PLC模块结构图和工作原理

无锡市梢品课程国礙示范皎校琏段项目机床电艺与如俸制项目四: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是专门针对丄业环境应用设汁的，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。

计貝机*茨跟年4 rtT-rr£｝一电谡行拧只关-U-电谡aPLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序山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EPROMo ROH是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，R0H具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。

EPER0M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E2PR0M、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。

PLC结果框图PLC的基本工作原理一．PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式1．每次扫描过程。

集中对输入信号进行采样。

集中对输出信号进行刷新。

2．输入刷新过程。

当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。

只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。

3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。

4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。

5．扫描周期的长短由三条决定。

（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数6．由于采用集中采样。

集中输出的方式。

存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。

二．PLC与继电器控制系统、微机区别1．PLC与继电器控制系统区别前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。

前者用“软件”，后者用“硬件”。

2．PLC与微机区别前者工作方式是“循环扫描”。

后者工作方式是“待命或中断”PLC 编程方式PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。

用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。

PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。

尤其前两者为常用。

PLC的输入/输出过程1、PLC的工作方式是周期扫描方式，所以其输入/输出过程是定时进行的。

对用户程序而言，要处理的输入信号是输入信号状态暂存区的信号，而不是实际的信号。

运算处理后的输出信号被放入输出信号状态暂存区中，而不是直接输出到现场的。

2 ．扫描循环时间循环时间（Cycle Time ）是指操作系统执行一次循环操作所需的时间，包括执行程序段和中断该循环的系统操作的时间，循环时间又称为扫描循环时间（Scan Cycle Time ）或扫描周期。

循环时间与用户程序的长短、指令的种类和CPU 执行指令的速度有很大的关系。

当用户程序较长时，指令执行时间在循环时间中占相当大的比例。

循环时间会因为下述事件而延长：中断处理、诊断和故障处理、测试和调试功能、通信、传送和删除块、压缩用户程序存储器、读／写微存储器卡MMc 等。

plc基本结构及原理plc基本结构及原理PLC的基本组成可分为两大部分:硬件系统和软件系统。

一、硬件系统：（一）CPU 运算和控制中心：起“心脏”作用。

1、当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能(系统程序存储器的解释编译程序)，把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。

2、输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU 将之存入工作数据存储器中或输入映像寄存器。

然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。

把结果存入输出映像寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。

3、组成: CPU由控制器、运算器和寄存器组成。

这些电路集成在一个芯片上。

CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。

（二）存储器具有记忆功能的半导体电路。

分为系统程序存储器和用户存储器。

1、系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。

由只读存储器、ROM组成。

厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。

2、用户存储器: 分为用户程序存储区和工作数据存储区。

由随机存取存储器(RAM)组成。

用户使用的。

断电内容消失。

常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5 年。

（三）输入/输出(I/O )模块输入输出模块简称I/O模块，相当于人的眼睛、跺、鼻子手、脚是联系外部信息和大脑(CPU )的桥梁。

1、输入接口：光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。

发光二极管:在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。

光电三极管:在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。

在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。

输入接口电路工作过程:当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。

当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。

向内部电路输入信号。

也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。

PLC的组成及工作原理PLC的组成PLC由三个基本部分组成：输入部分、逻辑处理部分、输出部分。

基本结构示意图参见图2-1所示。

输入部分是指各类按钮、行程开关、传感器等接口电路，它收集并保存来自被控对象的各种开关量、模拟量信息和来自操作台的命令信息等。

逻辑处理部分用于处理输入部分取得的信息，按一定的逻辑关系进行运算，并把运算结果以某种形式输出。

输出部分是指驱动各种电磁线圈、交 / 直流接触器、信号指示灯等执行元件的接口电路，它向被控对象提供动作信息。

为了使用方便，PLC还常配套有编程器等外部设备，它们可以通过总线或标准接口与PLC连接，图2-2为一般PLC组成系统的原理框图。

（由图2-2可看出，PLC 的组成结构和计算机差不多，故PLC可看成用于工业控制的专用计算机）PLC主要部件功能CPUCPU是PLC的核心部件之一，它的主要功能有：① 采集输入信号；②执行用户程序；③刷新系统输出；④执行管理和诊断程序；⑤与外界通信。

PLC常用的CPU芯片主要有：通用微处理器如INTEL（8080、8085、8086、8088，80386、80486、80586）、Zilog（Z80、Z8000）、Motorola（6800、6809、68000）等。

通用微处理器芯片的通用性强、价格便宜、货源充足。

单片微处理器如 INTEL（8031、8039、8049、8051、8089），单片微处理器又叫单片机，它将ROM、RAM、接口电路、时钟电路、串行口甚至A/D 都集成在一个很小的芯片上，自成一个小的微处理机系统；另外，单片机有大量的位寻址单元和丰富的位操作指令，它为PLC在位处理方面提供了最佳的功能和速度，所以特别适用于PLC；此外，单片机集成度高、体积小、通用性强、价格低、可扩充性好、货源足。

位片式微处理器如 AMD（2900、2901、2903、N8×300），位片式微处理器是独立于微型机的另一分支，因为它采用双极型工艺，所以比一般的MOS型微机处理器在速度上要快一个数量级。

PLC的硬件组成PLC种类繁多，但其基本结构和工作原理相同。

PLC的功能结构区由CPU（中央处理器）、存储器和输入/输出接口三部分组成，如图1-1所示。

1、CPU（中央处理器）CPU的功能是完成PLC内所有的控制和监视操作。

中央处理器一般由控制器、运算器和寄存器组成。

CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储器、输入/输出接口电路连接。

2、存储器在PLC中使用两种类型的存储器：一种是只读类型的存储器，如EPROM和EEPROM，另一种是可读/写的随机存储器RAM。

PLC 的存储器分为5个区域，如图1-2所示。

图1-1PLC结构框图图1-2存储器的区域划分程序存储器的类型是只读存储器（ROM），PLC的操作系统存放在这里，程序由制造商固化，通常不能修改。

存储器中的程序负责解释和编译用户编写的程序、监控I/O口的状态、对PLC进行自诊断以及扫描PLC中的程序等。

系统存储器属于随机存储器（RAM），主要用于存储中间计算结果和数据、系统管理，有的PLC厂家用系统存储器存储一些系统信息如错误代码等，系统存储器不对用户开放。

I/O状态存储器属于随机存储器，用于存储I/O装置的状态信息，每个输入模块和输出模块都在I/O映像表中分配一个地址，而且这个地址是唯一的。

数据存储器属于随机存储器，主要用于数据处理功能，为计数器、定时器、算术计算和过程参数提供数据存储。

有的厂家将数据存储器细分为固定数据存储器和可变数据存储器。

用户编程存储器，其类型可以是随机存储器、可擦除存储器（EPROM）和电擦除存储器（EEPROM），高档的PLC还可以用FLASH。

用户编程存储器主要用于存放用户编写的程序。

存储器的关系如图1-3所示。

只读存储器可以用来存放系统程序，PLC断电后再上电，系统内容不变且重新执行。

只读存储器也可用来固化用户程序和一些重要参数，以免因偶然操作失误而造成程序和数据的破坏或丢失。

随机存储器中一般存放用户程序和系统参数。