可编程控制器的结构和工作原理

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1、第5章可编程控制器的结构和工作原理返回总目录PLC的产品型号很多，发展非常迅速，应用日益广泛，不同的产品在硬件结构、资源配置和指令系统等方面各不相同。但从总体来看，不同厂商的PLC在硬件结构和指令系统等方面大同小异。对于初学者而言，只要熟悉一种PLC的组成和指令系统，在涉及其他PLC时就可以做到触类旁通，举一反三。本章主要介绍PLC的硬件组成、工作原理和系统资源配置等内容。本章内容●5.1可编程控制器的基本结构●5.2可编程控制器的资源与编程语言●5.3可编程控制器的工作原理●思考题与习题5.1可编程控制器的基本结构PLC从组成形式上一般分为

2、整体式和模块式两种，但在逻辑结构上基本上相同。整体式PLC一般由CPU板、I/O板、显示面板、内存和电源等组成，一般按PLC性能又分为若干型号，并按I/O点数分为若干规格。模块式PLC一般由CPU模块、I/O模块、内存模块、电源模块、底板或机架等组成。无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式的开放结构，其I/O能力可根据用户需要进行扩展与组合。PLC的组成如图5.1所示。图5.1PLC的组成5.1.1CPU(中央处理器)与通用计算机中的CPU一样，PLC中CPU也是整个系统的核心部件，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数

3、据总线和控制总线构成。此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。CPU中的控制器控制PLC工作，由它读取指令，解释并执行指令。工作的时序(节奏)则由振荡信号控制。CPU中的运算器用于完成算术或逻辑运算，在控制器的指挥下工作。CPU中的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果。它也是在控制器的指挥下工作。作为PLC的核心，CPU的功能主要包括以下几个方面。(1)CPU接收从编程器或计算机输入的程序和数据，并送入用户程序存储器中存储。(2)监视电源、PLC内部各个单元电

4、路的工作状态。(3)诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译。(4)在PLC进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并分析、执行该指令。(5)采集由现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存器中。5.1可编程控制器的基本结构(6)按程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器的内容。(7)根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口。(8)响应中断和各种外围设备(如编程器、打印机等)的任务处理请求。当PLC处于运行状态时，首先以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入相应的输入缓冲区。

5、然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或数据运算，将运算结果送入相应的输出缓冲区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O缓冲区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置。如此循环运行，直到PLC处于编程状态，用户程序停止运行。CPU模块的外部表现就是具有工作状态的显示、各种接口及设定或控制开关。CPU模块一般都有相应的状态指示灯，如电源指示、运行指示、输入/输出指示和故障指示等。箱体式PLC的面板上也有这些显示。总线接口用于连接I/O模块或特殊功能模块，内存接口用于安装存储器，

6、外设接口用于连接编程器等外部设备，通信接口则用于通信。此外，CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC进行设定，如设定工作方式和内存区等。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用3CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。5.1可编程控制器的基本结构5.1.2存储器存储器(内存)主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。PLC中的存储器一般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分。系统程序存储器用于存储整个系统的监控程序，一般采用只读存储器(ReadOnlyMe

7、mory，ROM)，具有掉电不丢失信息的特性。用户程序存储器用于存储用户根据工艺要求或控制功能设计的控制程序，早期一般采用随机读写存储器(RandomAccessMemory，RAM)，需要后备电池在掉电后保存程序。目前则倾向于采用电可擦除的只读存储器(ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory，EEPROM或E2PROM)或闪存(FlashMemory)，免去了后备电池的麻烦。有些PLC的存储器容量固定，不能扩展，多数PLC则可以扩展存储器。1.PLC常用的存储器类型(1)RAM是一种读/写存储

8、器(随机存储器)，存取速度最快，但掉电后信息就丢失，需要锂电池作为后备电源。(2)EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory)