第讲PLC的基本组成与工作原理
plc的组成及工作原理
plc的组成及工作原理PLC（可编程逻辑控制器）的组成由以下几个主要部分构成：输入模块、中央处理单元（CPU）、输出模块和编程终端。
1. 输入模块：输入模块负责将传感器或开关等现场设备的信号转换成数字信号，以供PLC的CPU进行处理。
输入模块通常包含多个输入通道，每个通道可以接收一个输入信号。
2. 中央处理单元（CPU）：CPU是PLC的核心部分，负责处理输入信号、执行控制逻辑和生成输出信号。
它包含一个或多个处理器核心，以及内存、计时器、计数器等功能模块。
3. 输出模块：输出模块负责将CPU生成的数字信号转换成电流、电压或其他形式的输出信号，以驱动执行器或控制设备。
输出模块通常包含多个输出通道，每个通道可以产生一个输出信号。
4. 编程终端：编程终端是PLC的用户界面，用于编写、编辑和调试PLC程序。
它通常包含一个显示屏、键盘和其他输入设备，可以通过它来输入控制逻辑、参数和其他信息。
PLC的工作原理如下：1. 输入信号采集：PLC的输入模块从现场设备（如传感器、开关等）接收输入信号，并将其转换为数字信号。
这些数字信号被传送到CPU进行处理。
2. 控制逻辑执行：PLC的CPU根据预先编写的控制程序，对输入信号进行逻辑处理，并执行相应的控制操作。
控制逻辑可以包括布尔运算、计时器、计数器等。
3. 输出信号生成：根据控制逻辑的执行结果，PLC的CPU生成相应的输出信号。
输出信号通过输出模块被转换为相应的电流、电压或其他形式的信号，驱动执行器或控制设备。
4. 控制设备操作：输出信号被传送到执行器或控制设备，将其操作或控制。
这可以包括启动电机、控制阀门、开关灯光等。
通过以上的输入、处理和输出过程，PLC实现了对现场设备的自动化控制。
在运行过程中，PLC能够根据输入信号的变化实时地更新控制逻辑，并根据需要改变输出信号，从而实现对设备的精确控制。
第2章 PLC基本组成与工作原理-2h
2.2.2 PLC的工作原理—建立I/O映像区
I/O映象区的大小与系统控 制的规模有关 输入点总有输入映象区的某一 位与之相对应 PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映象区 对应的位上；将运算的结果存放到输出映象区对应的位上 。PLC在执行用户程序时所需“输入继电器”、“输出继 电器”的数据取用于I/O映象区，而不直接与外部设备发 生关系 。
③ PLC循环扫描的工作方式
④ PLC对输入采样、输出刷新的集中处理方式
⑤ 用户程序中语句的安排
输入输出延迟时间——最短响应时间
输入/输出 刷新时间
一个扫描周期
执行指令
一个扫描周期
执行指令
输入 端子 输入延迟时间 输入滤波 电路输出
CPU读输入
输出 端子 最短I/O响应时间
输出延迟时间
最短响应时间=输入延迟时间+一个扫描周期+输出延迟时间
输入采样阶段
程序执行阶段
输出刷新阶段
输入、输出延迟响应
是指可编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有 关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，几十毫秒。
① 输入电路滤波时间，它由RC滤波电路的时间常数决定。 改变时间常数可调整输入延迟时间。 ② 输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。 继电器输出方式的滞后时间为10ms左右；双向晶闸管输出 方式，在接通负载时滞后时间约为1ms，切断负载时滞后时 间小于10ms；晶体管输出方式的滞后时间小于1ms。
(3)可电擦除可编程的只读存储器(EEPROM) 它是非易失性的，但是可以用编程装置 对它编程．兼有ROM的非易失性和RAM的随 机存取优点，但是将信息写入它所需的时间 比RAM长得多。EEPROM用来存放用户程序 和需长期保存的重要数据。
PLC的基本组成和工作原理
PLC的基本组成和工作原理PLC（Programmable Logic Controller）是一种用于实现工业自动化控制的计算机控制系统。
其组成和工作原理如下。
1.基本组成PLC系统通常由中央处理器CPU、内存模块、输入模块、输出模块和通信模块组成。
-中央处理器（CPU）：是PLC系统的核心部件，负责执行控制程序并进行数据处理和逻辑运算。
