机械系统的驱动与控制讲稿模板-

《机械系统的驱动与控制》《机械系统的驱动与控制》可编程序控制器技术及应用概述可编程序控制器的产生可编程序控制器的演变与发展可编程序控制器的定义可编程序控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专门为在工业环境下应用而设计的工业控制器。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械设备和生产过程。可编程序控制器及其相关的外部设备都按照易于与工业控制系统集成、易于扩展其功能的原则设计。可编程序控制器的定义这是国际电工委员会（IEC）在1987年颁布的可编程序控制器（ProgrammableControllerPC）标准草案第H稿中对它的定义。由于PLC这一缩写在我国早已成为个人计算机（PersonalComputer）的代名词。为了避免造成术语混淆，本书将可编程序控制器简称为PLC。近年来PLC技术发展很快，每年都推出不少PLC及其网络新产品，其功能也超出了上述定义范围，从提供直接数字控制发展为实现现场级生产设备控制，车间级生产过程监控和优化，直到工厂、公司一级生产管理和经营决策提供全集成的软件和硬件平台，成为现代工业自动化的主要支柱。可编程序控制器的产生世界上第一台PLC型号为PDP14，是美国数字设备公司（DEC）研制成功的，而最先提出PLC概念的是美国通用汽车（GM）公司。20世纪60年代末，美国的汽车制造业竞争日趋激烈，GM公司根据市场形势和生产发展需要，提出了“多品种、小批量。不断更新汽车型号”的战略。汽车零部件生产线上使用的继电器控制系统成为实现这个战略决策的障碍。尽管继电器控制系统原理简单、使用方便，而且价格便宜，但是由于它的控制逻辑是由元件和布线方式决定——属硬线连接式编程。要改变程序就要重新接线，缺乏变更程序的灵活性，不能适应汽车换代周期缩短的要求。显然，这就需要寻求一种新型的控制装置来替代继电器控制系统。可编程序控制器的定义而20世纪40年代诞生的电子计算机，在60年代已经获得迅速发展，小型计算机开始应用于工业生产的自动控制，但是由于它原理复杂，又需要专门的程序语言，所以一般的电气人员难以掌握。那么，能否把计算机的功能完善、灵活性和通用性等优点与继电器控制系统的简单易懂、操作方便和价格便宜等优点结合起来，做成一种通用的工业控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向对象、面向问题的“自然语言”编程，使得不甚熟悉计算机的人员也能够方便地应用。GM公司在1968年根据生产的需要提出了上述设想，并将这个设想中的新颖控制装置的功能指标归纳为以下10项，公开招标。GM10条编程容易，并可在现场修改程序。维修方便，采用插件式结构。可靠性高，能在恶劣的环境下工作。体积小于继电器控制柜。价格便宜，成本可以与继电器系统竞争。可以直接连接115V交流输入。输出采用115V交流，可以直接驱动继电器、电磁阀。具有数据通信功能，数据可以直接送入管理计算机。通用性好。系统易于扩展。用户程序存储器的容量至少能扩展到4KB。可编程序控制器的产生DEC公司首先响应，于1969年研制出第一台可编程序控制器PDP－14，并且在GM公司的自动装配生产线上试用成功。此后，这项新技术就迅速发展起来，而GM公司对这种新型控制器提出的10点要求，几乎成了当时各个自动化仪表研究单位和生产厂开发PLC的基本规范。1971年日本从美国引进了这项新技术，由日立公司研制出日本第一台PLC，型号为DSC。1973年～1974年德国和法国也相继研制出自己的PLC。可编程序控制器的产生限于当时的元器件条件和计算机技术的发展水平，早期的PLC大多是由分立元件和中小规模集成电路组成，在简化计算机内部电路的同时，为了适应工业现场环境也对接口电路做了改进。人们根据这种新型工业控制装置可以通过编程改变控制方案这一特点，以及用于逻辑控制的现状，把它称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC。可编程序序控制器器的演变变与发展展从1968年到到现在，，短短30余年年间，PLC经历了了4次换换代。第第一代PLC，，大多用用1位机机开发，，存储器器为磁性性存储器器，只具具有单一一的逻辑辑控制功功能。在在第二代代PLC产品中中，换成成了微处处理器及及半导体体存储器器，PLC产品品初步形形成系列列，随着着高性能能微处理理器、位位片式处处理器的的出现和和EPROM，，EEPROM，CMOS、、RAM等大规规模集成成电路在在PLC中的大大量应用用，第4代PLC向多多功能及及联网通通信方向向发展，，形成了了多种系系列化产产品。可编程序序控制器器的演变变与发展展第四代PLC产产品不仅仅全面使使用16位、32位高高性能微微处理器器，高性性能位片片式微处处理器和和RISC（ReducedInstructionSetComputer，精精简指令令系统））CPU，而且且在单台台PLC中配置置多个微微处理器器，进行行多道处处理，同同时开发发了大量量内含微微处理器器的智能能模板，，使第四四代PLC产品品发展成成可以提提供逻辑辑控制功功能、过过程控制制功能、、运动控控制功能能、数据据处理功功能、联联网通信信功能的的真正名名副其实实的多功功能控制制器。