第2章 PLC的硬件结构与工作原理
合集下载
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。
可编程序控制器原理及应用第02章
PLC的智能接口模块种类很多，如高速计数模块、闭环控制 模块、运动控制模块等。
18
2020/3/15
2.1.2 硬件组成
6
2020/3/15
2.1.2 硬件组成
图2-2 模块式PLC的硬件结构 7
2020/3/15
2.1.2 硬件组成
1.中央处理单元（CPU）
同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。一般认为PLC中
的CPU有三类：通用微处理器（如Z80、8086等）、单片计
算机（如8031、8096等）和专用微处理器。历史上，小型
误等；
（3）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映像
寄存器或数据寄存器中；
（4）从存储器逐条读取用户程序，并执行程序；
（5）根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄
存器的内容，通过输出单元实现输出控制。有些PLC还具有制
表打印或数据通信等储器
2.1.2 硬件组成
PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；大中型PLC
大多采用16位通用微处理器和单片微处理器。
在PLC中的CPU又包含控制器和运算器，通过执行系统程
序，指挥PLC进行工作，归纳起来主要有以下几个方面作用：
（1）接收从编程装置输入的程序和数据；
（2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错
本章讲述的主要内容
PLC的硬件组成原理 PLC的工作原理 PLC的编程变量
1
2020/3/15
本章讲述的主要内容
2.1* PLC硬件系统的基本组成 2.2 PLC的软件系统 2.3*△ PLC的工作原理 2.4 * 西门子PLC的存储区与编程变量 2.5 S7-200/300/400 PLC的硬件模块构成
18
2020/3/15
2.1.2 硬件组成
6
2020/3/15
2.1.2 硬件组成
图2-2 模块式PLC的硬件结构 7
2020/3/15
2.1.2 硬件组成
1.中央处理单元（CPU）
同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。一般认为PLC中
的CPU有三类：通用微处理器（如Z80、8086等）、单片计
算机（如8031、8096等）和专用微处理器。历史上，小型
误等；
（3）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映像
寄存器或数据寄存器中；
（4）从存储器逐条读取用户程序，并执行程序；
（5）根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄
存器的内容，通过输出单元实现输出控制。有些PLC还具有制
表打印或数据通信等储器
2.1.2 硬件组成
PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；大中型PLC
大多采用16位通用微处理器和单片微处理器。
在PLC中的CPU又包含控制器和运算器，通过执行系统程
序，指挥PLC进行工作，归纳起来主要有以下几个方面作用：
（1）接收从编程装置输入的程序和数据；
（2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错
本章讲述的主要内容
PLC的硬件组成原理 PLC的工作原理 PLC的编程变量
1
2020/3/15
本章讲述的主要内容
2.1* PLC硬件系统的基本组成 2.2 PLC的软件系统 2.3*△ PLC的工作原理 2.4 * 西门子PLC的存储区与编程变量 2.5 S7-200/300/400 PLC的硬件模块构成
PLC原理及应用(2012年第2章)
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
2.1 PLC的硬件结构 2.1.1 PLC的物理结构
根据硬件结构的不同，PLC主要可分为整体式和模块式。 1.整体式可编程序控制器 小型PLC一般采用整体式结构，它的体积小、价格低。 整体式可编程序控制器将CPU模块、I／O模块和电源装在一个箱 型机壳内（见图2一l），称为基本单元。 2.模块式可编程序控制器 大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成(见 图2-2)。
