可編程控制器技術完整教案

1、CompanyLOGO第二篇第二篇 可編程控制器技術可編程控制器技術內容提要內容提要可編程控制器概述可編程控制器概述1234三菱三菱FX2N系列可編程控制器及其基本指令的應用系列可編程控制器及其基本指令的應用FX2N系列可編程控制器步進指令及狀態(tài)編程法系列可編程控制器步進指令及狀態(tài)編程法FX2N系列可編程控制器應用指令及編程方法系列可編程控制器應用指令及編程方法5可編程控制系統(tǒng)設計可編程控制系統(tǒng)設計6FX2N系列系列PLC的特殊功能模塊及通信的特殊功能模塊及通信第第5 5章章 可編程控制器概述可編程控制器概述繼電接觸控制系統(tǒng)的問題？繼電接觸控制系統(tǒng)的問題？以低壓電器構成的繼電接觸電路，以低壓電

2、器構成的繼電接觸電路，是以接線邏輯實現(xiàn)控制功能，一經生產，是以接線邏輯實現(xiàn)控制功能，一經生產，功能固定。功能固定。概括而言概括而言設備體積大、開關動設備體積大、開關動作慢、功能較少、接線邏輯復雜、觸點作慢、功能較少、接線邏輯復雜、觸點易損壞、改接麻煩、靈活性差等易損壞、改接麻煩、靈活性差等可編程控制器的產生可編程控制器的產生n 世界上第一臺世界上第一臺PLCPLC 19691969年由美國數字設備公司（年由美國數字設備公司（DECDEC）根據美國根據美國通用汽車公司（通用汽車公司（GMGM）的要求研制成功的要求研制成功 n背景：背景： 19681968年美國通用汽車公司（年美國通用汽車公司（G

3、MGM），），為了適應汽車型號的不斷更新，生為了適應汽車型號的不斷更新，生產工藝不斷變化的需要，實現(xiàn)小批產工藝不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產，希望能有一種新量、多品種生產，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設計和更換電器控制系統(tǒng)及少重新設計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。接線，以降低成本，縮短周期。n 設計思想：設計思想： 吸取繼電器和計算機兩者的優(yōu)點吸取繼電器和計算機兩者的優(yōu)點 繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復雜、不易繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復雜、不易更改、查找和排除故障困難，對生產工藝變化的適應性差，更

4、改、查找和排除故障困難，對生產工藝變化的適應性差，但但簡單易懂、價格便宜；簡單易懂、價格便宜； 計算機計算機功能強大、靈活（可編程）、通用性好功能強大、靈活（可編程）、通用性好，但編，但編程困難；程困難； 采用面向控制過程、面向問題的采用面向控制過程、面向問題的“自然語言自然語言”進行編進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。（梯形圖）程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。（梯形圖）v19691969年年，美國數字設備公司（，美國數字設備公司（DECDEC）研制了第）研制了第1 1臺臺可編程控制器可編程控制器PDP-14PDP-14。將繼電接觸控制的硬連線。將繼電接觸控制的硬連線邏輯轉

5、變?yōu)橛嬎銠C的軟件邏輯編程邏輯轉變?yōu)橛嬎銠C的軟件邏輯編程v7070年代年代，將微機技術應用到可編程控制器中，將微機技術應用到可編程控制器中v8080年代年代，可編程控制器都采用了，可編程控制器都采用了CPUCPU、ROMROM、RAMRAM或或單片機作為其核心單片機作為其核心v9090年代末年代末，PLCPLC幾乎完全計算機化幾乎完全計算機化n 近年來近年來PLCPLC發(fā)展迅速發(fā)展迅速 PLCPLC集三電（電控、電儀、電傳）為一體、性集三電（電控、電儀、電傳）為一體、性能價格比高、高可靠性的特點，能價格比高、高可靠性的特點，已成為自動化工已成為自動化工程的核心設備程的核心設備。 PLCPLC成為

6、具備計算機功能的一種成為具備計算機功能的一種通用工業(yè)控制裝置，其使用量高居首位。通用工業(yè)控制裝置，其使用量高居首位。 PLCPLC成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大技術支柱（成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大技術支柱（PLCPLC、機器人、機器人、CAD/CAMCAD/CAM）之一。之一。5.1 5.1 可編程控制器的基本概念可編程控制器的基本概念PLCPLC的定義的定義19871987年，美國電器制造協(xié)會給出可編程控制器年，美國電器制造協(xié)會給出可編程控制器（Programmable Logic Controller Programmable Logic Controller 簡稱簡稱PLCPLC）定義為：定義為

7、：可編程序控制器是一種帶有指令存儲器可編程序控制器是一種帶有指令存儲器和數字或模擬和數字或模擬I/OI/O接口，以位運算為主，能完接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數和算術運算功能，成邏輯、順序、定時、計數和算術運算功能，用于控制機器或生產過程的自動控制裝置。用于控制機器或生產過程的自動控制裝置。PLCPLC的主要優(yōu)點的主要優(yōu)點v可靠性高，抗干擾能力強可靠性高，抗干擾能力強 v配套齊全，功能完善，適用性強配套齊全，功能完善，適用性強v易學易用，深受工程技術人員歡迎易學易用，深受工程技術人員歡迎v系統(tǒng)設計周期短系統(tǒng)設計周期短, ,維護方便維護方便, ,改造容易改造容易v體積小、重量輕