同同时，PLC人人机接口口产品和和PLC网络产产品也得得到飞速速发展，，由PLC及其其网络构构成的多多级分布布控制系系统，提提供在企企业范围围内实现现经营决决策、计计划调度度和控制制功能集集成的软软硬件平平台，使使PLC及其网网络成为为计算机机集成制制造系统统不可可可或缺的的基本组组成部分分。可编程序序控制器器的演变变与发展展随着技术术发展和和市场需需求的增增加，PLC的的结构和和功能不不断改进进，产品品的生命命周期缩缩短，生生产厂家家不断推推出功能能更强的的PLC新产品品，平均均3～5年就更更新换代代一次。。为了适适应大、、中、小小型企业业的不同同需求，，进一步步扩大PLC在在自动化化领域中中的应用用范围，，现代PLC技技术发展展总的趋趋势是两两极分化化，同时时尽量做做到系列列化、通通用化和和高性能能化。两两极分化化是指PLC的的组成规规模（I/O点点数和存存储器容容量）向向大型和和微小型型两个方方向发展展。其一一是向体体积更小小、速度度更快、、功能更更强、价价格更低低的微小小型PLC方向向发展，，使之能能更加广广泛地替替代传统统的继电电器控制制系统。。随着应应用范围围扩大和和为适应应用户不不同的投投资规模模，小型型PLC由整体体结构向向小型模模块化结结构发展展，以增增加配置置的灵活活性。可编程序控控制器的演演变与发展展其二是向大大型化（开开关量控制制点达几千千点）、多多功能方向向发展，使使其能取代代工业控制制微机（IPC））、集散控制制系统（DCS））的功能，对对大规模、、复杂的系系统进行综综合控制。。大型PLC由于采采用功能强强大的高档档微处理器器（如16位、32为微处处理器），，处理速度度快，同时时存储容量量大大增加加，并且完完善了输入入／输出系系统；推出出多种智能能化I/O模块，以以满足快速速响应、闭闭环控制、、复杂控制制等特殊要要求；采用用了多种编编程语言和和先进的指指令系统，，增强了系系统的控制制能力和数数据处理能能力，例如如，PID控制、数数据文件传传递、浮点点运算功能能等。可编程序控控制器的演演变与发展展强化通信能能力和网络络化是大型型PLC发发展的一个个重要方面面：向下将将多个PLC、多个个I/O机机架相连：：向上与以以工业以太太网等相连连，构成整整个工厂自自动化网络络。有的PLC还支支持快速的的现场总线线通信（常常见的有Profibus，，DeviceNet，，Modbus等等）。PLC十网络络十IPC＋SCADA（监监控软件））已成为一一种非常流流行的PLC应用方方式。当然然，PLC的未来发发展不仅依依赖于新产产品开发，，还在于PLC与其其他工业控控制设备和和工厂管理理技术的综综合。无疑疑，PLC将在今后后的工业自自动化中扮扮演越来越越重要的角角色。可编程序控控制器系统统的分类、、性能可编程序控控制器的性性能指标PLC的性性能指标PLC的性性能指标可可分为硬件件指标和软软件指标两两大类，硬硬件指标包包括环境温温度与湿度度、抗干扰扰能力、使使用环境、、输入特性性和输出特特性等；软软件指标包包括扫描速速度、存储储容量、指指令种类、、编程语言言等。这样样划分显得得不繁琐，，为了简要要表达某种种PLC的的性能特点点，通常用用以下指标标来表达。。编程语言编程语言PLC常常用的编程程语言有梯梯形图语言言、助记符符语言、流流程图语言言及某些高高级语言等等，目前使使用最多的的是前两者者。不同的的PLC可可能采用不不同的语言言。指令种类指指令种类的的多少反映映了PLC的编程功功能。I/O接口口端点数I/O接口口端点数PLC的输输入和输出出量有开关关量和模拟拟量两种。。对于开关关量，I/O用最大大I/O点点数表示，，而对于模模拟量，I/O点数数则用最大大I/O通通道数表示示。PLC内部部编程元件件的种类和和点数。PLC内部编程程元件的种种类包括辅辅助位存储储单元、特特殊位存储储单元、定定时器、计计数器、移移位寄存器器等。PLC内部编编程元件的的点数是PLC编程程能力的一一种体现。。用户程序存存储量用户程序存存储量用用户户程序存储储器用以存存储通过编编程器输入入的用户程程序，其存存储量通常常是以字为为单位来计计算的。约约定16位位二进制数数为一个字字（注意：：一般微处处理机是以以8位为一一个字节））的，每1024个个字为1K字。中小小型PLC的存储容容量一般在在8K以下下，大型PLC的存存储容量有有的已达256K字字以上。程序指令扫扫描速度以以ms／K字为单位位表示。例例如：20ms／K字，表示示扫描1K字的用户户程序需要要的时间为为20ms。这一性性能指标直直接反映了了PLC执执行程序的的速度。工作环境工作环境一一般能在下下列条件下下工作：温温度0～55oC，，湿度小于于85％（（无结霜））。特种功能有有的PLC还具有有某些特种种功能，例例如自诊断断功能、通通信联网功功能、监控控功能、特特殊功能模模块、远程程1／0能能力等。其其他还能列列出其他一一些指标，，比如输入入／输出方方式、某些些主要硬件件（如CPU。存储储器）的型型号等。可编程序控控制器系统统的分类、、性能可编程序控控制器的分分类可编程序控控制器系统统的分类按PLC性性能来划分分，可将其其大致分为为微型机、、小型机、、中型机、、大型机四四种。