1、第二章第二章 PLC软、硬件组成及工作原理软、硬件组成及工作原理2.1 PLC概述概述 2.1.1 PLC的定义的定义 2.1.2 发展趋势发展趋势 2.1.3 PLC与其他工业系统的比较与其他工业系统的比较 2.1.4 PLC的特点及应用领域的特点及应用领域2.1.1 PLC的定义的定义 在在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称：的发展历程中，有过几个不同的名称： 可编程序矩阵控制器可编程序矩阵控制器PMC（Programmable Matrix Controller） 可编程序顺序控制器可编程序顺序控制器PSC （Programmable Sequence Controller） 可编程
2、序逻辑控制器可编程序逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller） 可编程序控制器可编程序控制器PC（Programmable Controller） 1969年美国数字设备公司（年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上公司汽车生产线上首次应用成功。首次应用成功。 1980年美国电气制造商协会（年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为编程）正式将其命名为编程序控制器（序控制器（Programmable Controller），简称），简称
3、PC。 19691969年美国数字设备公司（年美国数字设备公司（DECDEC）根据招标的要求，研制出世）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在界上第一台可编程序控制器，并在GMGM公司汽车生产线上首次应公司汽车生产线上首次应用成功。用成功。 19801980年美国电气制造商协会（年美国电气制造商协会（NEMANEMA）正式将其命名为编程序控）正式将其命名为编程序控制器（制器（Programmable ControllerProgrammable Controller），简称），简称 PCPC。 国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）于）于19821982年年1111月、
4、月、19851985年年1 1月、月、19871987年年2 2月三次为月三次为PLCPLC下定义，最终确定为：下定义，最终确定为：“可编程序控制器是一种可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。有关模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程
5、。有关外围设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩外围设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计充功能的原则而设计”。2.1.2 PLC的定义的定义2.1.2 PLC的产生与发展趋势的产生与发展趋势 1. PLC1. PLC的产生与发展的产生与发展 19681968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GMGM），为了适应汽），为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。这些功能是：制造一种新型的工业控制装置。这
6、些功能是： （1 1）容易编程）容易编程 （2 2）维修方便，采用模块式结构）维修方便，采用模块式结构 （3 3）可靠性高于继电）可靠性高于继电- -接触器控制系统接触器控制系统 （4 4）体积小于继电）体积小于继电- -接触器控制系统接触器控制系统 （5 5）具备与计算机通信的功能）具备与计算机通信的功能 （6 6）成本具有竞争性）成本具有竞争性 （7 7）输入输出电源使用市电（）输入输出电源使用市电（115V115V） （8 8）输出为）输出为115V/2A115V/2A，驱动电磁阀和接触器，驱动电磁阀和接触器 （9 9）通用性强，能在恶劣环境下工作）通用性强，能在恶劣环境下工作 （101
