PLC软、硬件组成及工作原理
PLC的组成与工作原理
5.
编程器
编程器是PLC很重要的外部设备，它主要由键盘、显
示器组成。编程器分简易型和智能型两类。小型PLC常用
简易编程器，大、中型PLC多用智能编程器。编程器的作
用是编制用户程序并送入PLC程序存储器。利用编程器可 检查、修改、调试用户程序和在线监视PLC工作状况。现 在许多PLC采用和计算机联接，并利用专用的工具软件进 行编程或监控。
4. 电源单元
• PLC配有开关式稳压电源，以提供内部电路使用。 • 与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。因
此，对于电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电
压在其额定值±15%的范围内波动。 • 许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供 电。 • 为防止在外部电源发生故障的情况下，PLC内部程序和数据 等重要信息的丢失，PLC还带有锂电池作为后备电源。
编程器一般分为简易编程器和图形编程器两类。 简易编程器功能较少，一般只能用语句表形式进 行编程，通常需要联机工作。简易编程器直接与PLC的 专用插座相连接，由PLC提供电源。它体积小，重量轻， 便于携带，适合小型PLC使用。 图形编程器既可以用指令语句进行编程，又可以 用梯形图编程；既可联机编程，又可脱机编程，操作 方便，功能强，有液晶显示的便携式和阴极射线式两 种。图形编程器还可与打印机、绘图仪等设备连接， 但价格相对较高。通常大中型PLC多采用图形编程器。
两种梯形图的继电器符号图对照
物理继电器
线 圈 常开 常闭
PLC继电器
触 点
• (4) 利用梯形图编制控制程序
注意： 这些接点或线圈并不是真实的物理继电器 接点或线圈，而是在软件编程中使用的编程元件，每 个编程元件与存储器中的一个存储单元相对应，该存 储单元为 “1” 则表示梯形图中常开闭合 , 常闭断 开，线圈通电。
第二章PLC软、硬件组成及工作原理
2.1.2 PLC的产生与发展趋势
▪ 2. PLC的国内外发展状况及主要产品厂家 ▪ 美国PLC发展得最快： ▪ 1984年有48家，生产150多种PLC； ▪ 1987年有63家，生产243种PLC； ▪ 1996年有70余家，生产近300种PLC。 ▪ 著名厂家有A—B（Allen－Bradley）艾伦一布拉德利
变的。 ▪ （2）按控制性能进行分类 ▪ 高档机S7-400、中档机S7-300和低档机S7-200
2.1.4 PLC的分类
▪ （3）按结构形式分类 ▪ 整体式PLC：又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电
源、CPU、I／0部件都集中装在一个机箱内。一般小 型PLC采用这种结构。 ▪ 模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块、I／0模块、电源模块和各种功能模块。模 块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一 般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用 这种结构。 ▪ 有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。
2.1.5 PLC的特点及应用领域
▪ 主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的： 如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚 至连机柜、电源模板亦各不相同。
▪ 编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均 不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。
▪ SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在 Windows平台下，结合IEC1131－3国际标准的新一代 开放体系结构的PLC。
世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上 首次应用成功。 ▪ 1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为编程 序控制器（Programmable Controller），简称 PC。
PLC的基本组成和工作原理
⒊ OMRON中型PLC
• C200Hα(C200HX/C200HG/C200HE)系列
– 有11种型号的CPU模块 – 配置齐全的I/O模块和高功能模块 – 品种齐全的通信模块 – 可扩展2～3个机架，每个机架可插10个模块 – 可使用远程I/O单元，I/O可达640～1184点 – 指令系统丰富，具有较强的通信和网络功能
型号
CJ1H-CPU66H CJ1H-CPU65H CJ1G-CPU45H CJ1G-CPU44H CJ1G-CPU43H CJ1G-CPU42H CJ1G-CPU45 CJ1G-CPU44
最大 I/O 点数 2560
1280
960
1280
程序容 量
