任务一分析 PLC 的结构组成与工作原理

1、全国中等职业技术学校机电类通用教材本课件的文字及图片版权本课件的文字及图片版权 均为南京凤凰康轩所有均为南京凤凰康轩所有任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理任务引入任务引入 2020世纪世纪6060年代末，可编年代末，可编程序控制器（程序控制器（Programmable Programmable Logic Controller Logic Controller 简称简称PLCPLC）出现，许多公司推出）出现，许多公司推出PLC PLC 产品，产品， 如三菱、如三菱、 欧姆龙、欧姆龙、 西门子、施耐德等，现在西门子、施耐德等，现在PLC PLC 已与

2、已与CAD/CAMCAD/CAM、机器人技术并、机器人技术并称为现代制造业三大支柱。称为现代制造业三大支柱。图图 1-1-2 1-1-2 电梯及其控制柜电梯及其控制柜一、一、PLC PLC 的结构组成的结构组成任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理 PLC PLC 是专为工业现场应用而设计的控制器，由硬件和软件是专为工业现场应用而设计的控制器，由硬件和软件两大系统组成。两大系统组成。PLC PLC 硬件系统主要由硬件系统主要由CPUCPU、输入、输入/ / 输出接口电路输出接口电路、存储器、电源等组成。、存储器、电源等组成。图图 1-1-3 PLC 1

3、-1-3 PLC 结构示意图结构示意图1 1、中央处理单元、中央处理单元 CPU CPU （Central Processing UnitCentral Processing Unit）任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理 中央处理单元又称中央处理单元又称CPUCPU模块或中央控制器，它是模块或中央控制器，它是PLC PLC 的的“大脑大脑”，由控制器、运算器和寄存器组成。，由控制器、运算器和寄存器组成。 提示：提示：CPUCPU芯片性能关系到芯片性能关系到PLCPLC处理控制信号的能力与速度处理控制信号的能力与速度，CPUCPU位数越高，系统处理的

4、信息量越大，运算速度也越快。多位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快。多数数PLCPLC都采用都采用3232位位CPUCPU。2 2、存储器、存储器 存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作数据。存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作数据。 PLC PLC 存储空间一般包括三个区域：系统程序存储区、系统存储空间一般包括三个区域：系统程序存储区、系统RAM RAM 存储区（包括输入存储区（包括输入/ / 输出映像区和系统软设备等）、用户输出映像区和系统软设备等）、用户程序存储区程序存储区。3 3、输入、输入 / / 输出单元（输出单元（I/O I/O 模块）模块）任务一任务一 分析

5、分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理（1）输入接口输入接口 输入接口用于接收来自现输入接口用于接收来自现场设备的各种控制信号，常与场设备的各种控制信号，常与限位开关、传感器输出等（开限位开关、传感器输出等（开关量）连接，输入接口将这些关量）连接，输入接口将这些信号转换成信号转换成CPU CPU 能够识别和处能够识别和处理的信号，并存入输入映像寄理的信号，并存入输入映像寄存器。存器。 PLC PLC 的输入类型有直流输的输入类型有直流输入、交流输入和交直流输入三入、交流输入和交直流输入三种。种。图图 1-1-4 1-1-4 输入模块电路原理输入模块电路原理示意图示意图3

6、 3、输入、输入 / / 输出单元（输出单元（I/O I/O 模块）模块）任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理（2 2）输出接口）输出接口 输出接口用于将输出接口用于将PLC PLC 处理后的内部标准输出信处理后的内部标准输出信号转换成执行机构所需的号转换成执行机构所需的控制信号，输出接口电路控制信号，输出接口电路将其由弱电控制信号转换将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号，成现场需要的强电信号，以驱动接触器、电磁阀、以驱动接触器、电磁阀、指示灯、报警喇叭等。指示灯、报警喇叭等。图图 1-1-5 1-1-5 输出模块电路原理示意图输出模块电路原理

