可編程邏輯控制器plc教程

可編程控制器技術(shù)及應(yīng)用授課教師：李輝

本課程的基本情況先修課程：電路基礎(chǔ)、軟件基礎(chǔ)(會(huì)計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單操作)

參考教材：《PLC應(yīng)用技術(shù)》

弭洪濤

中國電力出版社

2004年2月

《可編程序控制器原理及應(yīng)用》

郁漢琪、郭健主編

中國電力出版社

2004年7月

(普通高等教育“十五”規(guī)劃教材)

主要內(nèi)容13254PLC應(yīng)用基礎(chǔ)PLC的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及工作原理PLC聯(lián)網(wǎng)與通訊PLC的基本指令及編程PLC的功能指令及其應(yīng)用6PLC的軟、硬件設(shè)計(jì)可編程控制器的構(gòu)成和工作原理第一章

第一節(jié)PLC概述

本課程叫做可編程控制器(PLC)，先講什么是PLC。

PLC（ProgrammableLogicalController）即可編程序邏輯控制器?！鯬LC是一種工業(yè)控制裝置

PLC是在電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。

第一節(jié)PLC概述

一、PLC的產(chǎn)生：

1968年，美國最大的汽車制造廠家通用汽車公司（GM公司）提出設(shè)想。

著名的GM10條：1、編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；2、維護(hù)方便，最好是插件式；3、可靠性高于繼電器控制柜；4、體積小于繼電器控制柜；5、可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；6、在成本上可于繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；7、輸入可以是交流115V；8、輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等；9、在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需很小變更；10、用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。

1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司DEC研制出了世界上第一臺(tái)PLC，型號(hào)為PDP-14。

第一節(jié)PLC概述第一代：從第一臺(tái)可編程控制器誕生到70年代初期。其特點(diǎn)是：CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯存儲(chǔ)器；第二代：70年代初期到70年代末期。其特點(diǎn)是：CPU采用微處理器，存儲(chǔ)器采用EPROM；第三代：70年代末期到80年代中期。其特點(diǎn)是：CPU采用8位和16位微處理器，有些還采用多微處理器結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等；第四代：80年代中期到90年代中期。PC全面使用8位、16位微處理芯片的位片式芯片，處理速度也達(dá)到1us/步；第五代：90年代中期至今。PC使用16位和32位的微處理器芯片，有的已使用RISC芯片。二、PLC的發(fā)展簡(jiǎn)史

第一節(jié)PLC概述名稱由來：在20世紀(jì)70年代初期、中期，可編程序控制器雖然引入了計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)際上只能完成順序控制，僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等控制功能，所以當(dāng)時(shí)人們稱其為可編程序邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC。

隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)70年代末至80年代初，可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊功能，使得可編程序控制器不僅可以進(jìn)行邏輯控制，而且可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。因此，美國電器制造協(xié)會(huì)(NEMA)將可編程序控制器命名為PC（ProgrammableController），但人們?yōu)榱撕蛡€(gè)人計(jì)算機(jī)PC(PersonalComputer)相區(qū)別，習(xí)慣上仍將可編程序控制器稱為PLC。

名稱演變：可編程序邏輯控制器（PLC）可編程控制器（PC），習(xí)慣上仍稱做PLC。

PLC是按繼電—接觸線路原理設(shè)計(jì)的，其等效的內(nèi)部電器及線路與繼電接觸線路相同。

第一節(jié)PLC概述PLC定義：國際電工協(xié)會(huì)(IEC)于1987年1月對(duì)PLC制定了標(biāo)準(zhǔn)，并作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，其采用可編程序的存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體、并易于擴(kuò)充其功能的原理設(shè)計(jì)。工業(yè)條件的要求：可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)控制的對(duì)象：繼電器、電動(dòng)機(jī)、電磁閥、指示燈等

