西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 2可编程控制器的硬件结构和工作原理
2.1 PLC的硬件结构
PLC的实质就是工业控制计算机，属于过程控制计算机的一个分支。可编程控制器的主机由中央处理器，存储器，输入输出模块，外设IO接口，IO通道接口编程器及电源部分等组成。PLC硬件构成如图2.1所示。PLC内的各部分模块间均通过总线进行信息交换。总线根据其功能可分为电源总线，控制总线，地址总线和数据总线。根据实际应用中的工艺要求，配备不同的外部设备，可构成不同控制功能的PLC控制系统。
CPUEPROMRAM扩展存储器总 线输入模块输出模块I/O接口通信接口用户输入设备用户输出设备外部设备计算机或其他PLC图2.1PLC硬件构成
2.2 PLC的扫描工作原理
PLC的工作过程如下： 一、公共操作
二、信号输入/输出状态刷新
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西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 PLC输入/输出状态刷新如图2.2所示。
生产现场输入信号PLC输入端子光电隔离电路输入缓冲器输入印象存储器执行用户程序输出印象存储器输出锁存器输出驱动电路输出端子受控元件
图2.2数据输入/输出状态刷新示意图
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三、执行用户程序 四、执行外设指令 1.PLC的扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (1)输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。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，I/O映象区中的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线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映像区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映像区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映像区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 (3)输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。
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西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 梯形图是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。 2.PLC的I/O响应时间
为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。 为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式(扫描技术)。 以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。 所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。其最短的I/O响应时间与最长的I/O响应时间。
PLC则采用循环扫描工作方式，在PLC中，用户程序按先后顺序存放。CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而复始不断循环。这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。整个过程分为五个阶段：自诊断、与编程器等的通信、输入采样、用户程序执行、输出刷新。
PLC是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中一些编程元件也沿用了继电器这一名称。如输入继电器、输出继电器、辅助继电器、状态继电器、时间继电器、记数器等。这种用计算机内部资源描述成继电器，实际上是一种“软继电器”与继电器系统中的物理继电器在功能上有相似之处。由于以上原因，在介绍PLC工作原理之前，首先介绍物理继电器和其他常用电器元件的结构和工作原理。 a.按钮
按钮是手动开关，在自动控制系统中，它经常被用来作为开始启动或最后停止的命令。由于这种命令一般由操作人员发出，故做成手动开关。按钮一般分为常开按钮、常闭按钮及复合按钮等几种形式。
常开按钮：平时触点是分开的，手动按下去后触点闭合，手离开触点又恢复原状。 常闭按钮：平时触点是闭合的，手动按下去后触点分开，手离开触点又恢复原状。 复合按钮：把常开和常闭装在一起的按钮。 b.行程开关
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西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器。它的作用原理与按钮类似，当运动部件运动到某一位置，正好碰撞行程开关的顶杆时，行程开关触点动作，发出控制信号，行程开关和按钮不同点在于行程开关是靠外加的机械力使触点动作，而按钮是靠人工动手而动作。现在常用光电耦合、电磁感应等原理做成无触点的行程开关。 c.接近开关
接近开关（无触点开关）是利用晶体管的导通和截止来控制设备的启、停。当接近开关作为PLC的输入点信号，只要把它的“输出”、“地”分别接在PLC的输入端子X0与COM上，电源接在PLC的“+24V”端子即可。接近开关利用其晶体管的导通与截止来控制PLC输入信号X0的有无。 d.电磁阀
继电器和电磁阀作为PLC的主要输出器件，在自动控制领域广泛应用。电磁阀就是一个控制水管、油管和气管的龙头开关加一个线圈，只有开和闭两种状态。利用电磁原理，给线包加电，阀门吸合，打开管路：线包失电，管路关闭。我们家里使用的全自动洗衣机，它的进水合出水全靠电磁阀控制。 e.熔断器
熔断器又称保险丝，是一种利用熔化作用切断电路的保护器，起原理是当通过的电流过大时，会产生足够大的热量使熔片或熔丝熔化，从而使电路断开，保护电器设备的安全。 f.继电器
继电器它主要由电磁线圈、铁芯、触点和复位弹簧组成。继电器有两种不同触点，在线圈断电时处于断开状态的触点称为常开触点，处于闭合状态的触点称为常闭触点。当线圈通电时，电磁铁产生磁力，吸引衔铁，使常闭触点断开，常开触点闭合，线圈电流消失及复位弹簧使衔铁返回原来的位置。常开触点断开，常闭触点闭合。为继电器的线圈、常开触点、常闭触点在电路图中的符号。一只继电器可能有若干对常开触点和常闭触点，在继电器电路图中，一般用相同的由字母、数字组成的文字符号（KM2）来标注同一个继电器的线圈和触点。 g.接触器
接触器的结构和工作原理与继电器基本相同。区别仅在于继电器触点的额定
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PLC的加热炉自动上料控制系统
