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PLC組成
1.CPU運算和控制中心
起“心臟”作用。
縱：當從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲器中，然后CPU根據系統(tǒng)所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲器的解釋編譯程序）,，把用戶程序翻譯成PLC內部所認可的用戶編譯程序,。
橫：輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進,，CPU將之存入工作數(shù)據存儲器中或輸入映象寄存器,。然后由CPU把數(shù)據和程序有機地結合在一起。把結果存入輸出映象寄存器或工作數(shù)據存儲器中,，然后輸出到輸出接口,、控制外部驅動器。
組成：CPU由控制器,、運算器和寄存器組成,。這些電路集成在一個芯片上。CPU通過地址總線,、數(shù)據總線與I/O接口電路相連接,。
2． 存儲器
具有記憶功能的半導體電路，分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器,。
系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序,，包括管理程序,，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器,、ROM組成,。廠家使用的，內容不可更改,，斷電不消失,。
用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據存儲區(qū)。由隨機存取存儲器（RAM）組成,。用戶使用的,。斷電內容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源,，壽命一般為3~5年,。
3．輸入/輸出接口
（1）輸入接口：
光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。
發(fā)光二級管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號,，發(fā)光二極管就產生與輸入信號變化規(guī)律相同的光信號,。
光電三級管：在光信號的照射下導通，導通程度與光信號的強弱有關,。在光電耦合器的線性工作區(qū)內，輸出信號與輸入信號有線性關系,。
輸入接口電路工作過程：當開關合上,，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導通,，向內部電路輸入信號,。當開關斷開，二極管不發(fā)光,，三極管不導通,。向內部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開關信號轉化成PLC內部所能接受的數(shù)字信號,。
（2）輸出接口
PLC的繼電器輸出接口電路
工作過程：當內部電路輸出數(shù)字信號1,，有電流流過，繼電器線圈有電流,，然后常開觸點閉合,，提供負載導通的電流和電壓。當內部電路輸出數(shù)字信號0,，則沒有電流流過,，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開,，斷開負載的電流或電壓,。也就是通過輸出接口電路把內部的數(shù)字電路化成一種信號使負載動作或不動作,。
（3）還有特別用來輸入/輸出模擬電流信號和高速脈沖信號的特殊結構，例如：模數(shù)/數(shù)模轉換模塊,、高速計數(shù)模塊等,。
4．編程器
編程器分為兩種，一種是手持編程器,，方便,，我們實驗室使用的就是手持編程器。二種是通過PLC的RS232口,，與計算機相連,，然后敲擊鍵盤，通過NSTP-GR軟件（或WINDOWS下軟件）向PLC內部輸入程序,。
PLC的基本工作原理
PLC采用“順序掃描,，不斷循環(huán)”的工作方式
1．每次掃描過程，集中采集輸入信號,，集中對輸出信號進行刷新,。
2．輸入刷新過程，當輸入端口關閉時,，程序在進行執(zhí)行階段時,，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入,。只有程序進行下一次掃描時,，新狀態(tài)才被讀入。
3．一個掃描周期分為輸入采樣,，程序執(zhí)行,，輸出刷新。
4．元件映象寄存器的內容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的,。
5．掃描周期的長短由三條決定,。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數(shù)，現(xiàn)在的PLC掃描速度都是非?？斓?。
6．由于采用集中采樣，集中輸出的方式,，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象,，即輸入/輸出響應延遲。


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在自動化控制領域,，PLC是一種重要的控制設備,。目前，世界上有200多廠家生產300多品種PLC產品,，應用在汽車（23%）,、糧食加工（16.4%）,、化學/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）,、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè),。為了使各位初學者更方便地了解PLC，本文對PLC的發(fā)展,、基本結構,、配置、應用等基本知識作一簡介,，以期對各位網友有所幫助,。
一、PLC的發(fā)展歷程
在工業(yè)生產過程中,，大量的開關量順序控制,，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制,，及大量離散量的數(shù)據采集,。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的,。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求,，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置,，首次采用程序化的手段應用于電氣控制,，這就是第 一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）,。
個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便,，也為了反映可編程控制器的功能特點,，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在,，仍常常將PLC簡稱PC,。
PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計,。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算,、順序控制,、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令,，并通過數(shù)字的,、模擬的輸入和輸出,，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備,，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計,。
