第2章 可编程序控制器的基本原理 (1)

. . . . . .

DI

AI

输 入 映 像 寄 存 器

CPU

输 出 映 像 寄 存 器

DO

. . .. . .

AO

PLC 应用基础

第2章 可编程序控制器的基本原理2.1 可编程序控制器的基本结构 2.2 可编程序控制器的各组成部分2.3 可编程序控制器的工作原理

2.4 可编程序控制器的编程语言

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淮海工学院电气工程系LFChun 制作

第2章 可编程序控制器的基本原理

2.1 可编程序控制器的基本结构整体式 (一体式)PLC外部设备 PLC主机 通 信 接 口 存储器 系统 用户 程序 程序 I/O 扩 展 接 口 I/O 扩 展 模 块 指示灯 电磁线圈 电磁阀 …… 用户输出设备

编程器 计算机 打印机 条码扫描仪 图形监控设备按钮 触点 行程开关 …… 用户输入设备

输 入 接 口

CPU电源

输 出 接 口

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第2章 可编程序控制器的基本原理

模块式 PLC

CPU 模块 编程器

输入模块

输出模块

智能I/O模块

通信模块

工业现场过程

PLC / 上位计算机

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第2章 可编程序控制器的基本原理

2.2 可编程序控制器的各组成部分一、中央处理单元 CPU1. CPU 的功能 (1) 读入现场状态； (2) 控制存储和解读用户程序； (3) 执行各种运算程序； (4) 输出运算结果； (5) 执行系统诊断功能； (6) 与外部设备或计算机通信等。

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第2章 可编程序控制器的基本原理

2. CPU 的构成

由(超)大规模集成电路的处理芯片构成。 (1) 用通用微处理器作 CPU 低档 PLC 普遍常用 Z80 作 CPU。 通用处理器：Intel 8086、80286、80386等。 (2) 用单片机作 CPU Intel 公司的 MCS-45 系列或 MCS-51系列。 如单片机芯片： 8031、8096。 (3) 位片式微处理器作 CPU 位片式微处理器：AMD-2900。6

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第2章 可编程序控制器的基本原理

二、存储器1. 存储器的类型 ROM、RAM、PROM、EPROM、 EAROM、EEPROM。 2. 存储器的划分 (1) 系统存储器 ROM 存储器。 (2) 用户程序存储器 有掉电保护的 RAM 或 EEPROM 存储器。 不同型号的 PLC 其存储器的容量差别很大。7

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第2章 可编程序控制器的基本原理

(3) 工作数据存储器 有掉电保护的 RAM 或 EEPROM 存储器。 在工作数据区预先开辟了“元件映像寄存器” 和变量数据区。 有掉电时能保持数据的区域 —— 数据保持区。

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第2章 可编程序控制器的基本原理

三、输入/输出模块输入/输出信号：开关量、模拟量。 开关量：直流量、交流量。. . . . . . DI输 入 映 像 寄 存 器 输 出 映 像 寄 存 器

DO AO

. . . . . .

CPU

AI

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第2章 可编程序控制器的基本原理

1. 数字量(开关量)输入接口电路 (1) 直流输

入接口电路S - + R1 VT C - LED 电源极性任意 COM 输入指示 R2 R 滤波 +U 内 部 电 路

+

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(2) 交流输入接口电路S

R1VT +U 内 部 电 路

~CCOM

R2 LED R3

滤波

输入指示

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第2章 可编程序控制器的基本原理

通常有干接触、直流输入、交流输入三种形式。

干接触式由内部的直流电源供电，小型PLC的直流 输入电路也由内部的直流电源供电，交流输入必须 外加电源。

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2. 数字量(开关量)输出接口电路 根据输出电路所用开关器件的不同分类。 (1) 晶体管输出接口电路内 部 电 路 输出 指示

VT1

+U 负载 VT2 R3 FU COM

LED R1

R2

VD1

VD2 - +

特点：开关速度高，负载能力小且为直流，适用于 高频场合13

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(2) 双向晶闸管输出单元内 部 电 路 输出 指示 VT1

R2VT2 R

负载~ C + - +

- COM

LED R1

FU

特点：开关速度高，负载能力小且为交直流，适用 于高频场合14

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第2章 可编程序控制器的基本原理

(3) 继电器输出接口电路内 部 电 路负载 输 出 指 示 KA LED R1 VD FU COM KA +

-

~- +

特点：开关速度低，负载能力大且为交直流，适用 于低频场合15

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第2章 可编程序控制器的基本原理

PLC输出接口在应用中的注意事项(1)PLC的输出接口是成组的，每一组有一个COM口， 只能使用同一种电源电压；四个输出点公用一 个COM

四个输出点公用一 个COM

四个输出点公用一 个COM

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第2章 可编程序控制器的基本原理

(2)PLC的输出负载能力有限，具体参数参阅所选有的 输出模块的相关资料； (3)对于电感性负载应加阻容保护。 (4)对于采用直流电源小于30V时，为了缩短响应时间， 可用并联续流二极管的方法改善响应时间。

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第2章 可编程序控制器的基本原理

3. 模拟量的输入与输出 (1) 模拟量输入 采样值→A/D 转换 →8 位/10 位/ 12 位数字量 →输入映像寄存器 AI。 S7-200 PLC中，一个模拟量转换为 12 位数 字量，但是占用 AI 一个字长(16 位)。 输入模拟信号的大小： 电压：-10 ~ 10V, 0 ~ 10V,1 ~ 5V 电流：-20 ~ 20mA,0 ~ 20mA,4 ~ 20mA。

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输入滤波 模拟量输入接口电路1 R1 C + 3+

放大电路

A/D转换

增益调整 C-

Ui- R2 2 R1 C

放大器

缓存 A/D转换11 0

AI

当模拟量为电压信号Ui时，由1端和2端两个输入 端子之间

输入；当模拟量为电流信号Ii时，应当将 1端和3端短接，电流信号再从1端和2端两个输入 端子输入，电子R2使电流信号转化为电压信号。19

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