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1、第第2 2章章 PLCPLC结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理1目录目录2022年年5月月8日日目目 录录2.1 PLC的结构的结构2.2 PLC工作原理工作原理2.3 PLC的性能指标的性能指标2.4 PLC的配置的配置第第2 2章章 PLCPLC结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理2目录目录2022年年5月月8日日第第2章章 PLC结构及基本工作原理结构及基本工作原理PLC实质上也是一种计算机，它有着与通实质上也是一种计算机，它有着与通用计算机相类似的结构，也是由中央处理用计算机相类似的结构，也是由中央处理器（器（C
2、PU）、存储器、输入）、存储器、输入/输出接口及电输出接口及电源组成的。只不过它比一般的通用计算机源组成的。只不过它比一般的通用计算机具有更强的与工业过程相连的接口和更直具有更强的与工业过程相连的接口和更直接的适应控制要求的编程语言。接的适应控制要求的编程语言。本章主要介绍本章主要介绍PLC的硬件、软件结构、工的硬件、软件结构、工作过程、性能指标和配置等内容。作过程、性能指标和配置等内容。第第2 2章章 PLCPLC结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理3目录目录2022年年5月月8日日2.1 PLC的结构的结构PLC实质上是一种专门为在工业环境下应实质上是一
3、种专门为在工业环境下应用自动控制而设计的计算机，它比一般的用自动控制而设计的计算机，它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接计算机具有更强的与工业过程相连接的接口，更直接的适用于控制要求的编程语言口，更直接的适用于控制要求的编程语言和更强的抗干扰能力。尽管在外形上，和更强的抗干扰能力。尽管在外形上，PLC与普通计算机差别较大，但在基本结与普通计算机差别较大，但在基本结构上，构上，PLC与微型计算机系统基本相同，与微型计算机系统基本相同，也由也由硬件硬件和和软件软件两大部分组成。两大部分组成。第第2 2章章 PLCPLC结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原
4、理4目录目录2022年年5月月8日日2.1.1 PLC的硬件系统的硬件系统1.中央处理器（中央处理器（CPU）2.存储器存储器3.I/O接口单元接口单元4. I/O扩展接口及扩展部件扩展接口及扩展部件5. 外设接口及外设外设接口及外设CPU是是PLC的核心，由运算器和控制器构成。的核心，由运算器和控制器构成。其主要任务有：其主要任务有：（1）接收和保存现场的状态和数据；）接收和保存现场的状态和数据；（2）诊断）诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的内部电路的工作故障和编程中的语法错误；语法错误；（3）执行系统和用户程序，实现各种运算；）执行系统和用户程序，实现各种运算；（4）输出运算结果，驱动
5、现场设备；）输出运算结果，驱动现场设备；（5）协调）协调PLC内部各部分工作，控制内部各部分工作，控制PLC与外与外围设备通信等。围设备通信等。PLC存储器中配有两种存储系统，系统程序存储存储器中配有两种存储系统，系统程序存储器和用户程序存储器。器和用户程序存储器。系统程序存储器主要用来存储系统程序存储器主要用来存储PLC内部的各种信内部的各种信息，一般系统程序是息，一般系统程序是PLC生产厂家编写生产厂家编写,系统程序系统程序存储器一般用存储器一般用PROM或或 EPROM构成。构成。用户程序存放在用户程序存储器中。用户程序存用户程序存放在用户程序存储器中。用户程序存储器一般分为两个区：程序