8、、功耗低體積小、重量輕、功耗低v聯(lián)網方便，便于集成聯(lián)網方便，便于集成可靠性高，抗干擾能力強可靠性高，抗干擾能力強硬件方面硬件方面：I/OI/O接口采用采用光電隔離，有效地抑制了外部接口采用采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源的影響；對供電電源及線路采用多種形式的濾波，干擾源的影響；對供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對從而消除或抑制了高頻干擾；對CPUCPU等重要部件采用良好等重要部件采用良好的導電、導磁材料進行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對有的導電、導磁材料進行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對有些模塊設置了聯(lián)鎖保護、自診斷電路等。些模塊設置了聯(lián)鎖保護、自診斷電路等。軟件方

9、面軟件方面：采用掃描工作方式，減少了外界的干擾；設有：采用掃描工作方式，減少了外界的干擾；設有故障檢測和自診斷程序，能對系統(tǒng)硬件電路等故障實現(xiàn)檢故障檢測和自診斷程序，能對系統(tǒng)硬件電路等故障實現(xiàn)檢測和判斷；當由干擾引起故障時，能立即將當前重要信息測和判斷；當由干擾引起故障時，能立即將當前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦正常后，便加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦正常后，便可恢復到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作?？苫謴偷焦收习l(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。PLCPLC的應用范圍的應用范圍v開關量的邏輯控制開關量的邏輯控制v模擬量控制模擬量控制v運動控制模塊運動控制模塊v過程控

10、制過程控制v數據處理數據處理v組成大型控制網絡組成大型控制網絡當前流行的可編程控制器當前流行的可編程控制器從第一臺從第一臺PLCPLC出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制制PLCPLC，并得到了迅速的發(fā)展。各國并得到了迅速的發(fā)展。各國PLCPLC都有自己的特色。都有自己的特色。v 歐洲：歐洲：西門子（西門子（SiemensSiemens）；）； 法國的法國的（TelemecaniqueTelemecanique）v 美國：美國：A-BA-B（Allen-BradlyAllen-Bradly）、）、GEGE（General ElectricGener

11、al Electric） v 日本：日本：三菱電機（三菱電機（Mitsubishi ElectricMitsubishi Electric）、）、 歐姆龍歐姆龍（OMRONOMRON）、）、 FUJI FUJI （日本主要發(fā)展中小型日本主要發(fā)展中小型PLCPLC，其小型其小型機性能先進，結構緊湊，價格便宜）機性能先進，結構緊湊，價格便宜） 目前國內市場還有韓國、臺灣等目前國內市場還有韓國、臺灣等PLCPLC產品。自產品。自19731973年，年，我國開始研制順序控制器，并取得不小的進展，現(xiàn)在市場我國開始研制順序控制器，并取得不小的進展，現(xiàn)在市場上出現(xiàn)了系列化的國產上出現(xiàn)了系列化的國產PLCPL

12、C，其價格相對低廉，性價比較高，其價格相對低廉，性價比較高。我國我國PLCPLC發(fā)展情況發(fā)展情況v 在在7070年代末和年代末和8080年代初，我國隨國外成套設備、專用設備引進了不少年代初，我國隨國外成套設備、專用設備引進了不少國外的國外的PLCPLC。v 我國不少科研單位和工廠在研制和生產我國不少科研單位和工廠在研制和生產PLCPLC，如遼寧無線電二廠、無錫如遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機制造公司、廈門華光電子公司、上海香島電機制造公司、廈門A-BA-B公司等。公司等。v 在傳統(tǒng)設備改造和新設備設計中，在傳統(tǒng)設備改造和新設備設計中，PLCPLC的應用逐年增多，取得良好效果。的

13、應用逐年增多，取得良好效果。PLCPLC在我國的應用越來越廣泛。在我國的應用越來越廣泛。v 目前，國內目前，國內PLCPLC生產廠家有生產廠家有3030余家，并有跡象顯示，更多的來自于原余家，并有跡象顯示，更多的來自于原PLCPLC應用的技術人員準備加入到小型應用的技術人員準備加入到小型PLCPLC開發(fā)的行列。但在目前上市的開發(fā)的行列。但在目前上市的眾多眾多PLCPLC產品中，還沒有形成規(guī)模化的生產和名牌產品。產品中，還沒有形成規(guī)?；纳a和名牌產品。v 從技術角度來看，國內外的小型從技術角度來看，國內外的小型PLCPLC差距正在縮小。如無錫信捷、蘭州差距正在縮小。如無錫信捷、蘭州全志等公司生

