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PLC可编程控制器的结构和基本工作原理
PLC由于其自身的特点，在工业生产的各个领域得到了愈来愈广泛的应用。
而作
为PLC的用户，要正确地应用PLC去完成各种不同的控制任务，首先应了解其组成 结构和工作原理。
一、 PLC 的基本结构 可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出
变换，并将
这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是
PLC实施控制的两个
基本点，同时物理实现也是 PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的 需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为 实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器
(CPU、存储器(RAM/ROM、输入输出接口( I/O )电路、通信接口及电源组 成。PLC的基本结构如下图所示：
1、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制核心。它按照 PLC 系统程序赋予
的功能： a. 接收并存储从用户程序和数据； b. 检查电源、存储 器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当
PLC投
入运行时， 首先它以扫描的方式采集现场各输入装置的状态和数据， 并分别存 入 I/O 映象寄存区， 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数运算并将结果送入 I/O 映象寄存区或数据寄 存器内。 等所有的用户程序执行完毕之后， 最后将 I/O 映象寄存区的各输出状 态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置， 如此循环直到停止运行。 为 了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型 PLC还采用双CPU构成冗余系统， 或采用三CPU勺表决式系统。这样，即使某个 CPU出现故障，整
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个系统仍能正 常运行。
2 、存储器 可编程序控制器勺存储器分为系统程序存储器和用
户程序存储器。存放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令 解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序）勺存储器称为系统程序存储器； 存放用户程序（用户程序存和数据）勺存储器称为用户程序存储器，所以又分 为用户存储器和数据存储器两部分。
PLC常用的存储器类型：
（1） RAM（Random Assess Memory） 这是一种读 / 写存储器 （ 随机存储器 ） ， 其存取速度最快，由锂电池支持。
（2） EPRO（MErasable Programmable Read Only Memory ）这是一种可擦除的 只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。 （在紫外线连续 照射下可擦除存储器内容 ） 。
（3） EEPROM（Electrical Erasable Programmable Read Only Memory） 这是一 种电可擦除的只读存储器。 使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修 改。
PLC存储空间的分配：虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不
相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域： （1）系统程序存储区
（2）系统RAM存储区（包括I/O映象寄存区和系统软设备等）。 （3）用户程序存储区
系统程序存储区： 在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统 的系统程
序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊 断子程序等。由制造厂
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商将其固化在EPROM中,用户不能直接存取。它和硬件 一起决定了该PLC的性能。
系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映象寄存区以及各类软元
件，如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等存
（1） I/O映象寄存区：由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才 依次读入
各输入状态和数据， 在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应 的外设。因此，它需要一定数量的存储单元 （RAM以存放I/O的状态和数据， 这些单元称作 I/O 映象寄存区。 一个开关量 I/O 占用存储单元中的一个位， 一 个模拟量 I/O 占用存储单元中的一个字。 因此整个 I/O 映象寄存区可看作两个 部分组成：开关量 I/O 映象寄存区；模拟量 I/O 映象寄存区。
（2） 系统软元件存储区：除了 I/O映象寄存区区以外，系统 RAM存 储区还
包括PLC内部各类软元件（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和 累加器等） 的存储区。 该存储区又分为具有失电保持的存储区域和失电不保持 的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会丢失；后者 当PLC断电时，数据被清零。
（3）用户程序存储区 ： 用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不 同类型的
PLC，其存储容量各不相同。
3.输入接口电路
输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我
们实习室涉及到的信号当中，开关量最普遍，也是实验条件所限，在次我们主 要介绍开关量接口电路。
可编程序控制器优点之一是抗干扰能力强。 这也是其I/O设计的优点之处, 经过了电气
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隔离后，信号才送入 CPU执行的，防止现场的强电干扰进入。如下 图就是采用光电耦合器
（一般采用反光二极管和光电三极管组成）的开关量输 入接口电路:
.输出接口电路：可编程序控制器的输出有：继电器输出 出（T）、晶闸管输出（SSR）三种输出形式。
（M）、晶体管输
4
（1） 输出接口电路的隔离方式
输出接口电路的主要技术参数
堆电E
光电祸合迓 聶
R9
营输出
⑵
a. 响应时间 响应时间是指PLC从ON状态转变成OFF状态或从OFF状态 转变成ON
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状态所需要的时间。继电器输出型响应时间平均约为10ms晶闸 管输出型响应时间为
1ms以下；晶体管输出型在0.2ms以下为最快。 b. 输出电流
继电器输出型具有较大的输出电流， AC250NO下的电路电
压可驱动纯电阻负载2A/1点、感性负载80VA以下（AC100V或 AC200V及 灯负载
100W以下（AC100V或200V）的负载；Y0 Y1以外每输出1点的输 出电流是0.5A，
但是由于温度上升的原因，每输出 4合计为0.8A的电流， 输出晶体管的ON电压约为
1.5V，因此驱动半导体元件时，请注意元件的输 入电压特性。Y0、Y1每输出1点的输
出电流是0.3A，但是对Y0 Y1使用 定位指令时需要高速响应，因此使用 10— 100mA的输出电流；晶闸管输出 电流也比较小，FX1S无晶闸管输出型。
c. 开路漏电流 开路漏电流是指输出处于 OFFF犬态时，输出回路中的电流。 继电器输
出型输出接点 OFF是无漏电流；晶体管输出型漏电流在 0.1mA以 下；晶闸管较大漏电流，主要由内部 RC电路引起，需在设计系统时注意。
（3） 输出公共端（COM公共端与输出各组之间形成回路，从而驱动负
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PLC可编程控制器的结构和基本工作原理(1)
