可编程控制器的基本结构和工作原理

.2.1 可编程控制器的基本结构

1． 中央处理器

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中央处理器是PLC的大脑。起着指挥的作用，其主要功能是：

（1） 编程时接受并存储从编程器输入的用户程序和数据，并能进行修改或更新。

（2） 以扫描方式接受现场输入的用户程序和数据，并存入输入状态表（即输入继电器）和数据寄存器所谓输入影像寄存器。

（3） 从存储器中逐条读出用户程序，经解读用户逻辑，完成用户程序中规定的各种任务，更新输出映像寄存器的内容。 （4） 根据输出所存电路的有关内容实现输出控制。 （5） 执行各种诊断程序

目前，PLC中的CPU主要采用单片机，如Z80A 8051 8039 AMD2900等，小型PLC大多数采用8为单片机，中型PLC大多数采用16位甚至32位单片机。

2． 存储器

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PLC内部存储器用来存放PLC的系统程序，用户程序和逻辑变量及数据信息。存储器分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）两大类。ROM的内容杂使用时只能读出不能写入，它的写入需要使用特殊的方法和设备，一旦写入即使掉电也不会消失，称为固化。ROM主要存放监控程序及已调试好的用户程序。RAM的内容可以随时由CPU对它进行读取，写入，任意修改，但掉电后，信息丢失。用户程序是使用者为PLC完成某一具体控制任务编写的应用程序，用户程序在设计和调试过程中要经常进行读写操作，为了便于调试、修改、扩充、完成，用户程序一般使用RAM存储。

RAM中的内容在掉电后要消失，所以PLC对RAM提供备用锂电池，一般锂电池使用期为3－5年左右。如果调试通过的用户程序要长期使用，可用专用EPROM写入器把程序固化在EPROM芯片中，再把芯片插入PLC的EPROM插座上。

3． 输入、输出模块

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这是PLC与被控设备的连接部件，输入模块通过输入端子接受现场设备的控制信号（包括开关量和模拟量），如控制按钮、限位开关、传感器信号等，并把这些信号转换成被控设备能接收的电压或电流信号，以驱动被控装置（包括开关量和模拟量），如电磁阀、接触器、信号灯等。

4． 扩展接口

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当PLC主机（基本单元）的点数不够用时，可以通过扩展I/O接口连接扩展机（扩展单元），以增加输入和输出点数。

5． 电源部件

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电源部件将外部提供的交流电转换成PLC内部正常工作所需的直流电，它是主机的重要组成部分。

6． 编程器和其他外设

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PLC需要通过编程器输入、检查、修改、完善和调试程序，也需要它在线监控PLC的工作情况，编程器是PLC最主要的外围设备。

PLC也可以配置其他设备，如打印机、显示器、EPROM写入器和盒式磁带机等。

7.2.2 可编程控制器的工作原理

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与普通微机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。在软件的控制下，PLC才能正常工作。软件分为系统软件和应用软件两部分。

PLC的基本工作过程：

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1.输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点，读入各输入点的状态。

2.执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算。

3.输出控制信号：根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器（锁存器）向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。

PLC扫描过程:

? 每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状态进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障。此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。

诊断结束后，如没发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。

处理完通信后，PLC继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。

PLC的I/O响应时间

? 为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。

为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。 以上两个主要原因，使得PLC的I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统慢的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。

I/O响应时间:指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。 最短I/O响应时间:

最长I/O响应时间：