第一節(jié)PLC概述幾個(gè)概念PLC與PC的關(guān)系現(xiàn)在規(guī)范的名稱應(yīng)當(dāng)叫PC，但是為了和個(gè)人電腦(PersonalComputer)區(qū)分，所以習(xí)慣上還稱為PLC。

與單片機(jī)的異同點(diǎn)：PLC是建立在單片機(jī)之上的產(chǎn)品，單片機(jī)是一種集成電路PLC是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)特例80808086802868038680318051專用CPU共同點(diǎn)：都可以用于自動(dòng)控制。不同點(diǎn)：比單片機(jī)編程簡(jiǎn)單、更適用于機(jī)械的控制、可以直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、小功率電機(jī)，PLC應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)迅速，小的系統(tǒng)可以在一天甚至幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完成。

第一節(jié)PLC概述PLC三大流派自從第一臺(tái)PLC出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。各國PLC都有自己的特色。●歐洲：西門子（Siemens）；法國的TE（Telemecanique）●美國：A-B（Allen-Bradly）、GE（GeneralElectric）●日本：三菱電機(jī)（MitsubishiElectric）、歐姆龍（OMRON）、FUJI（日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型機(jī)性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格便宜）目前國內(nèi)市場(chǎng)還有韓國、臺(tái)灣等PLC產(chǎn)品PLC的特點(diǎn)PLC技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，主要是因?yàn)樗哂性S多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。①可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

②編程簡(jiǎn)單、使用方便

③功能完善、通用性強(qiáng)

④設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便

⑤體積小、重量輕、能耗低第一節(jié)PLC概述

①可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)是PLC最重要的特點(diǎn)之一。PLC的平均無故障時(shí)間可達(dá)幾十萬個(gè)小時(shí)?！镉布矫妫篒/O接口采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源的影響；對(duì)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(duì)CPU等重要部件采用良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進(jìn)行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對(duì)有些模塊設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù)、自診斷電路等?！镘浖矫妫翰捎脪呙韫ぷ鞣绞剑瑴p少了外界的干擾；設(shè)有故障檢測(cè)和自診斷程序，能對(duì)系統(tǒng)硬件電路等故障實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和判斷；當(dāng)由干擾引起故障時(shí)，能立即將當(dāng)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，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。第一節(jié)PLC概述

②編程簡(jiǎn)單、使用方便

目前，各種PLC都采用梯形圖語言為第一編程語言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)，很容易讓廣大工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)生產(chǎn)流程需要改變時(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)改變程序，使用方便、靈活。同時(shí)，PLC編程器的操作和使用也很簡(jiǎn)單。這也是PLC獲得普及和推廣的主要原因之一。許多PLC還針對(duì)具體問題，設(shè)計(jì)了各種專用編程指令及編程方法，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程。第一節(jié)PLC概述

③功能完善、通用性強(qiáng)

現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、PID控制、通信聯(lián)網(wǎng)以等許多功能。同時(shí)，由于PLC產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。第一節(jié)PLC概述

④設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便

由于PLC用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。

PLC的用戶程序大部分可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，縮短了應(yīng)用設(shè)計(jì)和調(diào)試周期。在維修方面，由于PLC的故障率極低，維修工作量很??；而且PLC具很強(qiáng)的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，可根據(jù)PLC上指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。第一節(jié)PLC概述

⑤體積小、重量輕、能耗低PLC結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗低，因而是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備第一節(jié)PLC概述第一節(jié)PLC概述①控制方法上：硬：軟②工作方式上：并行工作方式：串行工作方式③控制速度上：速度慢：快

④定時(shí)和計(jì)數(shù)控制上：精度低：高

⑤可靠性和可維護(hù)性上：可靠性低：高PLC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的區(qū)別PLC控制系統(tǒng)：繼電控制系統(tǒng)第一節(jié)PLC概述PLC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的區(qū)別PLC的最大特點(diǎn)是：用軟件提供了一個(gè)能要求迅速改變的“接線網(wǎng)絡(luò)”，使整個(gè)控制過程能根據(jù)需要靈活地改變，從而省去了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)中拆線、接線的大量繁瑣費(fèi)時(shí)的工作。

