第3章 PLC的硬件结构与工作原理(上课用)淘名：taopaoyangjun
PLC组成及工作原理
PLC组成及工作原理PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于工业自动化控制的专用计算机，广泛应用于各种生产线和工业设备中。
PLC的组成和工作原理是实现其自动化控制功能的关键。
本文将详细介绍PLC的组成和工作原理。
一、PLC的组成PLC主要由以下几个组成部分构成：1.中央处理器（CPU）：是PLC的核心部件，负责执行各种控制任务。
CPU通常包括控制单元和数据处理单元。
控制单元用于解析和执行程序指令，数据处理单元用于处理输入输出数据。
2.输入模块：负责将外部信号（如传感器、开关等）转换为数字信号，供CPU 处理。
输入模块通常包括接口电路和信号转换电路。
3.输出模块：负责将CPU处理后的数字信号转换为外部控制信号，控制执行器（如电机、阀门等）。
输出模块通常包括接口电路和功率放大电路。
4.存储器：用于存储PLC程序、数据和中间结果。
存储器通常包括只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。
ROM存储PLC的固定程序，RAM存储运行时的数据和中间结果。
5.通信接口：用于与其他设备（如人机界面、上位机等）进行通信，实现数据交换和远程监控。
二、PLC的工作原理PLC的工作原理可以总结为以下几个步骤：1.扫描输入：PLC周期性地扫描输入模块，读取外部信号状态。
输入信号经过接口电路和信号转换电路转换为数字信号，供CPU处理。
2.执行程序：CPU根据预先编写的程序指令，对输入信号进行逻辑运算和控制计算。
程序指令包括逻辑运算指令、定时器指令、计数器指令等。
根据运算结果，CPU决定输出模块的状态。
3.更新输出：CPU根据程序指令的运算结果，更新输出模块的状态。
输出信号经过接口电路和功率放大电路转换为控制信号，控制执行器的工作。
4.循环扫描：PLC不断循环执行上述步骤，实现对工业设备的自动化控制。
扫描周期根据具体的应用需求而定，一般在几毫秒到几十毫秒之间。
三、PLC的优势PLC相比传统的继电器控制系统具有以下几个优势：1.可编程性：PLC可以通过编写程序指令来实现各种复杂的控制功能，灵活性高。
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。
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。
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的硬件与工作原理(技术ppt课件)
PLC总的响应延迟时间一般只有几毫秒至几十毫秒，对
于一般的被控系统来说是无关紧要的。要求输入/输出
滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度块的PLC或
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采取其它措施。
2.3 S7-200系列PLC简介
SIEMENS公司具有丰富的PLC产品 S7-200整体式小型PLC
可扩展7个扩展模块、扩展到248个数字量I/O或38路模 拟量I/O，最多有32KB的程序存储空间和数据存储空间。
• 模拟量输入信号首先通过传感器或变送器转换为标准变 量的电压或电流（如4~20mA、1~5V、0~10V等），PLC 用A/D转换模块将它们转换为数字量。
• D/A转换模块将PLC中的数字量转换为模拟量电压或电流， 再去控制执行机构。
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实例：锅炉恒温闭环控制系统
模拟量I/O模块的主要任务是实现A/D转换（模拟量输入）和D/A
• 执行程序时对输入/输出的存取对象为元件映像寄存器， 而非实际的I/O点，一方面可加快读写速度，另一方面 可保证各I/O点状态固定不变，程序执行完后再通过输 出过程映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行稳定。
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3.通信处理
在通信处理请求阶段，PLC处理从通信接口和智能 模块接收到的信息，与计算机和智能设备交换数据， 协调工作。
与PLC相连时该段时间为零； • 输入/输出处理时间≤1ms； • 每条指令平均执行时间为30us.