14、產的微型全志等公司生產的微型PLCPLC已經比較成熟，有些國產已經比較成熟，有些國產PLCPLC（如和利時、（如和利時、科迪納）已經擁有符合科迪納）已經擁有符合IECIEC標準的編程軟件、支持了現(xiàn)場總線技術等。標準的編程軟件、支持了現(xiàn)場總線技術等。v 面對國際廠商數十年的規(guī)?；a和市場管理經驗，國內廠商更多地面對國際廠商數十年的規(guī)?；a和市場管理經驗，國內廠商更多地只停留在小批量生產和維系生存的起步階段，離真正批量生產、市場只停留在小批量生產和維系生存的起步階段，離真正批量生產、市場化經營乃至創(chuàng)建品牌還有很長的路要走。與此同時，國產化經營乃至創(chuàng)建品牌還有很長的路要走。與此同時，國產PLCP

15、LC的低價優(yōu)的低價優(yōu)勢也正在受到新的挑戰(zhàn)。勢也正在受到新的挑戰(zhàn)。 v中國中國PLC市場（市場（ 2004年度）年度）：v 產品覆蓋范圍產品覆蓋范圍。排在最前的三個品牌有最豐富的產品系列，。排在最前的三個品牌有最豐富的產品系列，而且沒有偏重，用戶很容易得到恰當的產品；其他品牌如而且沒有偏重，用戶很容易得到恰當的產品；其他品牌如Fuji，LG則以小型和微型產品為主，則以小型和微型產品為主，GE和和Schneider以中以中大型產品為主。雖然大型產品為主。雖然AB擁有出色的技術和全面的產品系擁有出色的技術和全面的產品系列，但是高價格使用戶卻步。列，但是高價格使用戶卻步。v 中國市場上的歷史中國市場上

16、的歷史。Siemens，Mitsubishi和和Omron都是在都是在中國市場上傳統(tǒng)的供應商，在很多領域占了先機，相對應中國市場上傳統(tǒng)的供應商，在很多領域占了先機，相對應的是的是GE，Schneider和和LG這些后來者雖然市場快速增長，這些后來者雖然市場快速增長，但距先行者仍有一定的差距。但距先行者仍有一定的差距。德國西門子公司的德國西門子公司的PLCPLC西門子公司是歐洲最大的電氣、電子制造商。西門子公司是歐洲最大的電氣、電子制造商。v19751975，S3S3系列系列v19791979，S5S5系列系列v9090年代中期，年代中期，S7S7系列系列S7-200S7-200：小型：小型PL

17、CPLC，整體式結構。結構小巧、可靠性高、，整體式結構。結構小巧、可靠性高、運行速度快，指令豐富。運行速度快，指令豐富。S7-300S7-300：中型：中型PLCPLC，模板式結構，模板式結構S7-400S7-400：大型：大型PLCPLC，模板式結構，模板式結構日本三菱公司的日本三菱公司的PLCPLCv19811981，F(xiàn) F系列系列PLCPLC，小型整體式結構，小型整體式結構vF1F1、F2F2系列系列PLCPLC，功能進一步增強，功能進一步增強vFX2FX2系列系列PLCPLC，高性能整體式，高性能整體式PLCPLCvFX2NFX2N系列系列PLCPLC，最先進的系列，最先進的系列vA

18、A系列系列PLCPLC，帶有智能型接口，帶有智能型接口日本歐姆龍公司的日本歐姆龍公司的PLCPLCv C C系列系列PLCPLC有微型、小型、中型和大型有微型、小型、中型和大型4 4大類十幾大類十幾種種5.2 5.2 可編程控制器的組成及其各部分功能可編程控制器的組成及其各部分功能繼電接觸控制系統(tǒng)繼電接觸控制系統(tǒng)輸入設備輸入設備（按鈕、開關等）（按鈕、開關等）繼電器控制線路繼電器控制線路（由繼電器和導線組成）（由繼電器和導線組成）輸出設備輸出設備（接觸器、電磁閥等）（接觸器、電磁閥等）被控生產機械或生產過程被控生產機械或生產過程微處理器微處理器存儲器存儲器PLCPLC的基本結構的基本結構 中央

19、處理器中央處理器CPUCPUnPLC中常采用的CPU有三類： 1) （如（如Z80、8086、80286等）等） 2) （如（如8031、8096等）等） 3) (如如AMD29W等等)n小型小型PLC：大多采用大多采用8位通用微處理器和單片微處理器，位通用微處理器和單片微處理器， 中型中型PLC：大多采用大多采用16位通用微處理器或單片微處理器位通用微處理器或單片微處理器 大型大型PLC：大多采用高速位片式微處理器（大多采用高速位片式微處理器（32位）位） 小型小型PLC為為中、大型中、大型PLC則大多為則大多為對于雙對于雙CPU系統(tǒng)，一般一個為系統(tǒng)，一般一個為，一般采用，一般采用8位、位、