2.1.3 I/O（输入/输出)模块
各I／0点的通断状态用发光二极管显示，外部接线一般接在模块面板的 接线端子上。 PLC的输入输出信号类型可以是开关量、模拟量。输入输出接口单元包含 两部分：一部分是与被控设备相接的接口电路，另一部分是输入和输出的映 像寄存器。
输入单元接受来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、
2.2.3 PLC的工作原理
PLC的工作原理
• PLC的运行方式 – 形象理解PLC的工作方式
PLC的工作原理
• PLC对输入/输出的处理原则 • 输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入 点在上一刷新期间的接通和断开状态。 • 程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输出映 像寄存器的内容及其他各元件映像寄存器的内容。 • 输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。 • 输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出 映像寄存器中的数据决定。 • 输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器决定。
图2-13
CPU单元与扩展模块的连接方法
常用扩展模块的种类
模块类型 型号 输入/输出点数 8点输入（24VDC） EM221 8点输入（120/230VAC） 16点输入（24VDC） 30 30 70 4/输入 模块消耗电流（mA） +5DC +24VDC 4/输入
2.1 PLC的硬件结构 2.1.1 PLC的物理结构
根据硬件结构的不同，PLC主要可分为整体式和模块式。 1.整体式可编程序控制器 小型PLC一般采用整体式结构，它的体积小、价格低。 整体式可编程序控制器将CPU模块、I／O模块和电源装在一个箱 型机壳内（见图2一l），称为基本单元。 2.模块式可编程序控制器 大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成(见 图2-2)。
2.1.3 I/O（输入/输出)模块
各I／0点的通断状态用发光二极管显示，外部接线一般接在模块面板的 接线端子上。 PLC的输入输出信号类型可以是开关量、模拟量。输入输出接口单元包含 两部分：一部分是与被控设备相接的接口电路，另一部分是输入和输出的映 像寄存器。
输入单元接受来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、
2.2.3 PLC的工作原理
PLC的工作原理
• PLC的运行方式 – 形象理解PLC的工作方式
PLC的工作原理
• PLC对输入/输出的处理原则 • 输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入 点在上一刷新期间的接通和断开状态。 • 程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输出映 像寄存器的内容及其他各元件映像寄存器的内容。 • 输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。 • 输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出 映像寄存器中的数据决定。 • 输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器决定。
图2-13
CPU单元与扩展模块的连接方法
常用扩展模块的种类
模块类型 型号 输入/输出点数 8点输入（24VDC） EM221 8点输入（120/230VAC） 16点输入（24VDC） 30 30 70 4/输入 模块消耗电流（mA） +5DC +24VDC 4/输入
plc控制系统结构及工作原理
PLC控制系统结构及工作原理
一、系统结构
PLC控制系统主要由以下几个部分组成：
1. 电源模块：提供系统所需的电能。
2. 中央处理单元（CPU）：进行逻辑运算、算术运算和顺序控制等，实现各种数据操作。
3. 输入输出模块：实现外部信号的采集和输出，与外部设备进行数据交换。
4. 存储器：存储用户程序和数据。
5. 通信接口：实现PLC与外部设备的通信。
二、工作原理
PLC控制系统的工作原理可以概括为“输入-处理-输出”的过程。