4种种类型的区区别主要体体现在指令令系统、指指令执行速速度、各种种指令总数数、存储器器容量、程程序容量、、输入输出出端口容量量、通讯功功能等指标标。可编程序控控制器系统统的分类微型机、小小型机具有有逻辑运算算、定时、、计数等功功能，有的的还增设模模拟量处理理、算术运运算、数据据传送等功功能，可实实现逻辑、、顺序、计计时计数控控制等。中型机PLC除了以以上的功能能外，还具具有较强的的模拟量输输入输出、、算术运算算、数据传传送等功能能，可完成成既有开关关量又有模模拟量控制制的任务。。大型机除具具有中型机机的功能外外，增设有有带符号算算术运算、、矩阵运算算等，使运运算能力更更强，还具具有模拟调调节、联网网通信、监监视、记录录和打印等等功能，使使PLC的的功能更多多更强，能能进行智能能控制、远远程控制、、大规模控控制，构成成分布式控控制系统，，成为整个个工厂的自自动化网络络。随着PLC的发发展，对PLC的分分类也将会会有相应的的改变，使使其更科学学更严密。。可编程序控控制器结构构形式可编程序控控制器按结结构形式的的不同，可可分为整体体式PLC、模块式式PLC和和集成的PLC（俗俗称软PLC）等3类。整体式PLC整体式PLC整体式可编编程序控制制器整整体式PLC是将其其电源、中中央处理器器、输入输输出部件等等集中配置置在一起，，有的甚至至全部安装装在一块印印刷电路块块上，装在在一个箱体体内，通常常称为主机机，例如西西门子公司司的S7系系列S7-200PLC、三三菱公司的的FX系列列PLC。。整体式结结构紧凑、、体积小、、质量小、、价格低，，但其主机机I/O的的点数固定定，因而使使用不灵活活，小型PLC常使使用这种结结构。模块式PLC模块式PLC模块式（积积木式）可可编程序控控制器它它把PLC的各部部分以模块块形式分开开，如电源源模块、CPU模块块、输入模模块、输出出模块等，，把这些模模块插入机机架底块上上，组装在在一个机架架内。这种种结构配置置灵活，装装配方便，，便于扩展展。一般中中型和大型型PLC常采用这这种结构，，例如西门门子公司的的S7系列列S7-300，S7-400，PLC、三菱菱公司的A2，A3，Q系列列PLC等等，这种结结构较复杂杂，造价高高。集成的PLC集成的PLC集成的PLC又称软软PLC，，就是用软软件和PC兼用的硬硬件来实现现PLC功功能。通常常情况下，，该PC机机在运行时时将变成专专用的控制制器，停止止大部分的的人机交互互工作。其其主要形式式有以下两两种。PC机上安装装实时多任任务操作系系统来分时时处理PLC的逻辑辑控制功能能和其他人人机交互功功能。PC总线上插插上一块协协处理器板板来处理PLC逻辑辑功能。实实时数据通通过总线和和共享的内内存传递给给PC机。。可编程序控控制器结构构形式无论是整体体式PLC还是模块块式PLC，都可以以根据用户户需要进行行配置与组组合。例如，西门门子公司的的S7－200整体体式PLC，I/O点数在24～168点范围内内有多种组组合方式，，用户可以以优选最适适合自己的的一种配置置。模块式式PLC则则在I/O配置上更方方便、更灵灵活，装有有CPU模模块的机架架称为基本本机架，其其他为扩展展机架，不不同厂家生生产的PLC、不同同系列产品品在每个机机架上可插插放的模块块数量不同同，一般为为3～10块，可扩扩展的机架架数也不同同，一般为为2～8个个机架。基基本机架和和扩展机架架之间的距距离不宜太太长，一般般不超过10m，一一些PLC系统还有有远程I/O模块，可联联网应用。。IPLCPC机经典典的应用是是数据处理理和人机接接口，包括括用作PLC编程器器、操作站站或人机接接口终端。。随着现代代PC技术术的发展，，PC正在在迅速地进进入直接控控制领域，，软PLC也就逐步步流行起来来。它的最最初形式是是将PLC和工业控控制计算机机有机地结结合在一起起构成一种种新的控制制装置，称称为集成的的PLC（IPLC）。《机械系统的的驱动与控控制》可编程序控控制器组成成与工作原原理可编程序控控制器组成成可编程序控控制器的基基本结构总线可编程序控控制器的结结构从可编程序序控制器的的定义可知知，可编程程序控制器器是用作为为控制器的的自动控制制系统，是是工业计算算机控制系系统，它既既可进行开开关量的控控制，也可可实现模拟拟量的控制制。因而PLC有着着与通用计计算机相类类似的结构构，即可编编程控制器器也是由中中央处理器器（CPU）、、存储器、、输入／输输出（I/O）接口口及电源组组成的，只只不过它比比一般的通通用计算机机具有更强强的与工业业过程相连连的接口能能力和更直直接的适应应控制要求求的编程语语言。可编程序控控制器的基基本结构可编程序控控制器的基基本结构如如图4—3所示，其其特点是模模块+总线线的结构形形式。可编编程序控制制器系统以以CPU模模块为核心心控制器，，通过PLC总线互互联各个I/O模块块和功能模模块，通过过总线实现现模块间的的数据信息息、控制信信息交互。。CPU单元元是由通用用微处理器器、单片机机或位片式式计算机组组成的，且且具有存储储器、及总总线接口。。各个I/O模块和功功能模块是是完成PLC与外部部控制对象象信息交换换。