20、16位或位或32位處理器；另一個為位處理器；另一個為，采用由各廠家設計制造的專用芯片。，采用由各廠家設計制造的專用芯片。 存儲器存儲器 在在PLC中，存儲器主要用于中，存儲器主要用于 可讀可讀/寫操作的寫操作的RAM ROM、PROM、EPROM、E2PROMv系統(tǒng)程序存儲區(qū)系統(tǒng)程序存儲區(qū)v系統(tǒng)系統(tǒng)RAMRAM存儲區(qū)（包括存儲區(qū)（包括I/OI/O映象區(qū)和系統(tǒng)映象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等）軟設備等）v用戶程序存儲區(qū)用戶程序存儲區(qū)PLCPLC存儲空間的分配存儲空間的分配系統(tǒng)程序存儲區(qū)系統(tǒng)程序存儲區(qū)PLC存儲空間的分配存儲空間的分配在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操

21、作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在制造廠商將其固化在 EPROM中，用戶不能直接存中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該取。它和硬件一起決定了該PLC的性能。的性能。系統(tǒng)系統(tǒng)RAMRAM存儲區(qū)存儲區(qū)(I/O(I/O映象區(qū)、系統(tǒng)軟設備存儲區(qū)映象區(qū)、系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) ) )vI/OI/O映象區(qū)：映象區(qū)：由于由于PLCPLC投入運行后，只是在輸入采投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數據，在輸出刷樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)

22、和數據，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數據送至相應的外設。新階段才將輸出的狀態(tài)和數據送至相應的外設。因此，它需要一定數量的存儲單元因此，它需要一定數量的存儲單元(RAM)(RAM)以存放以存放I/OI/O的狀態(tài)和數據，這些單元稱作的狀態(tài)和數據，這些單元稱作I/OI/O映象區(qū)。映象區(qū)。一個開關量一個開關量I/OI/O占用存儲單元中的一個位（占用存儲單元中的一個位（bitbit），），一個模擬量一個模擬量I/OI/O占用存儲單元中的一個字（占用存儲單元中的一個字（1616個個bitbit）。因此整個）。因此整個I/OI/O映象區(qū)可看作兩個部分組成：映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關量開關量I/OI/O

23、映象區(qū)映象區(qū)；模擬量模擬量I/OI/O映象區(qū)映象區(qū)。 PLC存儲空間的分配存儲空間的分配v系統(tǒng)軟設備存儲區(qū)系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) ：該存儲區(qū)又分為具有失電保：該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在PLCPLC斷電時，由內部的鋰電池供電，數據不會遺失；斷電時，由內部的鋰電池供電，數據不會遺失；后者當后者當PLCPLC斷電時，數據被清零。斷電時，數據被清零。 邏輯線圈邏輯線圈：每個邏輯線圈：每個邏輯線圈占用系統(tǒng)占用系統(tǒng) RAMRAM存儲區(qū)中的一個存儲區(qū)中的一個位位，但不能直接驅動外設，只供用戶在編程中使用，其，但不能直接驅動外設，只供

24、用戶在編程中使用，其作用類似于電器控制線路中的作用類似于電器控制線路中的繼電器繼電器。另外，不同的。另外，不同的PLCPLC還提供數量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。還提供數量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。數據寄存器數據寄存器：每個數據寄存器占用系統(tǒng)：每個數據寄存器占用系統(tǒng)RAMRAM存儲區(qū)中的存儲區(qū)中的一個字一個字(16 bits)(16 bits)。 計時器計時器 計數器計數器 用戶程序存儲區(qū)用戶程序存儲區(qū)v 用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的類型的 PLCPLC，其存儲容量各不相同。，其存儲容量各不相同。 用戶程序一般存放

25、于電可改寫的用戶程序一般存放于電可改寫的EEPROMEEPROM中。中。PLC存儲空間的分配存儲空間的分配 輸入輸出接口輸入輸出接口是是PLCPLC與輸入控制信號和被控制設備連接的部件。與輸入控制信號和被控制設備連接的部件。輸入部件：輸入部件：PLCPLC與生產過程相連接的輸入通道，輸與生產過程相連接的輸入通道，輸入部分接受來自生產現(xiàn)場的各種信號，如限位開入部分接受來自生產現(xiàn)場的各種信號，如限位開關、按鈕、傳感器的信號等。關、按鈕、傳感器的信號等。輸出部件：輸出部件：PLCPLC與生產過程相連接的輸出通道，輸與生產過程相連接的輸出通道，輸出部分接收出部分接收CPUCPU的處理輸出，并轉換成被控

26、設備所的處理輸出，并轉換成被控設備所能接受的電壓、電流信號，以驅動被控設備。能接受的電壓、電流信號，以驅動被控設備。v開關量開關量I/OI/O模塊的外部接線方式模塊的外部接線方式l匯點式匯點式 各個各個I/O電路有一個公共點，共用一個電源。電路有一個公共點，共用一個電源。l分組式分組式 I/O分成若干組，每組分成若干組，每組I/O共用一個電源，各組電源可以不同。共用一個電源，各組電源可以不同。l分隔式分隔式 各個各個I/O點之間相互隔離，每個點之間相互隔離，每個I/O可以使用獨立電源。可以使用獨立電源。v開關量輸入接口開關量輸入接口把現(xiàn)場的開關量信號變成可編程控制器內部處把現(xiàn)場的開關量信號變成

