吉林大学《可编程控制技术PLC》课程 第7章--可编程控制器原理7

简述可编程控制器的工作原理可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种用于工业自动化控制的电子设备，它基于数字逻辑技术，通过编程控制输入/输出信号，实现对工业控制系统的自动化控制。

PLC的工作原理主要包括以下几个步骤：1. 输入信号采集：PLC连接到各种输入设备，如传感器、按钮等，监测系统的各种输入信号。

当输入信号发生变化时，PLC会采集这些信号并将其转换为数字信号。

2. 编程逻辑控制：使用特定的编程语言，例如传统的梯形图编程语言（Ladder Diagram）或其他高级编程语言（例如结构化文本语言），对PLC进行编程来实现所需的控制逻辑。

编程逻辑是由一系列逻辑函数和定时器/计数器等进行组合结构的。

3. 输出信号控制：根据编程逻辑，PLC控制输出设备，例如电机、阀门等，通过输出相应的信号进行动作控制。

PLC通过数字转模拟转换器（DAC）或模拟输出模块将数字信号转换为模拟信号，以控制模拟设备。

4. 循环扫描：PLC以固定的时间间隔进行循环扫描（通常为几毫秒），检测输入信号的变化并执行相应的控制逻辑。

它会不断地检查输入信号，更新输出信号，并根据需要调整和执行控制逻辑。

5. 通信和数据交换：PLC可以与上位机或其他PLC进行通信，并进行数据交换。

这些通信可以包括与监视、报警、数据存储等系统的交互，以实现更复杂的控制功能。

总的来说，PLC的工作原理是通过输入信号采集、编程逻辑控制、输出信号控制、循环扫描和通信数据交换等步骤，实现对工业自动化控制系统的灵活和可靠的控制。

它具有模块化、灵活可编程和广泛适用等优势，被广泛应用于各种工业领域。

可编程控制器的工作原理1、PLC的工作方式与运行框图众所周知，继电器控制系统是1种“硬件逻辑系统”，如下图所示。

▲继电器控制系统图它的3条支路是并行工作，当按下按钮SB1，中间继电器KT得电，KT的两个触点闭合，接触器KM1、KM2同时得电动作。

所以继电器控制系统采用的是并行工作方式。

可编程控制器是一种工业控制计算机，故它的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，即是通过执行反应控制要求的用户程序来实现的。

但是CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应电器的动作，并变成时间上的串行。

由于运算速度极高，各电器的动作似乎是同时完成的，但实际输入-输出的相，应是有滞后的。

概括而言，PLC的工作方式是1个不断循环的顺序扫描工作方式。

每1次扫描所用的时间称为工作周期。

CPU从第1个指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第1条指令开始新的一轮扫描。

PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。

执行用户程序时，需要各种现场信息，这些现场信息已接到PLC 的输入端。

PLC采集现场信息即采集输入信号有2种方式：（1）集中采集输入方式一般在扫描周期开始或结束将所有输入信号（输入元件的通/断状态）采集并存放到输入映象寄存器（PII）中。

执行用户程序所需输入状态均在输入映象寄存器中取用，而不直接到输入端或输入模块去取用。

（2）立即输入方式随程序的执行需要哪个输入信号就直接从输入端或输入模块取用这个输入状态，如“立即输入指令”就是这样，此时输入映象寄存器的内容不变，到下一次集中采用输入时才变化。

同样，PLC对外部的输出控制也有集中输出和立即输出两种方式。

PLC工作的全过程可用下图所示的运行框图表示。

▲PLC工作过程图整个运行可分为3个部分：第1部分是上电处理，及其上电后对PLC系统进行一次初始化工作。

包括硬件初始化、I/O模块配置检查、停电保持范围设定及其他初始化处理等。

可编程控制器的工作原理可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是一种广泛应用于自动化系统中的工业控制设备。

它利用逻辑运算、数据处理和信号输出等功能，实现对生产流程、机械设备和工业过程的控制和监测。

本文将从硬件组成和工作原理两方面详细介绍可编程控制器的工作原理。

一、硬件组成可编程控制器主要由以下几个硬件组成部分构成：1.中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）：负责控制程序的运行，进行数据处理和逻辑判断。

2.存储器：包括读写存储器（Random Access Memory，简称RAM）和只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）。

RAM用于存储编程和运行时数据，ROM存储着不易改变的固定程序。

3.输入模块：将外部信号（如开关、传感器信号等）转换为数字信号，传送给CPU进行处理。

4.输出模块：将CPU处理后的数字信号转换为控制信号，通过继电器、电磁阀等输出给执行机构。

以上是可编程控制器的主要硬件组成，其结构简洁紧凑，便于安装和维护。

二、工作原理可编程控制器的工作原理可以概括为以下几个步骤：1.扫描输入模块：当外部信号改变时，输入模块将信号转换为数字信号，并传送给CPU进行处理。

CPU会定期扫描输入模块，检测信号的变化。

2.执行程序：可编程控制器通过编写程序，实现对工业过程和设备的控制。

程序由一系列逻辑命令组成，根据输入信号的状态进行判断和决策。

CPU根据程序逐条执行命令，从而实现对输出模块的控制。

3.控制输出模块：CPU根据程序的执行结果，将数字信号转换为相应的控制信号。

输出模块接收控制信号，并驱动执行机构，控制工业过程和设备的运行。

4.反馈监测：输出模块在执行完控制信号后，会向CPU发送反馈信号。

CPU通过监测反馈信号，确定输出信号是否执行成功，以及是否需要进行进一步的控制。

可编程控制器的工作原理基于程序控制思想，可以实现复杂的逻辑运算、数据处理和控制运动等功能。

可编程控制器的工作原理可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是一种专门用于工业自动化控制的电子设备。

