小型PLC的定义可编程逻辑PLC按结构形式分类

PLC的定义

可编程逻辑控制器是专为工业环境应用而设计的数字运算操作电子系统。它使用可编程存储器在其内部存储执行逻辑操作、顺序控制、计时、计数和算术。操作等操作指令通过数字或模拟输入输出控制各类机械设备或生产过程。

可编程控制器是专为工业环境应用而设计的数字操作操作电子系统。它使用可编程存储器在其中存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字和模拟输入输出控制各种类型的机械或机械。生产过程。可编程序控制器及其相关外围设备应按照易于与工业控制系统组成一个整体、易于扩展其功能的原则进行设计。机械教授微信，值得关注和学习！

PLC的分类

PLC产品种类繁多，规格、性能各异。对于PLC，一般根据其结构的不同、功能的不同和I/O点数的不同进行分类。

1.按结构

根据PLC的结构，PLC可分为整体式和模块式两种。

（1）集成PLC

一体化PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件集中安装在一个机箱内，如图所示。具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体结构。集成PLC由基本单元（也称为主机）和具有不同I/O点的扩展单元组成。扩展单元只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元一般采用扁平电缆连接。一体化PLC一般可以配备特殊的功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，以扩展其功能。

（2）模块化PLC

模块化PLC将PLC的各个组成部分分成几个独立的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（部分包含在CPU模块中）和各种功能模块。模块化PLC由框架或基板和各种模块组成，模块安装在框架或基板的插座上，如图所示。这种模块化PLC的特点是配置灵活，可根据不同规模系统的需要进行选择，并且易于组装，易于扩展和维护。大中型PLC一般采用模块化结构。

还有一些PLC结合了整体和模块化的特点，形成所谓的堆叠式PLC。堆叠式PLC的CPU、电源、I/O接口等也是独立的模块，但通过电缆连接，每个模块可以逐层堆叠。这样，系统不仅可以灵活配置，而且可以做到紧凑。

2.按功能

根据PLC的功能不同可编程逻辑控制器原理，PLC可分为低档、中档和高档三类。

（1）低端PLC

低端PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位、自诊断、监控等基本功能，还可以具有少量的模拟量输入/输出、算术运算、数据传输和比较等功能。通讯功能，主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

(2）中端PLC

除了低端PLC的功能外，中端PLC还具有强大的模拟输入/输出、算术运算、数据传输和比较、数字到系统转换、远程I/O、子程序和通信等功能联网;有的还可以增加中断控制、PID控制等功能，适用于复杂的控制系统。

（3）高端PLC

除了中档PLC的功能外，高端PLC还增加了有符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算等特殊功能功能、制表和表格传递功能。高端PLC具有更强的通讯和联网功能，可用于大规模过程控制或组成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。

3.按 I/O 点数

根据PLC的I/O点数，PLC可分为小型、中型和大型三类。

(1）小型PLC

小型PLC的I/O点数小于256点，单CPU和8位或16位处理器，用户内存容量小于4KB。例如：三菱FX0S系列。

(2）中型PLC

中型PLC的I/O点数为256～2048，双CPU，用户内存容量为2～8KB。

(3）大型PLC

大型PLC的I/O点数超过2048个，多CPU和16位或32位处理器，用户内存容量8~16KB。

在世界范围内，PLC产品按地区可分为三大类，一类是美国产品，一类是欧洲产品，一类是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离的情况下自主研发的，因此美国和欧洲的PLC产品存在明显差异。日本的PLC技术是从美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主要产品定位于小型PLC。美国和欧洲以大中型PLC着称，而日本以小型PLC着称。

常用PLC如表所示

PLC的功能及应用

PLC是综合继电器接触器控制的优点和计算机灵活方便的优点而设计、制造和开发的，使PLC具有其他控制器无法比拟的许多特点。

1.PLC功能

PLC是以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术和通讯技术于一体而研制的通用型工业自动控制装置。它具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、具有灵活性、通用性和维护方便等一系列优点，因此在冶金、能源、化工、交通、电力等领域有着广泛的应用。等领域，已成为现代工业控制（PLC、机器人、CAD/CAM）的三大支柱之一。根据PLC的特点，其功能形式可归纳为以下几种。

（1）开关量逻辑控制

PLC具有强大的逻辑运算能力，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制。这是PLC最基本、应用最广的领域，取代了传统继电器接触器的控制。

（2）模拟控制

PLC配备A/D和D/A转换模块。 A/D模块可以将现场的温度、压力、流量、速度等模拟量转换为数字量，再由PLC中的微处理器处理（微处理器只能处理数字量），然后进行控制；或通过D/A模块转换成模拟量，再控制被控对象，从而实现PLC对模拟量的控制。

