第3章 PLC系统组成与工作原理

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1、第3章PLC系统组成和工作原理3.1PLC系统的组成3.2PLC的工作原理本章小结3.1PLC系统的组成3.1.1PLC的硬件系统3.1.2PLC的软件系统3.1.1PLC的硬件系统PLC的基本单元主要由微处理器(CPU)、存储器、输入和输出模块、电源模块、I/O扩展接口、外设I/O接口以及编程器等部分组成。图3-1:一般小型PLC的硬件系统简化框图。图3-1PLC硬件系统简化框图1．处理器（CPU）CPU是整个PLC控制的核心，它指挥、协调整个PLC的工作。它主要由控制器、运算器、寄存器等组成，其中控制器控制C

2、PU的工作，由它读取指令、解释指令及执行指令；运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作；寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。PLC中常用的CPU有通用微处理器(如Z80、8086）、单片机（如8031、8051）和位片式微处理器（如AMD2901、AMD2903）。2．存储器存储器是PLC记忆或暂存数据的部件，一般由存储体、地址译码电路、读写控制电路和数据寄存器组成，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量及其它一些信息。PLC的存储器分为系统存储器和用户程序存储器。系统存储器用来

3、存放系统程序。系统程序由PLC生产厂家编写并固化在ROM内，它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各种工作。用户程序存储器存放用户编制的控制程序。常用的存储器类型：CMOSRAM、ROM、PROM、EPROMEEPROM。3.输入/输出（I/O）模块I/O模块是CPU与现场用户输入、输出设备之间联系的桥梁。PLC的输入模块用以接收和采集外部设备各类输入信号（如按钮、各种开关、继电器触点等送来的开关量；或电位器、测速发电机、传感器等送来的模拟量），并将其转换成CPU能接受和处理的数据。PLC的输出模块

4、则是将CPU输出的控制信息转换成外部设备所需要的控制信号去驱动控制元件(如接触器、指示灯、电磁阀、调节阀、调速装置等)。PLC提供多种用途和功能的I/O模块。为了提高PLC的抗干扰能力,一般的I/O模块都有光电隔离装置。4.电源模块电源是整机的能源供给中心。PLC系统的电源分内部电源和外部电源。内部电源：PLC内部配有开关式稳压电源模块，用来将220V交流电源转换成PLC内部各模块所需的直流稳压电源。小型PLC的内部电源往往和CPU单元合为一体，大中型PLC都有专用的电源模块。外部电源又叫用户电源，用于传送现场信

5、号或驱动现场负载，通常由用户另备。5.编程器编程器是对用户程序进行编辑、输入、调试，通过其键盘去调用和显示PLC内部的一些状态和系统参数实现监控功能的设备。它是PLC最重要的外围设备，是PLC不可缺少的一部分。目前，许多PLC都用微型计算机作为编程工具，只要配上相应的硬件接口和软件包，就可以使用梯形图、语句表等多种编程语言进行编程。6．TD200文本显示器TD200（TextDisplay200）文本显示器是专用于S7-200系列PLC的文本显示和操作界面。TD200支持中文操作和文本显示。TD200的主要功能有

6、：显示信息；在控制系统中可设定和修正参数；可以提供8个由用户自定义的功能键；提供密码保护功能；可用STEP7-Micro/WIN软件进行编程，在S7-200系列的CPU中保留了一个专用区域用于与TD200交换数据，TD200直接通过这些数据区访问CPU的必要功能。7.外部设备I/O接口PLC的外部设备还有:EPROM写入器（用于将用户程序写入到EPROM中）、打印机、外存储器（磁带或磁盘）等。外部设备I/O接口的作用就是将这些外设与CPU相连。某些PLC可以通过通信接口与其它PLC或上位计算机连接，以实现通信网络

7、功能。8.I/O扩展接口当用户的输入、输出设备所需的I/O点数超过了主机（基本单元）的I/O点数时，就需要用I/O扩展单元加以扩展。I/O扩展接口就是用于扩展单元与基本单元之间的连接，它使得I/O点数的配置更为灵活。3.1.2PLC的软件系统PLC的软件是指PLC工作所使用的各种程序的集合，它包括系统软件和应用软件两大部分。系统软件决定了PLC的基本智能，应用软件则规定了PLC的具体工作。系统软件又叫系统程序，是由PLC生产厂家编制的用来管理、协调PLC的各部分工作，充分发挥PLC的硬件功能，方便用户使用的通用程

8、序。系统软件通常被固化在EPROM中与机器的其它硬件一起提供给用户。应用软件又叫用户程序，是用户根据实际系统控制需要用PLC的编程语言编写的。3.2.1PLC的工作方式3.2.2PLC的工作过程3.2.3扫描周期的计算与PLC的I/O响应时间3.2PLC的工作原理3.2.1PLC的工作方式PLC对用户程序的执行采用循环扫描的工作方式。PLC开始运行时，CPU对用户程序作周