首先，通过输入模块采集外部设备的信号，这些信号可以是开关状态、传感器读数等。
然后，这些信号被送到CPU进行处理。
在CPU中，根据预先编写好的程序，对这些信号进行逻辑运算、算术运算等处理。
处理完成后，输出模块将这些结果输出到外部设备，如马达、灯泡等。
三、控制功能实现
PLC控制系统的控制功能主要由用户程序实现。
用户程序可以根据实际需求进行编写，包括各种逻辑运算、算术运算、顺序控制等。
通过输入模块采集的信号，可以触发用户程序执行相应的操作。
这样，PLC控制系统就可以实现对外部设备的精确控制。
四、控制性能分析
PLC控制系统的控制性能主要取决于以下几个因素：
1. 硬件性能：包括CPU的处理能力、存储器的容量、输入输出模块的精度等。
2. 软件设计：包括用户程序的编写、程序结构的合理性、运算速度等。
3. 环境因素：包括温度、湿度、电磁干扰等环境因素对PLC控制系统性能的影响。
总的来说，PLC控制系统具有结构简单、运行可靠、操作方便等优点，因此在工业自动化领域得到了广泛应用。
第2章_PLC的硬件与工作原理(应用)
8k字左右
大型机：开关量和模拟量、2048点以上、容量16k字 以上，功能强大
2.1.1 PLC的物理结构
按结构形式分
整体式PLC
将电源、CPU、I/O接口等部件都集中 装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低 等特点。
1
2
西门子S7-200PLC
日本三菱FX系列PLC
S7-200 CPU模块的外形图
图2-8 扫描过程
• 工作方式——集中 输入、集中输出， 周期性循环扫描的 方式进行工作的。 • 工作过程——上电 处理、扫描过程、 出错处理（自诊断） 几个阶段。
写输出
读输入
执行程序 自诊断
处理通讯
周期性循环扫描，集中输入、集 中输出，与单片机系统的区别？ 怎样增强抗干扰能力？
输入采样阶段
PLC的扫描过程
第2章 PLC的硬件与工作原理
2.1 2.2 2.3 2.4 PLC的硬件 PLC的工作原理 S7-200CN系列PLC I/O地址分配与外部接线
学习目标
熟悉PLC的硬件、分类，工作原理，IO模块， 外部接线等。
2.1 PLC的硬件
PLC按结构形式分类
整体式
模块式 按I/O容量分 小型机：开关量、I/O256点以下、容量4k字左右 中型机：开关量和模拟量、256~2048点之间、容量
KF SF1
电 源 母 线
KF KF
QA1
QA2 KF
电 源 母 线
PLC梯形图：串行工作方式
PLC梯形图：串行工作方式
SF2 I0.0 I0.1 I0.0 M0.0
（）
Q0.0 M0.0 M0.0 Q0.0
~
பைடு நூலகம்QA1
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
第二章S7-200PLC硬件结构和工作原理
系统基本构成
1. 硬件 （1）基本单元 （2）扩展单元 （3）特殊功能模块 （4）相关设备 2. 工业软件 工业软件是为更好地管理和使用这些设备而开发的 与之相配套的程序、文档及其规则的总和，它主要 由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几 大类构成。
主机结构
1. 各CPU介绍及I/O系统 （1）主机外形 SIMATIC S7-200系统CPU 22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如 图所示：
晶闸管输出方式。 其特点是输出启动 电流大。当PLC有信 号输出时，光电二 极管导通，通过光 电耦合使双向可控 硅(晶闸管)导通，交 流负载在外部交流 电源的激励下得电。 发光二极管VL点亮， 指示输出有效。
R1 内 部 电 路 (AC SSR) VL 压 敏 U 电 阻 C
OUT R2负载Fra bibliotekCOM
第12页图2-9中:
Q0.0最小滞后SB1按钮几个扫描周期？ 最大滞后几个扫描周期？
思考：
M100(上) Y1
X2
M100
M100(下)
Y2
Y1最小、最大滞后X2按钮几个扫描周期？
3.5 S7-200系列PLC程序概念
3.4.1 梯形图编辑器（LAD） 3.4.2 语句表编辑器（STL） 3.4.3 功能块图编辑器（FBD）
I/O模块