27、可編程控制器內部處理的標準信號。理的標準信號。直流輸入電路圖直流輸入電路圖直流輸入電路交流輸入電路交流輸入電路 v開關量輸出接口開關量輸出接口把把PLCPLC內部的標準信號轉換成現(xiàn)場執(zhí)行機構所內部的標準信號轉換成現(xiàn)場執(zhí)行機構所需要的開關量信號。需要的開關量信號。繼電器輸出：繼電器輸出：低速大功率低速大功率直流、交流負載直流、交流負載晶體管集電極輸出：晶體管集電極輸出：高速小功率高速小功率直流負載直流負載雙向可控硅輸出：雙向可控硅輸出：高速大功率高速大功率交流負載交流負載繼電器輸出繼電器輸出以以繼電器形式為例繼電器形式為例PLC內內部部電電路路內內部部電電路路J+YCOM-v繼電器的通斷時間為繼

28、電器的通斷時間為10- 15ms10- 15msv可在不同的共同端上接不同的控制電壓來控可在不同的共同端上接不同的控制電壓來控制不同電壓等級的設備制不同電壓等級的設備v輸出所能連接的設備輸出所能連接的設備接觸器（控制電機）、指示燈（顯示工作狀態(tài)）、接觸器（控制電機）、指示燈（顯示工作狀態(tài)）、電磁閥（液壓氣壓控制）、電笛電鈴（報警用）電磁閥（液壓氣壓控制）、電笛電鈴（報警用）等等 v模擬量輸入接口模擬量輸入接口把現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬量標準電壓或電流信號把現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬量標準電壓或電流信號轉換成適合可編程控制器內部處理的二進制數轉換成適合可編程控制器內部處理的二進制數字信號。字信號。標準信號：標

29、準信號：4 420mA20mA，1 110V10V現(xiàn) 場裝 置現(xiàn) 場裝 置濾波電平轉換濾波電平轉換多 路轉 換開 關A/D鎖存器光電隔離總 線邏 輯數 據總 線變送器變送器PLCv模擬量輸出接口模擬量輸出接口將可編程控制器運算處理后的若干位數字量信號將可編程控制器運算處理后的若干位數字量信號轉換為相應的模擬量信號輸出。轉換為相應的模擬量信號輸出?？偩€數 據 鎖 存地 址 譯 碼光 電隔 離D/A多 路轉 換開 關采 樣保 持采 樣保 持U。U。I。I。PLCv智能輸入輸出接口智能輸入輸出接口為了適應較復雜的控制需要，為了適應較復雜的控制需要，PLCPLC還有一些智還有一些智能控制單元。如能控制

30、單元。如PIDPID工作單元、高速計數器工工作單元、高速計數器工作單元、溫度控制單元等。這類單元大多是作單元、溫度控制單元等。這類單元大多是獨獨立的工作單元立的工作單元。它們和普通輸入輸出接口的區(qū)。它們和普通輸入輸出接口的區(qū)別在于它們一般帶有別在于它們一般帶有單獨的單獨的CPUCPU，有專門的處有專門的處理能力。理能力。 電源電源可編程控制器的電源包括為可編程控制器各工作可編程控制器的電源包括為可編程控制器各工作單元供電的開關電源以及為掉電保護電路供電的單元供電的開關電源以及為掉電保護電路供電的后備電源，后備電源一般為電池。后備電源，后備電源一般為電池。把交流電轉換成直流電源的裝置，向把交流電

31、轉換成直流電源的裝置，向PLCPLC提供所需提供所需要的直流電源。要的直流電源。 外部設備外部設備v編程器編程器 用于對用戶程序進行輸入用于對用戶程序進行輸入 、檢查、調試和修改，并用來、檢查、調試和修改，并用來監(jiān)視監(jiān)視PLCPLC的工作狀態(tài)。的工作狀態(tài)。專用編程器專用編程器通用編程系統(tǒng)：通用編程系統(tǒng)：PCPC上配專用編程軟件包上配專用編程軟件包簡易編程器簡易編程器智能編程器智能編程器 v其他外部設備其他外部設備l與與打印機打印機連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數等輸出打印。連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數等輸出打印。l與與監(jiān)視器監(jiān)視器連接，可將控制過程圖像顯示出來。連接，可將控制過程圖像顯示出來。l與

32、與 P L C 連接，組成多機系統(tǒng)或連成網絡，實現(xiàn)更大規(guī)連接，組成多機系統(tǒng)或連成網絡，實現(xiàn)更大規(guī)?？刂啤Ｄ？刂?。l與與計算機計算機連接，組成多級分布式控制系統(tǒng)，控制與管理連接，組成多級分布式控制系統(tǒng)，控制與管理相結合。相結合。l與與人機界面人機界面（觸摸屏）連接。（觸摸屏）連接。l與與智能接口模塊智能接口模塊連接。智能接口模塊是一獨立的計算機連接。智能接口模塊是一獨立的計算機系統(tǒng)，它有自己的系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器以及與系統(tǒng)程序、存儲器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口系統(tǒng)總線相連的接口 ，PLC的智能接口模塊種類很多，的智能接口模塊種類很多，如：高速計數模塊、閉環(huán)控制模塊、運動控

