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工学PLC在磁粉探伤机中的应用（完整版）(文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用,可编辑 欢迎下载） 滨江学院毕业论文题 目 PLC在次磁粉探伤机中的应用开发院 系 滨江学院 专 业 自动化 学生姓名 王旭东 学 号 20212336004 指导教师 张凯 职 称 教授 二一二 年 六 月 一 日目录1 绪论1 1.1 研究背景11.2 国内外发展现状11.3 研究的内容及意义21.4 内容简介32 可编程控制器（PLC）环境介绍32.1 PLC的定义32.2 PLC的功能和特点4 2.2.1 PLC的功能.4 2.2.2 PLC的特点.52.3 PLC的结构和工作过程6 2.3.1 PLC的基本结构.6 2.3.2 PLC的工作原理10 2.3.3 PLC的中断处理过程11 2.3.4 PLC的I/O系统122.4 PLC的编程语言.132.5 PLC的主要性能指标163 CP1E系列欧姆龙可编程控制器（PLC）简介213.1 CP1E概述213.1 CP1E特性234 CDW-1000F型磁粉探伤机控制器的应用分析23 4.1 CDW-1000F型磁粉探伤机分析23 4.2 CDW-1000F型磁粉探伤机工作过程26 4.3 CDW-1000F型磁粉探伤机PLC的设计264.4 CDW-1000F型磁粉探伤机PLC的详细设计285 CDW-1000F型磁粉探伤机PLC设计中主要的软元件分析6设计小结407参考文献 418致谢9附录PLC在磁粉探伤机中的应用开发王旭东南京信息工程大学自动化专业，南京 210044 摘要：近几年随着磁粉探伤机技术的日益进步和技术指标和国际化的接轨。工业技术的发展带动了航空航天、铁道、车辆制造等行业的迅速发展，就很有必要的对零件内表面及近表面因铸造、锻压、拉伸、淬火、研磨、疲劳等产生的裂纹以及细微的缺陷进行检测和质量上的评估。螺栓是一台机器或设备的必要组成部分，同时也是高速重载和安全运行的重要部件。该部件就需要定期进行探伤和更换，其中磁粉探伤就是其中最常用的一种手段。PLC可编程控制器因其强大的功能和精巧的设计在探伤机中得到了广泛的应用。我们只需要编写相应的动作指令通过计算机输入指令来控制探伤机的动作，除了观看裂纹，全部都由PLC可编程控制器相应的伺服机自动完成，提高工作效率的同时减少了人为因素造成的隐患。关键词： 探伤；PLC；工业控制；磁粉1 绪论1.1研究背景随着工业技术的发展和时代的进步，无损检测技术在质量保证系统中发挥的作用越来越显示它的重要性和必要性，成为控制产品质量、保证在役设备安全运行的重要手段。无损检测是指在不不损伤被检测材料的情况下，检查材料内在的或表面的缺陷，或测定材料的某些物理量、性能、组织状态等的检测技术。广泛应用于金属材料、非金属材料、复合材料及其制品以及一些电子元器件的检测。磁粉探伤是最常用的无损检测技术之一，它是通过磁粉在物体缺陷附近漏磁场中的堆积来检测物体表面或近表面的缺陷，被检测物体必须具有铁磁性。1.2国内外发展现状随着社会的不断发展，人们的质量意识不断加强，国内外越来越重视磁粉检测设备的开发，因为只有检测设备的进步，才能给磁粉检测带来成功的应用。现在国内磁粉探伤设备从固定式磁粉探伤机、移动式磁粉探伤机、到便携式磁粉探伤机，从半自动磁粉探伤机、全自动磁粉探伤机到专用磁粉探伤设备以及配套检测流水线，从单向磁化到多向复合磁化，设备已系列化和智能化。由于晶闸管等电子元器件用于磁粉检测设备，使智能化设备大量涌现，这些设备可以预置磁化规范和合理的工艺参数。进行荧光磁粉检测和自动化操作，国外还成功地用电视光电探测器荧光磁粉扫查和激光飞点扫描系统，实现了磁粉检测观察阶段的自动化，将检测到的信息在微机和其他电子装置中进行处理，鉴别可剔除的不连续性，并进行自动标记和分选，完全改变了传统磁粉检测“手脚并用眼睛看”的面貌。大大提高了检测的灵敏度和可靠性，代表了当代磁粉检测的新成就。我国近年来磁粉检测设备发展也很快，已实现了系列化，三项全波直流探伤超低频退磁设备的性能已打到国外同类设备的水平。交流探伤就机用于剩磁法检验时加装断电相位控制器保证剩磁稳定是我国的特色。断电相位控制器利用可控硅技术，可以代替自藕变压器无级调节磁化电流，还为我国磁粉检测设备的电子化和小型化奠定了基础。智能化设备已生产应用。光电扫描图像识别的磁粉探伤机已研制成功。用电脑处理磁痕现实的试验研究有很大的进展，自动化和半自动化设备有不少应用。磁粉检测的器材，国外开发的很多，如固定式磁粉探伤机合用的400W冷光源黑光灯都得到了应用。快速断电测量器的开发解决了直流磁化“快速断电效应”的测量问题。标准试片和试块以及测量剩磁的磁强计现都标准化和规范化。荧光磁粉检测可靠性高、速度快，在国外已普遍使用，荧光磁粉一般推荐使用HY-2型。我国研制的器材，如LPW-3号磁粉检验载液（无臭味），性能已赶上国外同类产品。在国内很多行业普遍使用。磁粉检测用B型和E型百准试块。性能和指标均高于国外同类产品。已被批准为“国家标准样品”推广使用。ST80（c）照度计和UV-A紫外辐照计性能可满足要求。M1型多功能标准试片于国外KS234试片等效。荧光磁粉的质量也在不断提高。但黑光等的品种还有待开发，荧光磁粉检验使用还不够普遍，袖珍式磁强计的生产还满足不了市场需求。国外有不同规格（包括黑光和白光）的光导纤维内窥镜，能满足孔内壁缺陷的检测要求，仪器型号和生产厂家一般都纳入有关技术标准中。国内已研制出光导纤维内窥镜，希望提高黑光辐照度后能大力推广应用。 在工艺方法方面，我国发明的磁粉探伤-橡胶铸型法，为间断检测小孔内壁早期疲劳裂纹的产生和扩展速率闯出了一条新路，还为记录缺陷磁痕提供了一种可靠的方法，比国外应用了几十年的磁橡胶法有无可比拟的优越性。 磁粉探伤的质量控制，是对影响磁粉检测灵敏度和检测可靠性的诸因素逐个地加以控制。国外非常重视，不仅制定了具体控制项目，校验周期和技术要求，并设有质量监督检查机制保证贯彻执行。同时对质量控制技术要求，通过实践不断进行修正。使国内外磁粉检测标准的技术要求越来越接近和更合理。