[工學(xué)]plc的結(jié)構(gòu)和工作原理

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1、PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC的工作原理PLC的分類PLC的主要技術(shù)指標(biāo)PLC的發(fā)展趨勢一、PLC的基本結(jié)構(gòu)1．主機(jī)2．I/O擴(kuò)展機(jī)3．外部設(shè)備1．主機(jī)CPU（微處理器）存儲器輸入單元輸出單元電源I/O擴(kuò)展接口外設(shè)I/O接口（1）CPUCPU是PLC的核心，類似于人的大腦。具體作用如下：①接受、存儲用戶程序。②按掃描方式接收來自輸入單元的數(shù)據(jù)和各狀態(tài)信息，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。③執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序，完成數(shù)據(jù)和信息的邏輯處理，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部控制信號，完成用戶指令規(guī)定的各種操作。④響應(yīng)外部設(shè)備的請求。（2）存儲器

2、PLC的存儲器有兩種：系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序存儲器主要用于存放系統(tǒng)正常工作所必須的程序，如系統(tǒng)診斷程序、鍵盤輸入處理程序、指令解釋程序、監(jiān)控程序等。這些程序與用戶無直接關(guān)系，已由廠家直接固化進(jìn)EPROM中，不能由用戶直接存取、修改。用戶程序存儲器主要存放用戶程序（用戶利用PLC的編程語言按不同控制要求所編制的控制程序或數(shù)據(jù)，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)繼電器控制系統(tǒng)硬接線的控制電路圖），可修改。(3)輸入單元輸入單元的作用是接收從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)和傳感器等輸入的現(xiàn)場控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能接收和處理的數(shù)字信號

3、。根據(jù)輸入信號形式的不同，可分為開關(guān)量輸入單元和模擬量輸入單元兩大類。開關(guān)量輸入單元模擬量輸入單元：（4）輸出單元輸出單元接收經(jīng)過CPU處理過的輸出數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所能接收的電壓或電流信號，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥和指示器件等。根據(jù)輸出信號形式的不同，可分為開關(guān)量輸出單元和模擬量輸出單元兩大類。①開關(guān)量輸出單元：繼電器輸出方式晶體管輸出方式晶閘管輸出方式繼電器輸出電路繼電器輸出方式的特點(diǎn)既可驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載,又可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力在2A左右。優(yōu)點(diǎn)：適用電壓范圍比較寬，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過電壓和過電流

4、的能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：動(dòng)作速度較慢，動(dòng)作次數(shù)（壽命）有一定的限制。建議在輸出量變化不頻繁時(shí)優(yōu)先選用。晶體管輸出電路晶體管輸出方式的特點(diǎn)只可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力為零點(diǎn)幾安培左右。優(yōu)點(diǎn)：可靠性強(qiáng)，執(zhí)行速度快，壽命長。缺點(diǎn)：過載能力差。適合在直流供電、輸出量變化快的場合選用。晶閘管輸出電路晶閘管輸出方式的特點(diǎn)適合驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載。驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力為1A左右。優(yōu)點(diǎn)：可靠性強(qiáng)，執(zhí)行速度快，壽命長。缺點(diǎn)：過載能力差。適合在交流供電、輸出量變化快的場合選用。②模擬量輸出單元（5）電源電源單元的作用是把外部電源（220V的交流電源）轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電

5、壓。外部連接的電源，通過PLC內(nèi)部配有的一個(gè)專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源（直流5伏、±12伏、24伏），并為外部輸入元件（如接近開關(guān)、）提供24V直流電源（僅供輸入端點(diǎn)使用），而驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的電源由用戶提供。電源組件內(nèi)還裝有備用鋰電池，以保證在斷電時(shí)保存必要的信息。（6）I/O擴(kuò)展接口I/O擴(kuò)展接口是PLC主機(jī)為了擴(kuò)展輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和類型的部件，輸入/輸出擴(kuò)展單元、遠(yuǎn)程輸入/輸出擴(kuò)展單元、智能輸入/輸出單元等都通過它與主機(jī)相連。I/O擴(kuò)展接口有并行接口、串行接口等多種形式。（7）外

6、設(shè)I/O接口外設(shè)I/O接口是PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話、機(jī)機(jī)對話的通道。通過它，PLC可以和編程器、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等外部設(shè)備相連，也可以與其他PLC或上位計(jì)算機(jī)連接。2．I/O擴(kuò)展機(jī)每種PLC都有與主機(jī)相配的擴(kuò)展模塊，用來擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，以便根據(jù)控制要求靈活組合系統(tǒng)。PLC的擴(kuò)展模塊內(nèi)一般不設(shè)CPU，僅對I/O通道進(jìn)行擴(kuò)展，不能脫離主機(jī)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。3．外部設(shè)備編程設(shè)備盒式磁帶機(jī)打印機(jī)EPROM寫入器圖形監(jiān)控系統(tǒng)PLC或上位計(jì)算機(jī)二、PLC的工作原理1.PLC的工作方式——循環(huán)掃描方式一個(gè)掃描周期主要可分為：（

7、1）輸入采樣階段（2）執(zhí)行程序階段（3）處理通信請求階段（4）執(zhí)行CPU自診斷測試階段（5）輸出刷新階段輸入輸出的處理過程輸入采樣階段執(zhí)行程序階段輸出刷新階段輸入采樣階段PLC以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说臓顟B(tài)讀入到輸入狀態(tài)寄存器中存儲，這一過程稱為采樣。在本工作周期內(nèi)這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變，而且將在PLC執(zhí)行程序時(shí)被使用。執(zhí)行程序階段PLC按從上到下、從左到右順序?qū)Τ绦蜻M(jìn)行掃描，并分別從輸入狀態(tài)寄存器和輸出狀態(tài)寄存器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入輸出狀態(tài)寄存器中保存。但這個(gè)結(jié)果在全部程序未執(zhí)行完畢之

8、前不會送到輸出端口上。輸出刷新階段在所有用戶程序執(zhí)行完畢后，PLC將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送入輸出鎖存器中，通過一定的方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。掃描周期PLC重復(fù)執(zhí)行輸入采樣、執(zhí)行程序、輸出刷新三個(gè)階段，每重復(fù)一次的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。PLC的一個(gè)掃描周期一般為