第一節(jié)PLC概述PLC是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)、發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置，它具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、使用方便、維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，因而在電力、機(jī)械、冶金、能源、化工、交通、環(huán)保及文化娛樂等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，以成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱(PLC、機(jī)器人、CAD/CAM)之一。應(yīng)用舉例：電力輸煤皮帶的控制、鍋爐燃燒控制(煤粉量、進(jìn)風(fēng)量)、水處理程控(陽床、陰床、混床，進(jìn)酸進(jìn)堿、排水、)機(jī)械：數(shù)控機(jī)床、機(jī)械臂控制、自動(dòng)化生產(chǎn)線控制冶金：主要用于煉鋼爐、鑄造線、軋鋼線、輔機(jī)控制、物料傳輸?shù)确矫婊ぃ夯S中電機(jī)和閥門控制、電鍍流水線以及其他化工機(jī)械的自動(dòng)控制交通：電梯控制、交通信號(hào)燈控制環(huán)保：污水處理(污水處理廠自動(dòng)化)吉林市39萬噸污水處理廠應(yīng)用了omron公司的PLC產(chǎn)品，PLC型號(hào)為CS1D,屬于中型PLC。文化娛樂：霓虹燈、廣告牌控制、音樂噴泉PLC的應(yīng)用

PLC的應(yīng)用根據(jù)PLC的特點(diǎn)，可以將其應(yīng)用形式歸納為以下幾種類型：

（一）

開關(guān)量邏輯控制PLC具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力，可以實(shí)現(xiàn)各種簡(jiǎn)單和復(fù)雜的邏輯控制。這是PLC的最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，取代了傳統(tǒng)的繼電器、接觸器的控制。（二）

模擬量控制PLC中配有A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊。其中A/D模塊能將現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力、流量、速度等模擬量經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，再經(jīng)過PLC中的微處理器進(jìn)行處理去進(jìn)行控制或者經(jīng)D/A模塊轉(zhuǎn)換后，變成模擬量去控制被控對(duì)象，這樣就可實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)模擬量的控制。（三）

過程控制現(xiàn)代大中型的PLC一般都配備了PID控制模塊，可進(jìn)行閉環(huán)過程控制。當(dāng)控制過程中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí)，PLC能按照PID算法計(jì)算出正確的輸出去控制生產(chǎn)過程，把變量計(jì)算保持在整定值上。目前，許多小型PLC也具有PID功能。PID控制（比例加積分加微分控制）

PLC的應(yīng)用

（四）

定時(shí)和計(jì)數(shù)控制PLC具有很強(qiáng)的定時(shí)和計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供幾十甚至上百、上千個(gè)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。其計(jì)時(shí)的時(shí)間和計(jì)數(shù)值可以由用戶在編寫用戶程序時(shí)任意設(shè)定，也可以由操作人員在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通過編程器進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)的控制。如果用戶需要對(duì)頻率較高的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，則可以選擇高速計(jì)數(shù)模塊。（五）

順序控制在工業(yè)控制中，可采用PLC步進(jìn)指令編程或用移位寄存器編程來實(shí)現(xiàn)順序控制。（六）

數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、排序、查表等，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)顯示和打印等，它具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。（七）

通信和聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代PLC一般都有通信功能，它可以對(duì)遠(yuǎn)程I/O進(jìn)行控制，又能實(shí)現(xiàn)PLC與PLC，PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信，這樣用PLC可以方便的進(jìn)行分布式控制。

1向高速度、大容量方向發(fā)展

為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的PLC的掃描速度可達(dá)0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個(gè)性能指標(biāo)。在存儲(chǔ)容量方面，有的PLC最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。為了擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，有的公司已使用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤。PLC的發(fā)展趨勢(shì)2向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展