输出模块 ：第8页图2-3 输出模块：分晶体管、晶闸管、继电器三种方式 数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用 户的离散型（ON/OFF）负载。典型的负载包括：继 电器线圈，接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等。 每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连， 输出电路把CPU运算处理的结果转换成能够驱动现 场执行机构的各种大功率的开关信号。PLC的输出 端子是PLC向外部负载发出控制命令的窗口。
2.PLC基本构成及工作原理
1969年，美国研制出世界第一台PDP-14 1971年，日本研制出第一台dcs-8 1973年，德国研制出第一台PLC 1974年，中国研制出第一台PLC
二、PLC的定义
1.是一种数字运算操作的电子系统 2.为工业环境应用而设计 3.采用计算机的软硬件结构 4.达到各类机械或生产过程的控制目的
（ 1982年11月、1985年1月和1987年2月国际电工委员会 （IEC）可编程控制器标准草案第一、二、三稿）
输入ON延时
I/O响应时间
输出ON延时
最大I/O响应时间=输入ON延时+扫描时间×2+输出ON 延时
(2) I/O信号传递滞后的原因
▪ 输入滤波器有时间常数。 ▪ 输出电路存在滞后 ▪ 循环扫描工作方式
四、PLC的工作模式
1）程序模式（PROGRAM） 程序模式是程序的停止状态，PLC的初始设定、程
美国 AB公司 1746-NO4I
1784-IB32
德国 西门子 S7300
S7200
三菱（日本）
欧姆龙（日本）
丰炜（台湾）
台达（台湾）
深圳市三凌
四、 PLC控制与继电器控制
动合触点：线圈不通电时两个触点是断开的， 通电后这两个触点就闭合。 动断触点：线圈不通电时两个触点是闭合的， 通电后这两个触点就断开。 也就是说，动合等同于常开；动断等同于常 闭。
是
扫描周期固定值设定检查
无
有固定值设置？
有
等待直到固定的扫描周期为止
算出扫描周期
输入触点→输入继电器 输出继电器→输出触点
外设端口服务
初始化
（1）公共处理
（2）执行程序 （3）扫描周期 计算处理
（4）I/O刷新
二、PLC的定义
1.是一种数字运算操作的电子系统 2.为工业环境应用而设计 3.采用计算机的软硬件结构 4.达到各类机械或生产过程的控制目的
（ 1982年11月、1985年1月和1987年2月国际电工委员会 （IEC）可编程控制器标准草案第一、二、三稿）
输入ON延时
I/O响应时间
输出ON延时
最大I/O响应时间=输入ON延时+扫描时间×2+输出ON 延时
(2) I/O信号传递滞后的原因
▪ 输入滤波器有时间常数。 ▪ 输出电路存在滞后 ▪ 循环扫描工作方式
四、PLC的工作模式
1）程序模式（PROGRAM） 程序模式是程序的停止状态，PLC的初始设定、程
美国 AB公司 1746-NO4I
1784-IB32
德国 西门子 S7300
S7200
三菱（日本）
欧姆龙（日本）
丰炜（台湾）
台达（台湾）
深圳市三凌
四、 PLC控制与继电器控制
动合触点：线圈不通电时两个触点是断开的， 通电后这两个触点就闭合。 动断触点：线圈不通电时两个触点是闭合的， 通电后这两个触点就断开。 也就是说，动合等同于常开；动断等同于常 闭。
是
扫描周期固定值设定检查
无
有固定值设置？
有
等待直到固定的扫描周期为止
算出扫描周期
输入触点→输入继电器 输出继电器→输出触点
外设端口服务
初始化
（1）公共处理
（2）执行程序 （3）扫描周期 计算处理
（4）I/O刷新
第2章 PLC的结构和工作原理
绪论 EXIT
29
2.2 可编程控制器的工作原理
2.2.1 PLC的工作方式和工作过程
PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行
用户程序和任务的循环序列称为扫描。
CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用
周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的 。
绪论 EXIT
30
扫描周期主要包括
绪论 EXIT
13
3、输入输出接口 输入输出接口是PLC与工业控制现场各类信号连接的 部分。 输入接口用来接受生产过程的各种参数（输入信号）。 输出接口用来送出可编程控制器运算后得出的控制信 息（输出信号），并通过机外的执行机构完成工业现场的 各类控制。 为了适应可编程控制器在工业生产现场的工作，对 输入输出接口有二个主要的要求： ☆良好的抗干扰能力 ☆能满足工业现场各类信号的匹配要求
绪论 EXIT
32
l 输入采样阶段
PLC以扫描方式顺序读入输入端子的通断状态（ON/OFF），并 写入相应的输入状态寄存器中，即刷新输入，接着转入程序执行阶段。
l 程序执行阶段