将组成成PLC的的各种模块块，组件按按产品体系系进行分类类，可得到到下述的产产品分类可编程序控控制器控制制系统结构构框图电源模块通信模块编程单元输出模块（A/O））输入模块（AI）输出模块（DO）输入模块（DI）CPU模块块CPU电路路存储器电路路模块控制电电路总线驱动电电路串行通信PLC总线线HMI模块块模拟量控制制驱动单元模拟量传感器信号号开关量控制对象开关量信号输入总线总线实际上上是一组导导线，是各各种公共信信号线的集集合，用于于作为计算算机中所有有各组成部部分交互信信息共同使使用的通道道。这组组导线的信信号种类、、电气参数数规范以协协议标准形形式颁布实实施，使得得各个制造造厂商可按按此标准开开发制作各各个功能模模块，具有有互换兼容容功能。总总线有并行行总线与串串行总线之之别。串行行总线通讯讯时，使用用单根导线线分时传送送数字信号号；并行总总线则是多多根导线同同时传递数数字信号，，数字信号号的位数决决定了导线线数。PLC总线的的数据都是是以并行方方式传送的的，传送的的速度和驱驱动能力随随CPU模模板上驱驱动器的不不同而异。。总线计算机并行行总线中有有三种信号号总线，它它们是：(1)数据总总线(DB,DataBus)数数据总线用用来传输数数据信息，，是双向总总线，CPU既可可通过DB从内存或或输入设备备读入数据据，又可通通过DB将将CPU内内部数据送送至内存或或输出设备备。(2)地址总总线(AB,AddressBus)地址址总线用于于传送CPU发出的的地址信息息，是单向向总线。目目的是指明明与CPU交换信息息的内存单单元或I/O设备。。(3)控控制制总总线线(CB,ControlBus)控控制制总总线线用用来来传传送送控控制制信信号号、、时时序序信信号号和和状状态态信信息息等等。。其其中中有有的的是是CPU向向内内存存和和外外设设发发出出的的信信息息，，有有的的则则是是内内存存或或外外设设向向CPU发发出出的的信信息息。。总线线双向向总总线线CB传传递递信信号号瞬瞬间间，，其其方方向向是是单单向向的的，，或或是是由由CPU模模块块指指向向外外部部功功能能模模块块；；或或是是由由功功能能模模块块指指向向CPU模模块块。。其其流流向向是是受受CPU模模块块控控制制的的，，所所以以在在各各种种结结构构框框图图中中，，凡凡涉涉及及到到控控制制总总线线CB,均均以以双双向向线线表表示示。。总线线是是沟沟通通PLC中中各各个个功功能能模模板板的的信信息息通通道道，，它它的的正正常常工工作作并并不不单单是是各各个个模模板板插插脚脚之之间间的的连连线线，，还还需需要要包包括括驱驱动动总总线线的的驱驱动动器器电电路路及及其其保保证证总总线线正正常常工工作作的的控控制制逻逻辑辑电电路路。。总线线PLC的的各各个个制制造造厂厂商商为为了了保保护护其其关关键键技技术术，，开开发发制制订订了了各各自自的的总总线线规规范范，，对对总总线线标标准准进进行行保保密密。。故故此此，，尽尽管管其其总总线线基基本本结结构构与与微微型型计计算算机机是是一一样样的的，，含含有有3个个类类型型信信号号，，但但是是各各个个制制造造厂厂商商的的可可编编程程序序控控制制器器模模块块不不能能互互换换兼兼容容。。对于于一一种种型型号号的的PLC而而言言，，总总线线上上各各个个插插脚脚都都有有特特定定的的功功能能和和含含义义，，但但对对不不是是同同型型号号的的PLC而而言言，，总总线线各各个个插插脚脚的的含含义义不不完完全全相相同同（（到到目目前前为为止止，，国国际际上上尚尚没没有有统统一一的的标标准准））。。《机械械系系统统的的驱驱动动与与控控制制》可编编程程序序控控制制器器系系统统及及功功能能模模块块可编编程程序序控控制制器器系系统统模模块块CPU模模块块单单元元（（CPU））数字字量量输输入入模模块块单单元元（（DI））数字字量量输输出出模模块块单单元元（（DO））模拟拟量量输输入入/输输出出模模块块单单元元（（AI/AO））智能能I/O模模块块单单元元扩展展模模块块单单元元通讯讯模模块块单单元元编程程器器单单元元（（PG））电源源模模块块单单元元（（PS））人机机交交互互单单元元（（HMI））CPU模模块块可编编程程序序控控制制器器的的CPU模模块块是含含有有中中央央处处理理器器、、存存储储器器、、总总线线驱驱动动、、通通讯讯等等功功能能的的综综合合结结构构体体。。CPU（（Centra1ProcessingUnit)是中中央央处处理理器器的的简简称称。。CPU是是计计算算机机的的核核心心，，因因此此它它也也是是PLC的的核核心心。。微型型计计算算机机诞诞生生20世世纪纪70年年代代初初。。微微型型计计算算机机(Microcomputer)与与其其它它大大、、中中、、小小型型计计算算机机的的区区别别，，在在于于其其中中央央处处理理器器采采用用了了大大规规模模、、超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术，，其其它它类类型型计计算算机机的的CPU模块块则则是是由由相相当当多多的的分分离离元元件件电电路路或或集集成成电电路路所所组组成成。。为了了将将这这两两种种CPU相区区别别,把把微微型型计计算算机机的的CPU芯芯片片称称为为微微处处理理器器MPU(MicroProcessingUnit或或Microprocessor)。。CPU模模块块微处处理理器器是是微微型型计计算算机机的的核核心心部部件件。。