7、0）存储设备可扩充至）存储设备可扩充至4K4K个存储字节个存储字节2.1.2 PLC的产生与发展趋势的产生与发展趋势 1. PLC1. PLC的产生与发展的产生与发展19691969年美国研制出世界上第一台年美国研制出世界上第一台PLCPLC以后，日本、德以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的国、法国等国相继研制了各自的PLCPLC。此阶段产品的主。此阶段产品的主要特点是要特点是CPUCPU由中小规模的数字集成电路构成，存储器由中小规模的数字集成电路构成，存储器为磁芯存储器；控制功能简单，只能完成定时、计数及为磁芯存储器；控制功能简单，只能完成定时、计数及逻辑功能。为继电逻辑功能。为继电-
8、 -接触器的替代品。接触器的替代品。7070年代中期，年代中期，PLCPLC进入了实用化阶段。进入了实用化阶段。7070年代末和年代末和8080年年代初，代初，PLCPLC进入了成熟阶段。主要特点：采用进入了成熟阶段。主要特点：采用CPUCPU微处理微处理器，存储器变为半导体存储器，具有数据处理能力，能器，存储器变为半导体存储器，具有数据处理能力，能实现对模拟量的控制，软件上开发出了自诊断功能，可实现对模拟量的控制，软件上开发出了自诊断功能，可靠性进一步提高。靠性进一步提高。2.1.2 PLC的产生与发展趋势的产生与发展趋势 8080年代中期：年代中期：CPUCPU开始采用开始采用8 8位位/
9、16/16位微处理器，数据处位微处理器，数据处理能力和速度大大提高，理能力和速度大大提高，PLCPLC开始具备一定的通信能开始具备一定的通信能力，为力，为PLCPLC的分散控制、集中管理奠定了重要基础；软的分散控制、集中管理奠定了重要基础；软件开发出了面向对象的梯形图语言和逻辑助记符语言，件开发出了面向对象的梯形图语言和逻辑助记符语言，为为PLCPLC的普及使用提供了必要条件。的普及使用提供了必要条件。 8080年代中期至年代中期至9090年代中期：超大规模集成电路促使年代中期：超大规模集成电路促使PLCPLC完全计算机化，完全计算机化，CPUCPU开始使用开始使用3232位机；数学运算、数据
10、位机；数学运算、数据处理能力大大提高，增加了运动控制、模拟量处理能力大大提高，增加了运动控制、模拟量PIDPID控制控制网络通信功能，体积进一步减小，可靠性进一步加强。网络通信功能，体积进一步减小，可靠性进一步加强。 2020世纪世纪9090年代中期至今：年代中期至今：CPUCPU使用使用1616位位/32/32位微处理器，位微处理器，运算速度更快、功能更强能使用多种编程语言。运算速度更快、功能更强能使用多种编程语言。 2. PLC2. PLC的国内外发展状况及主要产品厂家的国内外发展状况及主要产品厂家 美国美国PLCPLC发展得最快：发展得最快： 19841984年有年有4848家，生产家，
11、生产150150多种多种PLCPLC； 19871987年有年有6363家，生产家，生产243243种种PLCPLC； 19961996年有年有7070余家，生产近余家，生产近300300种种PLCPLC。 著名厂家有著名厂家有A AB B（AllenAllenBradleyBradley）艾伦一布拉德利公）艾伦一布拉德利公司，司，MODICONMODICON莫迪康公司，莫迪康公司，GEGEFSNUCFSNUC公司，公司，TITI（Texas Texas InstrumentInstrument）德州仪器公司，）德州仪器公司，WESTHOUSE ElectricWESTHOUSE Electr
12、ic西屋西屋电气公司，电气公司，IPMIPM（International Parallel MachinesInternational Parallel Machines）国际并行机器公司等。国际并行机器公司等。2.1.2 PLC的产生与发展趋势的产生与发展趋势 欧洲欧洲PLCPLC的厂家有的厂家有6060余家余家: : 西门子（西门子（SiemensSiemens）于）于19731973年研制出第一台年研制出第一台PLCPLC。 金钟默勒金钟默勒 （Klockner Moeller GmbhKlockner Moeller Gmbh），），AEGAEG， 法国的法国的TE(Telemecan
13、iqueTE(Telemecanique）( (施耐德）施耐德） 瑞士的瑞士的SelectronSelectron公司等。公司等。 19711971年，日本从美国引进年，日本从美国引进PLCPLC技术，由日立公司研制成功技术，由日立公司研制成功日本第一台日本第一台PLCPLC。 日本生产日本生产PLCPLC的厂家有的厂家有4040余家：余家： 三菱电机三菱电机(MITSUBISHI)(MITSUBISHI)，欧姆龙，欧姆龙(OMRON),(OMRON),富士电机富士电机（Fuji ElectricFuji Electric）, ,东芝（东芝（TOSHIBATOSHIBA）, , 光洋（光洋（K
