第五章 可编程控制器结构 及工作原理

第五章可编程控制器的结构及工作原理第一节可编程控制器的硬件系统第二节可编程控制器的软件及编程语言第三节可编程控制器的工作原理第一节可编程控制器的硬件系统输出设备输入设备

I/O扩展单元

特殊功能单元主机输出单元输入单元

电源外设接口I/O扩展口存储器

系统程序存储器CPU

用户程序存储器打印机EPROM写入器

上位计算机PLC编程器…PLC硬件——CPU1、中央处理器（CPU）接收并存储用户程序和数据；诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。

2、存储器

PLC的存储器用来存放程序和数据。程序又分为系统程序和用户程序。存储区的分配：1、系统程序存储器（区）（EPROM）2、用户程序存储器（区）（RAM）3、变量（数据）存储器（区）…..1区2区3区PLC硬件——存储器PLC硬件——存储器（1）系统程序存储器（区）该存储器存放系统程序（系统软件）。系统程序是PLC研制者所编的程序，用来管理、协调PLC各部分的工作，翻译、解释用户程序，进行故障诊断等，它是决定PLC性能的关键。系统程序包括监控程序、解释程序、故障自诊断程序、标准子程序库及其他各种管理程序等。系统程序由制造厂家提供，一般都固化在ROM或EPROM中，用户不能直接存取。PLC硬件——存储器（2）用户程序存储器（区）该存储器存放用户程序（应用软件）。用户程序是用户为解决实际问题并根据PLC的指令系统而编制的程序，它通过编程器输入，经CPU存放入用户程序存储器。为便于程序的调试、修改、扩充、完善，该存储器早期采用RAM，现多采用EEPROM。（3）变量（数据）存储器（区）变量存储器存放PLC的内部逻辑变量，如内部继电器、I/O寄存器、定时器/计数器中逻辑变量的现行值等，这些现行值在CPU进行逻辑运算时需随时读出、更新有关内容，所以，变量存储器也采用RAM。PLC硬件——I/O接口3．输入输出接口（I/O）是CPU与工业现场装置之间的连接部件。小型PLC，通常I/O与含有CPU主板部分做为一体。大中型PLC，通常将I/O做成可供选取、扩充的标准模块，可以根据实际需要灵活选择。每个I/O都有相应的工作指示灯。为了适应可编程控制器在工业生产现场的工作，对输入输出接口有二个主要的要求：良好的抗干扰能力能满足工业现场各类信号的匹配要求PLC硬件——I/O接口(1)输入接口功能：采集现场信号，通过光电隔离转换成标准电平送给PLC内部电路。输入信号有开关量和模拟量。开关量输入接口有直流和交流两种。开关量信号：按钮、开关、继电器触头等模拟量信号：电位器、测速发电机等

辅助电源：DC24V输入、DC12V输入、AC输入对输入的模拟量，需进行模数（A/D）转换，才能为CPU所接受。PLC硬件——I/O接口(2)输出接口连接被控对象中的各类执行元件：接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等。为适应不同负载，输出方式有：晶体管输出方式：驱动用于直流负载晶闸管输出方式：驱动频繁动作的交/直流负载继电器输出方式：驱动非频繁动作的交/直流负载

PLC的各种输出方式同样都要采用光电隔离。有些PLC还具有模拟输出接口。PLC硬件——通讯及编程接口4、通讯及编程接口——采用RS-485或RS-422串行总线连接专用编程器（FX-20P、FX-10P）；连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设。PLC硬件——扩展接口5、I/O扩展接口——采用并行通讯方式扩展I/O模块；扩展位置控制模块（如F2-30GM）；扩展通讯模块（如FX-232AW等）；扩展模拟量控制模块（如FX-2DA、FX-4AD等）。PLC硬件——电源6、电源可编程控制器的电源包括:*为可编程控制器各工作单元供电的开关电源*为掉电保护电路供电的后备电源，一般为电池PLC由开关式稳压电源为内部电路供电。电源模块：*可为CPU板、I/O板及扩展单元提供工作电源。*有的PLC能向外部提供24V的直流电源，可作为输入单元连接的外部设备的电源。其他部件可编程控制器一般可配备的外部设备：编程器用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视，还可调用与显示PLC的一些内部状态和系统参数。编程器：便携式：体积小、重量轻、便于现场使用，只能联机编程。CRT智能式（图形编程器）：体积大、价格贵、不便于现场使用，既可联机又可脱机编程。编程器是专用的，不同型号PLC都有自己专用编程器。多台同型号PLC可只配一个编程器。