當(dāng)前中小型PLC比較多，為了適應(yīng)市場(chǎng)的多種需要，今后PLC要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展?，F(xiàn)已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)。小型PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場(chǎng)需要已開發(fā)了各種簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型PLC，最小配置的I/O點(diǎn)數(shù)為8～16點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要，如三菱公司α系列PLC、西門子公司的LOGO系列PLC。PLC的發(fā)展趨勢(shì)3大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)與通信能力

為滿足各種控制系統(tǒng)的要求，不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶CPU和存儲(chǔ)器的智能I/O模塊，既擴(kuò)展了PLC功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了PLC應(yīng)用范圍。加強(qiáng)PLC聯(lián)網(wǎng)與通信的能力，是PLC技術(shù)進(jìn)步的潮流。PLC的聯(lián)網(wǎng)與和通信有兩類：①PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；②PLC與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般PLC都有專用通信模塊與計(jì)算機(jī)通信。為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)與和通信能力，PLC生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PLC的發(fā)展趨勢(shì)4增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在PLC控制系統(tǒng)的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線路占5%。前二項(xiàng)共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障，它可通過PLC本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、處理；而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測(cè)外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。PLC的發(fā)展趨勢(shì)5編程語言多樣化

在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。PLC的發(fā)展趨勢(shì)我國PLC發(fā)展情況

目前，國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家有30余家，并有跡象顯示，更多的來自于原PLC應(yīng)用的技術(shù)人員準(zhǔn)備加入到小型PLC開發(fā)的行列。但在目前上市的眾多PLC產(chǎn)品中，還沒有形成規(guī)模化的生產(chǎn)和名牌產(chǎn)品。從技術(shù)角度來看，國內(nèi)外的小型PLC差距正在縮小。如無錫信捷、蘭州全志等公司生產(chǎn)的微型PLC已經(jīng)比較成熟，有些國產(chǎn)PLC（如和利時(shí)、科迪納）已經(jīng)擁有符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件、支持了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等。面對(duì)國際廠商數(shù)十年的規(guī)?；a(chǎn)和市場(chǎng)管理經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)廠商更多地只停留在小批量生產(chǎn)和維系生存的起步階段，離真正批量生產(chǎn)、市場(chǎng)化經(jīng)營乃至創(chuàng)建品牌還有很長(zhǎng)的路要走。與此同時(shí)，國產(chǎn)PLC的低價(jià)優(yōu)勢(shì)也正在受到新的挑戰(zhàn)。FX-PLCFX0SFX0NFX1S/FX1NFX2NAnSQnA/AnAQnSCC-LINKS7-200S7-300S7-400LOGOCSPC200HCSSLC500CMP1A第二節(jié)PLC的基本構(gòu)成及工作原理PLC的基本構(gòu)成◆PLC的基本組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)類似：

是一種以微處理器為核心的、用于控制的特殊計(jì)算機(jī)◆PLC的基本組成包括硬件與軟件兩部分

PLC的硬件：中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入接口、輸出接口、通信接口、電源等

PLC的軟件：系統(tǒng)程序和用戶程序

第二節(jié)PLC的基本構(gòu)成及工作原理硬件結(jié)構(gòu)：中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器(RAM,ROM)、輸入接口電路、輸出接口電路(合稱I/O)、電源類比于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的5大部分(控制器、運(yùn)算器(合稱CPU)、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備)軟件結(jié)構(gòu)：僅有硬件是不能構(gòu)成可編程序控制器的，沒有軟件的計(jì)算機(jī)什么事情也干不成。在可編程序控制器中，軟件分為兩大部分：

系統(tǒng)監(jiān)控程序：它是每一個(gè)可編程序控制器成品必須包括的部分，是由可編程控制器的制造者編制的，用于控制可編程序控制器本身的運(yùn)行。

