任务3.2 认识PLC的结构和工作原理

机床电气控制数控陕西工业职业技术学院陕西能源职业技术学院认识PLC的结构和工作原理初学者必须掌握PLC的概念和基础理论，熟练掌握PLC的结构，并深刻其工作原理，以此为基础才能运用PLC合理高效的各种开发控制系统。本任务介绍PLC的结构组成及其工作原理。【学习目标】一、知识目标1.掌握PLC的组成及各部分的功用；2.掌握PLC的软件和硬件；3.掌握PLC的扫描概念及工作原理。二、能力目标1.能正确理解PLC各部分的功用；2.能基于PLC的工作原理分析PLC控制电动机正反转的工作过程。知识点1PLC的基本构成一、PLC的基本结构知识点2PLC的硬件结构输入设备输出设备一、PLC的硬件组成电源CPU存储器系统程序存储器用户程序存储器外设接口I/O扩展口输入单元输出单元主机I/O扩展单元特殊功能单元编程器盒式磁带机打印机EPROM写入器上位计算机PLC可编程终端PT…一、PLC的硬件组成1.中央处理器中央处理器（centralprocessingunit，CPU）是PLC的核心。CPU的主要功能01接收和储存用户程序和数据；用扫描的方式采集现场输入装置的状态或数据；监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态；诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译；在运行状态，从用户程序存储器中逐条读取指令，分析并执行指令。一、PLC的硬件组成1.中央处理器CPU的主要构成02CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成。

此外，还有外围芯片、总线接口及有关电路。一、PLC的硬件组成1.中央处理器CPU各部分的主要功能03控制器控制PLC工作，由它读取指令，解释并执行命令。工作的时序（节奏）则由振荡信号控制。运算器用于完成算术或逻辑运算，在控制器的指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果。它也是在控制器的指挥下工作。一、PLC的硬件组成2.存储器PLC中使用两种类型的存储器：一种是只读类型存储器ROM，另一种是可读/写的随机存储器RAM。PLC的存储器分为5个区域。一、PLC的硬件组成3.输入/输出模块PLC的输入/输出模块是PLC与工业现场设备相连接的端口，输入和输出信号可以是开关量或模拟量，其接口是内部弱电信号与工业强大信号联系的桥梁。

输入/输出模块主要起隔离保护和信号调理作用。一、PLC的硬件组成3.输入/输出模块输入模块01输入模块是PLC内部输入接口电路，其作用是将PLC外部电路提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送到PLC内部电路。根据常用输入接口电路电压类型和电路形式的不同，输入接口分为直流输入式和交流输入式两类。一、PLC的硬件组成3.输入/输出模块输出模块02

输出模块是PLC输出接口电路，用来将CPU运算的结果传送给输出端的电路元件，以控制其接通或断开，从而驱动被控负载。

依据不同负载工作电路，PLC输出接口电路有继电器式输出（relayoutput）、晶闸管式输出（thyristoroutput）和晶体管式输出（transistoroutput）三种类型。一、PLC的硬件组成3.输入/输出模块公共端点03

通常在PLC内部将一组输入/输出电路的公共端连在一起，共用一个公共端点（publicendpoints），以减少PLC的外部接线。PLC一般以三四个输出或输入接点为一组，在PLC内部连成一个输出公共端，公共端点之间是绝缘隔离的。分组后，不同的负载可以采用不同的驱动电源。一、PLC的硬件组成4.其他组成部分I/O扩展接口电路可连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量I/O端子。外设通信接口电路可连接手持编程器等外设，并能组成PLC的控制网络，可以实现编程、监控、联网等功能。电源等知识点3PLC的软件系统一、概述二、PLC的系统程序（1）概念：系统程序与PLC的硬件组成有关，由PLC制造厂商设计编写，并直接固化在ROM、PROM或EPROM中，不允许用户进行更改。（2）功能：完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供PLC运行的平台。二、PLC的系统程序（3）构成：三、PLC的用户程序（1）概念：用户程序是用户根据现场控制的需要，用PLC的程序语言编制的应用程序，用以实现各种控制要求。（2）用户程序的存储：用户程序由用户编写后，可通过编程器写入到PLC的用户程序存储器中。用户程序存储器常用的有RAM、EPROM或EEPROM等类型。三、PLC的用户程序（3）PLC的编程语言：梯形图、语句表、功能块图、顺序功能图、结构文本。知识点4PLC的工作原理一、PLC的工作方式PLC的CPU采取循环扫描工作方式执行用户任务。PLC的CPU扫描工作过程二、PLC循环扫描工作的各个阶段（1）执行CPU自诊断阶段。每次扫描开始，PLC先执行一次自诊断程序，对各输入/输出点、存储器和CPU等进行诊断。（2）处理通信请求阶段。诊断结束后，如果没有发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果有故障就进行相应的处理，如接受编程器的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。（3）读输入阶段，又称输入采样或输入扫描。PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入端子信号读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程就称为输入扫描，或输入采样。二、PLC循环扫描工作的各个阶段（4）执行程序阶段。完成输入扫描工作后，CPU将按顺序对从0号地址开始的指令逐条扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获取所需的数据进行运算和处理，再将程序执行的结果写入输出映像寄存器中保存。（5）写输出阶段，又称为输出刷新。在每个扫描周期的结尾，CPU把存放在输出映像寄存器中的数据写入输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。三、PLC的扫描周期（1）概念：PLC的每个工作循环时间，即程序运行一次所经历的时间称为PLC的一个机器扫描周期，简称扫描周期。（2）影响扫描周期的因素： CPU的时钟速度 PLC的I/O数量

程序的长度三、工作原理小结任务实施本任务采用PLC做控制器实现电动机正反转控制。在系统调试运行时，打开程序状态监视功能。请认真观察操作正转起动按钮、反转起动按钮、停止按钮时，PLC的输入输出指示灯的亮灭情况以及用户程序中各元件的通断状态和输出元件的逻辑结果。结合观察结果进一步加深对PLC工作的原理和循环扫描模式的理解。一、任务描述要完成“PLC控制电动机正反转运行”任务，通常包括分析设备工作过程、明确输入输出元件、分配I/O元件地址、选择性价比合适的电路硬件、设计电路原理图，完成硬件电路接线、设计控制程序和电路运行调试等方面工作。由于初学，在这里简要分析设备工作过程、明确输入输出元件、分配I/O元件地址、设计电路原理图等环节，重点观察系统调试过程。二、任务实施输入元件地址分配输出元件地址分配输入地址功能