在我国，借鉴国外先进经验，磁粉探伤的质量观也日益受到重视，并能很好贯彻执行，但各行业各单位的发展不平衡，有些质量控制项目没有纳入标准，有的虽纳入标准，但流于形式。这一点已引起业内人士的关注，这种局面急待改变。 现在，我国对磁粉探伤的基础理论研究比较重视，已取得较大的进展，断裂力学在无损检测领域的应用。为制定更合理的产品磁粉探伤验收标准提供了依据。磁粉探伤方法日趋完善。对无损检测的人员的培训空前重视，人员素质大大提高。我们相信，磁粉探伤将得到更加广泛的应用。为控制产品质量，防患于未然作出应有的贡献。1.3本论文研究的内容及意义可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。控制器和被控对象连接方便。随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。通过上述方法，磁粉探伤机的工作、复位、自动、手动、磁化、喷淋、加紧松开、排料、抓取、伸缩、夹爪回转、转位、电极转动等一系列动作通过PLC编程自动控制，减少人为因素的隐患，提高了检测的准确性。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。1.4 内容简介本课题面向磁粉探伤机的开发研究解决可编程控制器（PLC）对硬件机械的自动控制。第一章：绪论，介绍磁粉探伤机的背景，相关技术及国内外发展状况，并论述本论文研究的内容及意义。第二章：系统环境介绍，对系统可编程控制器（PLC）进行分析，对OMRON系列可编程控制器特点及功能进行介绍。第三章：CP1E系列欧姆龙PLC简介第四章：CDW-1000F型磁粉探伤机控制器的需求分析，介绍CDW-1000F型磁粉探伤机机构特点和需求，并对CDW-1000F型磁粉探伤机的工作愿意进行阐述。第五章：分析CDW-1000F磁粉探伤机的控制器的总体设计及程序设计。第六章：CDW-1000F磁粉探伤机控制器的详细设计和程序分析。第七章：结论，对本论文进行总结概括。2 PLC环境介绍2.1 PLC的定义2.1.1 PLC的定义 PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其产生和发展标准化，美国电气制造协会（NEMA）于1980年开始，经过4年的调查工作，于1984年首次将其命名为PC（Programmable Controller）,并给PC做了如下定义：“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、计数与演算等功能。并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是用来执行PC的功能，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。” 国际电工委员会（IEC）于1982年11月颁布了可编程控制器标准草案第一稿，1985年11月颁布了第二稿，并在1987年2月颁布的第三稿中通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境中应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算数操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各类的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计原则。 可编程控制器在初期只是用来取代继电器实现逻辑控制，因此其所提供及定义的功能，大多为逻辑电路，计数器、定时器等组件，因此在其名字中才会有“逻辑”这两个字。进入20世纪80年代，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，也使得可编程控制器逐步形成了具有特色的多种系列产品。系统中不仅使用可大量的开关量，也使用了模拟量，其功能已经远远超出逻辑控制、顺序控制的应用范围，故称为可编程控制器。但由于PC容易与个人计算机的英文缩写混淆，所以人们还沿用PLC作为可编程控制器的英文缩写名称。总之，可编程控制器是一天计算机，它是专门为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。2.2 PLC的功能和特点 PLC的功能 PLC是应用面很广，发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化（FA）和计算机集成制造系统（CIMS）中占重要地位。现在PCL的功能远不仅是替代传统的继电器逻辑，还应具有以下功能： 1.控制功能 （1）逻辑控制PLC具有“与”、“或”、“非”、“异或”和触发器等逻辑运算功能，可以代替继电器进行开关量控制。（2）定时控制 PLC为用户提供了若干个电子定时器，用户可自行设定接通延时，关断延时和定时脉冲等方式。（3）计数控制 用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连接码盘进行位置检测。 (4) 顺序控制 在前道工序完成后，自动转入下一道工序，使一台PLC可为多部步进控制器使用。2. 数据采集、存储与处理功能（1）数学运算功能 能完成加、减、乘、除等基本算数运算；完成平方根、三角函数、浮点运算等算数扩展运算；完成大于小于、等于等比较功能。（2）数据处理 选择、组织、规格化、移动和先入先出。（3）模拟数据处理 PID、积分和滤波。3.输入/输出接口调理功能 具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。具有温度测量接口，直接连接各种热敏电阻或热电偶。4.通信、联网功能 现代PLC大多数采用了通信、网络技术，有RS-232或RS-485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台PLC的信号处理单元之间，能够实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。 