PLC主要組成部件及其主要作用如下課件

第二章可編程序控制器的組成和工作原理教學(xué)提示：要正確地應(yīng)用PLC去完成各種不同的控制任務(wù)，必須了解PLC的工作原理和技術(shù)構(gòu)成。PLC產(chǎn)品種類較多，不同型號的PLC在結(jié)構(gòu)上有一定的區(qū)別，但它們的基本組成和工作原理卻是基本相同的。了解PLC的基本組成和工作原理對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和系統(tǒng)設(shè)計很有必要。教學(xué)要求：本章讓學(xué)生了解PLC的基本結(jié)構(gòu)、各部分的作用和I/O接口電路，熟悉PLC的基本工作原理，了解PLC在程序編制過程中所使用的幾種編程語言，對PLC系統(tǒng)有一個基本和全面的認(rèn)識。第二章可編程序控制器的組成和工作原理教學(xué)提示：要正確地應(yīng)1第二章可編程序控制器的組成和工作原理2.1PLC的組成及各部件的作用2..1.1PLC的硬件組成2.1.2PLC的軟件組成2.2PLC的輸入與輸出接口2.2.1PLC的開關(guān)量輸入接口2.4.1PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)2.3PLC的工作原理2.4PLC的編程語言2.2.2PLC的開關(guān)量輸出接口2.4.2梯形圖的特點第二章可編程序控制器的組成和工作原理2.1PLC的組成22.1PLC的組成及各部件的作用2.1.1PLC的硬件組成PLC的硬件系統(tǒng)由主機(jī)、輸入/輸出擴(kuò)展單元及外部設(shè)備組成，如圖2.1所示。2.1PLC的組成及各部件的作用2.1.1PLC的硬件組3PLC主要組成部件及其主要作用如下：1.中央處理器（CentralProcessingUnit,CPU）CPU由微處理器和控制器組成，它可以實現(xiàn)邏輯運算和數(shù)學(xué)運算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€微處理器的各個部件有條不紊的進(jìn)行工作，它的基本功能就是從內(nèi)存中讀取指令和執(zhí)行指令。

PLC常用的CPU有通用微處理器、單片機(jī)和位片式微處理器。通用微處理器按其處理數(shù)據(jù)的位數(shù)可分為4位、8位、16位和32位等。PLC大多用8位和16位微處理器。PLC主要組成部件及其主要作用如下：1.中央處理器（Cen4控制器的主要功能有以下幾點：（1）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，通過輸入接口存人輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中，用掃描方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)(輸入映像寄存器)。

（2）按用戶程序存儲器中存放的先后次序逐條讀取指令，完成各種數(shù)據(jù)的運算、傳遞和存儲等功能，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運算和操作。（3）把各種運算結(jié)果向外界輸出。（4）監(jiān)測和診斷電源以及PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和用戶程序編程過程中出現(xiàn)的語法錯誤。

（5）根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內(nèi)容，響應(yīng)各種外部設(shè)備（如編程器、打印機(jī)、上位計算機(jī)、圖形監(jiān)控系統(tǒng)、條碼判讀器等）的工作請求，以實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能?？刂破鞯闹饕δ苡幸韵聨c：（1）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的52．存儲器PLC的存儲器主要包括：（1）只讀存儲器(ReadOnlyMemory，ROM)（2）可編程只讀存儲器(ProgrammableReadOnlyMemory，PROM)（3）可擦除可編程只讀存儲器((ErasableProgrammableReadOnlyMemory，EPROM)（4）電可擦除可編程只讀存儲器((ElectricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory,EEPROM)（5）隨機(jī)存取存儲器(RandomAccessMemory,RAM)2．存儲器PLC的存儲器主要包括：（1）只讀存儲器(Rea63．輸入/輸出接口單元輸入／輸出接口單元通常也稱I／O單元或I／O模塊，是PLC與工業(yè)過程控制現(xiàn)場之間的連接部件（1）專用編程器輸入/輸出擴(kuò)展單元是用來擴(kuò)展PLC的輸入、輸出點數(shù)4．輸入/輸出擴(kuò)展單元5．編程裝置（2）配有專用編程軟件包的通用計算機(jī)系統(tǒng)

3．輸入/輸出接口單元輸入／輸出接口單元通常也稱I／O單元或76．電源PLC的電源是指把外部供應(yīng)的交流電源經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC內(nèi)部的CPU、存儲器和I/O接口等電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊

PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器

7．通訊接口8．外部設(shè)備接口及特殊模塊外部設(shè)備接口是可編程序控制器主機(jī)實現(xiàn)人—機(jī)對話、機(jī)—機(jī)對話的通道6．電源PLC的電源是指把外部供應(yīng)的交流電源經(jīng)過整流、濾波、8（1）系統(tǒng)管理程序（2）用戶指令解釋程序（3）標(biāo)準(zhǔn)模塊和系統(tǒng)調(diào)用2.1.2PLC的軟件組成1.系統(tǒng)程序運行管理存儲空間的分配管理系統(tǒng)自檢程序