14、OYO),KOYO),松松下电工（下电工（MEWMEW）, ,和泉（和泉（IDECIDEC）, , 安川等公司。安川等公司。2.1.2 PLC的产生与发展趋势的产生与发展趋势 我国在我国在7070年代末和年代末和8080年代初开始引进年代初开始引进PLCPLC。我国早期独立。我国早期独立研制研制PLCPLC的单位有：的单位有： 北京机械工业自动化研究所，上海工业自动化仪表研究北京机械工业自动化研究所，上海工业自动化仪表研究所，大连组合机床研究所，成都机床电器研究所，中科所，大连组合机床研究所，成都机床电器研究所，中科院北京计算机所及自动化所，长春一汽，上海起重电器院北京计算机所及自动化所，长春
15、一汽，上海起重电器厂，上海香岛机电公司，以上诸单位都没有形成规模化厂，上海香岛机电公司，以上诸单位都没有形成规模化生产。生产。 合资企业有辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产合资企业有辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLCPLC；无锡电器和日本光洋合资生产的无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC; PLC; 中美合资的厦门中美合资的厦门 A AB B公司生产的公司生产的PLCPLC；上海香岛机电公司引进技术生产的；上海香岛机电公司引进技术生产的PLC; PLC; 上海上海OMRONOMRON公司公司; ; 西安西安SiemensSiemens公司等。公司等。2.1.2 PLC的产生与发展趋势
16、的产生与发展趋势 3. PLC3. PLC的发展趋势的发展趋势 PLCPLC两个发展方向一是向小型化、微型化发展；二是向大两个发展方向一是向小型化、微型化发展；二是向大型化、网络化、多功能方向发展。主要体现：型化、网络化、多功能方向发展。主要体现： （1 1）向高速度、大存储容量方向发展（）向高速度、大存储容量方向发展（CPUCPU处理速度处理速度nsns级；级；内存内存2M2M字节）字节） （2 2）向多品种方向发展和提高可靠性）向多品种方向发展和提高可靠性( (超大型和超小型）超大型和超小型） （3 3）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PL
17、CPLC） （4 4）分散型、智能型、与现场总线兼容的）分散型、智能型、与现场总线兼容的I I0 0 （5 5）加强联网和通信的能力）加强联网和通信的能力 （6 6）控制的开放和模块化的体系结构）控制的开放和模块化的体系结构OMACOMAC（open open Modular Architecture for ControlModular Architecture for Control）2.1.2 PLC的产生与发展趋势的产生与发展趋势主要著名品牌：主要著名品牌： 美国美国A AB B公司（公司（AllenAllenBradleyBradley） 德国西门子公司（德国西门子公司（Siemen
18、sSiemens） 法国的法国的TETE（TelemecaniqueTelemecanique）( (施耐德）施耐德） 日本欧姆公司（日本欧姆公司（OMRONOMRON） 日本三菱电机株式会社（日本三菱电机株式会社（MITSUBISHIMITSUBISHI） 日本富士电机株式会社（日本富士电机株式会社（Fuji ElectricFuji Electric） 日本东芝公司（日本东芝公司（TOSHIBATOSHIBA） 日本的光洋电子（日本的光洋电子（KOYOKOYO）和中国的华光电子）和中国的华光电子(CKE(CKE） 日本松下电工株式会社（日本松下电工株式会社（MEWMEW）：（）：（Mats
19、ushita Matsushita Electric Works LtdElectric Works Ltd）2.1.2 PLC的产生与发展趋势的产生与发展趋势 1. 1. 与继电与继电- -接触器控制系统的比较接触器控制系统的比较 （1 1）灵活性和可扩展性。继电系统灵活性和可扩展性差，）灵活性和可扩展性。继电系统灵活性和可扩展性差，继电器触点数目有限，继电器触点数目有限，PLCPLC系统有软件和硬件构成，要改系统有软件和硬件构成，要改变控制功能只需要修改控制软件即可，其软继电器触点理变控制功能只需要修改控制软件即可，其软继电器触点理论上可使用无数次，灵活性和可扩展性极佳。论上可使用无数次，