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9.输入/输出滞后时间
• 输入/输出滞后时间又称系统响应时间，是指PLC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，它由输入电路滤波时 间、输出电路滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时 间三部分组成。
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3）中央处理器CPU（微处理器） PLC核心元件，PLC控制运算中心（相当于人脑） PLC常用CPU有：8080、8086、80286、80386、单片机8031、 8096等等。8位、16位、32位
4) 存储器:安放程序,记忆功能
系统存储器： 主要用来安放系统管理和监控程序，解释程序，是由厂家提供并固化 在ROM/EPROM中，不能由用户直接存取。
1）输入单元I 作用：是连接可编程控制器与其它外设之间的桥梁。对输入信号进行
滤波、隔离、电平转换等，把输入信号安全、可靠地传送给CPU。 生产设备的控制信号通过输入模块传送给CPU。 常用的输入信号：按钮、位置开关、开关或电位器、传感器、变送器 原理 按SB—发光二极管导通（LED灯亮）—在发光激励下，光电三 极管导通—驱动内部电路通断 采用了滤波和光电隔离 RC滤波 一个输入单元—一个输入继电器—一个输入点
用户存储器： 用来存放由编程器 或磁带输入的用户程序
5)编程器：PLC外部设备 用它来输入、检查、修改、调试用户程序，也用来监视PLC工作情况。 PLC工作时间不用：一台编程器——多台PLC
简易型：价廉，小型PLC
智能型：价高 6）电源部分： PLC内部有一个设计优良的独立电源。
电源部分将交流220V转换供PLC内部CPU存储器等电子电路工作所 需直流电源5V、24V。 开关式稳压电源供电，用锂电池作停电后的后备电源，有些型号的 PLC如F1、F2、FX还可向外部传感器提供24V直流电源。
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四、PLC结构
以为处理器为核心的结构：硬件和软件 1、硬件组成：PLC组成逻辑部分： 以CPU为核心的电子系统，实际上就是一种工业控制用的 专用计算机。 （1）继电控制线路：
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PLC的结构与工作原理
PLC的结构与工作原理PLC（可编程逻辑控制器）是一种特殊的计算机控制系统，主要用于工业自动化中的逻辑控制和数据处理。
PLC的结构和工作原理决定了它在工业控制系统中的重要性和灵活性。
1.中央处理器（CPU）：CPU是PLC的核心部分，负责控制和协调整个系统的工作。
它接收输入信号，经过处理后发送输出信号，实现对机器和设备的控制。
2.输入/输出（I/O）模块：I/O模块负责与外部设备进行通信，用于将物理信号（如开关、传感器等）转换为数字信号，供CPU进行逻辑处理。
同时，它还将CPU产生的数字信号转换为可控制的物理信号，控制外部设备的动作。
3.存储器：存储器用于存储PLC程序、数据和参数。
它可以分为内存、RAM和ROM等不同类型，提供临时存储和程序固化的功能。
5.运算单元：运算单元是PLC的算术和逻辑处理部分，用于执行计算、判定和控制等操作。
PLC的工作原理如下：1.输入信号检测：PLC通过I/O模块接收来自传感器、开关等外部输入设备的信号。
这些输入信号可以是数字量（如开关、触点）或模拟量（如温度、压力）。
2.信号处理：输入模块将接收到的信号转换为数字信号，以便CPU进行逻辑处理。
CPU根据预先编写好的程序，对输入信号进行逻辑判断和运算，产生相应的输出信号。
3.输出控制：CPU通过输出模块将计算得出的结果转换为物理信号，控制执行器（如电机、阀门等）的动作。
输出模块将CPU生成的电平、电流等信号转换为可控制的信号，通过继电器等装置控制外部设备。
4.程序循环：PLC程序通常采用循环的方式进行执行。
CPU根据编写的程序，循环地检测输入信号、计算、控制输出信号，使系统能够持续地进行逻辑控制。
5.监控与通信：PLC可以连接到上位机或其他设备进行监控和通信。
通过与其他设备的数据交换，可以实现对PLC系统进行远程监控、数据处理和参数设置等功能。