用戶程序：它是由可編程控制器的使用者編制的，用于控制被控裝置的運(yùn)行。

第二節(jié)PLC的基本構(gòu)成及工作原理編程器寫入器電源輸入單元輸出單元CPU通信接口擴(kuò)展接口存儲(chǔ)器PLC的基本組成框圖

第二節(jié)PLC的基本構(gòu)成及工作原理例：三相異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行電器控制系統(tǒng)輸入設(shè)備

輸出設(shè)備

第二節(jié)PLC的基本構(gòu)成及工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行PLC控制系統(tǒng)00000000010000200000000010000201000010000100001001第二節(jié)PLC的基本構(gòu)成及工作原理PLC的工作原理

掃描工作方式★當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，需要進(jìn)行眾多的操作★而PLC的CPU不可能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作，每一刻只能執(zhí)行一個(gè)操作?！锝鉀Q的辦法：采用分時(shí)操作原理★由于CPU的運(yùn)算處理速度很快，所以從宏觀上來看，PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時(shí)完成的?！镞@種分時(shí)操作的方法稱為掃描工作方式掃描工作方式★例如：用戶程序的執(zhí)行（用戶程序的掃描工作過程）

掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)順序的先后，逐條執(zhí)行執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，并周而復(fù)始地重復(fù)進(jìn)行。第二節(jié)PLC的基本構(gòu)成及工作原理PLC的掃描工作過程檢查CPU等內(nèi)部硬件，對(duì)監(jiān)視定時(shí)器（WDT）復(fù)位以及其它工作與其它智能裝置（如編程器、計(jì)算機(jī)等）實(shí)現(xiàn)通信

按順序?qū)λ休斎攵说臓顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存入相應(yīng)寄存器對(duì)用戶程序掃描執(zhí)行，并將結(jié)果存入相應(yīng)的寄存器將寄存器中與輸出有關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)到輸出鎖存器，輸出驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載

第二節(jié)PLC的基本構(gòu)成及工作原理PLC的掃描工作過程

★整個(gè)過程包括公共處理、程序執(zhí)行、掃描周期計(jì)算處理、I/O刷新、外設(shè)端口服務(wù)五個(gè)階段★整個(gè)過程掃描執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱為掃描周期★掃描周期與CPU運(yùn)行速度、PLC硬件配置及用戶程序長(zhǎng)短有關(guān)。★典型值為1～100ms第二節(jié)PLC的基本構(gòu)成及工作原理PLC執(zhí)行程序的過程第二節(jié)PLC的基本構(gòu)成及工作原理硬件、用戶程序內(nèi)存的檢查檢查結(jié)果復(fù)位掃描周期監(jiān)視定時(shí)器執(zhí)行用戶程序計(jì)算掃描周期與外設(shè)端口交換信息外部設(shè)備輸出繼電器→輸出接點(diǎn)輸入接點(diǎn)→輸入繼電器異常/報(bào)警設(shè)報(bào)警信號(hào)設(shè)異常信號(hào)NY異常異常正常報(bào)警上電初始化小型PLC的工作流程PLC的掃描工作方式流程PLC掃描工作方式的特點(diǎn)★集中采樣：在一個(gè)掃描周期中，對(duì)輸入狀態(tài)的采樣只在輸入處理階段進(jìn)行。當(dāng)PLC進(jìn)入程序處理階段后輸入端將被封鎖，直到下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。★集中輸出：在用戶程序中如果對(duì)輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，只在輸出處理階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對(duì)輸出接口進(jìn)行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。第二節(jié)PLC的基本構(gòu)成及工作原理PLC掃描工作方式的特點(diǎn)(集中采樣、集中輸出的優(yōu)點(diǎn))★提高了抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性

PLC工作時(shí)大多數(shù)時(shí)間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。第二節(jié)PLC的基本構(gòu)成及工作原理PLC掃描工作方式的特點(diǎn)(集中采樣、集中輸出的缺點(diǎn))★降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度

PLC輸入／輸出響應(yīng)滯后：當(dāng)PLC輸入端輸入信號(hào)發(fā)生變化到PLC輸出端對(duì)該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時(shí)間。對(duì)一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。