120K步 60K步 60K步 30K步 20K步 10K步 60K步 30K步
绪论EXIT
3.智能输入/输出模块 高速计数模块
• 用于脉冲或方波计数器、实时时钟、 脉冲发生器、编码器等输出信号的检 测和处理，及快速变化过程中的测量 或精确定位控制
绪论EXIT
运动控制模块
• 自带微处理器，用来控制物体的位置、 速度和加速度，可以控制直线运动或旋 转运动，也可以控制单轴或多轴运动
数据存 储器容
量 256K字 128K字 128K字
64K字
128K字 64K字
基本指令 内置端 处理速度 口
0.02µs
0.04µs
外设端 口和RS232C端 口
0.08µs
可选 件
存储 卡
绪论EXIT
基本I/O模块
基本 I/O模块
直流输入模块 交流输入模块 继电器输出模块 晶体管输出模块 晶闸管输出模块
❖ 目前新推出的微型PLC有CP1E系列， 带扩展I/O单元时最大达180点
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基本结构及原理
plc基本结构及原理plc基本结构及原理PLC的基本组成可分为两大部分:硬件系统和软件系统。
一、硬件系统：（一）CPU 运算和控制中心：起“心脏”作用。
1、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。
2、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像寄存器。
然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。
把结果存入输出映像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。
3、组成: 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。
（二）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。
1、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、ROM组成。
厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。
2、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。
（三）输入/输出(I/O )模块输入输出模块简称I/O模块，相当于人的眼睛、跺、鼻子手、脚是联系外部信息和大脑(CPU )的桥梁。
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。
发光二极管: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。
光电三极管: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。
PLC的硬件组成和功能介绍
PLC的硬件组成和功能介绍PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种广泛应用于自动化控制领域的设备。
它通过编程实现对工业过程的控制和监测。
而PLC的核心部分就是它的硬件组成。
本文将介绍PLC的硬件组成和功能，让读者更好地理解和使用PLC。
一、PLC的硬件组成1. 中央处理器（CPU）PLC的中央处理器是其核心部件，类似于人的大脑。
它负责执行各个输入输出（I/O）模块的数据处理和控制逻辑的运算。
中央处理器通常由微处理器、存储器、时钟等组成，能够高效地处理各种任务。
2. 输入输出模块（I/O模块）PLC的输入输出模块是连接PLC与外部设备的接口。
它负责接收外部信号的输入，并输出控制信号到外部设备。
输入模块将外部信号转换成数字信号，传送给中央处理器进行处理；输出模块则将中央处理器输出的数字信号转换成外部设备可以识别的信号。
3. 电源模块电源模块为PLC提供电力供应，确保其正常运行。
电源模块通常具备过载保护、输入电压稳定性等功能，以保证PLC系统的可靠性和稳定性。
4. 通信模块通信模块允许PLC与其他设备进行数据交换和通信。
通过通信模块可以实现PLC与计算机、上位机、仪器仪表等设备的连接，实现数据共享和控制指令传输，提高系统的智能化和灵活性。
二、PLC的基本功能1. 输入信号读取和处理PLC通过输入模块读取外部传感器和开关等设备的状态信号。
输入信号经过滤波、采样和数据处理等操作后，被中央处理器用于逻辑判断和控制。
2. 逻辑运算和控制中央处理器利用输入信号和程序中设定的逻辑条件进行逻辑运算，得出控制结果。
它根据程序的指令，控制输出模块产生相应的控制信号，用于控制执行器、电机、阀门等执行设备的状态。
3. 数据存储和处理PLC除了控制功能外，还具备大容量的存储器，用于储存程序、数据和运行日志等信息。
中央处理器负责对这些数据进行处理和管理，实现对系统状态和数据的监测和分析。
PLC的硬件结构与工作原理
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图２－１ Ｓ７－２００ＣＰＵ模块的外形图
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
２．模块式ＰＬＣ