20、灵活性和可扩展性极佳。 （2 2）可靠性和可维护性）可靠性和可维护性 （3 3）控制速度和稳定性）控制速度和稳定性 分别为分别为msms级和级和 s s级级 （4 4）延时的可靠精度和可调性）延时的可靠精度和可调性 （5 5）设计与施工）设计与施工 （6 6）系统价格）系统价格2.1.3 PLC与其他工业控制系统的比较与其他工业控制系统的比较2.1.3 PLC与其他工业控制系统的比较与其他工业控制系统的比较可编程控制器与工业控制计算机（简称工业可编程控制器与工业控制计算机（简称工业PCPC机）都是用来进行机）都是用来进行工业控制，但二者相比仍有不同。工业控制，但二者相比仍有不同。（1 1）硬件
21、方面）硬件方面工业工业PCPC机是由通用微型计算机推广应用发展起来的，通常由微型机是由通用微型计算机推广应用发展起来的，通常由微型计算机生产厂家开发生产，在硬件方面具有标准总线结构，各种计算机生产厂家开发生产，在硬件方面具有标准总线结构，各种机型兼容性强。而机型兼容性强。而PLCPLC则是针对工业顺序控制，由电气控制厂家研则是针对工业顺序控制，由电气控制厂家研制发展起来的，其硬件结构专用，各个厂家产品不通用，标准化制发展起来的，其硬件结构专用，各个厂家产品不通用，标准化程度较差。但是程度较差。但是PLCPLC的信号采集和控制输出的功率强，可不必再加的信号采集和控制输出的功率强，可不必再加信号变
22、换和功率驱动环节，而直接和现场的测量信号及执行机构信号变换和功率驱动环节，而直接和现场的测量信号及执行机构对接；在结构上，对接；在结构上，PLCPLC采取整体密封模板组合形式；在工艺上，对采取整体密封模板组合形式；在工艺上，对印刷版、插座、机架都有严密的处理；在电路上，又有一系列的印刷版、插座、机架都有严密的处理；在电路上，又有一系列的抗干扰措施。因此，抗干扰措施。因此，PLCPLC的可靠性更能满足工业现场环境的要求。的可靠性更能满足工业现场环境的要求。2.1.3 PLC与其他工业控制系统的比较与其他工业控制系统的比较 （2 2）软件方面）软件方面 工业工业PCPC机可借用通用计算机丰富的软件
23、资源，对算法复杂，机可借用通用计算机丰富的软件资源，对算法复杂，实时性强的控制任务能较好的适应。实时性强的控制任务能较好的适应。PLCPLC在顺序控制的基在顺序控制的基础上，增加了础上，增加了PIDPID等控制算法，它的编程采用梯形图语言，等控制算法，它的编程采用梯形图语言，易于被熟悉电气控制线路而不太熟悉微机软件的工厂电气易于被熟悉电气控制线路而不太熟悉微机软件的工厂电气技术人员所掌握，但是，一般微型计算机的通用软件还不技术人员所掌握，但是，一般微型计算机的通用软件还不能直接在能直接在PLCPLC上应用，还要经过二次开发。上应用，还要经过二次开发。 （3 3）使用环境）使用环境 （4 4）工
24、作方式）工作方式 PLCPLC采用扫描方式工作，有利于实现顺序采用扫描方式工作，有利于实现顺序控制；工业计算机采用中断方式处理外部信号请求。控制；工业计算机采用中断方式处理外部信号请求。 （6 6）PLCPLC易于掌握，而工业计算机需要专门人员。易于掌握，而工业计算机需要专门人员。2.1.4 PLC的分类的分类 （1 1）按）按 I IO O点数分类点数分类 I IO O点数小于点数小于3232为微型为微型PLCPLC； I IO O点数在点数在3232128128为微小型为微小型PLCPLC； I IO O点数在点数在128128256256为小型为小型PLCPLC； I IO O点九在点九
25、在25625610241024为中型为中型PLCPLC； I IO O点数大于点数大于10241024为大型为大型PLCPLC； I IO O点数在点数在40004000以上为超大型以上为超大型PLCPLC。 以上划分不包括模拟量以上划分不包括模拟量I I0 0点数，且划分界限不是固定不点数，且划分界限不是固定不变的。变的。 （2 2）按控制性能进行分类）按控制性能进行分类 高档机高档机S7-400S7-400、中档机、中档机S7-300S7-300和低档机和低档机S7-200S7-2002.1.4 PLC的分类的分类 （3 3）按结构形式分类）按结构形式分类 整体式整体式PLCPLC：又称单
