32362《电力拖动与控制(第2版)》李岚第十章

电力拖动与控制

第十章可编程序控制器 (PLC)

主要内容 PLC的基本结构和工作原理 PLC的指令系统 机床电气的PLC控制技术

可编程序控制器(PLC)是为取代继电接触 器控制系统而设计的一种新型工业控制装臵， 它可以实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数 等各种功能。它具有通用性强、可靠性高、指 令系统简单、编程方便、体积小等一系列优点， 已成为改造和研发机床等机电一体化产品最理 想的首选控制器。

第一节 PLC的基本结构和工作原理 一、PLC的基本结构目前PLC生产厂家很多，产品结构也各不 相同，但其基本组成部分大致相同，如图 10-1所示。 从图中可以看出，PLC主要由CPU、存储器、 输入∕输出单元、I/O扩展接口、外围设备 接口和电源等部分组成。

图10-1 PLC的基本结构

1.CPUCPU的功能是接收并存储用户程序和数据;接 收现场输入装臵的状态或数据；逐条读取用户 程序、按指令规定的功能产生有关的控制信号, 开启或关闭相应的控制门电路,分时分路地完成 数据的存取、传送、组合、比较、变换等操作, 完成用户程序中规定的各种运算等，更新有关 标志位的状态和输出状态寄存表的内容，再由 输出状态表的位状态或数据寄存器的有关内容 实现输出控制、制表打印、数据通信等功能。

2.存储器存储器用于存放系统程序、用户程序和运行 数据的单元。它包括随机存取存储器(RAM) 和只读存储器(ROM)。随机存取存储器有静 态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)两种；只读 存储器按其编程方式可分为掩膜只读存储器 (ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦 除可编程只读存储器(EPROM)和电擦除可编 程只读存储器(E2PROM)。

系统程序是由PLC的制造厂家编写的,和PLC 的硬件组成有关，完成系统诊断、命令解释、 功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各 种参数设定等功能，提供PLC运行的平台。用 户程序是随PLC的控制对象而定的，由用户根 据对象生产工艺的控制要求而编写的应用程 序。运行数据是PLC运行过程中经常变化、经 常存取的一些数据。

3.输入/输出(I/O)单元I/O单元是CPU与工业现场装臵之间的连 接部件。PLC通过输入接口把工业设备或生 产过程的状态或信息送入CPU,通过用户程 序的运行，把结果通过输出接口输出给执 行机构。 PLC提供了具有各种操作电平与 输出驱动能力的I/O接口和各种用途的功能 接口供用户选用。一般PLC均配备I/O电平 转换及电器隔离功能。

输入电平转换是用来将输入端的不同电压 或电流信号源转换成微处理器所能接收的低 电平信号；输出电平转换是用来将微处理器 的低电平控制信

号转换成控制设备所需的电 压或电流信号；电气隔离是在微处理器与I/O 回路之间采用的抗干扰措施。

4.电源PLC配有开关式稳压电源模块，用来给PLC 各模块的集成电路提供工作电源。电源输入 类型有：交流电源(AC220V或AC110V),直 流电源(常用的为DC24V)。

二、PLC的基本工作原理

1.PLC的扫描工作方式PLC采用的是循环扫描工作方式。当PLC运 行时，用户程序中有很多操作需要去执行， 但CPU是不能同时去执行多个操作的，它只能 按程序规定的顺序依次执行各个操作。这种 按顺序执行操作的工作方式称为扫描工作方 式。

扫描从存储地址所存放的第一条用户程序 开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存 储地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序， 也就是按顺序逐条执行用户程序，直到程序 结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周 期，然后再从头开始扫描，并周而复始地重 复。

PLC的扫描工作方式与继电器-接触器控制 的工作原理不同。继电器-接触器控制采用 并行工作方式，如果某个继电器的线圈通电 或断电，该继电器的所有触点都会立即同时 动作；而PLC采用扫描工作方式，如果某个 软继电器的线圈通电或断电，其所有的触点 不会立即动作，必须等扫描到该点时才会动 作。但由于PLC的扫描速度快，通常两者在 I/O的处理结果上并没有差别。

2.PLC的扫描工作过程PLC的一个扫描工作过程一般有五个阶段： 内部处理阶段、通信处理阶段、输入采样阶 段、程序执行阶段和输出刷新阶段，如图 10-2所示。整个过程扫描执行一遍所需的时 间称为扫描周期。扫描周期与CPU运算速度、 PLC硬件配臵及用户程序长短有关，典型值 为1~100ms。

图10-2 PLC的工作过程