特点：用户对硬件配置的选择余地较大、维修 时更换模块方便
大、中型ＰＬＣ一般采用模块式结构 Ｓ７－４００模块式ＰＬＣ外形图如图２－２ 所示
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图2.6是继电器输出电路，继电器同时起隔离 和功率放大作用，每一路只给用户提供一对常
开触点。与触点并联的RC电路和压敏电阻用
来消除触点断开时产生的电弧。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图2-6 继电器输出电路
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图2.7为使用场效应晶体管（MOSEET）的输
出电路。输出信号送给内部电路中的输出锁存 器，再经光电耦合器送给场效应晶体管，后者
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
S7-200 CPU为每个主机数字量输入提供了脉冲捕捉 功能，它可以使主机能够捕捉小于一个扫描周期的短 脉冲，并将其保持到主机读到这个信号，但前提是只 有通过滤波器后，脉冲捕捉才有效。此外，在一个给 定的扫描周期内如果有不只一个脉冲，则只有第一个 脉冲可以被捕捉到，几种情况下的脉冲捕捉波形如图
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
2.3 S7-200系列PLC性能简介
西门子公司的SIMATIC S7-200系列属于小 型PLC，可用于代替继电器的简单控制场合， 也可用于复杂的自动化控制系统。 因其具有极强的通信功能，故在大型网络 控制系统中也能充分发挥作用。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图2-9 扫描过程
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
PLC的硬件与工作原理
PLC的硬件与工作原理PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种计算机控制系统，广泛应用于工业自动化领域，用于控制机器和工艺流程。
PLC的硬件包括CPU（中央处理器），存储器，输入/输出模块，通信模块和电源模块等。
PLC的工作原理基于输入/输出（I/O）的数据处理和逻辑控制。
PLC通过输入模块接收外部传感器或开关信号，如光电传感器、接近开关或按钮等。
PLC将这些输入信号处理并基于预设的程序和逻辑规则进行判断。
根据程序的要求，PLC会控制输出模块，如电动机驱动器、气动阀门、启动/停止信号等。
通过控制这些输出设备，PLC可以实现对机器和工艺流程的自动化控制。
在PLC的工作过程中，有几个关键的步骤。
1.扫描输入：PLC周期性地扫描输入模块，读取输入信号的状态。
这些输入信号可以是数字值（例如开关状态：开关/关）或模拟值（例如传感器测量值）。
2.程序执行：PLC会根据事先编写好的程序进行逻辑控制。
程序可以是顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）或结构化文本语言（STL）等。
程序中包含了一系列的逻辑判断、运算和控制指令。
3.状态更新：根据程序的执行结果，PLC会更新自身的状态。
这些状态包括内部数据和输出模块状态。
内部数据可以用于记录和存储系统的状态，而输出模块的状态则决定了输出设备的控制信号。
4.输出控制：PLC将根据程序的要求，控制输出模块的状态。
输出信号通常用于控制执行机构，如电动马达、气动执行器等，以实现具体的控制目标。
PLC的优势在于其稳定性、可靠性和灵活性。
它能够承受恶劣环境条件，如高温、湿度和电磁干扰。
此外，PLC具有模块化设计，可以根据实际需求进行扩展和修改。
通过更换I/O模块或更换CPU，PLC可以适应不同的应用场景，实现更复杂的控制功能。
1.中央处理器（CPU）：CPU是PLC的核心部分，负责运行程序，扫描输入和控制输出。
它包含一个内部时钟和控制逻辑，用于执行指令和决策。
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1.2 PLC的产生与发展趋势
欧洲PLC的厂家有60余家: 西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。 金钟默勒 （Klockner Moeller Gmbh），AEG， 法国的TE(Telemecanique）(施耐德） 瑞士的Selectron公司等。 1971年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司研制成
北京机械工业自动化研究所，上海工业自动化仪表研究 所，大连组合机床研究所，成都机床电器研究所，中科 院北京计算机所及自动化所，长春一汽，上海起重电器 厂，上海香岛机电公司，以上诸单位都没有形成规模化 生产。
合资企业有辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC； 无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC; 中美合资的厦门 A—B公司生产的PLC；上海香岛机电公司引进技术生产 的PLC; 上海OMRON公司; 西安Siemens公司等。