7、示意图4 4、扩展单元、扩展单元任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理 扩展单元是对基本单元的输入、输出接口进行扩展。扩展扩展单元是对基本单元的输入、输出接口进行扩展。扩展单元一般需和基本单元配合使用，不能单独使用。单元一般需和基本单元配合使用，不能单独使用。5 5、电源、电源 PLC PLC一般使用一般使用220V220V的交流电源或的交流电源或 24V24V的直流电源作为工作电的直流电源作为工作电源。在源。在PLCPLC中，为了避免干扰影响运行的稳定，输入接口与输出中，为了避免干扰影响运行的稳定，输入接口与输出接口电路的电源应彼此相互独立。接口电路

8、的电源应彼此相互独立。6 6、通信接口、通信接口 PLC PLC通信接口主要是为了实现通信接口主要是为了实现“人人- -机机”或或“机机- -机机”之间的之间的对话，对话，PLCPLC通过通信接口可以与打印机、计算机、扫描仪、触摸通过通信接口可以与打印机、计算机、扫描仪、触摸屏等外部设备相连，也可以与其他屏等外部设备相连，也可以与其他PLCPLC相连。相连。7 7、其他部件、其他部件任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理 根据需要，有的根据需要，有的PLC PLC 还可以配存储器卡、电池卡等。还可以配存储器卡、电池卡等。任务一任务一 分析分析 PLC

9、PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理1 1、PLC PLC 的工作原理的工作原理（1 1）用继电器直接控制的电路）用继电器直接控制的电路 如右侧图中所示，如右侧图中所示， 按下启按下启动按钮动按钮 SB1SB1，交流接触器，交流接触器KM KM 线线圈得电吸合，圈得电吸合， 主触点闭合，电主触点闭合，电动机得电运行，动机得电运行， 同时接触器的同时接触器的常开辅助触点常开辅助触点 闭合形成自锁回闭合形成自锁回路。当按下停止按钮路。当按下停止按钮SB2SB2时，交时，交流接触器流接触器KM KM 线圈断电，主触点线圈断电，主触点及常开辅助触点断开，及常开辅助触点断开， 电动机电动机失

10、电停止运行。失电停止运行。二、二、PLCPLC的工作原理的工作原理图图 1-1-6 1-1-6 继电器控制系统简图继电器控制系统简图任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理1 1、PLC PLC 的工作原理的工作原理（2 2）用）用PLC PLC 控制的电路控制的电路 二、二、PLCPLC的工作原理的工作原理图图 1-1-7 PCL1-1-7 PCL控制系统等效电路图控制系统等效电路图任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理1 1、PLC PLC 的工作原理的工作原理（2 2）用）用PLC PLC 控制的电路控制的

11、电路 PLC PLC 可看成是由普通继电器、定时器、计数器等组合而成可看成是由普通继电器、定时器、计数器等组合而成的电气控制系统。的电气控制系统。 当输入到存储单元的逻辑状态为当输入到存储单元的逻辑状态为1 1 时，则表示相应继电器时，则表示相应继电器的线圈通电，其常开触点闭合，常闭触点断开；而当输入到存的线圈通电，其常开触点闭合，常闭触点断开；而当输入到存储单元的逻辑状态为储单元的逻辑状态为0 0 时，则表示相应继电器的线圈断电，其时，则表示相应继电器的线圈断电，其常开触点断开，常闭触点闭合。常开触点断开，常闭触点闭合。 根据根据PLC PLC 外部接线及内部等效电路，可将外部接线及内部等效

12、电路，可将PLC PLC 分成输入部分成输入部分、内部控制电路和输出部分三部分。分、内部控制电路和输出部分三部分。二、二、PLCPLC的工作原理的工作原理任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理2 2、PLCPLC的工作方式的工作方式 PLCPLC是采用循环扫描的工作方式执行程序的。是采用循环扫描的工作方式执行程序的。PLC PLC 中用户程中用户程序按先后顺序存放，序按先后顺序存放，CPUCPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符号后又返回第一条，如此重复，不断循环。结束符号后又返回第一条，如此重复，不断循环。 P