注意：這種響應(yīng)滯后不僅是由于PLC掃描工作方式造成，更主要是PLC輸入接口濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲和輸出接口中驅(qū)動(dòng)器件動(dòng)作時(shí)間帶來輸出延遲，還與程序設(shè)計(jì)有關(guān)。第二節(jié)PLC的基本構(gòu)成及工作原理★對(duì)于小型PLC:I/O點(diǎn)數(shù)較少、用戶程序較短一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式★而對(duì)于大中型PLC:I/O點(diǎn)數(shù)較多，控制功能強(qiáng)，用戶程序較長(zhǎng)，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，采用定期采樣、定期輸出方式或中斷輸入、輸出方式以及采用智能I/O接口等多種方式PLC掃描工作方式的特點(diǎn)第二節(jié)PLC的基本構(gòu)成及工作原理

第三節(jié)PLC的技術(shù)規(guī)格與分類PLC主要技術(shù)性能指標(biāo)：1.輸入/輸出點(diǎn)數(shù)可編程控制器的I/O點(diǎn)數(shù)指外部輸入、輸出端子數(shù)量的總和。它是描述的PLC大小的一個(gè)重要的參數(shù)。2.存儲(chǔ)容量PLC的存儲(chǔ)器由系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器三部分組成。PLC存儲(chǔ)容量通常指用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量之和，表征系統(tǒng)提供給用戶的可用資源，是系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。3.掃描速度可編程控制器采用循環(huán)掃描方式工作，完成1次掃描所需的時(shí)間叫做掃描周期。影響掃描速度的主要因素有用戶程序的長(zhǎng)度和PLC產(chǎn)品的類型。PLC中CPU的類型、機(jī)器字長(zhǎng)等直接影響PLC運(yùn)算精度和運(yùn)行速度。

第三節(jié)PLC的技術(shù)規(guī)格與分類PLC主要技術(shù)性能指標(biāo)：4.指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是指PLC所有指令的總和?？删幊炭刂破鞯木幊讨噶钤蕉?，軟件功能就越強(qiáng)，但掌握應(yīng)用也相對(duì)較復(fù)雜。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際控制要求選擇合適指令功能的可編程控制器。5.通信功能通信有PLC之間的通信和PLC與其他設(shè)備之間的通信。通信主要涉及通信模塊，通信接口，通信協(xié)議和通信指令等內(nèi)容。PLC的組網(wǎng)和通信能力也已成為PLC產(chǎn)品水平的重要衡量指標(biāo)之一。廠家的產(chǎn)品手冊(cè)上還提供PLC的負(fù)載能力、外形尺寸、重量、保護(hù)等級(jí)、適用的安裝和使用環(huán)境如溫度、濕度等性能指標(biāo)參數(shù)，供用戶參考。

第三節(jié)PLC的技術(shù)規(guī)格與分類PLC的分類PLC一般可從其I/O點(diǎn)數(shù)、結(jié)構(gòu)形式和功能三方面進(jìn)行分類：PLC的分類（按I/O點(diǎn)數(shù)分類）根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，PLC分為小型、中型和大型三類。1）小型PLCI/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以下的為小型PLC

（其中I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的為超小型或微型PLC）2）中型PLCI/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以上、2048點(diǎn)以下的為中型PLC3）大型PLCI/O點(diǎn)數(shù)為2048以上的為大型PLC

（其中I/O點(diǎn)數(shù)超過8192點(diǎn)的為超大型PLC）這個(gè)分類界限不是固定不變的，它隨PLC的發(fā)展而變化。第三節(jié)PLC的技術(shù)規(guī)格與分類PLC的分類（按結(jié)構(gòu)形式分類）根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。1）整體式PLC：將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。整體式PLC由不同I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成?；締卧獌?nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU?；締卧蛿U(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。第三節(jié)PLC的技術(shù)規(guī)格與分類PLC的分類（按結(jié)構(gòu)形式分類）2）模塊式PLC：將PLC各組成部分分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU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。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同模塊組成一個(gè)系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。第三節(jié)PLC的技術(shù)規(guī)格與分類整體式PLC模塊式PLCPLC的分類（按功能分類）

