PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
教學課題：可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
教學目的：
- 熟悉PLC的結(jié)構(gòu)組成、內(nèi)部等效電路；
- 理解掌握PLC的工作方式和工作過程
教學重點：PLC可編程序控制器的組成和工作過程
教學難點：PLC可編程序控制器的工作過程
教學方法：講授
教學時間：2課時
教學過程及內(nèi)容：
{導入}
要實現(xiàn)PLC的控制需要：
輸入設備、輸出設備、PLC硬件和軟件（控制程序）。
- PLC的基本組成
可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持，實際上可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計算機。
- PLC的硬件結(jié)構(gòu)
主機
微處理器（CPU）——控制器的核心
存儲器(RAM、ROM）
輸入、輸出部件 （I/O部件）——連接現(xiàn)場設備與CPU之間的接口電路
電源部件——為PLC內(nèi)部電路提供能源
整體結(jié)構(gòu)的PLC——四部分裝在同一機殼內(nèi)
模塊式結(jié)構(gòu)的PLC——各部件獨立封裝，稱為模塊，通過機架和總線連接而成
I/O的能力可按用戶的需要進行擴展和組合（擴展機）
另外，還必須有編程器——將用戶程序?qū)戇M規(guī)定的存儲器內(nèi)
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圖1 PLC硬件結(jié)構(gòu)
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- 中央控制處理單元(CPU)
可編程控制器中常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機和雙極型位片式微處理器三種類型。
通用微處理器有8080、8086、80286、80386等；單片機有8031、8096等；位片式微處理器的AM2900、AM2903等。FX2可編程控制器使用的微處理器是16位的8096單片機。
- 存儲器
可編程控制器配有兩種存儲器：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。
系統(tǒng)存儲器：存放系統(tǒng)管理程序，用只讀存儲器實現(xiàn)。
用戶存儲器：存放用戶編制的控制程序，一般用RAM實現(xiàn)或固化到只讀存儲器中。
- 輸入輸出接口
作用：連接用戶輸入輸出設備和PLC控制器，將各輸入信號轉(zhuǎn)換成PLC標準電平供PLC處理，再將處理好的輸出信號轉(zhuǎn)換成用戶設備所要求的信號驅(qū)動外部負載。
對輸入輸出接口的要求：良好的抗干擾能力；對各類輸入輸出信號（開關(guān)量、模擬量、直流量、交流量）的匹配能力。
PLC輸入輸出接口的類型：模擬量輸入輸出接口、開關(guān)量輸入輸出接口（直流、交流及交直流）。用戶應根據(jù)輸入輸出信號的類型選擇合適的輸入輸出接口。
- 開關(guān)量輸入接口電路
各種輸入接口均采取了抗干擾措施。如帶有光耦合器隔離使PLC與外部輸入信號進行隔離；并設有RC濾波器，用以消除輸入觸點的抖動和外部噪聲干擾。
通常有三種類型：直流(12∽24)V輸入、交流(100∽120)V輸入與交流(200∽240)V輸入和交直流(12∽24)V輸入。直流輸入模塊的電源一般由機內(nèi)24v電源提供，輸入信號接通時輸入電流一般小于10mA；交流輸入模塊的電源一般由用戶提供。
②開關(guān)量輸出接口電路
有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。開關(guān)量輸出端的負載電源一般由用戶提供，輸出電流一般不超過2A。
開關(guān)量輸出端的負載電源一般由用戶提供，輸出電流一般不超過2A。
輸出端子的兩種接法：
- 隔離式
輸出各自獨立，無公共點：各輸出端子各自形成獨立回路。
- 匯點式
全部輸入點（輸出點）共用一個公共點?；蛘邔⑤斎朦c（輸出點）分成幾組，組內(nèi)各點共用一個公共點。各組的公共點之間相互隔離。組內(nèi)的各點必須使用同一電壓類型和同一電壓等級，各組可使用不同電壓類型和等級的負載。
- 電源
PLC的供電電源一般是市電，也有用直流24V電源供電的。
- 外圍設備：編程器、打印機、演示板等
利用編程器可將用戶程序輸入PLC的存儲器，還可以用編程器檢查程序、修改程序；利用編程器還可以監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。
- 用戶輸入輸出設備:
用戶輸入器件有控制開關(guān)和檢測元件，即各種開關(guān)、按鈕、傳感器等；用戶輸出設備主要有接觸器、電磁閥、指示燈等。
- PLC的軟件結(jié)構(gòu)
在可編程控制器中，PLC的軟件分為兩大部分：
- 系統(tǒng)監(jiān)控程序：用于控制可編程控制器本身的運行。主要由管理程序、用戶指令解釋程序和標準程序模塊，系統(tǒng)調(diào)用。
- 用戶程序：它是由可編程控制器的使用者編制的，用于控制被控裝置的運行。
- PLC的內(nèi)部等效電路
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