-内存模块：用于存储程序代码、数据和中间结果等信息。
-输入模块：负责接收来自外部的传感器、开关等输入信号，并将其转换为数字信号供CPU处理。
-输出模块：负责将CPU处理后的数字信号转换为电流、电压等输出信号，控制执行器、驱动器等执行设备。
-通信模块：用于与其他PLC系统、计算机或设备进行数据交换和通信。
2.工作原理PLC系统的工作原理可以分为五个步骤：扫描输入、执行程序、更新输出、循环扫描和通信。
-扫描输入：将输入模块接收到的外部信号转换为数字信号，并存储在内存中。
这些外部信号通常来自传感器、开关等设备，如温度传感器、按钮开关等。
-执行程序：CPU根据存储在内存中的控制程序进行逻辑运算和数据处理。
控制程序通常由用户通过编程语言编写，用于实现控制逻辑和算法。
-更新输出：根据CPU执行程序的结果，将输出信号存储在内存中。
输出模块将内存中的数字信号转换为电流、电压等输出信号，控制执行设备的执行器、驱动器等，如电机、电磁阀等。
-循环扫描：PLC系统以循环的方式不断扫描输入、执行程序和更新输出的过程，实现对工业控制系统的持续监测和控制。
-通信：PLC系统可以通过通信模块与其他PLC系统、计算机或设备进行数据交换和通信，实现远程监测和控制。
PLC系统的工作原理可以通过一个简单的例子来说明。
假设有一个自动灯控系统，根据光照强度自动控制灯的开关。
传感器将光照强度转换为输入信号，并将其传递给PLC系统的输入模块。
CPU执行存储在内存中的控制程序，判断光照强度是否低于设定值。
如果低于设定值，则CPU更新内存中的输出信号。
PLC组成及工作原理
PLC组成及工作原理PLC是Programmable Logic Controller的简称，中文翻译为可编程逻辑控制器。
它是一种用于自动控制工业过程的数字计算机系统。
PLC由硬件和软件两部分组成，下面将详细介绍PLC的组成和工作原理。
1.硬件组成：PLC的硬件主要包括中央处理器（CPU）、输入输出模块（I/O模块）、电源模块、通信模块以及其他辅助硬件。
-中央处理器（CPU）是PLC的核心，负责接收输入信号、执行程序指令并控制输出信号。
CPU通常具有高性能的微处理器，能够进行复杂的计算和逻辑判断。
-输入输出模块（I/O模块）负责与外部世界进行数据交换。
输入模块用于接收现场传感器、开关等设备的信号，输出模块用于控制执行机构、显示设备等。
-电源模块提供稳定的电源供电，确保PLC正常运行。
-通信模块可实现PLC与其他设备（如人机界面、计算机、远程监控系统等）之间的数据传输和通信。
-其他辅助硬件包括存储器、时钟模块、编程口等，用于存储程序、记录运行时间、与外部进行编程等功能。
2.软件组成：PLC的软件主要包括操作系统、开发环境和用户程序。
-操作系统是PLC的核心软件，用于管理硬件资源、执行程序指令、实现通信等功能。
- 开发环境提供PLC程序的开发、调试和维护工具。
常见的开发环境有LD（Ladder Diagram，梯形图）、FBD（Function Block Diagram，功能块图）、ST（Structured Text，结构化文本）等多种编程语言。
-用户程序是PLC的应用程序，由工程师根据控制需求编写。
用户程序根据输入信号的状态和逻辑关系，通过中央处理器进行逻辑判断并控制输出信号，实现自动化控制。
3.工作原理：PLC的工作原理主要分为输入端、处理端和输出端。
-输入端：PLC通过输入模块接收来自现场的输入信号，如开关状态、传感器信号等。
输入信号会被转换成数字信号，并传给中央处理器。
中央处理器会周期性地扫描输入信号，并将其存储在内部存储器中，以供后续的程序处理。
第二章 PLC的基本组成及工作原理
2.2 PLC的工作原理
继电器控制与 PLC控制的比较：
➢为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异， 考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小 于100ms。这样在对于I/O响应要求不高的场合， PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别 了。
2.1 PLC的基本组成
3)输入/输出模块
（1）输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生 的信号，转换成数字信号送入主机。
内内1
内
内
.
