电气控制与PLC应用技术 教学课件 作者 田效伍 - 副本第5章 可编程控制器的基本组成及工作原理 .ppt

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1、第5章可编程控制器的基本组成及工作原理可编程控制器是以微处理器为核心的工业自动控制装置。可编程序控制器的产品很多，不同厂家生产的PLC以及同一厂家生产的不同型号的PLC，其结构各不相同。但是作为一种程序控制装置，可编程控制器在结构和控制原理上又有其共性。本章介绍可编程控制器的一般结构、工作原理及编程语言等。5.1可编程控制器的基本组成对于整体式的PLC，这些部件都在同一个机壳内。而对于模块式结构的PLC，各部件独立封装，称为模块，各模块通过机架和电缆连接在一起。第5章可编程控制器的基本组成及工作原理可编程控制器硬件系统的基本结构框图如图5-1所示。在图5-1中，PLC的主机由

2、微处理器(CPU)、存储器(EPROM、RAM)、输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成。第5章可编程控制器的基本组成及工作原理5.1可编程控制器的基本组成主机内的各个部分均通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接。根据实际控制对象的需要配备一定的外部设备，可构成不同的PLC控制系统。常用的外部设备有编程器、打印机、EPROM写人器等。PLC可以配置通信模块与上位机及其他的PLC进行通信，构成PLC的分布式控制系统。下面分别介绍PLC各组成部分及其作用，以便进一步了解PLC的控制原理和工作过程。微处理器又称中央处理器，简称CPU，它是PLC的核心。CPU的作

3、用是按照生产厂家预先编制的系统程序接收并存储编程器输入的用户程序和数据,采用扫描工作方式接收现场输入信号,从存储器逐条读取并执行用户程序,根据运算结果实现输出控制。可编程控制器中所采用的CPU随机型不同而不同，通常有三种：通用微处理器(如8086、80286、80386等)、单片机、位片式微处理器。小型PLC大多采用8位、16位微处理器或单片机作CPU，如Z80A、8031、M68000等，这些芯片具有价格低、通用性好等优点。对于中型的PLC，大多采用16位、32位微处理器或单片机作为CPU，如8086、8096系列单片机，具有集成度高、运算速度快、可靠性高等优点。对于大型P

4、LC，大多数采用高速位片式微处理器，具有灵活性强、速度快、效率高等优点。CPU的性能直接影响PLC的性能。目前，针对PLC的特点，一些专业生产PLC的厂家均采用自己开发的CPU芯片来提高PLC的控制性能。5.1.1微处理器(CPU)第5章可编程控制器的基本组成及工作原理5.1.2存储器存储器用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它信息。PLC使用的存储器有只读存储器ROM、读写存储器RAM和用户固化程序存储器E2PROM。ROM存放PLC制造厂家编写的系统程序，具有开机自检、工作方式选择、信息传递和对用户程序的解释翻译功能。ROM存放的信息是永远留驻的。RAM一般存放用户程

5、序和逻辑变量。用户程序在设计和调试过程中要不断进行读写操作。读出时，RAM中内容保持不变。写入时，新写入的信息将覆盖原来的信息。若PLC失电，RAM存放的内容会丢失。如果有些内容失电后不容许丢失，可以把它放在断电保持的RAM存储单元中。这些存储单元接上备用锂电池供电，具有断电保持能力。如果用户经调试后的程序要长期使用，可以通过PLC将程序写入带有E2PROM芯片的存储卡中，从而长期保存。第5章可编程控制器的基本组成及工作原理5.1.3输入/输出接口（I/O）输入部分的作用是把从输入设备来的输入信号送到可编程序控制器。输入设备一般包括各类控制开关(如按钮、行程开关、热继电器触点

6、等)和传感器(如各类数字式或模拟式传感器)等，这些量通过输入接口电路的输入端子与PLC的微处理器CPU相连。CPU处理的是标准电平，因此，接口电路为了把不同的电压或电流信号转变为CPU所能接收的电平，需要有各类接口模块。输出接线端子与控制对象如接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等连接。为了把CPU输出电平转变为控制对象所需的电压或电流信号，需要有输出接口电路。输入输出接口都采用光电隔离电路。输入/输出接口有数字量（开关量）输入/输出单元，模拟量输入/输出单元。第5章可编程控制器的基本组成及工作原理5.1.3输入/输出接口（I/O）数字量（开关量）输入单元分为直流输入和交流输入两种

7、类型，常用的输入电路有干接点式、直流输入式和交流输入式三种，电路原理如图5-2所示。（a）（b）（c）（a）干接点式（b）直流输入式（c）交流输入式第5章可编程控制器的基本组成及工作原理5.1.3输入/输出接口（I/O）数字量（开关量）输出单元又分为继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出三种形式。继电器输出可接交流负载或直流负载，晶体管输出只能接直流负载，晶闸管输出只能接交流负载，输出负载必须外接电源。三种输出电路的原理如图5-3所示。（a）继电器输出（b）晶闸管输出（c）晶体管输出第5章可编程控制器的基本