26、元式或箱体式。整体式：又称单元式或箱体式。整体式PLCPLC是将电是将电源、源、CPUCPU、I I0 0部件都集中装在一个机箱内。一般小型部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLCPLC采用这种结构。采用这种结构。 模块式模块式PLCPLC：将：将PLCPLC各部分分成若干个单独的模块，如各部分分成若干个单独的模块，如 CPUCPU模块、模块、I I0 0模块、电源模块和各种功能模块。模块模块、电源模块和各种功能模块。模块式式PLCPLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型大、中型PLCPLC采用模块式结构，有的小型采用模块式结构，有的小
27、型PLCPLC也采用这也采用这种结构。种结构。 有的有的PLCPLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLCPLC。 模块式模块式Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板2.1.4 PLC的分类的分类2.1.5 PLC的特点及应用领域的特点及应用领域 可靠性高可靠性高( (平均无故障时间平均无故障时间3-53-5万小时）万小时） 硬件方面主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大硬件方面主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/OI/O系统
28、设计有系统设计有完善的通道保护和信号调理电路；软件方面具有极强的自完善的通道保护和信号调理电路；软件方面具有极强的自检及保护功能。检及保护功能。 编程简单编程简单 可采用电气工程技术人员比较熟悉的梯形图语言，易学易可采用电气工程技术人员比较熟悉的梯形图语言，易学易懂。懂。 通用性强通用性强 体积小、结构紧凑、安装、维护方便体积小、结构紧凑、安装、维护方便 重量轻、价格低重量轻、价格低 主要是主要是PLCPLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，专用总线、专家通信网络及协议，I/OI/O模板不通用，甚至模板不通用，甚至连机
29、柜、电源模板亦各不相同。连机柜、电源模板亦各不相同。 编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的不一致，因此各公司的 PLCPLC互不兼容。互不兼容。 SIEMENSSIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在等公司已经开发出以个人计算机为基础，在WindowsWindows平台下，结合平台下，结合IEC1131IEC11313 3国际标准的新一代开放国际标准的新一代开放体系结构的体系结构的PLCPLC。 应用领域应用领域 （1 1）开关量逻辑控制；（）开关量逻辑控制；（2 2）运动控制；（）运动控制；（3 3）
30、闭环过程）闭环过程控制；（控制；（4 4）数据处理；（）数据处理；（5 5）联网通信）联网通信 2.1.5 PLC的特点及应用领域的特点及应用领域 PLCPLC的应用领域的应用领域 PLCPLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应泛应 用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、交通等行业。经验表明，电子、食品、交通等行业。经验表明，80 80 以上的工业以上的工业控制可以使用控制可以使用PLCPLC来完成。来完成。 在日本，凡在日本，凡8 8个以上中间继电器组成的控制系统都
31、已采用个以上中间继电器组成的控制系统都已采用PLCPLC来取代。来取代。2.1.5 PLC的特点及应用领域的特点及应用领域2.2 2.2 本节主要内容包括：本节主要内容包括： PLCPLC的硬件组成和工作原理的硬件组成和工作原理 PLCPLC的基本组成的基本组成 PLCPLC的工作原理的工作原理 PLCPLC控制系统主要有控制系统主要有CPUCPU模块、输入输出模块、电源模块模块、输入输出模块、电源模块和外部设备组成。其结构图可由下图表示。和外部设备组成。其结构图可由下图表示。 小型小型PLCPLC其各种部件都其各种部件都是集成在一起的，只有是集成在一起的，只有大中型的大中型的PLCPLC其各