微微处处理理器器包包括括算算术术逻逻辑辑部部件件ALU、、控控制制部部件件和和寄寄存存器器组组三三个个基基本本部部分分，，通通常常由由一一片片或或几几片片（（大大规规模模集集成成电电路路））LSI、、（（超超大大规规模模集集成成电电路路））VISI器器件件组组成成。。CPU模模块块的的信信号号流流向向可编编程程序序控控制制器器的的CPU模模块块的的结结构构如如图图4——4所所示示，，其其主主要要功功能能是是如如下下所所述述：：1．．CPU模模块块对对I/O模模块块控控制制功功能能的的实实现现（1））通通过过地地址址总总线线输输出出地地址址信信号号，，选选通通所所要要访访问问的的I/O模模块块，，激激活活所所要要读读写写的的I/O器器件件电电路路；；（2））通通过过控控制制总总线线直直接接控控制制所所要要访访问问的的I/O器器件件读读写写操操作作；；（3））通通过过数数据据总总线线与与各各个个所所要要访访问问的的I/O器器件件交交换换数数据据信信息息（（读读写写操操作作内内容容））；；CPU模模块块程程序序控控制制功功能能的的实实现现（1））接接受受和和存存储储用用户户由由编编程程器器输输入入的的用用户户程程序序和和数数据据；；（2））在在PLC系系统统程程序序的的控控制制下下，，按按PLC工工作作模模式式，，接接收收来来自自现现场场的的输输入入信信号号，，并并输输入入到到输输入入过过程程映映像像寄寄存存器器和和数数据据存存储储器器中中；；从从存存储储器器中中逐逐条条读读取取并并执执行行用用户户程程序序，，完完成成用用户户程程序序所所规规定定的的逻逻辑辑运运算算、、算算术术运运算算及及数数据据处处理理等等操操作作；；根根据据运运算算结结果果，，更更新新有有关关标标志志位位的的状状态态，，刷刷新新输输出出过过程程映映像像寄寄存存器器的的内内容容，，再再经经输输出出部部件件实实现现输输出出控控制制、、诊诊断断电电源源及及PLC系系统统内内部部的的工工作作状状态态及及故故障障；；打打印印制制表表或或数数据据通通信信等等功功能能。。CPU模模块块中中的的存存储储器器存储储器器是是计计算算机机的的存存储储和和记记忆忆部部件件，，存存储储器器又又叫叫内内存存或或主主存存，，用用以以存存放放数数据据(包包括括原原始始数数据据、、中中间间结结果果和和最最终终结结果果)和和程程序序。。按按存存储储器器芯芯片片在在计计算算机机中中的的工工作作状状态态，，可可将将其其分分2类类：：ROMRAM只读读存存储储器器（1））只只读读存存储储器器（（ReadOnlyMemory简称称ROM）它它在在电电路路中中只只是是能能被被读读取取，，而而不不能能写写入入数数据据，，其其存存储储器器内内数数据据是是事事先先写写入入的的。。存存储储器器芯芯片片内内数数据据在在电电路路断断电电状状态态下下不不会会丢丢失失。。随机机读读写写存存储储器器（2））随随机机读读写写存存储储器器（（RandomAccessMemory简称称RAM）存存储储器器内内数数据据在在电电路路中中可可以以被被读读取取，，也也可可以以被被改改写写。。但但存存储储器器芯芯片片内内数数据据在在电电路路断断电电状状态态下下会会自自动动消消去去。。随机机读读写写存存储储器器可编编程程序序控控制制器器使使用用中中，，需需要要在在线线修修改改用用户户程程序序和和在在线线编编程程要要求求，，存存储储用用户户程程序序存存储储的的存存储储器器需需要要具具有有可可读读写写功功能能。。所所以以可可编编程程序序控控制制器器中中使使用用随随机机读读写写存存储储器器作作为为存存储储用用户户程程序序。。为为了了使使断断电电后后，，随随机机读读写写存存储储器器中中的的用用户户程程序序能能保保存存，，在在RAM电电路路中中用用锂锂电电池池作作后后备备电电源源，，停停电电后后可可保保存存数数据据3~5年年不不变变。。数字字量量（（开开关关量量））输输入入模模板板数字字量量输输入入模模板板接接受受现现场场送送来来的的开开关关信信号号（（如如按按钮钮信信号号、、各各种种行行程程开开关关信信号号、、继继电电器器触触点点的的闭闭合合或或打打开开信信号号等等））。。外外部部信信号号器器件件与与输输入入模模板板连连接接，，构构成成可可编编程程序序控控制制器器的的输输入入电电路路。。数字字量量输输入入模模板板的的功功用用是是将将现现场场送送来来的的开开关关信信号号（（如如按按钮钮信信号号、、各各种种行行程程开开关关信信号号、、继继电电器器触触点点的的闭闭合合或或打打开开信信号号等等）），，经经光光电电隔隔离离后后，，将将电电平平转转换换成成CPU可可处处理理的的TTL电电平平。。数字量（开开关量）输输入模板根据输入电电路的不同同，外部信信号器件工工作的电源源可以是交交流电源、、直流电源源、工作电电压有AC24V、、AC100V、DC24V等。所以以输入模块块因此分为为直流输入入型模板（（通常是24V）和和交流输入入型模板（（通常是220V）两种种类型。将将多个开关关量信号组组合就是一一个数字信信号，数字字信号的数数值表达了了各个开关关量信号状状态的组合合。输入模板与与外部用户户输入设备备的接线方方式输入模板与与外部用户户输入设备备的接线方方式可分为为汇点式输输入和隔离离式输入两两种。汇点式输入入接线方式式（1）汇点点式输入接接线方式汇汇点式式输入接线线方式如图图4-5a)所示。。