13、LC PLC 工作时的扫描过程可分为内部处理、通信处理、输入工作时的扫描过程可分为内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理五个阶段。扫描、程序执行、输出处理五个阶段。 (1)(1)、内部处理阶段、内部处理阶段 PLC PLC 的的CPU CPU 对硬件各部分进行检查。如果发现异常，则停对硬件各部分进行检查。如果发现异常，则停机并显示报警信息。机并显示报警信息。 (2)(2)、通信处理阶段、通信处理阶段 PLC PLC 与一些智能模块通信，响应编程器键入的命令，更新与一些智能模块通信，响应编程器键入的命令，更新编程器内容等。编程器内容等。任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成

14、与工作原理的结构组成与工作原理2 2、PLCPLC的工作方式的工作方式 (3) (3)、输入处理阶段、输入处理阶段 输入处理阶段又叫输入采样阶段，输入处理阶段又叫输入采样阶段，PLC PLC 在输入采样阶段，在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入相应的输入映像首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入相应的输入映像寄存器中。寄存器中。 (4)(4)、程序执行阶段、程序执行阶段 根据根据PLC PLC 梯形图扫描原则，梯形图扫描原则， 按先左后右，先上后下的步序按先左后右，先上后下的步序，逐条指令进行扫描，执行程序。，逐条指令进行扫描，执行程序。 (5)(5)、输出处理阶段、输出

15、处理阶段 输出处理阶段又叫输出刷新阶段。程序执行完毕后，元件输出处理阶段又叫输出刷新阶段。程序执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态在输出刷新阶段存储到输映像寄存器中所有输出继电器的状态在输出刷新阶段存储到输出锁存器中，最后集中输出，出锁存器中，最后集中输出，PLC PLC 正常运行时完成一次扫描所正常运行时完成一次扫描所用的时间称作用的时间称作PLCPLC扫描周期。扫描周期。任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理2 2、PLCPLC的工作方式的工作方式任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理1 1、输

16、入继电器（、输入继电器（X X） 输入继电器位于输入继电器位于PLC PLC 存储器的输入映像寄存器区域，其外存储器的输入映像寄存器区域，其外部有一对物理的输入端子与之对应。部有一对物理的输入端子与之对应。 FXFX2N2N 提供的输入映像寄存器地址范围是提供的输入映像寄存器地址范围是X000 X267X000 X267，共，共184 184 个。在设计时要注意输入信号不能超过个。在设计时要注意输入信号不能超过184 184 个。个。三、三、FXFX2N2N系列系列 PLC PLC 编程元件编程元件2 2、输出继电器（、输出继电器（Y Y） 输出继电器位于输出继电器位于PLC PLC 存储器的

17、输出映像寄存器区域，其外存储器的输出映像寄存器区域，其外部有一对物理的输出端子与之对应。部有一对物理的输出端子与之对应。 FXFX2N2N 提供的输出映像寄存器地址范围是提供的输出映像寄存器地址范围是X000 X267X000 X267，共，共184 184 个。设计时只有个。设计时只有PLC PLC 需要把运算结果往外界输出时，才用需要把运算结果往外界输出时，才用到输出继电器。到输出继电器。任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理3 3、辅助继电器（、辅助继电器（M M） 辅助继电器又称为位存储器或中间继电器，其作用类似于辅助继电器又称为位存储器或中间

18、继电器，其作用类似于继电器控制回路里的中间继电器。用于逻辑运算的状态暂存、继电器控制回路里的中间继电器。用于逻辑运算的状态暂存、移位运算或设置控制信息。移位运算或设置控制信息。 辅助继电器是可编程序控制器内部具有的继电器，这种继辅助继电器是可编程序控制器内部具有的继电器，这种继电器有别于输入继电器，它不能获得外部的输入，也不能直接电器有别于输入继电器，它不能获得外部的输入，也不能直接驱动外部负载，只能在程序中使用。驱动外部负载，只能在程序中使用。 FXFX2N2N 提供的位存储器地址范围是提供的位存储器地址范围是M0M0M1023M1023，共，共1024 1024 个。个。 三、三、FXFX