33、制模塊、中如：高速計數模塊、閉環(huán)控制模塊、運動控制模塊、中斷控制模塊等。斷控制模塊等。 5.3 5.3 可編程控制器的結構及軟件可編程控制器的結構及軟件l 整體式整體式l 模塊式模塊式l 疊裝式疊裝式整整體體式式模模塊塊式式一、可編程控制器物理結構一、可編程控制器物理結構疊疊裝裝式式v整體式（單元式）整體式（單元式）把把CPUCPU、RAMRAM、ROMROM、I IO O接口及與編程器或接口及與編程器或EPROMEPROM寫入器寫入器相連的接口、輸入輸出端子、電源、指示燈等都裝配在相連的接口、輸入輸出端子、電源、指示燈等都裝配在一起的整體裝置。稱為一起的整體裝置。稱為基本單元基本單元。有時有

34、時PLCPLC基本單元的輸入和輸出端不能滿足需要，希望基本單元的輸入和輸出端不能滿足需要，希望一種能擴展一些一種能擴展一些I/OI/O接口而不含接口而不含CPUCPU和電源的裝置，這種和電源的裝置，這種裝置叫做裝置叫做擴展單元擴展單元?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。小型小型PLCPLC一般采用這種整體式結構。一般采用這種整體式結構。v模塊式結構模塊式結構將將PLCPLC各組成部分分別作成若干個單獨的模塊，如各組成部分分別作成若干個單獨的模塊，如CPUCPU模塊、模塊、I/OI/O模塊、電源模塊（有的含在模塊、電源模塊（有的含在CPUCPU模

35、塊模塊中）以及各種功能模塊。中）以及各種功能模塊。模塊式由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或模塊式由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式基板的插座上。這種模塊式PLCPLC的特點是配置靈活，可的特點是配置靈活，可根據需要選配不同模塊組成一個系統(tǒng)，而且裝配方便，根據需要選配不同模塊組成一個系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。便于擴展和維修。大、中型大、中型PLCPLC一般采用模塊式結構。一般采用模塊式結構。v疊裝式結構疊裝式結構將整體式和模塊式的特點結合起來。將整體式和模塊式的特點結合起來。疊裝式疊裝式PLCPLC其其CPUCPU、電源、電源、I/OI/O接口等

36、也是各自獨立接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。模塊可以一層層地疊裝。S7200 二、可編程控制器分類二、可編程控制器分類（按（按I/O點數分類）點數分類）1） I/O點數為256點以下點以下的為小型PLC （其中I/O點數小于64點的為超小型或微型PLC）2） I/O點數為256點以上、點以上、2048點以下點以下的為中型PLC3） I/O點數為2048以上以上的為大型PLC （其中I/O點數超過8192點的為超大型PLC）這個分類界限不是固定不變的，它隨這個分類界限不是固定不變的，它隨PLCPLC的發(fā)展

37、而變化。的發(fā)展而變化。v系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件包含系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件包含系統(tǒng)的管理程序，用戶指令的解釋管理程序，用戶指令的解釋程序，另外還包括一些供系統(tǒng)調用的專用標準程程序，另外還包括一些供系統(tǒng)調用的專用標準程序塊等。序塊等。系統(tǒng)軟件在用戶使用系統(tǒng)軟件在用戶使用PLCPLC之前就已裝入機之前就已裝入機內，并永久保存。內，并永久保存。v應用軟件應用軟件應用軟件也叫用戶軟件。應用軟件也叫用戶軟件。是用戶為達到某種控是用戶為達到某種控制目的，采用制目的，采用PLCPLC廠家提供的編程語言自主編廠家提供的編程語言自主編制的程序。制的程序。三、可編程控制器軟件三、可編程控制器軟件實現(xiàn)多地址控制異步電動機啟

38、/停的PLC控制方案及程序n PLC的編程語言（的編程語言（IEC61131-3中的中的5種種PLC基本語言）基本語言）梯梯 形形 圖（圖（ L D ）：以圖形方式表達觸點和線圈以及：以圖形方式表達觸點和線圈以及 特殊指令塊的梯級。特殊指令塊的梯級。指指 令令 表（表（ I L ）：類似匯編程序的基于文本的語言：類似匯編程序的基于文本的語言 與其相對應的是與其相對應的是LD。順序功能圖（順序功能圖（SFC）：不僅僅是一種語言，更是一種組不僅僅是一種語言，更是一種組 織控制程序的圖形化方式?？椏刂瞥绦虻膱D形化方式。結結 構構 文文 本（本（ S T ）：）：類似類似Pascal的基于文本的語言的