内
输入n
内
COM
2.1 PLC的基本组成
3)输入/输出模块
（2）输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以 驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电 器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。
并通过显示器显示出程序的内容和存储地址。 （ 2 ）检查、校验用户程序。 （ 3 ）接收现场数据。 （ 4 ）执行用户程序。 （ 5 ）故障诊断。
注意：PLC通常以字而不是以字节为单位存储和处理数 据。
描述PLC性能的几个术语
位：二进制的一位，仅有1、0 数字：4位二进制数构成一个数字 字节：2个数字或8位二进制数构成一个字节 字：两个字节构成一个字。
• 继电器输出特点：低速大功率， 用于用于直流、交流负载（隔离、功率放大）。
• 晶体管集电极输出特点：高速小功率， 用于直流负载。
• 双向可控硅（晶闸管的一种）输出特点：高速大功率， 用于交流负载。
2.1 PLC的基本组成
3)输入/输出模块-继电器输出
继电器输出
PLC
内
内
部
部
电
电J
PLC基本组成和工作原理
PLC基本组成和工作原理PLC（可编程逻辑控制器）是现代工业自动化控制系统中必不可少的设备。
它由CPU、存储器、输入/输出模块、通信模块和电源等主要组成部分构成。
PLC通过逻辑程序对输入信号进行处理，并根据程序逻辑控制输出信号，以实现对控制对象的控制。
其工作原理主要是通过循环扫描的方式对输入信号进行采集、处理并更新输出信号。
PLC的基本组成包括以下几个方面：1.CPU（中央处理器）：CPU是PLC的核心部件，负责控制整个系统的操作。
它接收输入信号并根据预设的程序逻辑对输入信号进行处理，并输出相应的控制信号。
2.存储器：PLC中的存储器用于存储程序、数据和操作系统等信息。
其中，程序存储器用于存放用户编写的程序，数据存储器用于存储输入和输出数据，操作系统存储器用于存储操作系统的运行代码。
3.输入/输出模块：输入/输出模块用于将外部信号转换为PLC能识别的电平信号，并将PLC的输出信号转换为可用于控制外部设备的电平信号。
输入模块将外部设备的开关、传感器等输入信号转换为数字信号，输出模块将PLC的输出信号转换为电平信号，以驱动外部设备。
4.通信模块：通信模块使PLC能够与其他设备进行通信，例如与上位机、人机界面等设备进行数据交换和通信。
5.电源：电源为PLC提供所需的电能，确保其正常工作。
PLC的工作原理如下：1.输入信号采集：PLC通过输入模块采集外部设备的输入信号，如传感器、开关等。
输入模块将这些信号转换为数字信号，以便PLC能识别和处理。
2.逻辑处理：CPU接收到输入信号后，根据预设的程序逻辑进行处理。
在这个过程中，PLC可以进行条件判断、逻辑运算、计算等操作，以便生成相应的控制信号。
3.输出信号生成：通过逻辑处理后，CPU将根据程序逻辑生成相应的输出信号。
输出信号可以是开关、继电器等电信号形式。
4.输出信号驱动：输出信号通过输出模块转换为可用于控制外部设备的电平信号，如继电器的开关状态、驱动电机等。
PLC组成及工作原理
PLC组成及工作原理一、PLC的组成PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种专门用于工业自动化控制的电子设备。
它由以下几个主要部份组成：1. 中央处理器（CPU）：负责处理输入信号、执行用户程序以及控制输出信号。
CPU是PLC的核心部件，类似于计算机的大脑。
2. 输入模块：用于接收来自外部设备（如传感器、按钮等）的信号，并将其转换为数字信号，以供CPU处理。
3. 输出模块：用于将CPU处理后的信号转换为可控制外部设备（如机电、阀门等）的信号。
4. 电源模块：为PLC提供所需的电源电压。
5. 通信模块：用于与其他设备进行通信，如人机界面（HMI）、上位机等。
6. 存储器：用于存储用户编写的程序、数据以及系统参数。
二、PLC的工作原理PLC的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 输入信号采集：输入模块接收来自外部设备的信号，如按钮的开关信号、传感器的测量信号等。
2. 信号处理：输入模块将采集到的摹拟信号转换为数字信号，并将其发送给CPU进行处理。
3. 用户程序执行：CPU根据用户事先编写的程序进行逻辑运算和控制计算，包括判断条件、执行操作等。
4. 输出信号控制：CPU根据程序的执行结果，将控制信号发送给输出模块。