上世紀80年代至90年代中期,，是PLC發(fā)展*快的時期，年增長率一直保持為30~40%,。在這時期,，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力,、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高,，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng),。
PLC具有通用性強,、使用方便、適應面廣,、可靠性高,、抗干擾能力強、編程簡單等特點,。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位,，在可預見的將來，是無法取代的,。
二,、PLC的構成
從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種,。固定式PLC包括CPU板,、I/O板、顯示面板,、內存塊,、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體,。模塊式PLC包括CPU模塊,、I/O模塊、內存,、電源模塊,、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。
三,、CPU的構成
CPU是PLC的核心,，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU,，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據,，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據，并存入規(guī)定的寄存器中,，同時,，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后,，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令,，經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路,。
CPU主要由運算器,、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據,、控制及狀態(tài)總線構成,，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路,。內存主要用于存儲程序及數(shù)據,，是PLC不可缺少的組成單元。
在使用者看來,，不必要詳細分析CPU的內部電路,，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作,，由它讀取指令,、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制,。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算,，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算,，并存儲運算的中間結果,，它也是在控制器指揮下工作,。
CPU速度和內存容量是PLC的重要參數(shù),，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等,，因此限制著控制規(guī)模,。
四、I/O模塊
PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的,。I/O模塊集成了PLC的I/O電路,，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài),。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng),，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI）,，開關量輸出（DO）,，模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊,。
開關量是指只有開和關（或1和0）兩種狀態(tài)的信號,，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：
開關量：按電壓水平分,，有220VAC,、110VAC、24VDC,，按隔離方式分,，有繼電器隔離和晶體管隔離。
模擬量：按信號類型分,，有電流型（4-20mA,0-20mA）,、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分,，有12bit,14bit,16bit等,。
除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊,，如熱電阻,、熱電偶、脈沖等模塊,。
按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量,，I/O模塊可多可少，但其*大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力,，即受*大的底板或機架槽數(shù)限制,。
五、電源模塊
PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源,。同時,，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC）,，直流電源（常用的為24VAC）,。
六,、底板或機架
大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上,，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系,，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上,，實現(xiàn)各模塊間的連接,，使各模塊構成一個整體。
七,、PLC系統(tǒng)的其它設備
1,、編程設備：編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行,、檢查維護不可缺少的器件,，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定,、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況,，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器,，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器,。
2、人機界面：*簡單的人機界面是指示燈和按鈕,，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛,，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。
3,、輸入輸出設備：用于*久性地存儲用戶數(shù)據,，如EPROM、EEPROM寫入器,、條碼閱讀器,，輸入模擬量的電位器，打印機等,。
八,、PLC的通信聯(lián)網
依靠先進的工業(yè)網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數(shù)據,。因此,，網絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網絡就是控制器"的觀點說法,。
PLC具有通信聯(lián)網的功能,，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息,，形成一個統(tǒng)一的整體,，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口,，還有一些內置有支持各自通信協(xié)議的接口,。