总结来说，PLC的结构和工作原理使其成为一种功能强大且灵活可塑的工业自动化控制系统。
PLC的组成及工作原理
PLC的组成及工作原理PLC的组成PLC由三个基本部分组成：输入部分、逻辑处理部分、输出部分。
基本结构示意图参见图2-1所示。
输入部分是指各类按钮、行程开关、传感器等接口电路，它收集并保存来自被控对象的各种开关量、模拟量信息和来自操作台的命令信息等。
逻辑处理部分用于处理输入部分取得的信息，按一定的逻辑关系进行运算，并把运算结果以某种形式输出。
输出部分是指驱动各种电磁线圈、交 / 直流接触器、信号指示灯等执行元件的接口电路，它向被控对象提供动作信息。
为了使用方便，PLC还常配套有编程器等外部设备，它们可以通过总线或标准接口与PLC连接，图2-2为一般PLC组成系统的原理框图。
（由图2-2可看出，PLC 的组成结构和计算机差不多，故PLC可看成用于工业控制的专用计算机）PLC主要部件功能CPUCPU是PLC的核心部件之一，它的主要功能有：① 采集输入信号；②执行用户程序；③刷新系统输出；④执行管理和诊断程序；⑤与外界通信。
PLC常用的CPU芯片主要有：通用微处理器如INTEL（8080、8085、8086、8088，80386、80486、80586）、Zilog（Z80、Z8000）、Motorola（6800、6809、68000）等。
通用微处理器芯片的通用性强、价格便宜、货源充足。
单片微处理器如 INTEL（8031、8039、8049、8051、8089），单片微处理器又叫单片机，它将ROM、RAM、接口电路、时钟电路、串行口甚至A/D 都集成在一个很小的芯片上，自成一个小的微处理机系统；另外，单片机有大量的位寻址单元和丰富的位操作指令，它为PLC在位处理方面提供了最佳的功能和速度，所以特别适用于PLC；此外，单片机集成度高、体积小、通用性强、价格低、可扩充性好、货源足。
位片式微处理器如 AMD（2900、2901、2903、N8×300），位片式微处理器是独立于微型机的另一分支，因为它采用双极型工艺，所以比一般的MOS型微机处理器在速度上要快一个数量级。
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。
PLC组成及工作原理
PLC组成及工作原理PLC（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。
它由中央处理器、输入输出模块、存储器、通信模块和电源模块等组成。
PLC的工作原理是基于数字逻辑技术和微处理器技术，通过输入信号的检测和处理，控制输出信号的状态，实现对工业生产过程的自动化控制。
一、PLC的组成1. 中央处理器（CPU）：PLC的核心部分，负责接收输入信号、处理逻辑运算和控制输出信号。
2. 输入模块：用于接收外部信号，如传感器信号、按钮信号等，并将其转换为数字信号，供CPU进行处理。
3. 输出模块：用于控制外部执行器，如电机、气缸等，将CPU处理后的数字信号转换为相应的控制信号。
4. 存储器：用于存储程序、数据和系统参数等信息，包括只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。
5. 通信模块：用于与其他设备进行通信，如人机界面、上位机等，实现远程监控和数据交换。
6. 电源模块：为PLC提供稳定的电源供应，保证其正常运行。
二、PLC的工作原理PLC的工作原理可以分为三个步骤：输入信号检测、逻辑处理和输出信号控制。
1. 输入信号检测：输入模块接收外部信号，并将其转换为数字信号，供CPU进行处理。
输入信号可以是开关信号、传感器信号等。
2. 逻辑处理：CPU根据预先编写的程序，对输入信号进行逻辑运算和判断，确定所需的控制操作。
这些程序通常使用类似于 ladder diagram（梯形图）的编程语言编写。
3. 输出信号控制：CPU根据逻辑处理的结果，控制输出模块产生相应的控制信号，控制外部执行器的运行。
输出信号可以是控制电机、气缸等设备的开关信号。
三、PLC的应用领域PLC广泛应用于工业自动化控制领域，如制造业、能源、交通、冶金、化工等。
它具有以下优点：1. 灵活性：PLC的程序可以根据实际需求进行修改和调整，实现灵活的控制策略。
2. 可靠性：PLC采用工业级的设计和制造，具有较高的可靠性和稳定性。
3. 扩展性：PLC的输入输出模块可以根据需要进行扩展，满足不同规模和复杂度的控制系统需求。