5. 输出设备控制：输出模块接收到CPU发送的控制信号后，将其转换为适合外部设备工作的信号，如机电的启停信号、阀门的开关信号等。
6. 反馈信号采集：输出模块还能采集到外部设备的反馈信号，如机电的运行状态、阀门的开闭状态等。
7. 通信与监控：PLC可以通过通信模块与其他设备进行数据交换，如与人机界面进行交互、与上位机进行数据传输等，以实现对整个系统的监控和控制。
三、案例分析以一个简单的水箱控制系统为例，来说明PLC的工作原理。
1. 输入信号采集：水位传感器将水箱内的水位信号转换为数字信号，并发送给PLC的输入模块。
2. 信号处理：输入模块将水位信号转换为PLC可处理的数字信号，并将其发送给CPU。
PLC的基本组成和工作原理
PLC的基本组成和工作原理PLC即可编程逻辑控制器，是一种专门用于自动化控制系统的电子设备。
它由中央处理器、输入输出模块、通信模块、编程设备和电源组成。
PLC的工作原理可简述为输入信号经输入模块转换成数字信号，由中央处理器进行逻辑运算和控制计算，然后将结果通过输出模块转换成输出信号，从而控制外部设备的运行。
1.中央处理器(CPU)：它是PLC的核心部分，负责执行控制程序和逻辑运算。
CPU根据输入信号和编程指令进行逻辑运算和控制计算，并将结果发送给输出模块。
2.输入模块：它接收外部输入的信号，如开关、传感器等，并将这些信号转换成数字信号，供CPU进行逻辑运算。
3.输出模块：它将CPU经过计算得出的控制结果转换成输出信号，用于控制外部设备的运行，如电机、阀门等。
4.通信模块：它用于PLC与上位机或其他PLC之间进行通信，实现数据交换和控制信息传递。
5.编程设备：它用于对PLC进行程序编程和参数设置，常见的编程设备包括编程控制器和编程软件。
6.电源：它为PLC提供电力供应，确保其正常工作。
PLC的工作原理可以分为输入处理、逻辑处理和输出处理三个阶段：1.输入处理：PLC的输入模块接收外部输入信号，如开关、传感器等，并将这些信号转换成数字信号，供CPU进行逻辑运算。
输入模块将输入信号进行滤波、放大和稳定处理，然后将处理后的信号转换成数字信号。
2.逻辑处理：CPU根据输入信号和预先编写好的控制程序进行逻辑运算和控制计算。
控制程序通常以布尔代数、逻辑运算和状态转换为基础，根据不同输入信号的状态和逻辑关系进行判断和计算。
3.输出处理：CPU经过逻辑运算后，将控制结果发送给输出模块。
输出模块将接收到的控制结果进行数字信号转换，并输出给外部设备，如电机、阀门等。
输出模块可以根据需要进行电流、电压或脉冲输出，以实现对外部设备的控制。
总之，PLC的基本组成包括中央处理器、输入输出模块、通信模块、编程设备和电源，其工作原理是通过将外部输入信号转换为数字信号，经过CPU的逻辑运算和控制计算，然后将控制结果转换为输出信号，从而控制外部设备的运行。
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2. PLC定义
PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工 业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器， 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定 时、计数和算术等操作的指令，并通过数字式、 模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。
3. PLC发展 1969年，美国数字设备公司研制出世界上第一台PLC， 并在GM公司的汽车自动装配生产上试用成功。1971年，日 本引进这项技术并开始生产PLC。1973年，德国和法国也 研制出PLC。1977年，我国研制成功第一台PLC。
PLC的I/O单元
I/O单元是PLC与外设联系的桥梁。 1. 开关量输入单元 （1）开关量直流输入单元 （2）开关量交流输入单元 2. 开关量输出单元 （1）晶体管输出单元 （2）双向晶闸管输出单元 （3）继电器输出单元
直流输入单元电图
交流输入单元电路图
（1）晶体管输出单元
晶体管输出单元有汇流（信宿/NPN型）和源流 （信源/PNP型）两种，这两种输出单元的外加直流电 压极性不同。当内部输出锁存器为1时，LED点亮，负 载得电；当内部输出锁存器为0时，LED熄灭，负载失 电。如果是感性负载（如接触器），则必须与负载并 接续流二极管，以提供能量释放通路。晶体管输出单 元主要用于输出脉冲信号。
第3讲 PLC的基本组成与工作原理
一、教学目的
1．熟悉PLC的工作原理 2．掌握PLC的I/O内部等效电路及使用方法 3．掌握PLC循环扫描工作方式及应用注意事项
