《电器与 PLC应用技术》
上海应用技术学院电子电工教研室叶 真
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第三章 可编程序控制器的组成及工作原理
和继电器控制系统类似，PLC控制系统也是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。 各部分主要作用：
·输入部分：收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。例如：来自被控对象上的各种开 关信息或操作台上的操作命令等。
·逻辑部分：处理输入部分所取得的信息，并按照被控对象实际的动作要求执行相应的逻辑功
能
·输出部分：对需要实时操作的那些设备提供实际操作信号
由于输入信号一般为开关信号或电压、电流形成的信号源，它们必须转换成微处理器所能接受的电平信号，所以，中间必须加入变换器。同样，微处理器输出的电平信号，也必须转换成控制设备所需的开关信号或电压、电流信号。所以，也要加入变换器。由此，构成了PLC控制系统的基本结构框图（参见教材P58 图3-2）。
按钮 开关等 输入变换器 微处理器 （含存储器） 输出变换器 控制对象 （灯、电动机等）
输入部分（外部） 逻辑部分（内部） 输出部分（外部） 说明：PLC的逻辑部分由大规模集成电路构成的微处理器和存储器组成。
对微处理器进行了软件的开发，提供了许多适用于电气控制的逻辑（软）部件。 逻辑部件：继电器逻辑（与、或、非运算） 定时器
计数器 均为“软”器件 移位寄存器 触发器
编程语言：描述这些逻辑部件的符号和语句
PLC通过编程器编制控制程序，可以将PLC内部各种逻辑部件按照工艺要求进行组合以实现一定的逻辑控制功能。
所谓PLC的控制原理：将输入信息采入PC内部→执行逻辑功能→输出达到控制要求。
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第一节 可编程序控制器的组成
一、PLC的基本组成
基本组成可归为四大部件： 中央处理单元（CPU板）——控制器的核心
输入部件 （I/O部件）——连接现场设备与CPU之间 输出部件 的接口电路
电源部件——为PLC内部电路及输入的开关信号提供电源 整体结构的PLC——四部分装在同一机壳内
模块式结构的PLC——各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成 通常CPU模块本身带有少量的I/O接口
I/O的能力可按用户的需要进行扩展和组合
另外，还必须有编程器——将用户程序写进规定的存储器内 PLC的基本组成框图： 参见教材P58 Fig 3-3
按钮、 接受
继电器触点
现场信号行程开关等
二、PLC各组成部件的作用
输入接口部件可编程序控制器PC中央处理单元CPU（板）输出驱动接口部受控元件件接触器 电磁阀 指示灯等
电源部件图3-3 PLC的基本组成 1. CPU——是PLC的核心部分。其功能：
（1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或
数据寄存器；
（2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；
（3）诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误； （4）在PC进入运行状态后：
a） 执行用户程序——产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指令，经
命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路） b） 进行数据处理——分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动
作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务
c） 更新输出状态——输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出
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映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印、数据通讯等）
2. 存储器
系统程序存储器——存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令 解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数 *不能由用户直接存取
用户存储器 用户程序存储器——存放用户程序。即用户通过编程器输入的程序。 数据存储器（数据区）——存放用户数据
PC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。
注意：系统程序直接关系到PC的性能，不能由用户直接存取，所以，通常PC产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。 3. I/O（输入/输出部件）（I/O模块：接口电路、I/O映像存储器）
——CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块，以及各种用途的I/O组件供用户选用：
输入/输出电平转换 电气隔离 串/并行转换 数据传送 A/D、D/A转换 误码校验 其他功能模块
I/O模块可与CPU放在一起，也可远程放置。通常，I/O模块上还具有状态显示和I/O接线端子排。
4. 编程器等外部设备
编程器——PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具 作用： 用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视 通过键盘和显示器去检测PLC内部状态和参数 通过通讯端口与CPU联系，实现与PLC的人机对话 分类： 简单型——只能联机编程；只能用指令清单编程
智能型——既可联机（Online），也可脱机（Offline）编程；可以采用指令清单
（语句表）、梯形图等语言编程。常可直接以电脑作为编程器，安装
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相关的编程软件编程
注意： 编程器不直接加入现场控制运行。一台编程器可开发、监护许多台PLC的工作。 其他外设： 磁盘、光盘、EPROM写入器（用于固化用户程序）、打印机、图形监视系统
或上位计算机等等。
5. 电源： 内部——开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供DC24V
稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。
外部——可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部
重要数据不致丢失。
第二节 可编程序控制器的工作过程
一、PLC的工作过程框图（参见教材P62 Fig 3-5但稍作修改） 1. 初始操作（上电处理）
PLC未进入正式运行前，首先应确定自身的完好性。这就是接通电源后的初始操作（见图）。通电后，消除各元件的随机状态，进行清零或复位处理，检查I/O单元的连接是否正确（I/O总线）。再做一道题，使它涉及各种指令和内存单元，若解题时间在to以内，则自身完好（否则，系统关闭），解题结束，将监控定时器to复位，才开始正式运行。 2. 运行
·PLC的工作方式——（顺序）周期循环扫描
扫描——按分时操作的原理，每一时刻执行一个操作，顺序进行，这种分时操作的过程
称“CPU对程序的扫描”
·工作特点——集中输入，集中输出（小型PLC） 二、PLC运行过程
1. 四大类操作 （1）公共操作——故障诊断及处理（自检），一般故障，只报警，不停机 （2）I/O操作——联系现场的数据输入及控制信号的输出 （3）执行用户程序——顺序循环扫描 （4）服务外设
2. I/O处理过程——（参见教材P63 Fig3-6） 输入采样 三个阶段 执行用户程序 输出刷新
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