通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。如西门子S7-300/400的PROFIBUS现场总线接口，其通信速率可以达到12Mbit/s。 在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。5.人机界面功能 提供操作者以监视机器/过程工作必须的信息。允许操作者和Pc系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整。实现人机界面功能的手段：从基层的操作者屏幕文字显示，到单机的CRT显示与键盘操作和用通信处理器、专用处理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操作与监视系统。6.编程、调试 使用复杂程度不同的手持、便携盒桌面式编程器、工作站、和操作屏，进行编程、调试、监视、实验和记录，通过打印机打印出程序文件。2.2.2 PLC的特点1. 高可靠性（1） 所有的I/O 接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与PLC 内部电路之间电气上隔离（2）各输入端均采用R-C 滤波器其滤波时间常数一般为1020ms.（3）各模块均采用屏蔽措施以防止辐射干扰（4）采用性能优良的开关电源（5）对采用的器件进行严格的筛选（6）良好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况CPU立即采用有效措施以防止故障扩大（7）大型PLC 还可以采用由双CPU 构成冗余系统或有三CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高2. 丰富的I/O 接口模块 PLC针对不同的工业现场信号：交流或直流、 开关量或模拟量、 电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等 有相应的I/O 模块与工业现场的器件或设备：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀 直接连接另外为了提高操作性能它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络它还有多种通讯联网的接口模块等等。3. 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC 以外，绝大多数PLC 均采用模块化结构，PLC 的各个部件包括CPU 电源I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4. 编程简单易学 PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5. 安装简单维修方便 PLC不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与PLC 相应的I/O 端相连接即可投入运行，各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障，由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。PLC学步：与继电器线路比较PLC有何优势 1、功能强，性能价格比高 一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。可篇程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。 2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。楞编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。 3、可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 4、系统的设计、安装、调试工作量少 PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。 5、编程方法简单 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。 6、维修工作量少，维修方便 PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的住处迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。 7、体积小，能耗低 对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的确1/2-1/10。 PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。学得辛苦，做得舒服2.3 PLC的结构与工作过程2.3.1 PLC的基本结构 PLC实质上是一种工业计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言，故PLC与计算机的组成十分相似，如下图所示。PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。 图1 PLC的基本组成1. 中央处理器中央处理器(CPU)由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU通过数据总线总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。小型PLC的CPU采用8位或16位微处理器或单片机，如8031、M68000等，这类芯片价格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微处理器或单片机，如8086、96系列单片机等，这类芯片主要特点是集成度高、运算速度快且可靠性高；而大型PLC则需采用高速位片式微处理器。