1）低檔PLC

具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)系統(tǒng)。

2）中檔PLC

具有低檔PLC功能外，具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設(shè)中斷、PID控制等功能。

3）高檔PLC

具有中檔機(jī)功能外，增加帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)運(yùn)算、制表及表格傳送等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。第三節(jié)PLC的技術(shù)規(guī)格與分類可編程控制器的硬件系統(tǒng)第二章PLC的硬件系統(tǒng)主要由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、電源等組成。各部分之間通過內(nèi)部系統(tǒng)總線進(jìn)行連接。如下圖所示：中央處理器存儲(chǔ)器電源輸入接口輸出接口編程口內(nèi)部系統(tǒng)總線第二章可編程控制器的硬件系統(tǒng)一、基本單元第一節(jié)系統(tǒng)的硬件配置

基本單元是PLC系統(tǒng)的最小配置，在整體式也稱CPU單元。它包括：1、中央處理器（CPU）2、存儲(chǔ)器3、I/O單元4、電源

PLC中的CPU及作用◆PLC中常采用的CPU有三類：

1)通用微處理器（如Z80、8086、80286等）

2)單片微處理器（如8031、8096等）

3)位片式微處理器(如AMD29W等)◆小型PLC：大多采用8位通用微處理器和單片微處理器，中型PLC：大多采用16位通用微處理器或單片微處理器大型PLC：大多采用高速位片式微處理器（32位）小型PLC為單CPU系統(tǒng)，中、大型PLC則大多為雙CPU或多CPU系統(tǒng)。對(duì)于雙CPU系統(tǒng)，一般一個(gè)為字處理器，一般采用8位、16位或32位處理器；另一個(gè)為位處理器，采用由各廠家設(shè)計(jì)制造的專用芯片?！鬋PU的作用：按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進(jìn)行工作。歸納起來主要有以下五個(gè)方面：1）接收并存儲(chǔ)編程器或其它外設(shè)輸入的用戶程序或數(shù)據(jù)2）診斷電源、PLC內(nèi)部電路故障和編程中的語法錯(cuò)誤等3）接收并存儲(chǔ)從輸入單元（接口）得到現(xiàn)場(chǎng)輸入狀態(tài)或數(shù)據(jù)4）逐條讀取并執(zhí)行存儲(chǔ)器中的用戶程序，并將運(yùn)算結(jié)果存入存儲(chǔ)器中5）根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位和輸出內(nèi)容，通過輸出接口實(shí)現(xiàn)控制、制表打印或數(shù)據(jù)通訊等功能

PLC中的CPU及作用PLC中的存儲(chǔ)器及作用◆存儲(chǔ)器的作用：在PLC中，存儲(chǔ)器主要用于系統(tǒng)程序、用戶程序、數(shù)據(jù)◆存儲(chǔ)器的類型：①可讀/寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM②只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM、EPROM和EEPROM◆系統(tǒng)程序:

系統(tǒng)程序是完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用、管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能。

系統(tǒng)程序由PLC的制造廠家編寫的，在PLC使用過程中不會(huì)變動(dòng)，它和PLC的硬件組成有關(guān)，它關(guān)系到PLC的性能。

系統(tǒng)程序由制造廠家直接固化在只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。PLC中的存儲(chǔ)器及作用◆用戶程序:●用戶程序是用戶根據(jù)控制對(duì)象生產(chǎn)工藝及控制的要求而編制的應(yīng)用程序。它是由PLC控制對(duì)象的要求而定的，

●為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時(shí)不會(huì)丟失信息。為了防止干擾對(duì)RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過運(yùn)行正常，不需要改變，可將其固化在EPROM中。

