PLC的基本结构和工作原理

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word教育资料 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、内部等效电路；

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

教学过程及内容：

{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

微处理器（CPU）——控制器的核心

存储器(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内部电路提供能源

整体结构的PLC——四部分装在同一机壳内

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内 主机

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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。

PLC可编程控制器的结构和基本工作原理

PLC由于其自身的特点，在工业生产的各个领域得到了愈来愈广泛的应用。而作为PLC的用户要正确地应用PLC去完成各种不同的控制任务，首先应了解其组成结构和工作原理。

一、 PLC的基本结构

可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。的基本结构如下图所示：

1、中央处理单元(CPU) 中央处理单元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系统程序赋予的功能：a. 接收并存储从用户程序和数据；b.检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式采集现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象寄存区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算并将结果送入I/O映象寄存区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象寄存区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

2、存储器 可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。存放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序）的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序（用户程序存和数据）的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据存储器两部分。 PLC常用的存储器类型 ：

PLC的结构和工作原理

PLC（可编程逻辑控制器）是一种通用的数字电子计算机。它包含输入模块、中央处理器（CPU）、输出模块和编程设备，用于自动化控制和监测机器和工艺过程。PLC的工作原理是基于逻辑控制和程序控制的概念，在实际应用中取代了传统的电气控制系统。下面将详细介绍PLC的结构和工作原理。

1. 输入模块（I/O Modules）：输入模块用于接收外部信号，例如开关、传感器、按钮等。它将这些输入信号转换为数字信号，供CPU处理。

2.中央处理器（CPU）：中央处理器是PLC的大脑，负责执行编程指令，处理输入信号和输出信号，并控制其他模块的操作。CPU还可以执行算术、逻辑和定时操作，以实现对机器和工艺过程的控制。

3. 输出模块（I/O Modules）：输出模块将CPU处理后的指令结果转换为机器的控制信号，例如电磁阀、电机、指示灯等。输出模块将这些信号传输给外部设备，以实现对机器和工艺过程的控制。

4. 编程设备：编程设备用于编写和修改PLC的程序。通常使用特定的编程语言，例如Ladder Diagram（梯形图）、Function Block

Diagram（函数块图）或Structured Text（结构化文本）。编程设备还可以使用图形化界面和仿真工具来辅助程序的开发和调试。

PLC的工作原理如下：

1.输入信号采集：输入模块接收外部信号，并将其转换为数字信号。这些信号可以来自传感器、按钮、开关等。 2.编程指令执行：CPU执行预先编写的程序指令，根据输入信号的逻辑关系和处理算法进行计算和判断。如果输入信号满足特定的条件，CPU将执行相应的操作。

3.输出信号控制：CPU根据程序指令的执行结果，控制输出模块产生相应的控制信号。这些信号可以控制电磁阀、电机、灯等外部设备的状态。

4.维护和监控：PLC可以监控设备和工艺过程的状态，并提供故障诊断和报警功能。它还可以实时显示关键参数和运行状态，以帮助操作员进行维护和监控。

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第一章 可編程序控制器的結構及基本工作原理

第一节 PLC的產生和特點及其應用方向

一、 PLC的發展史

可編程序控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC，是在繼電順序控制基礎上發展起來的以微處理器為核心的通用的工業自動化控制裝置。

20世紀60年代末期，美國汽車製造工業競爭激烈，為了適應生產工藝不斷更新的需要，在1968年美國通用汽車公司（GM）首先公開招標，對控制系統提出的具體要求基本為：a。 它的繼電控制系統設計週期短，更改容易，接線簡單成本低。b。它能把電腦的功能和繼電器控制系統結合起來。但編程要比電腦簡單易學、操作方便。c。系統通用性強。1969年美國數字設備公司（DEC）根據上述要求，研製出世界上第一臺PLC，並在GM公司汽車生產線上首次試用成功，實現了生產的自動化。其後日本、德國等相繼引入，可編程序控制器迅速發展起來，但是主要應用於順序控制，只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC。其定義：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它採用一類可編程的記憶體，用於其內部存儲程式，執行邏輯運算,順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，並通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外部設備，都按易於與工業控制系統聯成一個整體，易於擴充其功能的原則設計。

隨著電子技術和電腦技術的迅猛發展，PLC的功能也越來越強大，更多地具有電腦的功能，所以又簡稱PC（PROGRAMMABLE CONTROLLER），但是為了不和PERSONAL COMPUTER混淆，仍習慣稱為PLC。目前PLC已經在智能化、網路化方面取得了很好的發展，並且現今已出現SOFTPLC，更是PLC領域無限的發展前景。