PLC组成及工作原理

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PLC的系统组成

CPU芯片

1控制器、2运算器、3寄存器

通过数据总线、地址总线、控制总线与存储器、输入/输出单元相连接

按系统程序赋予的功能，系统程序、用户程序、用户数据先存入存储器，CPU按循环扫描方式执行用户程序

CPU性能—1信息处理能力、2运算速度

位数越高、性能越强（大多数位32位CPU）

存储器1系统存储器2用户存储器

1系统存储器(只读ROM非易失性)

存放系统程序、由厂家烧制完成，系统程序包括三部分：

系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块与系统调用程序

2用户存储器：（随机存取RAM、可擦除可编程的只读存储器EEPROM优点兼有）

1、用户程序存储器存放编程语言编写的应用程序

2、用户数据存储器存放用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数值、数据 2 / 6

输入/输出单元

1输入/输出接口电路、2输入/输出映像寄存器

输入接口电路接收控制信号转化成CPU能够识别和处理的信号存入输入映像寄存器

PLC运行时从输入映像寄存器中读取输入信息并结合其他元器件中的信息(从存储器中读取的系统程序、用户程序和用户数据，已经事先存入)，按照循环扫描的方式执行用户程序(即依据用户程序进行计算)，将有关输出的计算结果存入输出映像寄存器，（输出映像寄存器由输出点相对应的触发器组成）

输出接口电路接收输出映像寄存器的信息并将其由弱电信号转化成强电信号输出，以驱动被控设备的执行元件

输入接口电路

光电耦合电路采用光信号耦合的电气隔离技术，防止干扰信号、高电压信号进入PLC，输出信号也不会反馈到输入端，光电耦合电路关键器件光耦合器，它由发光二极管和光电三极管组成

输出接口电路

0.5~2A、有3种类型：

1、继电器输出型—交直流电、通断频率不能太高

2、晶体管输出型—直流电、通断频率高(运动控制系统)

3、晶闸管输出型—直流电、通断频率高(使用较少) 3 / 6

PLC的所谓的输入/输出继电器就是由一些电子器件电路组成的有记忆功能的寄存器(映像寄存器)，在外部提供了一对物理触点

PLC控制系统结构及工作原理

一、系统结构

PLC控制系统主要由以下几个部分组成：

1. 电源模块：提供系统所需的电能。

2. 中央处理单元（CPU）：进行逻辑运算、算术运算和顺序控制等，实现各种数据操作。

3. 输入输出模块：实现外部信号的采集和输出，与外部设备进行数据交换。

4. 存储器：存储用户程序和数据。

5. 通信接口：实现PLC与外部设备的通信。

二、工作原理

PLC控制系统的工作原理可以概括为“输入-处理-输出”的过程。首先，通过输入模块采集外部设备的信号，这些信号可以是开关状态、传感器读数等。然后，这些信号被送到CPU进行处理。在CPU中，根据预先编写好的程序，对这些信号进行逻辑运算、算术运算等处理。处理完成后，输出模块将这些结果输出到外部设备，如马达、灯泡等。

三、控制功能实现

PLC控制系统的控制功能主要由用户程序实现。用户程序可以根据实际需求进行编写，包括各种逻辑运算、算术运算、顺序控制等。通过输入模块采集的信号，可以触发用户程序执行相应的操作。这样，PLC控制系统就可以实现对外部设备的精确控制。

四、控制性能分析 PLC控制系统的控制性能主要取决于以下几个因素：

1. 硬件性能：包括CPU的处理能力、存储器的容量、输入输出模块的精度等。

2. 软件设计：包括用户程序的编写、程序结构的合理性、运算速度等。

3. 环境因素：包括温度、湿度、电磁干扰等环境因素对PLC控制系统性能的影响。

总的来说，PLC控制系统具有结构简单、运行可靠、操作方便等优点，因此在工业自动化领域得到了广泛应用。

PLC基本组成和工作原理

PLC（可编程逻辑控制器）是现代工业自动化控制系统中必不可少的设备。它由CPU、存储器、输入/输出模块、通信模块和电源等主要组成部分构成。PLC通过逻辑程序对输入信号进行处理，并根据程序逻辑控制输出信号，以实现对控制对象的控制。其工作原理主要是通过循环扫描的方式对输入信号进行采集、处理并更新输出信号。

PLC的基本组成包括以下几个方面：

1.CPU（中央处理器）：CPU是PLC的核心部件，负责控制整个系统的操作。它接收输入信号并根据预设的程序逻辑对输入信号进行处理，并输出相应的控制信号。

2.存储器：PLC中的存储器用于存储程序、数据和操作系统等信息。其中，程序存储器用于存放用户编写的程序，数据存储器用于存储输入和输出数据，操作系统存储器用于存储操作系统的运行代码。

3.输入/输出模块：输入/输出模块用于将外部信号转换为PLC能识别的电平信号，并将PLC的输出信号转换为可用于控制外部设备的电平信号。输入模块将外部设备的开关、传感器等输入信号转换为数字信号，输出模块将PLC的输出信号转换为电平信号，以驱动外部设备。

4.通信模块：通信模块使PLC能够与其他设备进行通信，例如与上位机、人机界面等设备进行数据交换和通信。

5.电源：电源为PLC提供所需的电能，确保其正常工作。

PLC的工作原理如下： 1.输入信号采集：PLC通过输入模块采集外部设备的输入信号，如传感器、开关等。输入模块将这些信号转换为数字信号，以便PLC能识别和处理。

2.逻辑处理：CPU接收到输入信号后，根据预设的程序逻辑进行处理。在这个过程中，PLC可以进行条件判断、逻辑运算、计算等操作，以便生成相应的控制信号。

3.输出信号生成：通过逻辑处理后，CPU将根据程序逻辑生成相应的输出信号。输出信号可以是开关、继电器等电信号形式。

4.输出信号驱动：输出信号通过输出模块转换为可用于控制外部设备的电平信号，如继电器的开关状态、驱动电机等。

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。

3.? 接口

输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路。PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。