功日本第一台PLC。 日本生产PLC的厂家有40余家： 三菱电机(MITSUBISHI)，欧姆龙(OMRON),富士电机
（Fuji Electric）,东芝（TOSHIBA）, 光洋（KOYO),松下 电工（MEW）,和泉（IDEC）, 安川等公司。
1.2 PLC的产生与发展趋势
我国在70年代末和80年代初开始引进PLC。我国早期独 立研制PLC的单位有：
世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上 首次应用成功。 1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为编 程序控制器（Programmable Controller），简称 PC。
1.2 PLC的定义
1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世 界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次 应用成功。
1.2 PLCபைடு நூலகம்产生与发展趋势
80年代中期：CPU开始采用8位/16位微处理器，数据处 理能力和速度大大提高，PLC开始具备一定的通信能力， 为PLC的分散控制、集中管理奠定了重要基础；软件开 发出了面向对象的梯形图语言和逻辑助记符语言，为 PLC的普及使用提供了必要条件。
80年代中期至90年代中期：超大规模集成电路促使PLC 完全计算机化，CPU开始使用32位机；数学运算、数据 处理能力大大提高，增加了运动控制、模拟量PID控制 网络通信功能，体积进一步减小，可靠性进一步加强。
20世纪90年代中期至今：CPU使用16位/32位微处理器， 运算速度更快、功能更强能使用多种编程语言。
1.2 PLC的产生与发展趋势
PLC的国内外发展状况及主要产品厂家 美国PLC发展得最快： 1984年有48家，生产150多种PLC； 1987年有63家，生产243种PLC； 1996年有70余家，生产近300种PLC。 著名厂家有A—B（Allen－Bradley）艾伦一布拉德利
1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为编程序 控制器（Programmable Controller），简称 PC。
国际电工委员会（IEC）于1982年11月、1985年1月、1987年 2月三次为PLC下定义，最终确定为：“可编程序控制器是一种 数字运算操作的电子系统，专为在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、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式 模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。有关 外围设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩 充功能的原则而设计”。
Controller） 可编程序顺序控制器PSC （Programmable Sequence
Controller） 可编程序逻辑控制器PLC（Programmable Logic
Controller） 可编程序控制器PC（Programmable Controller） 1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出
1.2 PLC的产生与发展趋势
1. PLC的产生与发展 • 1969年美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、
法国等国相继研制了各自的PLC。此阶段产品的主要特 点是CPU由中小规模的数字集成电路构成，存储器为磁 芯存储器；控制功能简单，只能完成定时、计数及逻辑 功能。为继电-接触器的替代品。 • 70年代中期，PLC进入了实用化阶段。70年代末和80年 代初，PLC进入了成熟阶段。主要特点：采用CPU微处 理器，存储器变为半导体存储器，具有数据处理能力， 能实现对模拟量的控制，软件上开发出了自诊断功能， 可靠性进一步提高。
PLC软、硬件组成及工作原理
1 PLC概述
1.1 PLC的定义 1.2 发展趋势 1.3 PLC与其他工业系统的比较 1.4 PLC的特点及应用领域
1.1 PLC的定义
在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称： 可编程序矩阵控制器PMC（Programmable Matrix
1.2 PLC的产生与发展趋势
1. PLC的产生与发展 1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应
汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标， 制造一种新型的工业控制装置。这些功能是： （1）容易编程 （2）维修方便，采用模块式结构 （3）可靠性高于继电-接触器控制系统 （4）体积小于继电-接触器控制系统 （5）具备与计算机通信的功能 （6）成本具有竞争性 （7）输入输出电源使用市电（115V） （8）输出为115V/2A，驱动电磁阀和接触器 （9）通用性强，能在恶劣环境下工作 （10）存储设备可扩充至4K个存储字节