32、部分其各部分才会比较明显。才会比较明显。 CPUCPU模块主要由微处理器模块主要由微处理器（CPUCPU）芯片和存储器组成。）芯片和存储器组成。它的功能是不断地采集输它的功能是不断地采集输入信号，执行用户程序，入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。刷新系统的输出。 硬件类型：硬件类型： （1 1）通用处理器：）通用处理器：80868086、8028680286、8038680386 （2 2）单片机芯片：）单片机芯片：80318031、80968096 （3 3）位片式微处理器：）位片式微处理器：AMD-2900AMD-2900 小型小型PLCPLC多采用多采用8 8位微处理器或单片机作为位微
33、处理器或单片机作为CPUCPU 中型中型PLCPLC多采用多采用1616位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPUCPU 大型大型PLCPLC多采用高速位片式微处理器多采用高速位片式微处理器与位片式微处理器相对应的与位片式微处理器相对应的是是单片式微处理器单片式微处理器。位片式。位片式微处理器通常只包含算术逻微处理器通常只包含算术逻辑单元辑单元 (ALU)(ALU)、寄存器、多、寄存器、多路选择器和随机存储器等部路选择器和随机存储器等部件（见图）。件（见图）。位片式微处理器的运算操作和数据流程，由外部输入的微位片式微处理器的运算操作和数据流程，由外部输入的微指令码控制。当用位片式微处理
34、器构成一个中央处理单元指令码控制。当用位片式微处理器构成一个中央处理单元时，除用一定数量的位片并行联接以扩大字长外，还要配时，除用一定数量的位片并行联接以扩大字长外，还要配以控制微指令的微程序序列器和存放微指令的可编程序存以控制微指令的微程序序列器和存放微指令的可编程序存储器等电路。储器等电路。这样的结构使位片式微处理器有了另一个很突出的特点：这样的结构使位片式微处理器有了另一个很突出的特点：用位片式微处理器构成的中央处理单元的指令系统不是事用位片式微处理器构成的中央处理单元的指令系统不是事先确定的，而是由使用者通过微程序自行编制的。位数可先确定的，而是由使用者通过微程序自行编制的。位数可扩展
35、和指令系统可自行编制这两个特点，使位片式微处理扩展和指令系统可自行编制这两个特点，使位片式微处理器具有很大的灵活性。器具有很大的灵活性。单片式微处理器采用单片式微处理器采用MOSMOS集成电路制成集成电路制成, ,而位片式微处理器而位片式微处理器则采用则采用双极型集成电路双极型集成电路制成。制成。位片式微处理器的结构和工艺，使其具有高速的特点。但位片式微处理器的结构和工艺，使其具有高速的特点。但是，它的集成度较低，成本高而且使用不便。是，它的集成度较低，成本高而且使用不便。因此，位片式微处理器主要用于构成大型计算机的中央处因此，位片式微处理器主要用于构成大型计算机的中央处理单元和要求实现高速实
36、时信号处理的各种专用处理器理单元和要求实现高速实时信号处理的各种专用处理器, ,这一点正好补充了这一点正好补充了MOSMOS单片微处理器的不足。单片微处理器的不足。位片式微处理器要求速度高而功耗又为封装所限，因而低位片式微处理器要求速度高而功耗又为封装所限，因而低功耗肖特基箝位抗饱和的功耗肖特基箝位抗饱和的晶体管晶体管- -晶体管逻辑电路晶体管逻辑电路和和发射发射极耦合逻辑电路极耦合逻辑电路在位片式微处理器技术中占主导地位。在位片式微处理器技术中占主导地位。 1.1.中央处理单元（中央处理单元（CPUCPU）：）： 作用：作用： 接收与存储用户由编程器键入的用户程序和数据；接收与存储用户由编程
37、器键入的用户程序和数据； 检查编程过程中的语法错误、诊断电源及检查编程过程中的语法错误、诊断电源及PLCPLC内部的工作故内部的工作故障；障； 用扫描方式工作，接收来自现场的输入信号，并输入到输用扫描方式工作，接收来自现场的输入信号，并输入到输入映像寄存器和数据储存器中；入映像寄存器和数据储存器中； 在运行方式下，从存储器中逐条读取并执行用户程序，完在运行方式下，从存储器中逐条读取并执行用户程序，完成用户程序所规定的逻辑运算、算术运算及数据处理；成用户程序所规定的逻辑运算、算术运算及数据处理； 根据运算结果，更新有关标志位的状态，刷新输出映像寄根据运算结果，更新有关标志位的状态，刷新输出映像寄
