可编程控制器的系统构成和工作原理.ppt

2.1 可编程控制器的基本组成 2.1.1 可编程控制器的硬件系统 世界各国生产的可编程控制器外观各异，但其硬件构成大体相同，主要有中央处理单元、存储器、输入/输出单元、编程器和电源等。 可编程控制器的硬件结构如图2-1所示。下面分别介绍可编程控制器的各组成部分。 2.1.1.1 中央处理单元(CPU) 中央处理单元是可编程控制器的核心部件，它类似人的大脑，是系统的运算和控制中心，能指挥PLC按照预先编好的系统程序完成各种任务。 其作用有以下几点。 (1) 接收并存储用户程序和数据。 (2) 检查、校验用户程序。 (3) 接收、调用现场信息。 (4) 执行用户程序。 (5) 故障诊断。 当PLC运行时，CPU首先以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算，并将运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直至停止。 2.1.1.2 存储器 存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量及其他信息。PLC存储器分为两大部分。 1．系统程序存储器 系统程序存储器由ROM(Read Only Memory，只读存储器)或EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory，可擦除的只读存储器)组成。 存储器主要用于存放系统程序和应用软件(用户程序及工作数据)。PLC系统所用存储器基本上由ROM、EPROM或EEPROM(电擦除可编程序只读存储器)，用以存放系统程序，生产厂家在PLC出厂前已将系统程序固化其中，用户一般不作更改。 系统程序由以下各部分内容组成： (1) 系统管理程序。 (2) 编译程序。 (3) 监控程序。 2．用户程序存储器 用户存储器由RAM或CMOS RAM组成。 CMOS RAM是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，用锂电池作备用电源，掉电时可有效地保持存储的信息不丢失。锂电池的寿命一般为3~5年。 用户存储器分两个区存放用户应用程序： (1) 用户程序存储器区。 (2) 工作数据存储区(变量存储器)。 2.1.1.3 输入/输出单元 输入/输出单元是PLC与外部设备相互联系的窗口，必须能直接与现场相连，这是PLC的重要特点。输入单元由输入端子、输入电路和输入锁存器组成。其作用是连接外部信号，并将这些信号转换成PLC的CPU所需要的标准电平信号，并将输入信号锁存。输出单元由输出锁存器、输出电路和输出端子组成。其作用是将CPU送来的各输出点的信号进行锁存，并转换成外部过程所需要的信号电平，并以此来驱动外部过程的执行机构、指示灯及各种负载。而与PLC输入部分和输出部分相连的器件的电压都很高，一般在直流24V或交流220V之间，电流达几个安培。PLC的输入、输出接口部分是PLC的内部弱电与外部强电相连的部分。因此，输入、输出接口部分必须具有电压转换和隔离功能，这样不需中间继电器，PLC就能直接与传感器或执行器件相连，同时还可减小电磁干扰。 下面介绍几种常用的输入/输出单元的工作原理。 1．开关量输入单元 按照输入端电源类型，开关量输入单元可分为直流输入单元和交流输入单元。 (1) 直流输入单元。直流输入单元的电路如图2-2所示，外接的直流电源极性可任意。虚框内是PLC内部的输入电路，框外左侧为外部用户接线。图中只画出对应于一个输入点的输入电路，各个输入点对应的输入电路均相同。 (2) 交流输入单元。交流输入单元的电路如图2-3所示。虚线框内是PLC内部的输入电路，框内左侧为外部用户接线。图中只画出对应于一个输入点的输入电路，各个输入点所对应的输入电路均相同。 2．开关量输出单元 按输出电路所用开关器件的不同，PLC的开关量输出单元可分为晶体管输出单元、双向晶闸管输出单元和继电器输出单元。 (1) 晶体管输出单元。晶体管输出单元的电路如图2-4所示。虚线框内是PLC的内部输出电路，框外右侧为外部用户接线。图中只画出对应于一个输出点的输出电路，各个输出点所对应的输出电路均相同。 (2) 双向晶闸管输出单元。在双向晶闸管输出单元中，输出电路采用的开关器件是光控双向晶闸管，电路如图2-5所示。虚框内是PLC内部的输出电路，框外右侧为外部用户接线。图中只画出对应于一个输出点的输出电路，各个输出点所对应的输出电路均相同。 (3) 继电器输出单元。继电器输出单元的