2.用戶程序PLC的用戶程序是用戶利用PLC廠家提供的編程語言，根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的控制目的來編制的程序

（1）系統(tǒng)管理程序（2）用戶指令解釋程序（3）標(biāo)準(zhǔn)模塊和92.2PLC的輸入與輸出接口2.2.1PLC的開關(guān)量輸入接口開關(guān)量輸入接口的作用是把現(xiàn)場的開關(guān)量信號轉(zhuǎn)變成PLC內(nèi)部可處理的標(biāo)準(zhǔn)信號直流輸入接口

交流輸入接口

常用的開關(guān)量輸入接口按其使用電源不同可以分成三種類型：交/直流輸入接口

2.2PLC的輸入與輸出接口2.2.1PLC的開關(guān)量輸10圖2.2是FX1N基本單元直流輸入電路的示意圖，COM是各輸入信號的公共點圖2.2FX1N輸入接口示意圖圖2.2是FX1N基本單元直流輸入電路的示意圖，COM是各輸112.2.2PLC的開關(guān)量輸出接口1.晶體管輸出型接口晶體管輸出單元的驅(qū)動電路一般采用三極管進(jìn)行驅(qū)動放大，其輸出方式一般為集電極輸出，外加直流負(fù)載電源，電路如圖2.3所示

圖2.3晶體管型輸出電路2.2.2PLC的開關(guān)量輸出接口1.晶體管輸出型接口晶122.繼電器輸出型接口圖2.4繼電器型輸出電路2.繼電器輸出型接口圖2.4繼電器型輸出電路133.晶閘管型輸出電路圖2.5晶閘管型輸出電路3.晶閘管型輸出電路圖2.5晶閘管型輸出電路142.3PLC的工作原理1．循環(huán)掃描的工作原理PLC的工作方式是一種串行循環(huán)工作方式，如圖2.6所示PLC的—個工作過程主要分三個階段進(jìn)行輸入采樣階段程序執(zhí)行階段輸出刷新階段2.3PLC的工作原理1．循環(huán)掃描的工作原理PLC的工作15圖2.6PLC的循環(huán)掃描過程圖2.6PLC的循環(huán)掃描過程162.PLC的工作狀態(tài)PLC有兩種工作狀態(tài)

運行(RUN)狀態(tài)

3.掃描周期和響應(yīng)時間掃描周期的長短主要取決于子以下幾個因素停止(STOP)狀態(tài)

CPU執(zhí)行指令的速度

執(zhí)行每條指令占用的時間

程序中指令條數(shù)的多少

響應(yīng)時間可以分為最短響應(yīng)時間

最短響應(yīng)時間

2.PLC的工作狀態(tài)PLC有兩種工作狀態(tài)運行(RUN)狀172.4.1PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)通常PLC不采用計算機(jī)編程語言，而采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，主要有下述5種編程語言

1.梯形圖語言(LadderDiagram，LD)

2.4PLC的編程語言進(jìn)行梯形圖編程過程中涉及到以下幾個基本概念：

能流

母線

軟觸點

圖2.8梯形圖和能流

2.4.1PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)通常PLC不采用計算機(jī)182.功能圖塊(FBD)

圖2.9功能圖塊3.狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(SFC)圖2.10狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖2.功能圖塊(FBD)圖2.9功能圖塊3.狀態(tài)轉(zhuǎn)194.指令語言（IL）PLC的指令是一種與微機(jī)的匯編語言中的指令相似的助記符表達(dá)式。把圖2.9所示梯形圖程序用指令語言編寫如下：

5.結(jié)構(gòu)文本（ST）序號操作碼操作數(shù)1LDX02ORM03ANDIX14OUTY04.指令語言（IL）PLC的指令是一種與微機(jī)的匯編語言中202.4.2梯形圖的特點梯形圖設(shè)計語言有以下幾個基本特點：1.PLC梯形圖與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性，并與傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制技術(shù)相一致

2.梯形圖中的“能流”(PowerFlow)不是實際意義的電流，而是“概念”電流，是用戶程序解算中滿足輸出執(zhí)行條件的形象表示方式

3.梯形圖中各編程元件所描述的常開觸點和常閉觸點可在編制用戶程序時無限引用，不受次數(shù)的限制，既可常開又可常閉

4.梯形圖格式中的繼電器與物理繼電器是不同概念

2.4.2梯形圖的特點梯形圖設(shè)計語言有以下幾個基本特點：215.梯形圖中輸入繼電器的狀態(tài)唯一地取決于對應(yīng)的外部輸入電路的通斷狀態(tài)，因此在梯形圖中沒有輸入繼電器的線圈6.根據(jù)梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，可以求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的ON／OFF狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算