38、存器的内容，再经输出部件实现输出控制、打印制表或数存器的内容，再经输出部件实现输出控制、打印制表或数据通信。据通信。 2. 2. 存储器存储器 存储器的作用是存放系统程序、用户程序和工作状态数存储器的作用是存放系统程序、用户程序和工作状态数据。系统程序相当于个人计算机的操作系统。据。系统程序相当于个人计算机的操作系统。 RAMRAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。序。 ROMROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。：存放监控程序和用户已调试好的程序。 E2PROME2PROM具有非易失性，可以用编程装置对其进行编程，用具有非易失性，
39、可以用编程装置对其进行编程，用来存放用户程序和数据。来存放用户程序和数据。 闪存（闪存（FLASHFLASH）具有断电后保护数据的功能，作用同）具有断电后保护数据的功能，作用同E2PROME2PROM。 PLCPLC内存的大小常用内存的大小常用RAMRAM构成，为防止电源掉电使构成，为防止电源掉电使RAMRAM 中的信息丢失，常用锂电池做后备保护中的信息丢失，常用锂电池做后备保护 输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算
40、机与外部强电隔离。电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。 输出三种形式：输出三种形式： 继电器继电器 - - 低速大功率低速大功率 可控硅可控硅 - - 高速大功率高速大功率 晶体管晶体管 - - 高速小功率高速小功率 输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。号，转换成数字信号送入主机。 采用光电隔离，实现了采用光电隔离，实现了PLCPLC的内部电路与外部电路的电的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。气隔离，减小了电磁干扰。 1. 1. 数字量输入模块数字量输入模块直流输入模块直流输入模块COM光
41、电耦合器光电耦合器直流电源直流电源输入端子输入端子发光二极管发光二极管 分析：分析： R R1 1（3.3K3.3K）与与C C1 1（1000PF1000PF）组成）组成RCRC低通滤波器，抑制输低通滤波器，抑制输入信号的高频干扰，入信号的高频干扰，R R2 2（470)470)是是C C1 1上的电荷泄放电阻，上的电荷泄放电阻，当当SBSB断开时，断开时，C C1 1上的电荷通过上的电荷通过R R2 2泄放。泄放。 采用采用光电耦合器，防止强电干扰。光电耦合器，防止强电干扰。R R1 1C C1 1R R2 2 1. 数字量输入模块数字量输入模块交流输入模块交流输入模块 C C为隔离电容，
42、对于交流相当于短路，为隔离电容，对于交流相当于短路，R1R1和和R2R2构成分压电构成分压电路，该电路接受外部输入电压时，其工作原理基本与直流路，该电路接受外部输入电压时，其工作原理基本与直流输入模块类同。输入模块类同。 2.2.数字量输出模块数字量输出模块直流输出模块直流输出模块 输出模块的作用是将内部电平信号转换为外部所需的电输出模块的作用是将内部电平信号转换为外部所需的电平等级的输出信号，并传给外部负载。根据电源为直流平等级的输出信号，并传给外部负载。根据电源为直流电可称为直流输出模块。电可称为直流输出模块。 2.2.数字量输出模块数字量输出模块交流晶闸管输出模块交流晶闸管输出模块 采用
43、双向光控晶闸管驱动的。工作原理是：当输出锁存采用双向光控晶闸管驱动的。工作原理是：当输出锁存器的对应位为器的对应位为1 1时，发光二极管导通发光，使双向晶闸管时，发光二极管导通发光，使双向晶闸管触发导通从而使负载得电。触发导通从而使负载得电。 2.2.数字量输出模块数字量输出模块交直流继电器输出模块交直流继电器输出模块 采用固体继电器驱动的。工作原理是：当输出锁存器的采用固体继电器驱动的。工作原理是：当输出锁存器的对应位为对应位为1 1时，使线圈得电，常开触点吸合，使负载得时，使线圈得电，常开触点吸合，使负载得电。带负载能力较强，频率较低。电。带负载能力较强，频率较低。 3. 3. 模拟量输入