PLC按先左后右，自上而下的顺序对每条指令进行扫描，并将相 应的运算和处理结果写入输出状态寄存器中。
l 输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，输出状态寄存器的通断状态转写入输出 锁成器中，驱动相应的输出设备，产生PLC的实际输出。 经过这三个阶段，PLC完成一个扫描周期。
扫描周而复始地进行。
绪论 EXIT
34
PLC与微机、继电接触器工作方式比较：
PLC的工作方式：循环扫描（串行） 微机的工作方式：等待命令 继电接触器的工作方式：并行
PLC与微机、 继电接触器 的主要区别
绪论 EXIT
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
S7-200的可靠性高，可用梯形图、语句 表（指令表）和功能块图三种语言编程。 内置高速计数器、高速输出、PID控制器、 RS485通信／编程接口等功能。
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
2.1 PLC的硬件结构
2.2 2.4 PLC的工作原理 PLC的安装
2.3 S7-200系列PLC
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
本章重点
熟练掌握PLC的工作模式；扫描工作方式。熟 悉PLC的硬件结构、PLC的安装。
难点:PLC扫描工作方式的理解
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
4、在程序中改变工作模式
在程序中插入STOP指令，可以使CPU由 RUN模式进入STOP模式。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
2.2.3 PLC的工作原理
PLC 采用循环扫描工作方式，当 PLC 方式 开关置于RUN（运行）时， RUN状态工作过 程一般包括五个阶段：读取输入、执行用户程 序、处理通信请求、自诊断检查、改写输出， 其工作 过程如 图 2.9 所 示。当 方式开 关置于 STOP（停止）时，工作过程不执行用户程序。
可靠性高、寿命长，但是过载能力稍差。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
2.2 可编程序控制器的工作原理
用触点和线圈实现逻辑运算
PLC的工作模式 PLC的工作原理
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
2.2.1 用触点和线圈实现逻辑运算
“与”、“或”、“非”逻辑运算的输入/输出 关系用梯形图实现如图 2-８所示（P9”图２－ ６“）： 其中， I0.0、 I0.1等为输入过程映像寄存器； Q0.0、Q0.1 等为输出映像寄存器。
2.1.3 I/O模块
各I/O点的通断状态用发光二极管（LED）显
示，外部接线一般接在模块面板的接线端子上。 某些模块使用可以拆卸的插座型端子板，不需
断开端子板上的外部接线，就可以迅速地更换
模块。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
1)输入模块 通常 PLC的输入类型可以是直流、交流和交直流。输 入电路的电源可由外部供给，有的也可由 PLC 内部提 供。图2.4为一种型号PLC的直流输入接口电路的电路 图，采用的是外接电源。描述了一个输入点的接口电 路。其输入电路的一次电路与二次电路用光耦合器相 连，当开关闭合时，输入电路接通，光耦合器中的发 光管使三极管导通，信号进入内部电路，此输入点对 应的位由 0变为 1。即输入映像寄存器的对应位由 0变 为1。
2.14所示。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
8、PLC的工作过程举例
CPU 扫描周 n 输入刷新 输入 1 允许脉冲捕捉 输入 2 允许脉冲捕捉 输入 3 允许脉冲捕捉 CPU 扫描周期 n+1 输入刷新
图2-10 输入刷新的扫描过程分析
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
9、输入/输出滞后时间（系统响应时间）
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
输入1
输入 n
内 部 电 路
COM
图2.4 直流输入电路图
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
输入1
输入n
.