二、教学方式与学时
课堂讲解、设计分析、学生练习，2学时
三、教学内容
1．PLC的产生与发展情况 2．PLC的I/O种类与内部等效电路 3．PLC的工作方式与主要技术指标
S7系列是西门子公司近年推出的新产品。其中，S7-400是大 型机，数字量I/O可达128k，模拟量I/O可达8k；S7-300是中 型机，数字量I/O可达16k，模拟量I/O可达1024个；S7-200是 小型机，数字量I/O可达256个，模拟量I/O可达64个。
S7-300
S7-400
❖ PLC的主要特点
整体式 模块式
整体式PLC组成框图
模块式PLC组成
PLC的存储器
PLC的存贮器分为以下3种: 系统程序存贮器：用于存贮监控程序, 为只读存贮 器(ROM)。 用户程序存贮器：用于存放用户程序。不同的PLC， 其存贮器类型可能不同。有的PLC，其用户存贮器采用 锂电池或大电容后备的RAM；有些PLC，采用快闪存贮 器（FLASH MEMORY）；有些PLC，采用EPROM。 数据存贮器：一般选用RAM，用于保存数据。
第3讲 PLC的基本组成与工作原理
四、思考题 1．PLC与其它工控装置相比有何优缺点？ 2．PLC有哪些I/O单元 ？各适用什么场合？ 3．请描述PLC采用循环扫描工作方式。
继电接触器 控制电机起停
PLC 控制电机起停
L1 L2 L3
S7-200
I0.0
SB1
KM
FU
I0.0
Q0.0
SB2 I0.1
DCS
PLC的应用领域
❖ 开关逻辑控制 ❖ 位置控制 ❖ 过程控制 ❖ 多级控制网络
PLC的基本组成
❖ 两种结构：整体式和模块组合式 ❖ 整体式PLC的组成：由输入单元、电源、CPU、输出单
元、通信接口、存储器、I/O扩展端口等组成。 ❖ 模块组合式PLC的基本组成 ：由系统总线（电源及框
架）、通信单元、智能I/O单元、输出单元、输入单元、 CPU单元等组成。
KM
Q0.0
AC220V
DC24V
1M
M
1M
3~
I0.1
Q0.0
PLC的产生与发展
▪ 1. PLC的含义 ▪ 2. PLC的定义 ▪ 3. PLC的发展
继电接触器 应用例子
能不能设计一种把计算机的通用、灵活、功能完备与 继电器控制的简单、易懂相结合的新型控制装置呢?
回答是肯定的，就是PLC。 PLC是一种集计算机技术、自动控制技术、通信技术于一 体的新型自动控制装置，并得到了广泛应用，被誉为当代工业 自动化的三大支柱（PLC、工业机器人、CAD/CAM）之一。
1. PLC含义
PLC应用例子
可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller), 简称PLC。 可编程序控制器（Programmable Controller）, 简称PC。 但个人计算机（Personal Computer）常简称为PC（机），为了避免混淆， 可编程控制器简称为PLC。
控 制
PLC具有可靠、工艺改变容
板
易等优势，必将取代继电器
控制装置。
❖ 2. PLC与单片机系统的比较
单片机系统具有结构简单、价格便宜、响应速度快等优 点，但与PLC相比，存在不易掌握、系统设计复杂、抗干扰 能力不强等缺点，一般适用于控制要求不高的场合。
单 片 机 控 制 板
❖ 3. PLC与工控计算机的比较
目前，全世界生产PLC的公司约200家，生产300多种产品。 但有七家公司是举足轻重的，它们是：美国ROCKWELL所属的 A-B公司，GE-FANUC公司；德国西门子公司（SIMENS）;法国 施耐德(Schneider)所属的美国MODICON公司和法国TE公司； 日本三菱公司（MITSUBISHI）和立石公司（OMRON）。
灵活性和通用性强 干扰能力强、可靠性高 编程语言简单易学 与外设连接简单 功能强、扩展方便 控制系统设计、调试时间短 体积小、重量轻、易于实现机电一体化
❖ 1. PLC与继电器控制逻辑的比较
继电器控制系统具有价
格便宜，但存在机械触点的
继
缺陷，只适用于十分简单、
电 器
功能固定的控制场合；而
工控计算机具有总线标准化程度高、兼容性强、软件资 源丰富等优点，特别适合于要求快速、模型复杂、计算工作 量大的场合；而PLC易学、易懂、可靠性高，在开关量逻辑 控制、顺序控制及高可靠性要求的场合。
工 业 控 制 计 算 机
❖ 4. PLC与DCS的比较 DCS是由仪表回路控制系统发展而来的，所以它在模拟 量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要侧重于回路 调节功能。而PLC是由继电器控制逻辑发展而来的，所以它 在数字处理、顺序控制方面具有一定优势，初期主要侧重于 开关量的顺序控制。