6、存储区和数据存储区。储器一般分为两个区：程序存储区和数据存储区。I/O接口单元是接口单元是PLC与现场与现场I/O设备相连接的部件。设备相连接的部件。它的作用是将输入信号转换为它的作用是将输入信号转换为CPU能够接收和能够接收和处理的信号，并将处理的信号，并将CPU送出的弱电信号转换为送出的弱电信号转换为外部设备所需的强电信号。外部设备所需的强电信号。（1）开关量输入（）开关量输入（DI）接口单元）接口单元（2）开关量输出（）开关量输出（DO）接口单元）接口单元开关量输出接口单元可分为：开关量输出接口单元可分为：继电器输出型继电器输出型 用于直流或低频交流负载用于直流或低频交流负载晶体管输出型
7、晶体管输出型 用于高速、小功率直流负载用于高速、小功率直流负载晶闸管输出型晶闸管输出型 用于高速、大功率交流负载用于高速、大功率交流负载I/O扩展接口是扩展接口是PLC主机为了扩展主机为了扩展I/O点数或类型点数或类型的部件。当用户所需的的部件。当用户所需的I/O点数或类型超过点数或类型超过PLC主机的主机的I/O接口单元的点数或类型时，可以通过接口单元的点数或类型时，可以通过加接加接I/O扩展部件来实现。扩展部件来实现。I/O扩展部件通常有简扩展部件通常有简单型和智能型两种。简单型单型和智能型两种。简单型I/O扩展部件自身不扩展部件自身不带带CPU，对外部现场信号的，对外部现场信号的I/O处
8、理完全由主机处理完全由主机的的CPU管理，依赖与主机的程序扫描过程。管理，依赖与主机的程序扫描过程。外设接口是外设接口是PLC实现人机对话、机机对话的通实现人机对话、机机对话的通道。通过外设接口，道。通过外设接口，PLC主机可与编程器、图主机可与编程器、图形终端、打印机、形终端、打印机、EPROM写入器等外围设备相写入器等外围设备相连，也可以与其他连，也可以与其他PLC或上位计算机连接。外或上位计算机连接。外设接口一般分为通用接口和专用接口两种。通设接口一般分为通用接口和专用接口两种。通用接口是指标准通用的接口，如用接口是指标准通用的接口，如RS232、RS422和和RS485等。等。第第2
9、2章章 PLCPLC结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理5目录目录2022年年5月月8日日整体式整体式PLC硬件结构框图硬件结构框图 直流输入直流输入交流输入交流输入120V第第2 2章章 PLCPLC结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理6目录目录2022年年5月月8日日2.1.2 PLC的软件系统的软件系统PLC的软件分为系统软件和应用软件两大部分。的软件分为系统软件和应用软件两大部分。1.系统软件系统软件2.应用软件应用软件PLC的系统软件就是的系统软件就是PLC的系统监控程序，包的系统监控程序，包括系统管理程序、用户
10、指令解释程序、标准程括系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序库和编程软件等，也有人称之为序库和编程软件等，也有人称之为PLC的操作的操作系统。它是每台系统。它是每台PLC必须包括的部分，是由必须包括的部分，是由PLC的制造厂家编制的，用于控制的制造厂家编制的，用于控制PLC本身的本身的运行。一般来说，系统软件对用户是不透明的。运行。一般来说，系统软件对用户是不透明的。应用软件指用户根据工艺生产过程的控制要求，应用软件指用户根据工艺生产过程的控制要求，按照所有按照所有PLC规定的编程语言而编写的应用程规定的编程语言而编写的应用程序。用户程序可采用梯形图语言、指令表语言、序。用户程序可采用梯形图
11、语言、指令表语言、功能块语言、顺序功能图语言和高级语言等多功能块语言、顺序功能图语言和高级语言等多种方法来编写，利用编程装置输入到种方法来编写，利用编程装置输入到PLC的程的程序存储器中去。序存储器中去。第第2 2章章 PLCPLC结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理7目录目录2022年年5月月8日日1.PLC的输入过程的输入过程2.PLC的输出过程的输出过程2.2.1 PLC2.2.1 PLC输入与输出过程输入与输出过程输入由外部输入电路、输入由外部输入电路、PLC输入接线端输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经子和输入继电器组成。外部输入信号经PL
