什么是PLC？PLC的组成及特点

一、理论知识

1、 认识PLC

⑴ 什么是PLC？ ：

PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。

图1

其中系列名称：如0、2、0S、1S、ON、1N、2N、2NC等

单元类型： M──基本单元 E──输入输出混合扩展单元

Ex──扩展输入模块 EY──扩展输出模块

输出方式：

R──继电器输出 S──晶闸管输出

T──晶体管输出

特殊品种：

D──DC电源，DC输出 A──AC电源，AC（AC100~120V）输入或AC输出模块

H──大电流输出扩展模块 V──立式端子排的扩展模块

C──接插口输入输出方式 F──输入滤波时间常数为1ms的扩展模块

如果特殊品种一项无符号，为AC电源、DC输入、横式端子排、标准输出。

例如FX2N－48MR－D表示FX2N系列，48个I/O点基本单元，继电器输出，使用直流电源，24V直流输出型。

⑵ PLC的外部结构：

FX2N基本单元各部分说明：

图2

⑵ PLC的内部结构☞：

PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、电源和编程器（或编程软件）组成，CPU模块通过输入模块将外部控制现场的控制信号读入CPU模块的存储器中，经过用户程序处理后，再将控制信号通过输出模块来控制外部控制现场的执行机构。如图1-4是PLC控制系统的示意图。

图3

◆中央处理单元 （ CPU ） 模块

PLC的CPU模块由CPU芯片和存储器组成。

CPU是PLC的核心部件，整个PLC的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行的，它包括微处理器和控制接口电路。

微处理器是可编程序控制器的运算控制中心，由它实现逻辑运算、数学运算，协调控制系统内部各部分的工作。它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。主要任务有：

• 控制接收与存储来自编程器的用户程序和数据。

• 进行自诊断（电源、 PLC 内部电路、语法错误）。

• 执行用户程序

• 用扫描的方式接收现场输入信号的状态或数据（开关量 / 模拟量），并存入输入映像寄存器或数据存储器中。

• 执行用户程序时，从存储器逐条读取指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传递、逻辑运算或算术运算等；

• 根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，再经由输出部件实现输出控制、制表打印或数据通讯等功能。

控制接口电路是微处理器与主机内部其他单元进行联系的部件（实现信息交换、时序配合），它主要有数据缓冲、单元选择、信号匹配、中断管理等功能。

◆存储器

(RAM) 随机存取存储器：可读可写，没有断电保持功能。

(ROM)只读存储器：只读，不能写。

(EPROM)可擦除可编程序的只读存储器：非易失性.用紫外线照射芯片上的透镜窗口，可以擦除已写入的内容,写入新内容。

(EPPROM)可电擦除：的[p1] 它是非易失的,间有ROM的非易失性和RAM的随机存取的优点.但价格比较高。

◆开关量输入/输出接口

PLC与工业过程相连接的接口即为I/O接口，I/O接口有两个要求：一是接口有良好的抗干扰能力，二是接口能满足工业现场各类信号的匹配要求，所以接口电路一般都包含光电隔离电路和RC滤波电路。

① 开关量输入接口

开关量输入电路的作用是将现场的开关量信号变成PLC内部处理的标准信号。开关量输入电路可分为三类：直流输入接口，交流输入接口，交直流输入接口。

图4

图5

② 开关量输出接口

开关量输出电路的作用是将PLC的输出信号传送到用户输出设备（负载），开关量输出电路可分为三类：直流输出接口，交流输出接口，交直流输出接口。按输出开关器件的种类不同，开关量输出电路也可分为三类：晶体管输出型，继电器输出型，双向晶闸管输出型。

1）直流输出接口（晶体管型）

图6

图7

⑵ PLC的控制系统

① 接线程序控制系统

在传统的继电器和电子逻辑控制系统中，完成控制任务的逻辑控制部分是将继电器、接触器、电子元件等用导线连接起来的。这种控制系统称为接线程序控制系统，逻辑程序就在导线连接中，所以也称为接线程序，如图1－11所示。在接线程序控制系统中，控制功能的更改必须通过改变导线的连接才能实现。

图8

② 存储程序控制系统

所谓存储程序控制，就是将控制逻辑以程序语言的形式存放在存储器中，通过执行存储器中的程序实现系统的控制要求。在存储程序控制系统中，控制功能的更改只需改变程序而不必改变导线的连接就能实现。可编程控制系统就是存储程序控制系统，如图1－12所示。它由输入设备、可编程序控制器内部控制电路、输出设备三部分组成。

图9

⑵ PLC的特点☞：

① 高可靠性

② 编程简单，使用方便

可采用梯形图编程方式，与实际继电器控制电路非常接近，一般电气工作者很容易接受。

③ 环境要求低

适用于恶劣的工业环境。

④ 体积小，重量轻

⑤ 扩充方便，组合灵活

PLC的组成及工作原理

PLC的硬件组成：

1． CPU运算和控制中心起“心脏”作用。当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。

2．存储器具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。

3．输入/输出接口

（1）输入接口：光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。

（2）输出接口PLC的继电器输出接口电路工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。输出的三种类型：继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载。晶体管输出：无触点、寿命长，直流负载。晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载

PLC的基本工作原理：

一．PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式。

1．每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。

2．输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。

3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。

4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。

5．扫描周期的长短由三条决定。

（1）CPU执行指令的速度

（2）指令本身占有的时间

（3）指令条数

6．由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。

二．PLC与继电器控制系统、微机区别：

1．PLC与继电器控制系统区别前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。前者用“软件”，后者用“硬件”。

2．PLC与微机区别前者工作方式是“循环扫描”。后者工作方式是“待命或中断”PLC 编程方式。

PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。

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