内容发布更新时间 : 2024/11/14 13:31:31星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

广西工学院鹿山学院本科生毕业设计（论文）

图2-1 PLC结构框图

2.4.1 CPU的构成

中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。中央处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。按照PLC系统程序所赋予的功能它可以接收同时存储用户程序和数据，并将这些数据和状态存入规定的寄存器中。同时它还能够诊断电源和PLC内部电路的工作状态等。等到进入运行状态后它从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按照指令规定的任务产生相应的控制信号，使有关的控制电路被指挥。

为了使PLC的可靠性更加强大，大型PLC需要采用双CPU构成冗余系统，或者三CPU的表决式系统。这样的话，如果其中一个CPU出现故障，整个系统仍然可以正常运行。CPU的内部电路由运算器、控制器、寄存器构成，运算器用于进行数字或逻辑方面的运算。控制器控制CPU工作，由它来读取指令、解释指令及执行指令。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器的指挥下工作的。

CPU的速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

2.4.2 存储器

PLC的存储器有两种：一是单片机上带的存储器，主要用于存储系统监控程序及

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系统工作区间，生成用户环境。二是用户程序存储器，通常都是CMOS型的RAM，存储用户程序及参数，用锂电池做后备，调试起来也方便。还可用EPROM或EEPROM。

2.4.3 输入/输出接口电路

输入/输出接口电路是PLC与被控对象（机械设备或生产过程）联系的桥梁。现场信息经输入接口传送给CPU，CPU的运算结果、发出的命令经输出接口送到有关设备或现场。输入/输出信号分为开关量、模拟量、数字量。

输入接口电路。PLC的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路的延迟时间比较短，可以直接与接近开关，光电开关等电子输入装置连接；交流输入电路适用于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。交流输入电路和直流输入电路类似，外接的输入电源改为220V交流电源。

由于生产过程中使用的各种开关、按钮、传感器等输入器件直接接在PLC的输入接口电路上，为了防止因为触点抖动或干扰脉冲所引起错误的输入信号，输入接口电路须拥有很强的抗干扰力。

如图2-2所示，输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有：

一是应用光电耦合器来增强抗干扰力。 光电耦合器的工作原理是：发光二极管有驱动电流流过时，导通发光，光敏三极管接收到光线，由截止变为导通，将输入信号送入PLC内部。光电耦合器中的发光二极管是电流驱动元件，要有足够的能量才能驱动。而干扰信号虽然有的电压值很高，但能量较小，不能使发光二极管导通发光，所以不能进入PLC 内，实现了电隔离。

二是利用滤波电路提高抗干扰能力。 最常用的滤波电路是电阻电容滤波，如图2-2中的R1、C 。

图2-2中，S为输入开关，当S闭合时， LED点亮，显示输入开关S处于接通状态。光电耦合器导通，将高电平经滤波器送到PLC内部电路中。当CPU在循环的输入阶段锁入该信号时，将该输入点对应的映像寄存器状态置1；当S断开时，则对应的映像寄存器状态置0。

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图2-2 可编程控制器输入电路

根据常用输入电路电压类型及电路形式不同，可以分为干接点式、直流输入式和交流输入式。输入电路的电源可由外部提供，有的也可由PLC内部提供。

输出接口电路。按输出开关器件的种类来分，PLC通常由三种形式的输出电路即：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。

继电器输出形式：如图2-3所示。这种输出形式既可驱动交流负载，又可驱动直流负载。它的优点是适用电压范围比较宽，导通压降小，有很强的能力来承受瞬时性过电压和过电流。它的缺点是动作速度较慢，动作次数（寿命）有一定的限制。建议在输出量变化不频繁时优先选用。

图2-3所示电路工作原理是：当内部电路的状态为1时，使继电器K的线圈通电，产生电磁吸力，触点闭合，则负载得电，同时点亮LED，表示该路输出点有输出。当内部电路的状态为0时，使继电器K的线圈无电流，触点断开，则负载断电，同时LED熄灭，表示该路输出点无输出。

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图2-3 小型继电器输出形式电路

晶体管或场效应管输出形式：如图2-4所示。这种输出形式只可驱动直流负载。它的优点是可靠性强，执行速度快，寿命长。缺点是过载能力差。适合在直流供电、输出量变化快的场合选用。

图2-4所示电路工作原理是：当内部电路的状态为1时，光电耦合器T1导通，使大功率晶体管VT饱和导通，则负载得电，同时点亮LED，表示该路输出点有输出。当内部电路的状态为0时，光电耦合器T1断开，大功率晶体管VT截止，则负载失电，LED熄灭，表示该路输出点无输出。当负载为电感性负载，VT关断时会产生较高的反电势，VD的作用是为其提供放电回路，避免VT承受过电压。

图2-4 大功率晶体管输出形式电路

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晶闸管输出形式：如图2-5所示。这种输出形式适用于驱动交流负载。由于双向可控硅和大功率晶体管都属于半导体材料元件，因此它的优缺点和大功率晶体管或场效应管输出的形式相似，适合用于交流供电和输出量变化快的场合。

图2-5所示电路工作原理是：当内部电路的状态为1时，发光二极管导通发光，相当于双向晶闸管施加了触发信号，无论外接电源极性如何，双向晶闸管T均导通，负载得电，同时输出指示灯LED点亮，表示该输出点接通；当对应T的内部继电器的状态为0时，双向晶闸管施加了触发信号，双向晶闸管关断，此时LED不亮，负载失电。

图2-5 双向可控硅输出形式电路

2.4.4 电源

电源是PLC整机的能源供给中心。PLC系统中有两种电源：一种是内部电源，是PLC主机内部电路的工作电源。要求性能稳定、工作可靠，一般使用开关稳压电源。与普通稳压电源相比，具有以下优点： （1）体积小、重量轻； （2）功耗低、发热少；

（3）能适应较大范围内的电压波动，稳压效果好； （4）具有良好的自动保护功能，而且保护动作灵敏、可靠； （5）电路集成化，外部元件少、成本低。

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