CPU按照PLC内系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。2. 存储器PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。（1)系统程序存储器PLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序工作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，传输到CPU内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用ROM或EPROM。ROM是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，ROM具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。EPEROM为可电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容，可电擦除可编程只读存储器还有E2PROM、FLASH等。（2)用户程序存储器用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试。通过修改与调试后的程序称为用户执行程序，由于不需要再作修改与调试，所以用户执行程序就被固化到EPROM内长期使用。（3)数据存储器PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据(如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等)和组态数据(如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等)，这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不断变化，且不需要长期保存，所以采用随机存取存储器RAM。RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电就可通过锂电池供电，保持RAM中的内容。3. 接口输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路。PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。现场控制或检测元件输入给PLC各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。输出接口电路将CPU送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。（1)输入接口输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。如图所示的直流输入接口电路为例，R1是限流与分压电阻，R2与C构成滤波电路，滤波后的输入信号经光耦合器T与内部电路耦合。当输入端的按钮SB接通时，光耦合器T导通，直流输入信号被转换成PLC能处理的5V标准信号电平(简称TTL)，同时LED输入指示灯亮，表示信号接通。微电脑输入接口电路一般由寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路组成，这些电路集成在一个芯片上。交流输入与交直流输入接口电路与直流输入接口电路类似。滤波电路用以消除输入触头的抖动，光电耦合电路可防止现场的强电干扰进入PLC。由于输入电信号与PLC内部电路之间采用光信号耦合，所以两者在电气上完全隔离，使输入接口具有抗干扰能力。现场的输入信号通过光电耦合后转换为5V的TTL送入输入数据寄存器，再经数据总线传送给CPU。（2)输出接口输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数字显示装置和报警装置等。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成，与输入接口电路类似，内部电路与输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离。微电脑输出接口电路一般由输出数据寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路集成在芯片上，CPU通过数据总线将输出信号送到输出数据寄存器中，功率放大电路是为了适应工业控制要求，将微电脑的输出信号放大。 （3)其它接口若主机单元的I/O数量不够用，可通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元(不带CPU)相接进行扩充。PLC还常配置连接各种外围设备的接口，可通过电缆实现串行通信、EPROM写入等功能。4. 编程器编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。编程器有简易编程器和图形编程器两种。简易编程器体积小，携带方便，但只能用语句形式进行联机编程，适合小型PLC的编程及现场调试。图形编程器既可用语句形式编程，又可用梯形图编程，同时还能进行脱机编程。目前PLC制造厂家大都开发了计算机辅助PLC编程支持软件，当个人计算机安装了PLC编程支持软件后，可用作图形编程器，进行用户程序的编辑、修改，并通过个人计算机和PLC之间的通信接口实现用户程序的双向传送、监控PLC运行状态等。5. 电源PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置。 PLC的工作原理 最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器、接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不同的。 