在汇点式式输入接线线方式中，，各个输入入回路有一一个公共端端（COM），全部部输入点公公用一个电电源和公共共端，如图图2-3（a））所示；也也可以将全全部输入点点分为几组组．每组有有一个单独独的电源和和公共端，，如图2-3（（b）所示示。汇点式式输入接线线方式常用用于直流输输入模板，，直流输入入模板的电电源也可采采用由PLC内部的的24V直直流电源源。输入模块接接线方式输入模块接线端子Ea)输入模块接线端子E1b)E2Ei外部电路外部电路COM隔离式输入入接线方式式（2）隔离离式输入接接线方式隔隔离式式输入接线线方式中，，每一个输输入回路有有两个接线线端子，由由单独的一一个电源供供电，如图图4-5b)。相对对于电源来来说，各个个输入点之之间是相互互隔离的。。隔离式输输入接线方方式一般用用于交流输输入模板，，输入模板板的电源则则由用户提提供。数字量（或或开关量））输入模板板电路结构构常见的直流流数字量输输入模板有有DC24V。图图所示为为直流数字字量输入模模板的结构构示意原理理图。从图图中可见，，它主要由由输入信号号处理、光光电耦合/隔离、信信号锁存、、口地址译译码和控制制逻辑电路路组成。模模块具有CB、DB、AB总总线端口形形成与CPU模块的的信息交互互接口，这这是“总线线+模板””型计算机机结构组织织体系的通通用形式。。输入接口口的外部设设有接线端端子排，便便于与现场场信号的连连接。数字量输入入模板结构构CBDBABICICICICICCBDBAB数据寄存器器地址译码信号缓冲ICICICIC光电耦合状态指示端口接线排排总线接线排排第二讲可可编程程控制器的的组成和工工作原理数字量输入入模板结构构CBDBABICICICICICCBDBAB数据寄存器器地址译码信号缓冲ICICICIC光电耦合状态指示端口接线排排总线接线排排第二讲可可编程程控制器的的组成和工工作原理由CB、DB、AB3总线线形成I/O模块与与CPU模模块的接口口，这是““总线+模模板”型计计算机结构构组织体系系的通用形形式。数据寄存器器电路数据寄存器器电路数据寄存器器是用于寄寄存信号，，又称作信信号锁存器器。这部分分电路常由由若干片8D锁存器器（IC电电路）组成成。每片电电路连接8个光电耦耦合电路，，寄存1个个字节（8位）数据据信号。数字量输入入模板结构构CBDBABICICICICICCBDBAB数据寄存器器地址译码信号缓冲ICICICIC光电耦合状态指示端口接线排排总线接线排排第二讲可可编程程控制器的的组成和工工作原理数据寄存器器是用于寄寄存信号，，又称作信信号锁存器器。这部分分电路常由由若干片8D锁存器器（IC电电路）组成成。每片电电路寄存1个数据字字节信号。。数据寄存存器是输入入模板内的的信号锁存存电路。在在读信号控控制下，将将外部输入入信号存入入该处，便便于PLC的信号处处理；数据寄存器器电路信号号关系数据寄存器器电路的信信号关系：：（1）它的的输入是PLC输入入端口的外外部开关量量信号（源源自光电隔隔离电路的的输出）；；（2）它的的输出是PLC总线线的数据信信号线（DB）。（3）它的的功用是暂暂存信号，，具体如下下：在地址译码码电路的选选通信号控控制下．将将由光电藕藕合器送来来的外部开开关量信号号存入锁存存器。在CPU模模板需要要读取端口口信号时，，按译码器器确定的端端口读取此此端口的数数据信号至至PLC的的数据总线线上，然后后由PLC的数据总总线进入PLC的CPU。地址译码电电路地址译码电电路这这部分电路路由组合信信号译码器器、信号驱驱动器及有有关的总线线信号组成成。它接受受CPU模模板给出的的地址信号号，由此确确定需要访访问的相应应数据寄存存器，产生生该数据寄寄存器选通通信号，激激活数据寄寄存器电路路，存储光光电耦合电电路上的数数据信号，，将输入数数据信号送送至PLC的数据总总线。数字量输入入模板结构构CBDBABICICICICICCBDBAB数据寄存器器地址译码信号缓冲ICICICIC光电电耦耦合合状态态指指示示端口口接接线线排排总线线接接线线排排第二二讲讲可可编编程程控控制制器器的的组组成成和和工工作作原原理理地址址译译码码电电路路：：按按CPU模模板板给给出出的的地地址址确确定定相相应应的的信信号号锁锁存存器器，，产产生生该该信信号号锁锁存存器器选选通通信信号号，，使使信信号号锁锁存存器器电电路路激激活活，，能能存存储储光光电电耦耦合合电电路路上上的的数数据据信信号号，，将将输输入入数数据据信信号号送送至至数数据据总总线线。。地址址译译码码电电路路地址址译译码码电电路路的的信信号号关关系系：：（1））它它的的输输入入是是PLC总总线线的的地地址址信信号号（（多多位位二二进进制制组组成成的的数数字字信信号号））；；（2））它它的的输输出出是是连连接接模模块块电电路路中中各各个个输输入入数数据据寄寄存存器器的的选选通通信信号号引引脚脚————使使能能控控制制信信号号；；（3））它它的的功功用用是是对对接接受受CPU模模板板给给出出的的地地址址信信号号，，进进行行地地址址译译码码，，由由此此确确定定需需要要访访问问的的相相应应数数据据寄寄存存器器（（PI）），，通通过过使使能能控控制制信信号号选选通通某某个个数数据据寄寄存存器器工工作作，，执执行行地地址址译译码码。。