PLC的通信，還未實現(xiàn)互操作性,，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準,，PLC各廠家均有采用。
對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講,，選擇網絡非常重要的。首先,，網絡必須是開放的,，以方便不同設備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次,，針對不同網絡層次的傳輸性能要求,，選擇網絡的形式，這必須在較深入地了解該網絡標準的協(xié)議,、機制的前提下進行,；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本,、設備兼容性,、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網絡標準,。





PLC系統(tǒng)組成及各部分的功能
一．系統(tǒng)組成,。
二．各部分的作用。
1． CPU運算和控制中心
起“心臟”作用,。
縱：當從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲器中,，然后CPU根據系統(tǒng)所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲器的解釋編譯程序），把用戶程序翻譯成PLC內部所認可的用戶編譯程序,。
橫：輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進,，CPU將之存入工作數(shù)據存儲器中或輸入映象寄存器。然后由CPU把數(shù)據和程序有機地結合在一起,。把結果存入輸出映象寄存器或工作數(shù)據存儲器中,，然后輸出到輸出接口、控制外部驅動器,。
組成：CPU由控制器,、運算器和寄存器組成。這些電路集成在一個芯片上,。CPU通過地址總線,、數(shù)據總線與I/O接口電路相連接,。
2． 存儲器
具有記憶功能的半導體電路。
分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器,。
系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序,，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序,。由只讀存儲器,、ROM組成。廠家使用的,，內容不可更改,，斷電不消失。
用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據存儲區(qū),。由隨機存取存儲器（RAM）組成,。用戶使用的。斷電內容消失,。常用高效的鋰電池作為后備電源,，壽命一般為3~5年。
3．輸入/輸出接口
（1）輸入接口：
光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成,。
發(fā)光二級管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號,，發(fā)光二極管就產生與輸入信號變化規(guī)律相同的光信號。
光電三級管：在光信號的照射下導通,，導通程度與光信號的強弱有關,。在光電耦合器的線性工作區(qū)內，輸出信號與輸入信號有線性關系,。
輸入接口電路工作過程：當開關合上,，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導通,，向內部電路輸入信號,。當開關斷開，二極管不發(fā)光,，三極管不導通,。向內部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開關信號轉化成PLC內部所能接受的數(shù)字信號,。
（2）輸出接口
PLC的繼電器輸出接口電路
工作過程：當內部電路輸出數(shù)字信號1,，有電流流過，繼電器線圈有電流,，然后常開觸點閉合,，提供負載導通的電流和電壓。當內部電路輸出數(shù)字信號0,，則沒有電流流過,，繼電器線圈沒有電流,，然后常開觸點斷開，斷開負載的電流或電壓,。也就是通過輸出接口電路把內部的數(shù)字電路化成一種信號使負載動作或不動作,。
三種類型：
繼電器輸出：有觸點、壽命短,、頻率低、交直流負載
晶體管輸出：無觸點,、壽命長,、直流負載
晶閘管輸出：無觸點、壽命長,、交流負載
4．編程器
編程器分為兩種,，一種是手持編程器，方便,。我們實驗室使用的就是手持編程器,。二種是通過PLC的RS232口。與計算機相連,。然后敲擊鍵盤,。通過NSTP-GR軟件（或WINDOWS下軟件）向PLC內部輸入程序。
第二節(jié) PLC的基本工作原理
一．PLC采用“順序掃描,，不斷循環(huán)”的工作方式
1．每次掃描過程,。集中對輸入信號進行采樣。集中對輸出信號進行刷新,。
2．輸入刷新過程,。當輸入端口關閉時，程序在進行執(zhí)行階段時,，輸入端有新狀態(tài),，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時,，新狀態(tài)才被讀入,。
3．一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行,，輸出刷新,。
4．元件映象寄存器的內容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。
5．掃描周期的長短由三條決定,。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數(shù)
6．由于采用集中采樣,。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象,，即輸入/輸出響應延遲,。
二．PLC與繼電器控制系統(tǒng),、微機區(qū)別
1．PLC與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別
前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”,。
前者用“軟件”,，后者用“硬件”。
2．PLC與微機區(qū)別
前者工作方式是“循環(huán)掃描”,。后者工作方式是“待命或中斷”
PLC 編程方式
PLC*突出的優(yōu)點采用“軟繼電器”代替“硬繼電器”,。用“軟件編程邏輯”代替“硬件布線邏輯”。
PLC編程語言有梯形圖,、布爾助記符語言,，等等。尤其前兩者為常用,。
梯形圖語言特點：
1．每個梯形圖由多個梯級組成,。
2．梯形圖中左右兩邊的豎線表示假想的邏輯電源。當某一梯級的邏輯運算結果為“1”時,，有假想的電流通過,。
3．繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而它的常開,、常閉觸點可以出現(xiàn)無數(shù)次,。
4．每一梯級的運算結果，立即被后面的梯級所利用,。
5．輸入繼電器受外部信號控制,。只出現(xiàn)觸點，不出現(xiàn)線圈,。
第四節(jié) 主要技術性能
用戶程序存儲容量：是衡量可存儲用戶應用程序多少的指標,。通常以字或K字為單位。16位二進制數(shù)為一個字,，每1024個字為1K字,。PLC以字為單位存儲指令和數(shù)據。一般的邏輯操作指令每條占1個字,。定時/計數(shù),，移位指令占2個字。數(shù)據操作指令占2~4個字,。
每五節(jié) PLC的分類
按結構分類：
1． 整體式：是把PLC各組成部分安裝在一起或少數(shù)幾塊印刷電路板上,，并連同電源一起裝在機殼內形成一個單一的整體，稱之為主機或基本單元,、小型,、超小型PLC采用這種結構。
模塊式：是把PLC各基本組成做成獨立的模塊。中型,、大型PLC采用這種方式,。便于維修。