12、C输入接线端子去驱动输入继电器的输入接线端子去驱动输入继电器的线圈。每个输入端子与其相同编号的输线圈。每个输入端子与其相同编号的输入继电器有着唯一确定的对应关系。入继电器有着唯一确定的对应关系。输出部分是由输出部分是由PLC内部的输出继电器的常开接内部的输出继电器的常开接点、输出接线端子和外部驱动电路组成，用来点、输出接线端子和外部驱动电路组成，用来驱动外部负载。驱动外部负载。PLC内部有许多输出继电器，内部有许多输出继电器，每个输出继电器为外部输出电路提供了一个实每个输出继电器为外部输出电路提供了一个实际的常开接点与输出接线端子相连。际的常开接点与输出接线端子相连。第第2 2章章 PLCPL
13、C结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理8目录目录2022年年5月月8日日过程映象过程映象字节 0字节 1字节 2: CPU 存储器区字节 0字节 1字节 2: PIIPIQ 用户程序 CPU 存储器区 : :LD I2.0= Q4.3 : : : :11第第2 2章章 PLCPLC结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理9目录目录2022年年5月月8日日2.2.2 PLC的工作过程的工作过程PLC的工作过程有两个显著特点：一是周期性顺序扫描，的工作过程有两个显著特点：一是周期性顺序扫描，一是集中批处理。一是集中批处理。周期性顺
14、序扫描是周期性顺序扫描是PLC特有的工作方式，在运行过程中，特有的工作方式，在运行过程中，总是处在不断循环的顺序扫描过程中。每次扫描所用的时总是处在不断循环的顺序扫描过程中。每次扫描所用的时间称为扫描时间，又称为扫描周期或工作周期。间称为扫描时间，又称为扫描周期或工作周期。由于由于PLC的的I/O点数较多，采用集中批处理的方法，可以点数较多，采用集中批处理的方法，可以简化操作过程，便于控制，提高系统可靠性。因此，简化操作过程，便于控制，提高系统可靠性。因此，PLC的另一个主要特点就是对输入采样、执行用户程序、输出的另一个主要特点就是对输入采样、执行用户程序、输出刷新实施集中批处理。刷新实施集中
15、批处理。PLC的工作过程流程图如下页图所示。的工作过程流程图如下页图所示。PLC的工作过程可的工作过程可分为四个阶段。分为四个阶段。 第第2 2章章 PLCPLC结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理10目录目录2022年年5月月8日日PLC的工作过程流程图的工作过程流程图第第2 2章章 PLCPLC结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理结构及基本工作原理11目录目录2022年年5月月8日日输出输出模块模块输入采样阶段输入采样阶段输出刷新阶段输出刷新阶段执行用户程序阶段执行用户程序阶段公共处理阶段公共处理阶段PLC的扫描过程输入输入模块模块PL
16、CPLC在在RUNRUN状态的扫描过程状态的扫描过程公共处理包括公共处理包括PLC自检、执行来自外设自检、执行来自外设命令、对看门狗命令、对看门狗WDT清零等。清零等。PLC自自检就是检就是CPU检测其各器件的状态，如检测其各器件的状态，如出现异常再进行诊断，并给出故障信号出现异常再进行诊断，并给出故障信号或自行进行相应处理。或自行进行相应处理。WDT是是PLC内内部设置的监视定时器，如果程序运行失部设置的监视定时器，如果程序运行失常进入死循环，则常进入死循环，则WDT得不到按时清得不到按时清零而造成超时溢出，从而发出报警信号零而造成超时溢出，从而发出报警信号或停止或停止PLC工作。工作。这是第一个集中批处理过程。在这个阶这是第一个集中批处理过程。在这个阶段中，段中，PLC按顺序逐个采集所有输入端按顺序逐个采集所有输入端子上的信号，不论输入端子上是否接线，子上的信号，不论输入端子上是否接线，CPU顺序读取全部输入端，将所有采顺序读取全部输入端，将所有采集到的一批输入信号写到输入映像寄存集到的一批输入信号写到输入映像寄存器中。在当前的扫描周期内，用户程序器中。在当前的扫描周期内，用户程序