它它是是CPU模模块块所所执执行行的的寻寻址址操操作作，，以以读读取取某某个个数数据据寄寄存存器器（（PI））所所对对应应外外部部输输入入信信号号数数据据。。它与与DB、、CB总总线线上上的的信信号号在在时时间间上上有有严严格格的的时时序序关关系系。。光电电耦耦合合电电路路光电电耦耦合合电电路路光电电耦耦合合电电路路的的功功用用是是在在电电气气隔隔离离的的条条件件下下，，接接受受PLC外外部部开开关关量量信信号号，，因因而而它它是是采采用用光光电电转转换换原原理理传传递递信信号号，，并并实实现现电电气气隔隔离离。。光光电电耦耦合合电电路路的的输输出出端端连连接接数数据据寄寄存存器器的的输输入入引引脚脚，，对对应应每每个个输输入入引引脚脚有有一一个个光光电电耦耦合合电电路路。。光光电电耦耦合合电电路路由由电电阻阻R1~R3、、电电容容C、、合合器器PT、、发发光光管管L1、、稳稳压压管管ZW组组成成。。电电阻阻R1、、R2、、电电容容C组组成成模模拟拟滤滤波波电电路路；；消消除除信信号号噪噪声声。。发发光光二二极极管管L为为外外部部信信号号电电路路状状态态指指示示；；同同时时电电阻阻R1、、R2构构成成分分压压电电路路，，设设定定PT输输入入端端的的信信号号，，电电压压稳稳压压管管ZW为为过过压压保保护护作作用用。。数字量输输入模板板结构CBDBABICICICICICCBDBAB数据寄存存器地址译码码信号缓冲冲ICICICIC光电耦合合状态指示示端口接线线排总线接线线排第二讲可可编程控控制器的的组成和和工作原原理输入模板板内带有有光电耦耦合电路路，其作作用是一一。实现现信号传传递、其其作用二二。使PLC与与外部输输入信号号进行电电气隔离离；光电电耦合电电路还有有电平转转换功能能。输入模板板内还设设置了多多种滤波波电路，，以消除除信号噪噪声；光电耦合合电路光电耦合合电路的的工作原原理如下下所述（（电路中中的灰色色箭头代代表信号号的流向向）光电耦合合电路R1ZWSB读数据控控制E++5VR30VICR2C1PT使能控制制数据寄存存器光电耦合合器电路路数据总线线外部电路路输入模块块132L1光电耦合合电路（1）当当外部开开关器件件闭合时时，光电电耦合器器PT输输入回路路闭合，，光电藕藕合器的的原边侧侧电路中中有电流流流过，，光电耦耦合器内内的发光光二极管管导通发发光，光光电藕合合器的副副边侧（（输出侧侧）的光光电三极极管受光光激励导导通，使使输出端端对地电电压降为为零电平平。（2）当当外部开开关器件件断开时时，光电电藕合器器输入回回路断开开时，电电路中无无电流流流过，光光电藕合合器电路路内的发发光二极极管不发发光，光光电藕合合器输出出侧的光光电三极极管处于于截止状状态，使使输出端端对地电电压为高高电平。。（3）以以上二个个状态，，使得光光电藕合合器输出出侧的电电压处于于二个电电平区；；形成数数字逻辑辑电平：：“1””、“0”。光电耦合合电路（1）当当外部开开关器件件闭合时时，光电电耦合器器PT输输入回路路闭合，，光电藕藕合器的的原边侧侧电路中中有电流流流过，，光电耦耦合器内内的发光光二极管管导通发发光，光光电藕合合器的副副边侧（（输出侧侧）的光光电三极极管受光光激励导导通，使使输出端端对地电电压降为为零电平平。（2）当当外部开开关器件件断开时时，光电电藕合器器输入回回路断开开时，电电路中无无电流流流过，光光电藕合合器电路路内的发发光二极极管不发发光，光光电藕合合器输出出侧的光光电三极极管处于于截止状状态，使使输出端端对地电电压为高高电平。。（3）以以上二个个状态，，使得光光电藕合合器输出出侧的电电压处于于二个电电平区；；形成数数字逻辑辑电平：：“1””、“0”。光电耦合合电路（4）当当外部开开关器件件闭合时时，在光光电耦合合输入回回路闭合合同时，，发光二二极管L导通，，指示外外部信号号电路状状态为接接通状态态；（5）当当外部开开关器件件断开时时，光电电耦合输输入回路路断开，，发光二二极管L无电流流流过，，不发光光，指示示外部信信号电路路状态为为断开状状态。数字量输输入模板板结构CBDBABICICICICICCBDBAB数据寄存存器地址译码码信号缓冲冲ICICICIC光电耦合合状态指示示端口接线线排总线接线线排第二讲可可编程控控制器的的组成和和工作原原理输入接口口的外部部设有接接线端子子排，便便于与现现场信号号的连接接。数字输入入模板结结构及信信号流向向示意图图端口地址址译码电路路数据寄存存器电路信号光电电耦合电路路数据寄存存器电路信号光电电耦合电路路数据寄存存器电路信号光电电耦合电路路数据寄存存器电路信号光电电耦合电路路模板控制制逻辑电路路DBABCB接线端子子PLC总总线接口口PI直流数字字量输入入模块电电路工作作原理总总结直流数字字量输入入模块电电路工作作原理总总结数字量输输入模块块是PLC接受受外部数数字量信信号的功功能电路路，其电电路主要要特点是是：由外部开开关量器器件与接接口电路路组成信信号回路路，形成成外部输输入信号号；外部输入入信号经经光电耦耦合信号号处理电电路进入入模块内内部电路路；通过PLC的控控制总线线接受对对端口信信号锁存存电路的的选通控控制；外部数字字量信号号被寄存存在端口口信号锁锁存电路路（8D数据寄寄存器））通过PLC的数数据总线线将外部部数字量量信号传传递至CPU单单元。