可编程控制器的基本结构和工作原理

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1、优质文档可编程限制器的根本构造和工作原理.2.1 可编程限制器的根本构造1 中心处理器 n 中心处理器是PLC的大脑。起着指挥的作用，其主要功能是：n 1 编程时承受并存储从编程器输入的用户程序和数据，并能进展修改或更新。2 以扫描方式承受现场输入的用户程序和数据，并存入输入状态表即输入继电器和数据存放器所谓输入影像存放器。3 从存储器中逐条读出用户程序，经解读用户逻辑，完成用户程序中规定的各种任务，更新输出映像存放器的内容。4 依据输出所存电路的有关内容实现输出限制。5 执行各种诊断程序目前，PLC中的CPU主要采纳单片机，如Z80A 8051 8039 AMD2900等，小型PLC大多数采

2、纳8为单片机，中型PLC大多数采纳16位甚至32位单片机。2 存储器n PLC内部存储器用来存放PLC的系统程序，用户程序和逻辑变量及数据信息。存储器分为只读存储器ROM和随机存储器RAM两大类。ROM的内容杂运用时只能读出不能写入，它的写入须要运用特殊的方法和设备，一旦写入即使掉电也不会消逝，称为固化。ROM主要存放监控程序及已调试好的用户程序。RAM的内容可以随时由CPU对它进展读取，写入，随意修改，但掉电后，信息丧失。用户程序是运用者为PLC完成某一详细限制任务编写的应用程序，用户程序在设计和调试过程中要经常进展读写操作，为了便于调试、修改、扩大、完成，用户程序一般运用RAM存储。RAM

3、中的内容在掉电后要消逝，所以PLC对RAM供应备用锂电池，一般锂电池运用期为35年左右。假如调试通过的用户程序要长期运用，可用专用EPROM写入器把程序固化在EPROM芯片中，再把芯片插入PLC的EPROM插座上。 3 输入、输出模块n 这是PLC和被控设备的连接部件，输入模块通过输入端子承受现场设备的限制信号包括开关量和模拟量，如限制按钮、限位开关、传感器信号等，并把这些信号转换成被控设备能接收的电压或电流信号，以驱动被控装置包括开关量和模拟量，如电磁阀、接触器、信号灯等。4 扩展接口n 当PLC主机根本单元的点数不够用时，可以通过扩展I/O接口连接扩展机扩展单元，以增加输入和输出点数。5

4、电源部件n 电源部件将外部供应的沟通电转换成PLC内部正常工作所需的直流电，它是主机的重要组成局部。6 编程器和其他外设n PLC须要通过编程器输入、检查、修改、完善和调试程序，也须要它在线监控PLC的工作状况，编程器是PLC最主要的外围设备。PLC也可以配置其他设备，如打印机、显示器、EPROM写入器和盒式磁带机等。 可编程限制器的工作原理n 和平凡微机类似，PLC也是由硬件和软件两大局部组成的。在软件的限制下，PLC才能正常工作。软件分为系统软件和应用软件两局部。PLC的根本工作过程：n 1.输入现场信息：在系统软件的限制下，顺次扫描各输入点，读入各输入点的状态。2.执行程序：顺次扫描用户

5、程序中的各条指令，依据输入状态和指令内容进展逻辑运算。3.输出限制信号：依据逻辑运算的结果，输出状态存放器锁存器向各输出点并行发出相应的限制信号，实现所要求的逻辑限制功能。 PLC扫描过程:n 每次扫描起先，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU等进展诊断，诊断的方法通常是测试出各局部的当前状态，并和正常的标准状态进展比拟，假设两者相同，说明各局部工作正常，假设不相同那么认为有故障。此时，PLC马上启动关机程序，保存现行工作状态，并关断全部输出点，然后停机。诊断完毕后，如没发觉故障，PLC将接着往下扫描，检查是否有编程器等的通信恳求。假如有那么进展相应的处理，比方，承受编程器发来

6、的吩咐，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。处理完通信后，PLC接着往下扫描，输入现场信息，依次执行用户程序，输出限制信号，完成一个扫描周期。然后又从自诊断起先，进展其次轮扫描。PLC的I/O响应时间n 为了增加PLC的抗干扰实力，提高其牢靠性，PLC的每个开关量输入端都采纳光电隔离等技术。为了能实现继电器限制线路的硬逻辑并行限制，PLC采纳了不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术。以上两个主要缘由，使得PLC的I/O响应比一般微型计算机构成的工业限制系统慢的多，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。I/O响应时间:指从PLC的某一输入信号变更起先到系统有关