39、基于文本的語言功功 能能 塊塊 圖（圖（FBD）：一種對應于線路圖的圖形語言。：一種對應于線路圖的圖形語言。 FBD廣泛地用于過程工業(yè)。廣泛地用于過程工業(yè)。 四、應用軟件編程語言的表達方式四、應用軟件編程語言的表達方式 1 1、梯形圖（、梯形圖（Ladder diagramLadder diagram）梯形圖語言梯形圖語言是一種以圖形符號及其在圖中的相互關系表示是一種以圖形符號及其在圖中的相互關系表示控制關系的編程語言控制關系的編程語言，是從繼電器電路圖演變過來的。，是從繼電器電路圖演變過來的?？删幊炭刂破髦锌删幊炭刂破髦袇⑴c邏輯組合的元件可看成和繼電器一樣參與邏輯組合的元件可看成和繼電器一樣

40、的器件，具有常開、常閉觸點及線圈；且線圈的得電及失的器件，具有常開、常閉觸點及線圈；且線圈的得電及失電將導致觸點的相應動作電將導致觸點的相應動作。再用母線代替電源線；用能量。再用母線代替電源線；用能量流概念來代替繼電器線路中的電流概念，采用繪制繼電器流概念來代替繼電器線路中的電流概念，采用繪制繼電器線路圖類似的思路繪出梯形圖。線路圖類似的思路繪出梯形圖。PLCPLC中的繼電器等編程元件并不是實際物理元件，而是機中的繼電器等編程元件并不是實際物理元件，而是機內存儲器中的存儲單元，它的所謂接通不過是相應存儲單內存儲器中的存儲單元，它的所謂接通不過是相應存儲單元置元置1 1而已。而已。符號對照表符號

41、對照表符號名稱符號名稱繼電器電路圖符號繼電器電路圖符號梯形圖符號梯形圖符號常開觸點常開觸點常閉觸點常閉觸點線線 圖圖控制電路圖控制電路圖SB1SB2KMKMX1X0COMY0COMKMSB2SB1PLC外部接線圖外部接線圖Y0X1Y0X0梯形圖梯形圖u 梯形圖與繼電器控制電路相似梯形圖與繼電器控制電路相似u 直觀、易懂直觀、易懂I/O分配：分配： X0：啟動：啟動 X1：停車：停車 Y0：KMl 最左邊的豎線稱為起始母線也叫最左邊的豎線稱為起始母線也叫左母線左母線，然后，然后按一定的按一定的控制要求和規(guī)則連接各個觸點，最后以繼電器線圈結束控制要求和規(guī)則連接各個觸點，最后以繼電器線圈結束，稱為一

42、邏輯行或一梯級。稱為一邏輯行或一梯級。X1X3X2Y1X5X3X1X4X5梯形圖按從左到右、從上到下的順序書寫。最左邊的豎線梯形圖按從左到右、從上到下的順序書寫。最左邊的豎線稱為起始母線也叫稱為起始母線也叫左母線左母線，然后，然后按一定的控制要求和規(guī)則連按一定的控制要求和規(guī)則連接各個觸點，最后以繼電器線圈結束接各個觸點，最后以繼電器線圈結束，稱為一邏輯行或一梯，稱為一邏輯行或一梯級。當級。當PLCPLC處于運行狀態(tài)時，處于運行狀態(tài)時，PLCPLC對梯形圖是按掃描方式順序對梯形圖是按掃描方式順序執(zhí)行程序。執(zhí)行程序。梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電

43、器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內部輔助繼電器等，但他們不是物理繼電器、輸出繼電器、內部輔助繼電器等，但他們不是物理繼電器（即硬件繼電器），而是軟件中使用的編程元件，每繼電器（即硬件繼電器），而是軟件中使用的編程元件，每個繼電器和個繼電器和PLCPLC存儲器中元件映象寄存器的一個存儲單元相對存儲器中元件映象寄存器的一個存儲單元相對應，因此稱為應，因此稱為“軟繼電器軟繼電器”。相應位的狀態(tài)為。相應位的狀態(tài)為“1 1”，表示該，表示該繼電器線圈通電，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開；相應位繼電器線圈通電，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開；相應位的狀態(tài)為的狀態(tài)為“0 0”，表示該繼電器線圈失電，其常開

44、觸點斷開，表示該繼電器線圈失電，其常開觸點斷開，常閉觸點閉合。常閉觸點閉合。2 2、指令表（、指令表（Instruction listInstruction list）指令表也叫做指令表也叫做語句表。一條指令一般由助記符語句表。一條指令一般由助記符和操作數二部分組成和操作數二部分組成，有的指令只有助記符沒有有的指令只有助記符沒有操作數，稱為無操作數指令操作數，稱為無操作數指令。 指令表程序和梯形圖程序有嚴格的對應關系指令表程序和梯形圖程序有嚴格的對應關系。步序步序 指令指令 地址地址0 LD X21 AND X02 OUT Y3 3 LD Y34 ANI X35 OUT M1016 AND T