(3）过程控制

现代大中型PLC一般都配备PID控制模块，用于闭环过程控制。当控制过程中某个变量出现偏差时，PLC可以根据PID算法计算出正确的输出，进而对生产过程进行控制和调整，使变量保持在设定值。目前很多小型PLC也具备PID控制功能。

(4）定时计数控制

PLC具有强大的定时和计数功能，可为用户提供几十个甚至上百个、上千个定时器和计数器。其计时的时间和计数值可以由用户在编写用户程序时任意设定，也可以由操作人员在工业现场通过编程器设定，从而实现计时和计数的控制。如果用户需要对更高频率的信号进行计数，可以选择高速计数模块。

(5）序列控制

在工业控制中，可以使用PLC步进指令编程或移位寄存器编程来实现顺序控制。

(6）数据处理

现代PLC不仅可以进行算术运算、数据传输、排序和查表，还可以进行数据比较、数据转换、数据通讯、数据显示和打印等，具有强大的数据处理能力。

(7）通信和网络

大多数现代 PLC 使用通信和网络技术，带有 RS-232 或 RS-485 接口，可以执行远程 I/O 控制。多台PLC可以联网和相互通信，可以在外部设备和一个或多个可编程控制器的信号处理单元之间交换程序和数据，如程序传输、数据文件传输、监控和诊断等。通信接口或通信处理器根据标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的传输。

2.PLC应用领域

目前，PLC已广泛应用于国内外钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、纺织、交通、环保和文化娱乐等各个行业。用法大致可以总结如下：kind.

（1）开关量的逻辑控制

这是PLC最基本也是应用最广泛的领域。替代传统继电器电路，实现逻辑控制和时序控制；不仅可用于单台设备的控制，还可用于多机群控和自动化流水线。如注塑机、印刷机、装订机、组合机床、磨床、包装生产线、电镀线等。

（2）模拟控制

在工业生产过程中，有很多不断变化的量，如温度、压力、流量、液位、速度等，都是模拟量。为了使PLC处理模拟量，必须实现模拟量与数字量之间的A/D转换和D/A转换。 PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使PLC可以进行模拟控制。

(3）运动控制

PLC 可用于圆周运动或直线运动控制。在控制机构配置方面，早期直接用于切换I/O模块，连接位置传感器和执行器。现在一般采用专用的运动控制模块，可以驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。 全球各大PLC厂商的产品几乎都具有运动控制功能，广泛应用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

(4）过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量进行闭环控制，广泛应用于冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合。 PLC作为工业控制计算机，可以编写各种控制算法程序，完成闭环控制。 PID调节是闭环控制系统中常用的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前很多小型PLC都有这个功能模块。 PID 处理通常运行一个专用的 PID 子程序。

(5）数据处理

现代PLC具有数学运算（包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传输、数据转换、排序、查表和位运算等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与内存中存储的参考值进行比较，完成一定的控制操作；也可以通过通讯功能传送到其他智能设备，也可以打印成表格。数据处理一般用于大型控制系统，如无人柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品等行业的一些大型控制系统。

(6）通信和网络

PLC通信包括PLC之间的通信以及PLC与其他智能设备之间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展迅速，各PLC厂家都非常重视PLC的通讯功能，纷纷推出了自己的网络系统。新生产的PLC都有通讯接口，通讯非常方便。他们推出了自己的网络系统。新生产的PLC都有通讯接口，通讯非常方便。

PLC的基本结构及工作原理

PLC作为工业控制计算机，与普通计算机结构相似；但由于使用场合和用途不同可编程逻辑控制器原理，结构上存在一定差异。

1.PLC 硬件组件

PLC硬件系统的基本结构如下

PLC的主机由CPU、存储器（EPROM、RAM）、输入/输出单元、外围I/O接口、通讯接口和电源组成。对于单片 PLC，这些组件都在同一个外壳中。对于模块化PLC，每个组件都是独立封装的，称为模块，每个模块通过机架和电缆连接在一起。主机中的各个部分通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，并根据实际控制对象的需要配备一定的外部设备，形成不同的PLC控制系统。常用的外部设备包括编程器、打印机和 EPROM 写入器。 PLC可配置通讯模块与上位机及其他PLC通讯，形成PLC的分布式控制系统。

下面介绍PLC的组成部分及其功能，以便用户进一步了解PLC的控制原理和工作过程。

(1）CPU

CPU是PLC的控制中心。 PLC在CPU的控制下有条不紊地工作，从而实现对现场各种设备的控制。 CPU由微处理器和控制器组成，可以实现逻辑运算和数学运算，协调控制系统各部分的工作。

控制器的作用是控制整个微处理器各部分的有序工作，其基本功能是从内存中读取和执行指令。

(2）存储

PLC 配备有两种内存，即系统内存和用户内存。系统内存用于存放系统管理程序，用户不能访问和修改这部分内存的内容。用户存储器用于存储编程的应用程序和工作数据状态。存储工作数据状态的用户内存部分也称为数据存储区，包括输入/​​输出数据图像区、定时器/计数器预置数和当前值的数据区、缓冲区用于存储中间结果。

