程序控制器
-
2023年2月16日发(作者：音乐欣赏ppt)1
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
2
采用三CPU的表决式系统.这样，即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运
行。
2、存储器可编程序控制器的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）的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）的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（RandomAssessMemory）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）EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory)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(ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory）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
（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
储器.
（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.
4
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（M)、晶体管输
出(T）、晶闸管输出(SSR)三种输出形式。
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
5
（2)
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，AC250V以下的电路电
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OFF状态时，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
6
载。FX1S有1点或4点一个公共端输出型,因此各公共端单元可以驱动不同
电源电压系统的负载。