编程器盒式磁带机，用以记录程序或信息打印机，用以打印程序或制表EPROM写入器，用以将程序写入用户EPROM中高分辨率大屏幕彩色图形监控系统，用以显示或监视有关部分的运行状态编程器其他部件第二节可编程控制器的软件及编程语言系统软件

运行管理

生成用户环境系统内部自检系统管理程序

用户指令解释程序标准程序模块、系统调用用户程序指令表顺序功能流程图软件系统一、PLC软件系统组成梯形图二、PLC的编程语言

顺序功能图

梯形图

指令表梯形图编程语言：在继电器控制线路的基础上简化了符号演变而来（图形编程）。梯形图具有形象、直观、实用、电气人员容易接受的特点，是目前用得最多的一种PLC编程语言。继电器原理图与梯形图中所用图符的对比关系1.梯形图编程语言物理继电器PLC继电器常开常闭触点线圈000005000500PLC控制0001SB2KMKM继电器控制SB1

2.两种控制的梯形图比较物理继电器继电器需硬接线连接触点个数有限PLC继电器继电器用程序软连接触点个数无限继电器的接线改变——控制功能改变PLC的用户程序改变——控制功能改变

3.两种控制中继电器的区别用PLC控制——外部接线不变，改变用户程序。用继电器控制——要改变控制电路的实际接线。

欲改变控制功能：SB1SB2KMFRKM继电器控制接线PLC控制外部接线PLC~SB1SB2KM主电路相同例如KMQFUFR

M3~2、指令表指令语句表编程是用一个或几个字符来代表可编程控制器的某种操作功能。指令语句的组成操作码＋操作数操作码：指定要执行的功能，即CPU应进行的操作。操作数：包含执行该操作所需的信息，即CPU应用什么地方的东西来执行此操作。不同厂家的PLC使用的操作码助记符不同。0000050005000001LD0000OR0500ANDNOT0001OUT0500梯形图程序语句表程序

多条指令语句的组合构成了语句表程序3、顺序功能流程图编程：用功能图来表达一个顺序控制过程。功能表图的组成：步、有向连线、转换条件、动作说明。1启动压ST12压ST23工进车停原位快退快进压ST34正在执行的步叫活动步，当前一步为活动步且转换条件满足时，启动下一步并终止前一步。SB2SQSB1输入部分用户程序输出部分~KM第三节可编程控制器的工作原理一、PLC控制系统的等效工作电路0500PLCCOM0000000000010002≈00000500000100020500COM000100021、输入部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。在PLC内部，与输入端子相连的输入继电器是“软继电器”（即存储器基本单元中的某一位），采用八进制编号，可提供无数个常开和常闭触点供PLC内部控制电路编程使用。输入继电器只能由现场的输入元件（开关、按钮等）信号驱动，不能用程序驱动。故梯形图中只能使用输入继电器触点，不能使用输入继电器线圈。输入继电器线圈的“得电”即将外部输入元件的状态写入对应的基本单元中。2、内部控制电路指由用户程序（梯形图或指令语句）形成的用“软继电器”来代替硬继电器的控制逻辑。作用：按照用户程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行检测、判断、运算和处理，然后得到相应输出。3、输出部分输出部分由PLC内部与内部控制电路隔离的输出继电器的外部常开触点、输出接线端子和外部驱动电路组成。用来驱动外部负载。在PLC内部，外部输出触点与输出端子相连，向外部负载输出信号，且一个输出继电器只有一个常开型外部输出触点。输出继电器有无数个内部常开和常闭触点，编程时可随意使用。二、PLC的工作方式及工作过程

工作方式：周期循环顺序扫描一个循环扫描过程称为扫描周期。扫描过程分为三个阶段进行：输入采样程序执行输出刷新输入采样程序执行输出刷新一个扫描周期●●●Y0Y1Yn输入映像寄存器①采样元素映像寄存器③写⑤写④读X0Y0Y0M0●●●●●●输出锁存电路输出端子输入端子●●●②读PLC的工作过程●●●X0X1Xn⑥刷新PLC具体工作过程如下：1、输入采样阶段

PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态（开或关、即ON或OFF、“1”或“0”）读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的采样。接着转入程序执行阶段，在程序执行期间，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。2、程序执行阶段程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图表示，则总是按先左后右、先上后下的顺序进行扫描；每扫描到一条指令时，所需要的输入元件状态或其它元件的状态分别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，而将执行结果写入到元件映像寄存器中；元件映像寄存器中寄存的内容，随程序执行的进程而动态变化。3、输出刷新阶段将元件映像寄存器中所有输出继电器的状态转存到输出锁存寄存器，再去驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。注意：

PLC重复执行上述三个过程，每重复一次的时间就是一个工作周期（或扫描周期）。

PLC在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出