众所周知，继电器控制装置采用硬逻辑并行运行方式，即如果某继电器的线圈通电或断电，那么该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点），无论在继电器控制线路的哪个位置上都会同时动作。 PLC的CPU则采用顺序扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，那么该线圈的所有触点（包括常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点是才会动作。 为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术。这样在对I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。 PLC的工作方式是一个不断的循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新一轮的扫描。PLC就这样周而复始地重复上述循环扫描。 PLC运行正常时，扫描周期的长短与CPU的运算速度、I/O点的情况、用户应用程序的长短及编程情况等均有关。通常用PLC执行1K字指令所需时间来说明其扫描速度（一般为110ms/K）。值得注意的是，不同指令其执行时间的长短是不同的，从零点几微秒到上百微秒不等，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。若用于高速系统要缩短扫描周期时，可从软件上考虑。PLC工作的全过程可用下图所示的运行框图来表示。PLC整个运行可分为上电处理、扫描过程和出错处理三个阶段。一. 上电处理 PLC上电后对PLC系统进行一次初始化工作，包括硬件初始化、I/O模块配置运行方式检查、停电保持范围设定及其他初始化处理等。二. 扫描过程当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。(一) 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以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映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转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映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(二) 用户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(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的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，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。(三) 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象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。这时，才是PLC的真正输出。同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。三. 出错处理 在PLC的每个扫描周期都要执行一次自诊断检查，以确定PLC自身的动作是否正常，如CPU、电池电压、程序存储I/O、通信等是否异常或出错。若检查出异常，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP模式，所有的扫描停止。.PLC的中断处理过程 根据以上所述，外部信号的输人总是通过PLC的扫描由“输入传送”来完成的，这就不可避免地带来了“逻辑滞后”。PLC能不能像计算机那样采用中断输人的方法，即当有中断申请信号输人后，系统会中断正在执行的程序而转去执行相关的中断子程序;系统若有多个中断源时，它们之间按重要性有一个先后顺序的排队;系统由程序设定允许中断或禁止中断。PLC关于中断的概念及处理思路与一般微机系统基本是一样的，但也有特殊之处。 1.晌应问题 一般微机系统的CPU，在每一条指令执行结束时都要查询有无中断申请。而PLC对中断的响应则是在相关的程序块结束后查询有无中断申请，或者在执行用户程序时查询有无中断申请，若有中断申请，则转人执行中断服务程序。如果用户程序以块式结构组成，则在每块结束或执行块调用时处理中断。2.中断源先后顺序及中断嵌套问题 在PLC中，中断源的信息是通过输人点而进人系统的，PLC扫描输人点是按输入点编号的先后顺序进行的，因此中断源的先后顺序只要按输人点编号的顺序排列即可。系统接到中断申请后，顺序扫描中断源，它可能只有一个中断源申请中断，也可能同时有多个中断源申请中断系统在扫描中断源的过程中，就在存储器的一个特定区建立起“中断处理表”，按顺序存放中断信息，中断源被扫描过后，中断处理表也已建立完毕，系统就按该表顺序先后转至相应的中断子程序人口地址去工作。 必须说明的是，多中断源可以有优先顺序，但无嵌套关系。即中断程序执行中，若有新的中断发生，不论新中断的优先顺序如何，都要等执行中的中断处理结束后，再进行新的中断处理。所以在PLC系统工作中，当转人下一个中断服务子程序时，并不自动关闭中断，所以也没有必要去开启中断。 3.中断服务程序执行结果的信息输出问题 PLC按巡回扫描方式工作，正常的输入/输出在扫描周期的一定阶段进行，这给外设希望及时响应带来了困难。采用中断输人可解决对输人信号的高速响应问题。当中断申请被响应且中断子程序被执行后，有关信息应当尽早送到相关外设，而不希望等到扫描周期的输出传送阶段，就是说对部分信息的输人或输出要与系统CPU的扫描周期脱离。PLC可利用专们的硬件模