电气控制与PLC应用课件：PLC通用结构及工作原理.pptx

PLC通用结构及工作原理学习目标（1）了解PLC的结构和工作原理、软件；（2）掌握PLC的几种编程语言和程序结构。

一、任务导入虽然PLC的品种繁多，但其基本结构和工作原理基本相同。广义上和工业PC一样，PLC也是一种计算机系统，只不过它更加适应工业环境，具有更强的抗干扰能力。

二、相关知识（一）PLC的结构组成PLC的结构组成如图3.4所示，主要包括中央处理单元(CPU)、存储器、I／O接口电路、电源、I／0扩展接口、外部设备接口等。其内部采用总线结构进行数据和指令的传输。外部的各种信号送入PLC的输人接口，在PLC内部进行逻辑运算或数据处理，最后以输出变量的形式经输出接口，驱动输出设备进行各种控制。各部分的作用如下：

图3.4PLC基本组成

1.中央处理单元CPU中央处理单元CPU（CentreProcessingUnit），主要由控制电路、运算器和寄存器等部分组成，是PLC的运算和控制中心。PLC常用的CPU有通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器。通用微处理器常用的是8位或16位，如Z80A、8085、8086、M68000等；单片机是将CPU、存储器和I／O接口集成在一起，因此性价比高，多为中小型PLC采用，常用的单片机有8051、8098等；位片式微处理器的特点是运算速度快，以4位为1片，可以多片级联，组成任意字长的微处理器，因此多为大型PLC采用，常用的位片式微处理器有AM2900、AM2901、AM2903等。目前，PLC的位数多为8位或16位，高档机已采用32位，甚至更高位数。

2.存储器存储器的功能是存放程序和数据。可分为系统程序存储器和用户程序存储器两大类：（1）系统程序存储器。用来存放管理程序、监控程序以及内部数据，由PLC生产厂家设计提供，用户不能更改。（2）用户程序存储器。主要存放用户已编制好或正在调试的应用程序。存放在RAM中的用户程序可方便地修改。3.输入／输出接口电路输入／输出接口电路的作用是将输入信号转换为CPU能够接收和处理的信号，并将CPU输出的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号，而且能有效地抑制干扰，起到与外部电路的隔离作用。

（二）PLC的工作原理PLC是一种工业计算机，其工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，CPU采用分时操作方式来处理各项任务，即每一时刻只能处理一件事情，程序的执行是按照顺序依次执行。这种分时操作过程称为PLC对程序的扫描。扫描一次所用的时间称为扫描周期。PLC的扫描工作过程大致可以分为3个阶段：即输入采样、用户程序执行和输出刷新3个阶段，如图3.7所示。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述3个阶段。

图3.7PLC的工作原理1.输入采样阶段在输入采样阶段，PLC首先扫描所有输入端子，再依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入输入映像寄存器中。此时，输入映像区被刷新。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，输入映像区中相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2.用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制电路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制电路进行相应的运算，最后将执行结果写入输出映像寄存器中。

3.输出刷新阶段（输出处理阶段）CPU在执行完所有的指令后，把输出状态寄存器中的内容转存到输出锁存器中，并通过输出接口电路将其输出，来驱动PLC的外部负载，控制设备的相应动作，形成PLC的实际输出。实际上，在每个扫描周期内，CPU除了执行用户程序外，还要进行系统自诊断和通信请求，并及时接收外来的控制命令，以提高PLC工作的可靠性，但所占用时间很短。由上可见，PLC通过周期性循环扫描，并采取集中采样和集中输出的方式执行用户程序，这与计算机的工作方式不同，计算机在工作过程中，如果输入条件没有满足，程序将等待，直到条件满足才继续执行；而PLC在输入条件不满足时，程序照样往下执行，它将依靠不断的循环扫描，一次次通过输入采样捕捉输入变量。当然由此也带来一个问题，如果在本次扫描之后输入变量才发生变化，则只有等待下一次扫描时才能确认。这就造成了输入与输出响应的滞后，在一定程度上降低了系统的响应速度，但由于PLC的一个工作周期仅为数十毫秒，故这种很短的滞后时间对一般的工业控制系统影响不大。

（三）PLC的软件及编程语言PLC是一种工业控制计算机。与计算机一样，PLC的软件也分为系统软件和应用软件。

1.系统软件PLC的系统软件就