19、2N2N系列系列 PLC PLC 编程元件编程元件任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理4 4、状态（、状态（S S） 状态状态S S作为步进梯形图或作为步进梯形图或SFC SFC 表示的工序号使用的继电器。表示的工序号使用的继电器。是对工序步进控制简易编程的重要软件，经常与步进梯形图指是对工序步进控制简易编程的重要软件，经常与步进梯形图指令令STLSTL结合使用。结合使用。三、三、FXFX2N2N系列系列 PLC PLC 编程元件编程元件5 5、定时器（、定时器（T T） 定时器是按照一定时间原则累计时间增量的器件。其主要定时器是按照一定时间原则累计

20、时间增量的器件。其主要用于定时，以进行定时或时间控制，本质是一种逻辑输出指令用于定时，以进行定时或时间控制，本质是一种逻辑输出指令，在定时时间到之后产生输出信号。，在定时时间到之后产生输出信号。 定时器可对可编程序控制器定时器可对可编程序控制器1 ms1 ms，10 ms10 ms，100 ms 100 ms 等时钟等时钟脉冲进行加法计算，当达到规定的设定值时，输出触点动作。脉冲进行加法计算，当达到规定的设定值时，输出触点动作。任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理6 6、计数器（、计数器（C C） 计数器是累计输入脉冲个数的一种器件。在计数器是累计输

21、入脉冲个数的一种器件。在FX2N CPU FX2N CPU 中，中，计数器用于累计其编程元件状态变化脉冲电平由低到高（即脉计数器用于累计其编程元件状态变化脉冲电平由低到高（即脉冲上升沿）的次数。冲上升沿）的次数。 FXFX2N2N 提供了提供了16 16 位计数器和位计数器和3232位计数器，其计数范围分别为位计数器，其计数范围分别为1 321 32，767 767 和和-2-2，147147，483483，648 +2648 +2，147147，483483，648648。三、三、FXFX2N2N系列系列 PLC PLC 编程元件编程元件任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工

22、作原理的结构组成与工作原理1 1、PLCPLC的分类的分类 (1) (1)按按PLCPLC的结构形式分的结构形式分 PLCPLC按结构形式分为整体按结构形式分为整体式和模块式两种。式和模块式两种。 整体式整体式PLCPLC 这种类型的这种类型的PLC PLC 是将中是将中央处理器（央处理器（CPUCPU）、存储器）、存储器、输入、输入/ /输出接口、电源、输出接口、电源、I/O I/O 扩展接口组装在一起构扩展接口组装在一起构成主机成主机。四、四、PLCPLC的分类及性能指标的分类及性能指标三菱三菱FXFX2N2N- 40MR- 40MR型型PLCPLC任务一任务一 分析分析 PLC PLC

23、的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理1 1、PLCPLC的分类的分类 (1) (1)按按PLCPLC的结构形式分的结构形式分 模块式模块式PLCPLC 模块式模块式PLC PLC 是将中央处是将中央处理器（理器（CPUCPU）、输入接口、）、输入接口、输出接口、电源、输出接口、电源、I/O I/O 单元单元、通信单元等分别作为相应、通信单元等分别作为相应的模块，各模块可以插在带的模块，各模块可以插在带有总线的模板上。有总线的模板上。 大、中型大、中型PLC PLC 一般采用一般采用模块式结构。模块式结构。四、四、PLCPLC的分类及性能指标的分类及性能指标图图 1-1-10 1-1-10 三菱三菱 Q Q 系列系列PLCPLC任务一任务一 分析分析 PLC PLC 的结构组成与工作原理的结构组成与工作原理1 1、PLCPLC的分类的分类 (2) (2) 按按PLC PLC 的输入的输入/ / 输出（输出（I/OI/O）点数分）点数分 PLCPLC以其输入以其输入/ /输出（输出（I/OI/O）点数不同可以分为小型机、中型）点数不同可以分为小型机、中型机、大型机。机、大型机。 四、四、PLCPLC的分类及性能指标的分类及性能指标2 2、PLCPLC的性能指标的性能指标 (1) (1)、