交流数字字量输入入模板交流数字字量输入入模板交流数字字量输入入模板的的电路与与直流数数字量输输入模板板是很相相似的．．唯一不不同之处处是增加加由整流流元件组组成的换换流电路路。交流输入入信号经经过整流流桥VD整整流后，，形成直直流信号号。由于于交流信信号不存存在极性性问题，，故施加加到光电电耦合器器的直流流电压仅仅与整流流桥的方方向有关关。电阻阻R是是降压压电阻（（限制施施加到光光电藕合合器上的的电压幅幅值）电电阻R3和和电容C是交交流输入入信号220V的的交流滤滤波电路路，用以以滤除其其中的高高频或尖尖峰脉冲冲干扰信信号。交流数字字量输入入模板交流输入入信号经经过整流流桥VD整整流后，，形成直直流信号号。由于于交流信信号不存存在极性性问题，，故施加加到光电电藕合器器的直流流电压仅仅与整流流桥的方方向有关关。电阻R是降降压电阻阻（限制制施加到到光电藕藕合器上上的电压压幅值））电阻R3和和电容C是交交流输入入信号220V的的交流滤滤波电路路，用以以滤除其其中的高高频或尖尖峰脉冲冲干扰信信号。关键词高高频或尖尖峰脉冲冲干扰信信号R3CVD电源数字量（（开关量量）输出出模块由PLC产产生的各各种输出出控制信信号经输输出接口口去控制制和驱动动负载（（如指示示灯的亮亮或灭，，电动机机的启停停或正、、反转，，设备的的转动、、平移、、升降，，阀门的的开启、、关闭等等）。所所以PLC输输出接接口所带带的负载载通常是是接触器器的线圈圈、电磁磁阀的线线圈、信信号指示示灯等。。同输入接接口一样样，输出出接口的的负载有有的是直直流量，，有的是是交流量量，要根根据负载载性质选选择合适适的输出出接口。。针对不不同类型型的输出出接口，，配之以以不同的的驱动电电路。数字量输输出模板板的外部部接线方方式数字量输输出模板板的外部部接线方方式数字量输输出模板板与外部部用户输输出设备备的接线线方式可可分为汇汇点式输输出接线线和隔离离式输出出接线两两种形式式。输出模板板的外部部接线方方式输出模块块接线端子子Ea)输出模块块接线端子子E1b)E2Ei外部电路路外部电路路COM汇点式输输出接线线方式汇点式输输出接线线方式汇汇点点式输出出接线方方式如图图4—9a)所所示。在在汇点式式输出接接线方式式中，各各个输出出回路公公用一个个公共端端和一个个电源，，只有一一个公共共端（COM）。。也可以以将全部部输出点点分为几几组，每每组有一一个公共共端（COM）和和一个单单独的电电源，如如图所示示。隔离式输输出接线线方式隔离式输输出接线线方式隔隔离离式输出出接线方方式如图图4-9b)所所示。。在隔离离式输出出模板中中，每个个输出回回路有两两个接线线端子，，由单独独一个电电源供电电。相对对于电源源来说，，每个输输出点之之间是相相互隔离离的。多组式汇汇点式输输出由于实际际工程中中所使用用的控制制电器类类型较多多，工作作电压不不同。所所以通常常PLC输出模模块的接接线方式式是多组组式汇点点式输出出。数字字量输出出模板的的负载电电源可以以是直流流，也可可以是交交流，它它必须由由用户提提供。汇汇点式输输出接线线可用于于直流输输出模板板，也可可以用于于交流输输出模板板。直流数字字量输出出接口模模板电路路结构直流数字字量输出出接口模模板电路路结构输出接口口模板电电路结构构如图4-10所示，，可分为为译码、、控制逻逻辑、信信号锁存存、光电电隔离和和输出驱驱动5个部分分。前4个部部分与直直流数字字量输入入模板电电路非常常相似，，所不同同之处主主要是数数据流向向相反。。数字输出出模板结结构及信信号流向向示意图图端口地址址译码电路路数据寄存存器电路信号光电电耦合电路路数据寄存存器电路信号光电电耦合电路路数据寄存存器电路信号光电电耦合电路路数据寄存存器电路信号光电电耦合电路路模板控制制逻辑电路路DBABCB接线端子子PLC总总线接口口信号驱动动电路信号驱动动电路信号驱动动电路信号驱动动电路PQ地址译码码电路地址译码码电路：：与输入模模块一样样，这部部分电路路同样由由组合信信号译码码器、信信号驱动动器及有有关的总总线信号号组成。。它接受受CPU模板给给出的地地址信号号，由此此确定需需要访问问的相应应数据寄寄存器，，产生该该数据寄寄存器选选通信号号，激活活数据寄寄存器电电路，将将源自PLC数数据总线线上的数数据信号号传至光光电耦合合电路的的输入端端。地址译码码电路地址译码码电路的的信号关关系：（1）它它的输入入是PLC总线线的地址址信号；；（2）它它的输出出是对某某个端口口芯片的的选通信信号———使能控控制信号号；（3）它它的功用用是输出出数据寄寄存器（（PQ））地址译译码；数据寄存存器电路路数据寄存存器电路路数据寄存存器电路路的主要要作用是是在译码码电路送送来的选选通信号号控制下下，将由由PLC总线的的数据信信号线上上的输出出信号存存入选定定的端口口数据寄寄存器电电路；此此后将信信号传至至光电耦耦合电路路和驱动动电路完完成信号号的传递递和输出出。这部分电电路由若若干片数数据寄存存器电路路组成。。每片电电路寄存存1个字字节的数数据信号号（8位位2进制制信号）），其外外接8个个光电耦耦合电路路。数据寄存存器电路路的信号号关系数据寄存存器电路路的信号号关系：：（1）它它的输入入是PLC总线线的数据据信号线线；（2）它它的输出出是光电电耦合电电路。（3）它它的功用用是暂存存输出信信号；光电耦合合电路光电耦