7、输出端信号的变更所需的时间。最短I/O响应时间:最长I/O响应时间：CPU接口外部设备编程器等输入接口输入状态存放器输出接口现场执行单元存储器输出状态存放器现场输入信号主体局部起先与编程器通信自诊断读入现场信号执行用户程序输出结果简述PLC应用及运用中应当留意的问题摘要：介绍可编程限制器在工业限制领域的应用以及PLC在应用过程中，要保证正常运行应当留意的一系列问题，并给出一些合理的建议。 关键词：PLC工业限制抗干扰布线接地建议 一、简述 多年来，可编程限制器以下简称PLC从其产生到此时此刻，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑限制到数字限制的进步；其应用领域从小到大，实

8、现了单体设备简洁限制到胜任运动限制、过程限制及集散限制等各种任务的跨越。今日的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面实力都已大幅提高，成为工业限制领域的主流限制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。 二、PLC的应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化消遣等各个行业，运用状况主要分为如下几类： 1开关量逻辑限制 取代传统的继电器电路，实现逻辑限制、依次限制，既可用于单台设备的限制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2工业过程限制 在工业生

9、产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变更的量即模拟量，PLC采纳相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的限制算法程序来处理模拟量，完成闭环限制。PID调整是一般闭环限制系统中用得较多的一种调整方法。过程限制在冶金、化工、热处理、锅炉限制等场合有特别广泛的应用。 3运动限制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的限制。一般运用专用的运动限制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置限制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4数据处理 PLC具有数学运算含矩阵运算、函数运算、逻辑运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

10、数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型限制系统。 5通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC和其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的开展，此时此刻的PLC都具有通信接口，通信特别便利。 三、PLC的应用特点 1牢靠性高，抗干扰实力强 高牢靠性是电气限制设备的关键性能。PLC由于采纳现代大规模集成电路技术，采纳严格的生产工艺制造，内部电路采纳了先进的抗干扰技术，具有很高的牢靠性。运用PLC构成限制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已削减到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可刚好发出警报信息。在应用软件

11、中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断爱护。这样，整个系统将极高的牢靠性。 2配套齐全，功能完善，适用性强 PLC开展到今日，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业限制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算实力，可用于各种数字限制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置限制、温度限制、CNC等各种工业限制中。加上PLC通信实力的增加及人机界面技术的开展，运用PLC组成各种限制系统变得特别简洁。 3易学易用，深受工程技术人员欢送 PLC是面对工矿企业的工控设备。它接口简洁，编程语言易于为工程技

12、术人员承受。梯形图语言的图形符号和表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟识电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业限制翻开了便利之门。 4系统的设计，工作量小，维护便利，简洁改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大削减了限制设备外部的接线，使限制系统设计及建立的周期大为缩短，同时日常维护也变得简洁起来，更重要的是使同一设备经过变更程序而变更生产过程成为可能。这特殊适合多品种、小批量的生产场合。四、PLC应用中须要留意的问题 PLC是一种用于工业生产自动化限制的设备，一般不须要采纳什么措施，就可以干脆在工业环境中运用。然而，尽管有如上所述的牢靠性较高，抗干扰实力较强，但当生产环境过于恶劣，

13、电磁干扰特殊猛烈，或安装运用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要提高PLC限制系统牢靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰实力；另一方面，要求设计、安装和运用维护中引起高度重视，多方协作才能完善解决问题，有效地增加系统的抗干扰性能。因此在运用中应留意以下问题：1工作环境 a温度 PLC要求环境温度在0-55oC，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。 b湿度 为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%无凝露。c振动 应使PLC远离猛烈的振动源，防止振动频率为10-

14、55Hz的频繁或连续振动。当运用环境不行幸免振动时，必需采纳减震措施，如采纳减震胶等。 d空气 幸免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的限制室或限制柜中。 e电源在可-靠性-要-求-很高或电-源-干-扰-特-别-严-重-的环-境中，可以-安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以削减设备和地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出供应应输入端，当输入端运用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为平凡的整流滤波电源，由于纹波的影响，简洁使PLC接收到错误信息。2限制系统中干扰及其来源 现场电磁干扰是PLC限制系统中最常见也是最易影响

