第2章 PLC控制系统开发入门

2.1 PLC控制系统初识

1 PLC控制系统由哪些部件组成？

问题解答

PLC控制系统主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置四部分组成，其结构如图2-1所示。

（1）CPU模块：CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来存储程序和数据。

（2）输入模块：输入模块和输出模块简称为I/O模块，它们是联系外部现场和CPU模块的桥梁。开关量输入模块用来接收和采集从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来采集各种变送器和热电偶、热电阻提供的连续变化的模拟量输入信号。

（3）输出模块：PLC通过开关量输出模块控制继电器，从而控制接触器、电磁阀、电磁铁等设备装置；通过模拟量输出模块用来将PLC内的数字转换为成比例的电流或电压，从而控制调速器、调节阀等执行机构。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。

（4）编程装置：主要由编程软件和编程线缆组成。编程软件可以在计算机上直接生成和编辑梯形图、指令表程序，程序被编译后通过编程线缆下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到编程软件上显示。如图2-2所示为西门子S7-300/400系列PLC的MPI编程线缆。

2 什么是过程控制系统？

问题解答

过程控制系统是指主要通过控制工艺参数如温度、压力、流量、液位、浓度等接近给定值或保持在给定值范围内的自动控制系统，控制的主要目的是保持工业生产的连续性和稳定性，减少扰动。一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式，这是过程控制的主要方式。

3 什么是运动控制系统？

问题解答

运动控制系统主要是指以机械运动的驱动设备—电动机为控制对象，以单片机、CPU等控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，组成的电气传动自动控制系统。自动控制系统将电能转换为机械能，实现机械的运动。

4 PLC控制系统是如何运行的？

问题解答

当PLC运行时，工作过程可分为三个阶段：输入采样、程序执行和输出刷新。

（1）输入采样阶段：PLC以周期扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映像区中的相应单元内，输入的脉冲信号宽度必须大于一个扫描周期。

（2）程序执行阶段：在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新各逻辑线圈、输出线圈在映像区中对应位的状态。

（3）输出刷新阶段：当扫描用户程序结束后，PLC进入输出刷新阶段。CPU按照映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

5 什么是传感器？

问题解答

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。如图2-3所示为常见的电磁流量传感器。

6 什么是执行器？

问题解答

执行器由执行机构和调节机构两个部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号的大小产生相应的推力，推动调节机构动作。调节机构是执行器的调节部分，在执行机构推力的作用下，调节阀产生一定的位移或转角。如图2-4所示为各种电动执行器。