它基于数字电子技术，通过处理输入信号并执行输出动作来实现对工业过程的控制。

PLC的工作原理如下：1.输入信号采集：PLC通过输入模块采集传感器或其他设备的输入信号，例如温度传感器、压力传感器、开关等。

输入信号可以是数字信号（高电平或低电平）或模拟信号（电压或电流）。

2.输入信号处理：PLC对输入信号进行逻辑判断和处理。

根据程序逻辑，它可以对输入信号进行滤波、去抖动等处理，以确保输入信号的准确性和可靠性。

3.程序执行：PLC根据用户编写的程序运行逻辑进行程序执行。

用户可以使用其中一种程序设计语言（如梯形图、指令表、结构化文本等）来编写程序，描述所需的控制逻辑和操作步骤。

4.输出控制：根据程序逻辑和输入信号处理结果，PLC产生相应的输出信号，并通过输出模块控制执行机构，如电磁阀、变频器、电机等。

输出信号可以是开关信号，也可以是模拟信号，用于控制设备的状态、速度、位置等。

5.时间控制：PLC内部带有一个或多个定时器和计数器。

定时器用于控制一些操作的持续时间，计数器用于计数一些事件的次数。

这些时间和计数值可以用于程序执行的条件判断和计算。

6.通讯与数据交换：PLC可以与其他设备进行通讯，以实现数据交换和远程监控。

常见的通讯方式包括串行通讯和以太网通讯。

PLC可以从其他设备获取外部数据，并将控制结果发送给其他设备。

7.自诊断和报警：PLC具有自诊断功能，可以检测自身的工作状态和故障，并通过报警信号或显示屏将故障信息提供给操作员。

自诊断功能有助于快速定位和排除故障，提高系统的可靠性和可维护性。

总结起来，PLC的工作原理是通过采集、处理输入信号，根据编写的程序逻辑执行相应的输出控制动作，从而实现对工业过程的自动化控制。

它具有可编程性、灵活性和可扩展性强的特点，广泛应用于工业领域的自动化控制系统中。

可编辑修改精选全文完整版第7章可编程逻辑控制器实验可编程逻辑控制器（PLC）是以微处理器为核心的通用工业自动控制装置，它具有控制能力强、可靠性高、易于扩展、通用性强、使用灵活方便等优点。

现代的PLC不仅可以取代继电器控制系统，还可以进行复杂的生产自动控制，是现代自动化生产线上必不可少的控制设备。

本章从工程应用的角度出发，以最基本的起停、自锁、互锁、定时、计数控制，到闭环控制、数据传输等高级功能讲述PLC学习过程中，必须熟练掌握的指令系统、软件设计与开发思路。

最后通过组态软件（上位机）与PLC的连接实现PLC数据的通信功能。

目前市场上PLC的种类繁多，但其应用领域、工作原理、基本结构和设计思想都基本类似，本章以国内工矿企业应用比较典型的产品—西门子S7-200系列PLC为核心展开实验，读者可以通过对该系列PLC的深入了解后，扩展对其它系列PLC的学习。

7.1 基本逻辑指令实验学习完PLC硬件系统配置，对PLC的输入输出端口和数据存储方式有了一定了解，利用基本逻辑指令实验进一步巩固PLC的逻辑控制方面的知识，理解从继电器控制系统到PLC控制系统转化的必然性。

在基本逻辑指令实验中，主要了解PLC各存储区（V、I、Q、M、S、L、SM等）空间的大小与区别；了解PLC各中变量（字、字节、字、双字）的存储方式与相互关系；了解定时器的特点和用法；了解计数器的特点和用法；了解PLC编程中的一些典型编程方法。

7.1.1 位逻辑指令启、停控制程序实验实验1. 通用双按钮（启动、停止）控制的启停控制输入端口：启动I0.0 停止I0.1输出端口：输出指示Q0.0控制说明：启动I0.0采用常开按钮，停止I0.1采用常闭按钮（通常是红色按钮，为了与工业现场应用保持一致，本文中所有独立的停止按钮都采用常闭按钮进行连接，如果实验中没有常闭按钮，请注意程序的编写），当启动I0.0闭合On时，输出Q0.0闭合并且保持，当停止I0.1按钮断开Off时，Q0.0断开且保持。

可编程控制器PLC的工作原理
plc采纳“ 挨次扫描、不断循环” 的工作方式，这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。

1. 输入采样阶段
PLC在输入采样阶段，以扫描方式挨次读入全部输入端的通/断状态或输入数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。

接着转入程序执行阶段。

在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会转变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。

2. 程序执行阶段
PLC 在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行程序指令。

其过程如下：从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/ 断状态，并依据用户程序进行规律运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。

3. 输出刷新阶段
在全部指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/ 断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去掌握各物理继电器的通/ 断，这才是PLC 的实际输出。

由PLC 的工作过程可见，在PLC 的程序执行阶段，即使输入发
生了变化，输入状态寄存器的内容也不会马上转变，要等到下一个周期输入处理阶段才能转变。

暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU 集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU 输出。

因此全部输入、输出状态的转变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。