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第三章 可编程序控制器的基本组成 和工作原理 介绍 以小型可编程控制器S7-200系列PLC为例，介绍可编程控制器的基本结构，以及工作原理，要求掌握常用指令的格式和应用方法，熟练画出可编程控制器外部电路接线图，掌握可编程控制器应用的基本设计思想和设计方法。 第一节 PLC的基本组成 PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。 第一节 PLC的基本组成 1.1 中央处理单元 中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，是PLC的核心部分，由它实现逻辑运算，协调控制系统内部各部分的工作。 ① 接受、存储用户程序。 ② 按扫描方式接收来自输入单元的数据和各状态信息，并存入相应的数据存储区。 ③ 执行监控程序和用户程序，完成数据和信息的逻辑处理，产生相应的内部控制信号，完成用户指令规定的各种操作。 ④ 响应外部设备的请求。 1.2 存储器 存储器是PLC存放系统程序、用户程序和 运行数据的单元。 * 随机存取存储器(RAM) * 只读存储器(ROM)----ROM、PROM、EPROM和EEPROM等。 1.2 存储器 ROM--掩膜只读存储器，存储内容在其制造过程中确定，不允许再改变； PROM--可编程只读存储器，存储内容由用户用编程器一次性写入，不能再改变； EPROM--可擦除可编程只读存储器，存储内容也由用户用编程器写入的，但可以在紫外线灯的照射下擦除，因此，允许反复多次擦除和写入； EEPROM--电擦除可编程只读存储器，存储内容由用户写入，在写入新的内容时，原来存储的内容会自动清除，允许反复多次写入。 1.2 存储器 只读存储器(ROM)是非挥发性的，即在断电状态下仍能保持所存储的内容，因此常被用作系统存储器，存放生产企业编制的系统管理程序,用户逻辑解释程序和标准程序模块等组成系统程序，用户来说是透明的，不能被随意改变。 随机存取存储器(RAM)有两种类型：静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)。SRAM是用D型触发器来存储写入的内容的，除非写入新的内容或电源关断，它存储的内容可以保持不变；DRAM是用电容来存储写入的内容的，由于电容要放电，为了维持写入的内容不变，必须对它重复进行读出和写入操作，即要有刷新电路配合使用。 1.2 存储器 随机存取存储器(RAM)是一种挥发性的器件，即当供电电源关掉后，其存储的内容会丢失，因此在实际使用中，通常为其配备掉电保护电路，当正常电源关断后，由备用电池为它供电，保护其存储的内容不丢失。 随机存取存储器(RAM)在PLC中用作用户程序存储器和数据存储器。 用户程序存放在随机存取存储器(RAM)中调试和修改，达到设计要求后，再固化到EPROM中，替代RAM使用。 数据存储器存储PLC运行过程中产生的各种不断变化的数据。 1.3 输入输出单元 通过输入模块单元，PLC能够得到生产过程的各种参数；通过输出模块单元，PLC能够把运算处理的结果送至工业过程现场的执行机构实现控制。 实际生产中的信号电平多种多样，外部执行机构所需电流也是多种多样，而PLC的CPU所处理的只能是标准电平，这就要求输入/输出模块单元有很好的信号适应能力和抗干扰性能, 可与工业过程现场的各种信号直接相连。 电子变换、光耦合器和阻容滤波等电路，用以实现外部现场与系统内部信号电平的转换。 1.3 输入输出单元 ① 开关量输入单元：把现场各种开关信号变成PLC内部处理的标准信号。按照输入端的电源类型不同，分为直流输入单元和交流输入单元，分别如图2.2和图2.3所示 ② 开关量输出单元：把PLC的内部信号转换成现场执行机构的各种开关信号。按照现场执行机构使用的电源类型的不同，可分为直流输出单元(晶体管输出方式或继电器触点输出方式)和交流输出单元(晶闸管输出方式或继电器触点输出方式)。 1.3 输入输出单元 1.3 输入输出单元 直流输入单元中，电阻R1与R2构成分压器，电阻R2与电容C组成阻容滤波。二极管用于防止反极性电压输入。光耦合器隔离输入电路与PLC内部电路的电气连接，使外部信号通过它变成内部电路接收的标准信号。当外部开关闭合后，发光二极管使光敏三极管导通，信号进入内部电路，此输入点对应的位由0变为1。即输入映像寄存器的对应位由0变为1。输出端的发光二极管(LED)用于指示现场开关闭合状况。 在交流输入单元中，电阻R2与R3构成分压器。电阻R1为限流电阻，电容C为滤波电容。双向光耦合器起整流和隔离双重作用，双向发光二极管用作状态指示。 1.3 输入输出单元 1.3 输