7.梯形圖中的用戶邏輯解算結(jié)果，馬上可為后面用戶程序的解算所利用

8.梯形圖語言與其它程序設(shè)計語言有一一對應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和對程序的檢查

5.梯形圖中輸入繼電器的狀態(tài)唯一地取決于對應(yīng)的外部輸入電路22小結(jié)PLC是一種工業(yè)控制計算機(jī)，由硬件和軟件組成。硬件有CPU、存儲器、輸入輸出接口、編程器、特殊功能模塊等；軟件由系統(tǒng)軟件和用戶（應(yīng)用）軟件構(gòu)成在系統(tǒng)程序的管理下，PLC以循環(huán)掃描的方式通過運行應(yīng)用程序，對控制要求進(jìn)行處理判斷，并通過執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制任務(wù)PLC的編程語言有梯形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、功能圖塊、指令語言和結(jié)構(gòu)文本小結(jié)PLC是一種工業(yè)控制計算機(jī)，由硬件和軟件組成。硬23第二章可編程序控制器的組成和工作原理教學(xué)提示：要正確地應(yīng)用PLC去完成各種不同的控制任務(wù)，必須了解PLC的工作原理和技術(shù)構(gòu)成。PLC產(chǎn)品種類較多，不同型號的PLC在結(jié)構(gòu)上有一定的區(qū)別，但它們的基本組成和工作原理卻是基本相同的。了解PLC的基本組成和工作原理對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和系統(tǒng)設(shè)計很有必要。教學(xué)要求：本章讓學(xué)生了解PLC的基本結(jié)構(gòu)、各部分的作用和I/O接口電路，熟悉PLC的基本工作原理，了解PLC在程序編制過程中所使用的幾種編程語言，對PLC系統(tǒng)有一個基本和全面的認(rèn)識。第二章可編程序控制器的組成和工作原理教學(xué)提示：要正確地應(yīng)24第二章可編程序控制器的組成和工作原理2.1PLC的組成及各部件的作用2..1.1PLC的硬件組成2.1.2PLC的軟件組成2.2PLC的輸入與輸出接口2.2.1PLC的開關(guān)量輸入接口2.4.1PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)2.3PLC的工作原理2.4PLC的編程語言2.2.2PLC的開關(guān)量輸出接口2.4.2梯形圖的特點第二章可編程序控制器的組成和工作原理2.1PLC的組成252.1PLC的組成及各部件的作用2.1.1PLC的硬件組成PLC的硬件系統(tǒng)由主機(jī)、輸入/輸出擴(kuò)展單元及外部設(shè)備組成，如圖2.1所示。2.1PLC的組成及各部件的作用2.1.1PLC的硬件組26PLC主要組成部件及其主要作用如下：1.中央處理器（CentralProcessingUnit,CPU）CPU由微處理器和控制器組成，它可以實現(xiàn)邏輯運算和數(shù)學(xué)運算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€微處理器的各個部件有條不紊的進(jìn)行工作，它的基本功能就是從內(nèi)存中讀取指令和執(zhí)行指令。

PLC常用的CPU有通用微處理器、單片機(jī)和位片式微處理器。通用微處理器按其處理數(shù)據(jù)的位數(shù)可分為4位、8位、16位和32位等。PLC大多用8位和16位微處理器。PLC主要組成部件及其主要作用如下：1.中央處理器（Cen27控制器的主要功能有以下幾點：（1）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，通過輸入接口存人輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中，用掃描方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)(輸入映像寄存器)。

（2）按用戶程序存儲器中存放的先后次序逐條讀取指令，完成各種數(shù)據(jù)的運算、傳遞和存儲等功能，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運算和操作。（3）把各種運算結(jié)果向外界輸出。（4）監(jiān)測和診斷電源以及PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和用戶程序編程過程中出現(xiàn)的語法錯誤。

（5）根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內(nèi)容，響應(yīng)各種外部設(shè)備（如編程器、打印機(jī)、上位計算機(jī)、圖形監(jiān)控系統(tǒng)、條碼判讀器等）的工作請求，以實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。控制器的主要功能有以下幾點：（1）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的282．存儲器PLC的存儲器主要包括：（1）只讀存儲器(ReadOnlyMemory，ROM)（2）可編程只讀存儲器(ProgrammableReadOnlyMemory，PROM)（3）可擦除可編程只讀存儲器((ErasableProgrammableReadOnlyMemory，EPROM)（4）電可擦除可編程只讀存儲器((ElectricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory,EEPROM)（5）隨機(jī)存取存儲器(RandomAccessMemory,RAM)2．存儲器PLC的存儲器主要包括：（1）只讀存儲器(Rea293．輸入/輸出接口單元輸入／輸出接口單元通常也稱I／O單元或I／O模塊，是PLC與工業(yè)過程控制現(xiàn)場之間的連接部件（1）專用編程器輸入/輸出擴(kuò)展單元是用來擴(kuò)展PLC的輸入、輸出點數(shù)4．輸入/輸出擴(kuò)展單元5．編程裝置（2）配有專用編程軟件包的通用計算機(jī)系統(tǒng)