45、17 OUT Y4ANDANIAND3 3、順序功能圖（、順序功能圖（Sequential function chartSequential function chart）順序功能圖順序功能圖常用來編制順序控制類程序常用來編制順序控制類程序。它包含。它包含步、步、動作、轉換動作、轉換三個要素。順序功能編程法可將一個復雜的控三個要素。順序功能編程法可將一個復雜的控制過程分解為一些小的工作狀態(tài)，對這些小的工作狀態(tài)的制過程分解為一些小的工作狀態(tài)，對這些小的工作狀態(tài)的功能分別處理后再依一定的順序控制要求連接組合成整體功能分別處理后再依一定的順序控制要求連接組合成整體的控制程序。的控制程序。4 4、功能

46、塊圖（、功能塊圖（Function block diagramFunction block diagram）功能塊圖是一種功能塊圖是一種類似于數字邏輯電路的編程語言類似于數字邏輯電路的編程語言，熟悉數，熟悉數字電路的人比較容易掌握。該編程語言用類似與門、或門字電路的人比較容易掌握。該編程語言用類似與門、或門的方框來表示邏輯運算關系，方框的左側為邏輯運算的輸的方框來表示邏輯運算關系，方框的左側為邏輯運算的輸入變量，右側為輸出變量，入變量，右側為輸出變量，信號自左向右流動信號自左向右流動。就像電路。就像電路圖一樣，它們被圖一樣，它們被“導線導線”連接在一起。連接在一起。助記符 參 數 注 釋 LD

47、 Dat1 (Dat1 OR) OR Dat2 (Dat2 ) AND Sx1 (AND Sx1) AND Sx2 (AND input3) ST StartRS.S1 (Set input3 of StartRS ) LD Reset (Load value of Reset) ST StartRS.R1 (Store in reset input ) CAL StartRS (Call function blockStartRS ) LD StartRS.Q1 (Load output Q1) ST Start (and store in Start ) 圖5-14 功能塊圖與指令表RSS

48、1R1Q11StartSx1Dat2ResetDat1Sx25 5、結構文體（、結構文體（Structured textStructured text）為了增強為了增強PLCPLC的數學運算、數據處理、圖表顯示、的數學運算、數據處理、圖表顯示、報表打印等功能，許多大中型報表打印等功能，許多大中型PLCPLC都配備了都配備了PASCALPASCAL、BASICBASIC、C C語言等高級編程語言。這種編程方式叫語言等高級編程語言。這種編程方式叫作作結構文本結構文本。與梯形圖相比，結構文本有兩個很。與梯形圖相比，結構文本有兩個很大的優(yōu)點，其一是能實現(xiàn)復雜的數學運算，其二大的優(yōu)點，其一是能實現(xiàn)復雜的

49、數學運算，其二是非常簡潔和緊湊，用結構文本編制極其復雜的是非常簡潔和緊湊，用結構文本編制極其復雜的數學運算程序可能只占一頁紙。數學運算程序可能只占一頁紙。用指令表表示為：用指令表表示為：LD START OR LAMP ANI STOP OUT LAMP用用ST（結構化文本）表示就是：（結構化文本）表示就是：LAMP:=(START OR LAMP) AND NOT(LAMP);5.4 5.4 可編程控制器的工作原理可編程控制器的工作原理 當當PLCPLC運行時，需要進行眾多的操作運行時，需要進行眾多的操作而而 PLCPLC的的CPUCPU不可能同時去執(zhí)行多個操作，不可能同時去執(zhí)行多個操作，

50、每一刻只能執(zhí)行一個操作。每一刻只能執(zhí)行一個操作。 解決的辦法：采用分時操作原理解決的辦法：采用分時操作原理 由于由于CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，來看，PLC外部出現(xiàn)的結果似乎是同時完成的。外部出現(xiàn)的結果似乎是同時完成的。這種分時操作的方法稱為這種分時操作的方法稱為一、分時處理及掃描工作方式一、分時處理及掃描工作方式 輸入端子輸入映象區(qū)輸出映象區(qū)輸出鎖存輸出端子.輸入信號輸出信號輸入刷新輸出刷新輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新“順序掃描、不斷循環(huán)順序掃描、不斷循環(huán)”v輸入采樣階段輸入采樣階段在輸入采樣階段，在輸入采樣階段，PLCPLC以以掃描方式掃描方式依

51、次地讀入所有依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入I/OI/O映象區(qū)中的相映象區(qū)中的相應的單元內。應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，生變化，I/OI/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。不會改變。輸輸入入端端子子輸輸入入映映象象區(qū)區(qū)輸輸出出映映象象區(qū)區(qū)輸輸出出鎖鎖存存輸輸出出端端子子.輸輸入入信信號號輸輸出出信信號號v程序執(zhí)行階段程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，在用戶程序

52、執(zhí)行階段，PLCPLC總是按由上而下的順序總是按由上而下的順序依次地依次地掃描用戶程序掃描用戶程序( (梯形圖梯形圖) )。在掃描每一條梯。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按成的控制線路，并按先左后右、先上后下先左后右、先上后下的順序的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAMRAM存存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者或者刷新該輸出線圈在刷新該輸出線圈在I/OI/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者；或者確定是否要執(zhí)行該確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/OI/O映映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出其他輸出點和軟設備在點和軟設備在I/OI/O映象區(qū)或系統(tǒng)映象區(qū)或系