15、系统牢靠性的因素之一，所谓治标先治本，找出问题所在，才能提出解决问题的方法。因此必需知道现场干扰的源头。1干扰源及一般分类 影响PLC限制系统的干扰源，大都产生在电流或电压猛烈变更的部位，其缘由是电流变更产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场变更产生电流，电磁高速产生电磁波。通常电磁干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态同方向电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，干脆影响测控信号，造成元器件损坏这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要缘由，这种共模干扰可为直流，亦可为沟通。差模干扰是指作用

16、于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，干脆影响测量和限制精度。 2PLC系统中干扰的主要来源及途径 强电干扰 PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到全部空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变更，刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。 柜内干扰 限制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都简洁对PLC造成必须程度的干扰。 来自信号线引入的干扰 和PLC限制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之

17、外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被无视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很紧要的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异样和测量精度大大降低，紧要时将引起元器件损伤。 来自接地系统混乱时的干扰 接地是提高电子设备电磁兼容性EMC的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入紧要的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。 来自PLC系统内部的干扰 主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路

18、的影响，模拟地和逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配运用等。 变频器干扰 一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。 3主要抗干扰措施 1电源的合理处理，抑制电网引入的干扰 对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器，以削减设备和地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路。如图1所示2安装和布线 动力线、限制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器和PLC和I/O之间应采纳双胶线连接。将PLC的IO线和大功率线分开走线，如必需在同一线

19、槽内，分开捆扎沟通线、直流线，假设条件允许，分槽走线最好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到最低限度。 PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能和高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线二者之间距离应大于200mm。和PLC装在同一个柜子内的电感性负载，如功率较大的继电器、接触器的线圈，应并联RC消弧电路。 PLC的输入和输出最好分开走线，开关量和模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采纳屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。 沟通输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，幸免并行。

20、3I/O端的接线 输入接线 输入接线一般不要太长。但假如环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。 输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。 尽可能采纳常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图和继电器原理图相同，便于阅读。 输出连接 输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采纳不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。 由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，假设将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板。 采纳继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的运用寿命，因此，运用电感性负载时应合理选择

21、，或加隔离继电器。 PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采纳措施加以限制，如直流输出的续流管爱护，沟通输出的阻容汲取电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻爱护。 4正确选择接地点，完善接地系统 良好的接地是保证PLC牢靠工作的重要条件，可以幸免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了平安，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC限制系统抗电磁干扰的重要措施之一。 PLC限制系统的地线包括系统地、屏蔽地、沟通地和爱护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必需一点接地，假如电缆屏蔽

22、层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异样状态如雷击时，地线电流将更大。 此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变更磁场的作用下，屏蔽层内又会出现感应电流，通过屏蔽层和芯线之间的耦合，干扰信号回路。假设系统地和其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰简洁影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的紧要失真和误动作。 平安地或电源接地 将电源线接地端和柜体连线接地为平安接地。如

23、电源漏电或柜体带电，可从平安接地导入地下，不会对人造成损害。 系统接地 PLC限制器为了和所控的各个设备同电位而接地，叫系统接地。接地电阻值不得大于4，一般需将PLC设备系统地和限制柜内开关电源负端接在一起，作为限制系统地。 信号和屏蔽接地 一般要求信号线必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者限制室唯一接地，防止形成“地环路”。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应坚固连接并进展绝缘处理，必须要幸免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线和多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的

24、接地处单点接点。 5对变频器干扰的抑制 变频器的干扰处理一般有下面几种方式： 加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大局部的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。 运用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰实力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压汲取功能。 运用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加沟通电抗器主要是削减变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常工作。 五、完毕语 PLC限制系统中的干扰是一个特别困难的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，才能够使PLC限制系统正常工作。随着PLC应用领域的不断拓宽，如何高效牢靠的运用PLC也成为其开展的重要因素。21世纪，PLC会有更大的开展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完备的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业限制场合的需求，PLC作为自动化限制网络和国际通用网络的重要组成局部，将在工业限制领域发挥越来越大的作用。