3．輸入/輸出接口單元輸入／輸出接口單元通常也稱I／O單元或306．電源PLC的電源是指把外部供應(yīng)的交流電源經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC內(nèi)部的CPU、存儲器和I/O接口等電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊

PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器

7．通訊接口8．外部設(shè)備接口及特殊模塊外部設(shè)備接口是可編程序控制器主機(jī)實現(xiàn)人—機(jī)對話、機(jī)—機(jī)對話的通道6．電源PLC的電源是指把外部供應(yīng)的交流電源經(jīng)過整流、濾波、31（1）系統(tǒng)管理程序（2）用戶指令解釋程序（3）標(biāo)準(zhǔn)模塊和系統(tǒng)調(diào)用2.1.2PLC的軟件組成1.系統(tǒng)程序運行管理存儲空間的分配管理系統(tǒng)自檢程序

2.用戶程序PLC的用戶程序是用戶利用PLC廠家提供的編程語言，根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的控制目的來編制的程序

（1）系統(tǒng)管理程序（2）用戶指令解釋程序（3）標(biāo)準(zhǔn)模塊和322.2PLC的輸入與輸出接口2.2.1PLC的開關(guān)量輸入接口開關(guān)量輸入接口的作用是把現(xiàn)場的開關(guān)量信號轉(zhuǎn)變成PLC內(nèi)部可處理的標(biāo)準(zhǔn)信號直流輸入接口

交流輸入接口

常用的開關(guān)量輸入接口按其使用電源不同可以分成三種類型：交/直流輸入接口

2.2PLC的輸入與輸出接口2.2.1PLC的開關(guān)量輸33圖2.2是FX1N基本單元直流輸入電路的示意圖，COM是各輸入信號的公共點圖2.2FX1N輸入接口示意圖圖2.2是FX1N基本單元直流輸入電路的示意圖，COM是各輸342.2.2PLC的開關(guān)量輸出接口1.晶體管輸出型接口晶體管輸出單元的驅(qū)動電路一般采用三極管進(jìn)行驅(qū)動放大，其輸出方式一般為集電極輸出，外加直流負(fù)載電源，電路如圖2.3所示

圖2.3晶體管型輸出電路2.2.2PLC的開關(guān)量輸出接口1.晶體管輸出型接口晶352.繼電器輸出型接口圖2.4繼電器型輸出電路2.繼電器輸出型接口圖2.4繼電器型輸出電路363.晶閘管型輸出電路圖2.5晶閘管型輸出電路3.晶閘管型輸出電路圖2.5晶閘管型輸出電路372.3PLC的工作原理1．循環(huán)掃描的工作原理PLC的工作方式是一種串行循環(huán)工作方式，如圖2.6所示PLC的—個工作過程主要分三個階段進(jìn)行輸入采樣階段程序執(zhí)行階段輸出刷新階段2.3PLC的工作原理1．循環(huán)掃描的工作原理PLC的工作38圖2.6PLC的循環(huán)掃描過程圖2.6PLC的循環(huán)掃描過程392.PLC的工作狀態(tài)PLC有兩種工作狀態(tài)

運行(RUN)狀態(tài)

3.掃描周期和響應(yīng)時間掃描周期的長短主要取決于子以下幾個因素停止(STOP)狀態(tài)

CPU執(zhí)行指令的速度

執(zhí)行每條指令占用的時間

程序中指令條數(shù)的多少

響應(yīng)時間可以分為最短響應(yīng)時間

最短響應(yīng)時間

2.PLC的工作狀態(tài)PLC有兩種工作狀態(tài)運行(RUN)狀402.4.1PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)通常PLC不采用計算機(jī)編程語言，而采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，主要有下述5種編程語言

1.梯形圖語言(LadderDiagram，LD)

2.4PLC的編程語言進(jìn)行梯形圖編程過程中涉及到以下幾個基本概念：

能流

母線

軟觸點

圖2.8梯形圖和能流

2.4.1PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)通常PLC不采用計算機(jī)412.功能圖塊(FBD)

圖2.9功能圖塊3.狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(SFC)圖2.10狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖2.功能圖塊(FBD)圖2.9功能圖塊3.狀態(tài)轉(zhuǎn)424.指令語言（IL）PLC的指令是