44、模块模拟量输入模块 模拟量输入模块是把模拟信号转换成模拟量输入模块是把模拟信号转换成PLCPLC的的CPUCPU可以处理的可以处理的数字量。又称数字量。又称A/DA/D转换模块，一般模拟输入信号都为标准转换模块，一般模拟输入信号都为标准的传感器信号。模拟量输入模块把模拟信号转换成数字，的传感器信号。模拟量输入模块把模拟信号转换成数字，一般为一般为1212位二进制数。位二进制数。 4. 4. 模拟量输出模块模拟量输出模块 模拟量输出模块是把模拟量输出模块是把PLCPLC的的CPUCPU要输出的数字量转换成外部要输出的数字量转换成外部设备需要的模拟量（电压或电流），又称为设备需要的模拟量（电压或电
45、流），又称为D/AD/A转换模转换模块。块。 5. 5. 扩展接口模块扩展接口模块 扩展接口模块的作用是扩大扩展接口模块的作用是扩大PLCPLC的控制规模。的控制规模。 6. 6. 通信接口模块通信接口模块 把外部供应的电源（一般为单相把外部供应的电源（一般为单相8585260V260V、50/60HzAC50/60HzAC电电源）变换成系统内部各单元所需的电源（源）变换成系统内部各单元所需的电源（5V5V和和15VDC15VDC电电源源) )。 有的电源单元还向外提供有的电源单元还向外提供24V24V隔离直流电源，可供开关量隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。输入单元连
46、接的现场无源开关等使用。 可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。好。 便于扩展便于扩展 小型机：一体机，有接口可扩展。小型机：一体机，有接口可扩展。 电源模块CPU模块IO模块底 板 中、大型机：模块式，可根据需要在主板上随意组合。中、大型机：模块式，可根据需要在主板上随意组合。 编程设备可以是专用的手持编程设备可以是专用的手持式的编程器；也可以是安装式的编程器；也可以是安装了专门的编程通讯软件的个了专门的编程通讯软件的个人计算机。人
47、计算机。 用户可以通过键盘输入和调用户可以通过键盘输入和调试程序；另外在运行时，还试程序；另外在运行时，还可以对整个控制过程进行监可以对整个控制过程进行监控。控。PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTC EVTMT SVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR 其他外围设备其他外围设备 显示器、操作显示器、操作面板、打印机等。面板、打印机等。 1. PLC1. PLC的基本配置的基本配置 根据根据P
48、LCPLC的结构类型，基本配置分为的结构类型，基本配置分为3 3种：种： （1 1）整体式结构）整体式结构S7-200S7-200，各组成部分均紧凑的封，各组成部分均紧凑的封装在一个机壳内。装在一个机壳内。 （2 2）模块式结构）模块式结构S7-300/400S7-300/400这种结构的这种结构的PLCPLC控制点控制点数比较多、功能比较强。各模块功能是独立的，外形尺数比较多、功能比较强。各模块功能是独立的，外形尺寸一致，安装时将这些框架或基板上即可。寸一致，安装时将这些框架或基板上即可。 （3 3）混合式结构）混合式结构 混合式混合式PLCPLC由由PLCPLC主机和扩展模块组主机和扩展模
49、块组成。其中成。其中PLCPLC主机由主机由CPUCPU、存储器、通信电路、基本输入、存储器、通信电路、基本输入/ /输出模块、电源等基本模块组成，相当于一个整体式的输出模块、电源等基本模块组成，相当于一个整体式的PLCPLC，可以单独完成控制功能。，可以单独完成控制功能。 2. PLC2. PLC的扩展配置的扩展配置 如果控制系统的输入如果控制系统的输入/ /输出点数比较多，而控制规律又输出点数比较多，而控制规律又不是很复杂，采用大型不是很复杂，采用大型PLCPLC成本上不经济，可以采用扩成本上不经济，可以采用扩展配置方式，即主机带扩展机的配置。展配置方式，即主机带扩展机的配置。 （1 1）
50、近程扩展配置）近程扩展配置近程扩展机主要用于扩大控制规近程扩展机主要用于扩大控制规模，在主机上使用模块，除模，在主机上使用模块，除CPUCPU模块外，均可在扩展机模块外，均可在扩展机上使用。上使用。 （2 2）当有部分现场信号比较集中，而又与其他现场信号）当有部分现场信号比较集中，而又与其他现场信号相距较远时，可采用远程扩展方式。远程扩展机主要用相距较远时，可采用远程扩展方式。远程扩展机主要用于扩大控制距离。于扩大控制距离。I/OI/O模块和部分功能模块可在远程机上模块和部分功能模块可在远程机上使用，远程站上需要电源模块。使用，远程站上需要电源模块。 2.3.1 PLC2.3.1 PLC的系统
