第二章可编程控制器的基本组成及工作原理

1、l 可编程控制器的基本结构l 可编程控制器的资源与编程语言l 可编程控制器的工作原理中央处理单元中央处理单元CPU 存储器存储器 I/O接口接口 模拟量输入模块模拟量输入模块 模拟量输出模块模拟量输出模块 开关量输入模块开关量输入模块 开关量输出模块开关量输出模块 智能模块智能模块 接口和扩展接口模块接口和扩展接口模块 电源模块电源模块 编程工具编程工具 专用编程器专用编程器 专用编程软件专用编程软件 软件系统软件系统 (1) CPU接收从编程器或计算机输入的程序和数据，并送入用户 程序存储器中存储。 (2) 监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态。 (3) 诊断编程过程中的语法错误，对用

2、户程序进行编译。 (4) 在PLC进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并分析、执行该指令。 (5) 采集由现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存器中。 (6) 按程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器的内容。 (7) 根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口。 (8) 响应中断和各种外围设备(如编程器、打印机等)的任务处理请求。 l可编程序控制器的基本结构整体式模模块块式式COMX0X1X2X3X4X5X6汇点式COM1Y0Y1Y2Y3COM1Y0Y1Y2Y3COM2COM2COM3COM4分组式分隔式l可编程序控制器的基本结构l可编

3、程序控制器的基本结构将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。转换成数字信号送入主机。l可编程序控制器的基本结构低速大功率低速大功率高速小功率高速小功率高速大功率高速大功率将主机向外输出的信号转换成可以驱动外将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。继电器输出继电器输出以以继电器形式为例继电器形式为例PLC内内部部电电路路内内部部电电路路J+YCOM-A/DA/D作用作

4、用：将现场仪表输出的（标准）模拟量信号：将现场仪表输出的（标准）模拟量信号010mA、420mA、15VDC等等转化为计算机可以处理的数字信号转化为计算机可以处理的数字信号变送器：变送器： 温度变送器温度变送器 压力变送器压力变送器 流量变送器流量变送器 液位变送器液位变送器 成分分析仪成分分析仪传感器：传感器： Pt100 Cu50 热电偶热电偶 现场仪表模拟信号现场仪表模拟信号420mA010mA15VDCmV、模数转换模数转换(A/D、AI)端口端口(地址地址)数 字 信数 字 信号号0409501023CPU数 字 信数 字 信号号0409501023工程化转换工程化转换工程量工程量0

5、100050kPa软件实现软件实现检测仪表检测仪表硬件滤波硬件滤波如：如：RC滤波滤波软件滤波软件滤波如：中值滤波如：中值滤波 软件软件RC滤波滤波 l可编程序控制器的基本结构A/DA/D组成组成：一般是由：一般是由多路转换开关多路转换开关、前置放大器前置放大器、采样保持器采样保持器、ADC（Analog to Digital Converter）等组成等组成 前置放大前置放大采样保持采样保持内、外内、外补偿补偿多路多路转换转换ADC光电光电隔离隔离数据数据驱动驱动锁存锁存数据数据总线总线控制单元控制单元控制控制总线总线输入信号输入信号1输入信号输入信号nA/DA/D转换通常有二种方式：转换通

6、常有二种方式： 逐次比较型逐次比较型 双积分型双积分型 A/D接口变化一个接口变化一个LSB（二进制最低有效位）时输入模拟量的最小变化量（二进制最低有效位）时输入模拟量的最小变化量 例：例：12位位A/D转换器，输入范围转换器，输入范围010VDC，分辨力，分辨力10/2122.44mV （）实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差 包括偏移误差（包括偏移误差（0输入非输入非0输出）、非线性误差等。输出）、非线性误差等。 线性误差通常以线性误差通常以LSB的分数表示：如的分数表示：如 等等从启动转换到转换结束完成一次从启动转换到转换结束完

7、成一次A/D转换所需要的时间转换所需要的时间 模块包含的模块包含的A/D单极性、双极性、信号范围、信号制单极性、双极性、信号范围、信号制 ：将计算机内部的数字信号转化为现场仪表可以接收的标准信号：将计算机内部的数字信号转化为现场仪表可以接收的标准信号420mA等等 如：如： 12位数字量（位数字量（04095） 420mA 2047 对应的转换结果：对应的转换结果： 12mA调节阀调节阀变频器变频器执行器控制信号执行器控制信号420mA010mA15VDC010VDC数模转换数模转换(D/A、AO)端口端口(地址地址)数 字 信数 字 信号号0409501023CPU工程量工程量0100软件实

8、现软件实现数 字 信数 字 信号号0409501023工程化反变换工程化反变换l可编程序控制器的基本结构二进制变化一个二进制变化一个LSB（最低有效位）时（最低有效位）时D/A输出模拟量的最小变化量输出模拟量的最小变化量 （）实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差 包括偏移误差（包括偏移误差（0输入非输入非0输出）、非线性误差等。输出）、非线性误差等。 线性误差通常以线性误差通常以LSB的分数表示：如的分数表示：如 等等当输入数字量变化时，输出的模拟信号稳定在相应的数值范围之内当输入数字量变化时，输出的模拟信号稳定在相应的数值范围之内

9、（ 0.5x LSB）所经历的时间）所经历的时间 模块包含的模块包含的D/A 电流、电压及输出范围电流、电压及输出范围 l可编程序控制器的基本结构 l可编程序控制器的资源与编程语言l可编程控制器的硬件资源可编程控制器的硬件资源l可编程序控制器的资源与编程语言l可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言l可编程序控制器的资源与编程语言l可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言l可编程序控制器的资源与编程语言l可编程序控制器的工作原理SBSB3412继电器作用两种工作状态 运行运行（RUN） / 停止停止（STOP）l可编程序控制器的工作原理lPLC的扫描工作方式l可编程序控制器的工作原理l

10、PLC扫描程序执行过程控制电路图控制电路图SB1SB2KMKMI/O分配：分配： X0：启动：启动 X1：停车：停车 Y0：KMX1X0COMY0COMKMSB2SB1PLC外部接线图外部接线图Y0X1Y0X0程序：程序：梯形图梯形图l可编程序控制器的工作原理l扫描周期PLC在【RUN】工作状态时，完成内部处理、通信服内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理务、输入处理、程序执行、输出处理所需的时间l可编程序控制器的工作原理l输入、输出滞后时间CPU读输入读输入输入输入/输出输出刷新时间刷新时间最短响应时间=输入延迟时间+一个扫描周期+输出延迟时间l可编程序控制器的工作原理l可编程控制器的工作过程 l可编程序控制器的工作原理l可编程控制器的工作过程 故障诊断及处理操作 数据输入和输出操作 执行用户程序l执行用户程序l监视 1)响应外设的服务请求l可编程序控制器的工作原理l可编程控制器的输入输出过程 当PL