务编写的应用程序，用户程序在设计和调试过程中要经常进行读写操作，为了便于调试、修改、扩充、完成，用户程序一般使用RAM存储。 RAM中的内容在掉电后要消失，所以PLC对RAM提供备用锂电池，一般锂电池使用期为3－5年左右。如果调试通过的用户程序要长期使用，可用专用EPROM写入器把程序固化在EPROM芯片中，再把芯片插入PLC的EPROM插座上。3．输入、输出模块 ?这是PLC与被控设备的连接部件，输入模块通过输入端子接受现场设备的控制信号（包括开关量和模拟量），如控制按钮、 限位开关、传感器信号等，并把这些信号转换成被控设备能接收的电压或电流信号，以驱动被控装置（包括开关量和模拟量），如电磁阀、接触器、信号灯等。
PLC的基本概念 - PLC的工作原理 PLC的由来 可编程控制器(Programmable Controller是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展,这种装臵的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装臵称作可编程控制器,简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC。 一. PLC的由来 在60年代,汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装臵构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装臵的重新设计和安装。随着生产的发展,汽车型号更新的周期愈来愈短,这样,继电器控制装臵就需要经常地重新设计和安装,十分费时,费工,费料,甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状,美国通用汽车公司在1969年公开招标,要求用新的控制装臵取代继电器控制装臵,并提出了十项招标指标,即: 1、编程方便,现场可修改程序; 2、维修方便,采用模块化结构; 3、可靠性高于继电器控制装臵; 4、体积小于继电器控制装臵; 5、数据可直接送入管理计算机; 6、成本可与继电器控制装臵竞争; 7、输入可以是交流115V;
8、输出为交流115V,2A以上,能直接驱动电磁阀,接触器等; 9、在扩展时,原系统只要很小变更; 10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K。 1969年,美国数字设备公司(DEC研制出第一台PLC,在美国通用汽车自动装配线上试用,获得了成功。这种新型的工业控制装臵以其简单易懂,操作方便,可靠性高,通用灵活,体积小,使用寿命长等一系列优点,很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年,已经成功地应用于食品,饮料,冶金,造纸等工业。 这一新型工业控制装臵的出现,也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术,很快研制出了日本第一台PLC。1973年,西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。 二. PLC的定义 PLC问世以来,尽管时间不长,但发展迅速。为了使其生产和发展标准化,美国电气制造商协会NEMA(National Electrical Manufactory Association经过四年的调查工作,于1984年首先将其正式命名为PC(Programmable Controller,并给PC作了如下定义:“PC是一个数字式的电子装臵,它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑,顺序,计时,计数与演算等功能,并通过数 字或类似的输入/输出模块,以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着,亦被视为PC,但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。” 以后国际电工委员会(IEC又先后颁布了PLC标准的草案第一稿,第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义: “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的
PLC控制柜工作原理 一、扫描技术 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM
存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 (三) 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。 PLC控制柜组成部分一般有： 1：空开：一个总的空气开关，这个是整个柜体的电源控制。相信每个柜子都必须要有的一个东西。 2：PLC：这个要根据工程需要选择。打个比方如果工程小可以直接就是一个一体化的PLC 但如果工程比较大可能就需要模块、卡件式的，同时还可能需要冗余（也就是两套交替使用）。 3：24VDC的电源：一个24VDC的开关电源，大多数的PLC都是自带24VDC的电源，根据是否确实需要来定是否要这个开关电源。4：继电器：一般PLC是可以直接将指令发到控制回路里，但也可能先由继电器中转。打个比方，如果你PLC的输出口带电是24VDC
前言、PLC 的发展背景及其功能概述 PLC ，(Programmable Logic Controller)，乃是一种电子装置，早期称为顺序控制器“Sequence Controller”，1978 NEMA(National Electrical Manufacture Association)美国国家电气协会正式命名为Programmable Logic Controller ，PLC)，其定义为一种电子装置，主要将外部的输入装置如：按键、感应器、开关及脉冲等的状态读取后，依据这些输入信号的状态或数值并根据内部储存预先编写的程序，以微处理机执行逻辑、顺序、定时、计数及算式运算，产生相对应的输出信号到输出装置如：继电器(Relay)的开关、电磁阀及电机驱动器，控制机械或程序的操作，达到机械控制自动化或加工程序的目的。并藉由其外围的装置(个人计算机/程序书写器)轻易地编辑/修改程序及监控装置状态，进行现场程序的维护及试机调整。而普遍使用于PLC 程序设计的语言，即是梯形图(Ladder Diagram)程序语言。 而随着电子科技的发展及产业应用的需要，PLC 的功能也日益强大，例如位置控制及网络功能等，输出/入信号也包含了DI (Digital Input)、AI (Analog Input)、PI (Pulse Input)及NI (Numerical Input)，DO (Digital Output)、AO (Analog Output)、PO (Pulse Output)及NO (Numerical Output)，因此PLC 在未来的工业控制中，仍将扮演举足轻重的角色。 1.1 梯形图工作原理 梯形图为二次世界大战期间所发展出来的自动控制图形语言，是历史最久、使用最广的自动控制语言，最初只有A （常开）接点、B （常闭）接点、输出线圈、定时器、计数器等基本机构装置（今日仍在使用的配电盘即是），直到可程控器PLC 出现后，梯形图之中可表示的装置，除上述外，另增加了诸如微分接点、保持线圈等装置以及传统配电盘无法达成的应用指令，如加、减、乘及除等数值运算功能。 无论传统梯形图或PLC 梯形图其工作原理均相同，只是在符号表示上传统梯形图比较接近实体的符号表示，而PLC 则采用较简明且易于计算机或报表上表示的符号表示。在梯形图逻辑方面可分为组合逻辑和顺序逻辑两种，分述如下： 1. 组合逻辑： 分别以传统梯形图及PLC 梯形图表示组合逻辑的范例。 传统梯形图 PLC 梯形图 X0X1Y0X4 Y1X2X3 Y2 X0 Y0 X1Y1Y2 X2X3 X4 行1：使用一常开开关X0（NO ：Normally Open ）亦即一般所谓的〝A 〞开关或接点。其特性是在平常（未 按下）时，其接点为开路（Off ）状态，故Y0不导通，而在开关动作（按下按钮）时，其接点变为导通（On ），故Y0导通。 行2：使用一常闭开关X1（NC ：Normally Close ）亦即一般所称的〝B 〞开关或接点，其特性是在平常时， 其接点为导通，故Y1导通，而在开关动作时，其接点反而变成开路，故Y1不导通。