内 部 电 路
COM
图2.5 交流输入电路图
返回本节
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
2）输出模块
S-700的CPU模块的数字量输出电路的功率元 件有驱动直流负载的场效应晶体管和小型继电
6、中断程序的处理
如果在程序中使用了中断，中断事件发生时， CPU停止正常的扫描工作方式，立即执行中断 程序，中断功能可以提高PLC对某些事件的响 应速度。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
7、立即I/O处理
在程序执行过程中使用立即I/O指令可以直接 存取I/O点。用立即I指令读输入点的值时， 相应的映像寄存器的值未被更新，用O点改写 输出时，则相应的寄存器被更新。
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
1、读取输入
在PLC的存储器中，设置了一片区域来存放输入信号 和输出信号的状态，称输入过程映像寄存器和输出过 程映像寄存器。CPU以字节（8位）为单位来读写输 入/输出过程映像寄存器。
2、执行用户程序
PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中 按顺序排列。在RUN工作模式的程序执行阶段，在没 有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地 执行用户程序。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图２－８ 基本逻辑运算
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
2.2.2 PLC的工作模式
1、工作模式
PLC有两种工作模式，即RUN（运行）模 式与STOP（停止）模式。 在RUN模式，通过执行反映控制要求的用 户程序来实现控制功能。在CPU模块的面板上 用“RUN”LED显示当前的工作模式。
图２－２ Ｓ７－４００
ＰＬＣ
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
PLC 专为工业场合设计，采用了典 型的计算机结构，主要是由 CPU 、 电源、存储器和专门设计的输入输 出接口电路等组成。图２ .３为一典 型PLC结构简图。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图２－３
ＰＬＣ控制系统示意图
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
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
的饱和导通状态和截止状态相当于触点的接通
和断开。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
图2-7 场效应管输出电路
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
应用：
继电器输出模块的使用电压范围广，导通
压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，
但是动作速度较慢，寿命（动作次数）有一定 的限制。如果系统输出量的变化不是很频繁， 优先选用继电器型的。 场效应晶体管型模块用于直流负载，它的
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
类型
(1)随机存取存储器(RAM)
用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用 户程序写入RAM，它是易失性的存储器，它的电源中 断后，储存的信息将会丢失。 (2)只读存储器(ROM) ROM的内容只能读出，不能写入。它是非易失的， 它的电源消失后，仍能保存储存的内容。ROM一般用 来存放可编程序控制器的系统程序。
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
5、改写输出
CPU执行完用户程序后，将输出过程映像寄存 器的0/1状态传送到输出模块并锁存起来。亦 称为输出刷新。
注意：当CPU的工作模式从RUN变为STOP时， 数字量输出被置为系统块中的输出表定义的状 态，或保持当时的状态。默认的设置是将数字 量输出清零。
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
3、用STEP 7-Micro/WIN32编程软件改变 工作模式
用编程软件控制CPU的工作模式必须满足下面两 个条件：
（1）在编程软件与PLC之间起通信连接。
（2）将PLC的模式开关放置在RUN模式或TERM模 式。
在编程软件中单击工具条上的运行按钮，或执行 菜单命令“PLC” 下的“运行”，可以进入RUN模式。 单击停止按钮，或执行“PLC” 下的“停止”，可以 进入STOP模式。
器，后者既可以驱动交流负载又可以驱动直流
负载，负载电源由外部提供。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
输出电流的额定值与负载的性质有关，例如S700的继电器输出电路可以驱动2A的电阻型 负载，但是只能驱动200W的白炽灯。输出电
路一般分为若干组，对每一组的总电流也有限
制。
第2章 PLC的硬件结构与工作原理
２.１.２ CPU模块及其存储器
１） CPU芯片 作用： 在可编程序控制器控制系统中，CPU模块相 当于人的大脑，它不断地采集输入信号，执行用 户程序，刷新系统的输出。 ２） 存储器： 作用：存放系统程序，用户程序和数据。 系统程序：决定PLC的基本智能，由厂家设计，并存 入ROM、EEPROM。用户不能修改。 用户程序：根据要求，用PLC的编程语言，编制的程 序，用户用编程器写入RAM或EEPROM。
3、编程装置
作用： 编程装置用来生成用户程序，并对它进行编 辑、检查和修改。
1）手持式编程器：不能直接输人和编辑梯形图，只 能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。
2）编程软件编程：在屏幕上直接生成和编辑梯形图、 指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不 同编程语言的相互转换。
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