●現(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲(chǔ)器。PLC中的存儲(chǔ)器及作用PLC的編程語言（IEC61131-3中的5種PLC基本語言）

●順序功能圖（SFC）：不僅僅是一種語言，更是一種組織控制程序的圖形化方式?！裉菪螆D（LD）：以圖形方式表達(dá)觸點(diǎn)和線圈以及特殊指令塊的梯級(jí)。

●指令表（IL）：類似匯編程序的基于文本的語言與其相對(duì)應(yīng)的是LD。

●結(jié)構(gòu)文本（ST）：類似Pascal的基于文本的語言●功能塊圖（FBD）：一種對(duì)應(yīng)于線路圖的圖形語言。FBD廣泛地用于過程工業(yè)。

PLC中的存儲(chǔ)器及作用◆工作數(shù)據(jù):●工作數(shù)據(jù)是PLC運(yùn)行過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。它們存放在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。

●在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，設(shè)有存放輸入/輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等邏輯器件的存儲(chǔ)區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運(yùn)行情況而確定的。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在掉電時(shí)用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉電時(shí)可保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域稱為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。PLC中的存儲(chǔ)器及作用◆系統(tǒng)程序和工作數(shù)據(jù)與用戶無直接聯(lián)系◆在PLC產(chǎn)品樣本或使用手冊(cè)中所列存儲(chǔ)器的形式及容量是指用戶程序存儲(chǔ)器?！舢?dāng)PLC提供的用戶存儲(chǔ)器容量不夠用，許多PLC還提供有存儲(chǔ)器擴(kuò)展功能。PLC中的存儲(chǔ)器及作用PLC中的輸入/輸出接口及作用◆輸入/輸出接口通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接通道?！馪LC輸入接口-----可以檢測(cè)被控對(duì)象的各種數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)作為PLC對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)

●

PLC輸出接口-----將處理結(jié)果送給被控制對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)控制目的◆I/O接口的作用：●電平轉(zhuǎn)換功能：由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)。

●光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力

●通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護(hù)◆I/O接口的類型：

●開關(guān)量輸入/輸出接口●模擬量輸入/輸出接口PLC中的輸入/輸出接口及作用◆開關(guān)量輸入/輸出接口●常用開關(guān)量輸入接口：

①直流輸入接口、②交流輸入接口、③交/直流輸入接口●常用開關(guān)量輸出接口：

①繼電器輸出接口：響應(yīng)速度慢、動(dòng)作頻率低，可驅(qū)動(dòng)交流或直流負(fù)載②晶體管輸出接口：響應(yīng)速度快、動(dòng)作頻率高，只能用于驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載

③晶閘管輸出接口：響應(yīng)速度快、動(dòng)作頻率高，只能用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載PLC中的輸入/輸出接口及作用①數(shù)字量輸入

輸入方式主要有兩種數(shù)字量輸入（也稱為開關(guān)量或接點(diǎn)輸入）模擬量輸入（也稱為電平輸入）內(nèi)部電路電源現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)R1R2CLED光電耦合

其作用：是把現(xiàn)場(chǎng)的各種狀態(tài)信號(hào)變成PLC內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。

開關(guān)量輸入接口如下圖所示：輸入接口②模擬量輸入A/D光電耦合內(nèi)部電路輸入電壓（+）輸入電流（+）輸入（－）+

其作用：是把現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)變化的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)變成PLC內(nèi)部能接受的由若干位表示的數(shù)字信號(hào)。

其原理如下圖所示：模擬量輸入單元一般由信號(hào)變換、模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D、光電隔離等部分組成。按輸入回路電流分：直流輸入（直流電源由PLC內(nèi)部提供）交流輸入（直流電源由PLC外部提供）輸入信號(hào)經(jīng)過光耦合器的隔離，提高PLC的抗干擾能力。按PLC的輸入模塊與外部用戶設(shè)備的接線形式分：匯點(diǎn)式輸入接線分隔式輸