PLC的内存主要有以下几种。

(1）ROM

(2）可编程ROM

(3）可擦可编程只读存储器

(4）可擦可编程只读存储器

(5）随机存取存储器

(3）输入/输出(I/O)模块

①数字输入模块

开关输入设备是各种开关、按钮、传感器等。PLC的输入类型通常可以是DC、AC和AC/DC。输入电路的电源可以由外部供电，也可以由PLC提供。

②开关量输出模块

输出模块的作用是将CPU执行用户程序输出的TTL电平控制信号转换成生产现场需要的信号，可以驱动特定的设备来驱动执行器的动作。

(4）程序员

编程器是PLC的重要外部设备。编程人员可以将用户程序送入PLC的用户程序存储器，调试程序，监控程序的执行过程。程序员从结构上可以分为以下三种。

(1）简单程序员

(2）图形程序员

(3）通用计算机程序员

(5）力量

电源单元的作用是将外部电源（220V交流电源）转换为内部工作电压。外接电源通过PLC内部专用的开关稳压电源将AC/DC电源转换为PLC内部电路所需的工作电源（DC 5V、±12V、24V），并提供外部输入元件（如接近开关）提供24V直流电源（仅供输入端使用）。驱动PLC负载的电源由用户提供。

(6）外设接口

外围接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，通过外围接口可组成PLC控制网络。 PLC采用PC/PPI电缆或MPI卡通过RS-485接口与计算机连接，可实现编程、监控、联网等功能。

2.PLC 软件组件

PLC的软件由系统程序和用户程序组成。

系统程序由PLC制造商设计编写，存储在PLC的系统内存中，用户不能直接读取、写入或修改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传输程序、监控程序等。

PLC的用户程序是用户根据控制要求使用PLC编程语言编写的程序。在PLC的应用中，最重要的是利用PLC的编程语言编写用户程序来实现控制目的。由于PLC是专门为工业控制而开发的设备，其主要用户是广大电气技术人员。为了满足他们的传统习惯和掌握，PLC的主要编程语言是比较简单、通俗易懂、形象化的专用语言。语言。

1.图形化指令结构

2.显式变量常量

3.简化程序结构

4.简化应用软件生成过程

5.加强调试方法

PLC的基本工作原理

PLC扫描的工作模式主要分为三个阶段，即输入采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷新阶段。如图所示。

1.输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次读取所有输入状态和数据，并存储在I/O图像区的相应单元中。输入采样结束后，进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图像区域中相应单元的状态和数据也不会发生变化。因此，如果输入是脉冲信号，脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，以保证输入在任何情况下都能被读取。

2.用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是从上到下依次扫描用户程序（梯形图）。在扫描每个梯形图时，总是先扫描梯形图左侧的触点构成的控制电路，对触点构成的控制电路按先左后右的顺序进行逻辑运算，先上后下；然后根据逻辑运算的结果，刷新系统RAM存储区中逻辑线圈对应位的状态，或者刷新I/O图像区中输出线圈对应位的状态，或者判断是否执行梯形图指定的状态。特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有 I/O 映像区的输入点的状态和数据不会改变，而 I/O 映像区的其他输出点和软设备的状态或系统 RAM 存储区域不会改变。和数据可能会发生变化，上面列出的梯形图的程序执行结果将作用于所有使用这些线圈或下面一行数据的梯形图；相反，下面列出的梯形图将被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能在其上方排列的梯形图上生效，直到下一个扫描周期。

3.输出刷新阶段

当用户程序扫描结束时，PLC 进入输出刷新阶段。在此期间，CPU根据I/O图像区对应的状态和数据刷新所有输出锁存电路，然后通过输出电路驱动相应的外设。此时才是PLC的真正输出。

I/O 滞后

从PLC的工作过程可以总结出以下结论。

·以扫描方式执行程序，输入/输出信号之间的逻辑关系原则上存在滞后。扫描周期越长，延迟越严重。

·扫描周期不仅包括输入采样阶段、用户程序执行阶段、输出刷新阶段三个主要工作阶段所占用的时间，还包括系统管理操作所占用的时间。其中，程序执行时间与程序的长度和指令操作的复杂程度有关，其他基本不变。扫描周期一般为纳秒级。

·程序在第n次扫描执行时，输入数据以本次扫描周期内采样阶段的扫描值X为准。根据程序输出的数据就是上一次扫描的输出值Y(n-1），还有这次的输出值Yn；发送到输出端的信号n毕竟是最终的结果Yn这次执行的操作。

输入/输出响应滞后不仅与扫描方式有关，还与编程安排有关。

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