洛阳理工学院毕业设计（论文）
1.2 可编程控制器系统组成
1.2.1 中央处理单元（CPU）的构成
与一般微处理器的概念相同，PLC的核心部件是CPU，负责完成逻辑运算、数字运算及协调系统内各部分的工作。它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
1.2.2 输入输出单元
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：
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开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制
1.2.3 电源单元
电源单元将外界提供的电源转换成PLC的工作电源后，提供给PLC。电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。
1.2.4 外部设备
PLC的外部设备种类很多，总体来说可以概括为4大类：编程设备、监控设备、存储设备、输入/输出设备。大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。
1.3 可编程控制器的工作原理
1.3.1 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，集中对输出信号刷新。 （2）输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序进行执行阶段，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，新状态才能被读入图中当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开
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关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。
图1-1 PLC的工作过程
输出处理是输入扫描否RUN方式？内部处理开 始通信处理执行用户程序一个扫描周期分为输入采样、程序执行、输出刷新PLC程序执行原理图 如下图： 按钮按钮输入映象寄存器程序执行输出映象寄存器接触器输出电路 输入电路（）输入采样 用户程序执行输出刷新图1-2 PLC程序执行原理图 1.3.2 PLC的技术原理 PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信
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信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M~45M之间。 PLC设备分局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。
1.4 PLC的主要技术性能
1.4.1 I/O(输入/输出)点数
如前所述，输入/输出点数是PLC组成控制系统时所能接入的输入/输出信号的最大数量，表示PLC组成系统时可能的最大规模。这里有个问题要注意，在总的点数中，输入点与输出点总是按一定比例设置的，往往是输入点数大于输出点数，且输入和输出点数不相互代替。
1.4.2 应用程序的存储容量
应用程序的存储容量是存放用户程序的存储趋的容量。通常用K字（KW），K字节（KB）或K位（Kb）来表示，1K=1024。也有的PLC直接用所能存放的程序量表示。
1.4.3 扫描速度
扫描速度一般以执行1000条基本指令所需的时间来衡量，单位为毫秒/千步，也有以执行一步指令时间的，如微妙/步。以下是扫描速度参考值：由目前PLC采用的CPU主频考虑，扫描速度比较慢的为2.2ms/K逻辑运算程序和60ms/K数字运算程序；较快的为1ms/K逻辑运算程序和10ms/K数字运算程序；更快的能够达到0.75ms/K逻辑运算程序。
另外，可编程控制器的可扩展性、可靠性、易操作性及经济性等 指标也是用户关心的问题。
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1.5指令系统
PLC编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言,也不同于一般的汇编语言。它既满足易于编写,又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各成家产品都能兼容的汇编语言，如三菱公司的产品有他自己的编程语言，OMRON公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的PLC,其编程语言都具有以下特点：
1.5.1 图形式指令结构
程序有图形方式表达，指令有不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件开发者以把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形，用户根据自己的需要把这些图形进行结合，并填入适当的参数。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑与案件图形符号来表示控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算，定时计数等。一般也参照梯形图或逻辑元件图给与表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎。
1.5.2 明确的变量常数
图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填入，如K400,T120等,PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定，由产品型号决定，可查阅产品目录手册。
1.5.3 简化的程序结构
PLC的程序结构通常简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，是程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。
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