可編程控制器

1、機電傳動控制機電傳動控制西安工業(yè)大學西安工業(yè)大學 機電學院機電學院 2第五章第五章 可編程控制器可編程控制器5.1 可編程控制器概述5.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生5.1.2 可編程控制器的特點5.1.3 PLC的分類5.2 可編程控制器的基本組成和工作原理5.2.1 PLC的硬件5.2.2 PLC的軟件5.2.3 可編程控制器的基本工作原理5.2.4 C系列P型可編程控制器 3第五章第五章 可編程控制器可編程控制器5.3 PLC編程元件及編程語言5.3.1 可編程控制器常用編程器件5.3.2 可編程控制器的編程語言5.4 指令及其編程方式5.4.1 基本指令及其編程方式5.4.2 編程指令及編

2、程方式5.5 編程指導5.6 基本電路編程舉例 4可編程序控制器可編程序控制器(Programmable Logical Controller)(Programmable Logical Controller)簡稱為簡稱為PCPC或或PLCPLC。5.1.1 PLC5.1.1 PLC定義定義 . .工業(yè)環(huán)境下控制器；工業(yè)環(huán)境下控制器； . .微機控制系統(tǒng)（包含存儲器、微機控制系統(tǒng)（包含存儲器、CPUCPU等微機主要部件，進行邏等微機主要部件，進行邏輯運算和算術(shù)運算）；輯運算和算術(shù)運算）； . .數(shù)字式和模擬式輸入輸出；數(shù)字式和模擬式輸入輸出；5.1 概述概述 5某鋼鐵廠的工業(yè)加熱爐現(xiàn)場 6某鋼

3、鐵廠的鍋爐和加熱爐現(xiàn)場 7可編程序邏輯控制器可編程序邏輯控制器PLCPLC產(chǎn)生于產(chǎn)生于19691969年，最初只具備邏年，最初只具備邏輯控制、定時、計數(shù)等功能，主要是用來取代繼電接輯控制、定時、計數(shù)等功能，主要是用來取代繼電接觸器控制。觸器控制。 現(xiàn)在所說的可編程序控制器現(xiàn)在所說的可編程序控制器PCPC（Programmable Programmable ControllerController）是）是19801980年以來，美、日、德等國由先前年以來，美、日、德等國由先前的可編程序邏輯控制器的可編程序邏輯控制器PLCPLC進一步發(fā)展而來。進一步發(fā)展而來。 8 19851985年年1 1月，國

4、際電工委員會（月，國際電工委員會（IECIEC）定義：）定義： 可編程序控制器是：一種數(shù)字運算操作的電子系可編程序控制器是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設備，都應按易生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設備，

5、都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。原則設計。 95.1.2可編程控制器的產(chǎn)生l繼電器控制 用弱電信號控制強電信號。故障查找與排除非常困難、改造工期長、費用高。 10繼電器控制繼電器控制 11美國通用汽車公司（美國通用汽車公司（GMGM）為了適應汽車型號不斷更新的需要，提為了適應汽車型號不斷更新的需要，提出了十條技術(shù)指標在社會上公開招標，制造一種新型的工業(yè)控制裝出了十條技術(shù)指標在社會上公開招標，制造一種新型的工業(yè)控制裝置，首先提出置，首先提出【可編程序控制器可編程序控制器】l編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；編程簡單，可在現(xiàn)場

6、修改程序；l維護方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；維護方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；l可靠性高于繼電器控制柜；可靠性高于繼電器控制柜；l體積小于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；l成本可與繼電器控制柜競爭；成本可與繼電器控制柜競爭；l可將數(shù)據(jù)直接送入計算機；可將數(shù)據(jù)直接送入計算機；l可直接使用可直接使用115V115V交流輸入電壓；交流輸入電壓；l輸出采用輸出采用115V115V交流電壓，能直接驅(qū)動電磁閥、交流接觸器等負交流電壓，能直接驅(qū)動電磁閥、交流接觸器等負載；載；l通用性強，擴展方便；通用性強，擴展方便；l能存儲程序，存儲器容量可以擴展到能存儲程序，存儲器容量可以擴展到4KB4KB。 1219691969

7、年，年，美國數(shù)據(jù)設備公司（美國數(shù)據(jù)設備公司（DECDEC）研制成功。研制成功。并在并在GMGM公司汽車生產(chǎn)線上首次應用成功。公司汽車生產(chǎn)線上首次應用成功?？删幊绦蜻壿嬁刂破骺删幊绦蜻壿嬁刂破鱌LCPLC產(chǎn)生于產(chǎn)生于19691969年，最初只具備邏年，最初只具備邏輯控制、定時、計數(shù)等功能，主要是用來取代繼電接輯控制、定時、計數(shù)等功能，主要是用來取代繼電接觸器控制。觸器控制。 現(xiàn)在所說的可編程序控制器現(xiàn)在所說的可編程序控制器PCPC（Programmable Programmable ControllerController）是）是19801980年以來，美、日、德等國由先前年以來，美、日、德等國

8、由先前的可編程序邏輯控制器的可編程序邏輯控制器PLCPLC進一步發(fā)展而來。進一步發(fā)展而來。 13邏輯控制邏輯控制 早期早期 邏輯控制為主邏輯控制為主 P Programmable rogrammable L Logical ogical C Controller ontroller P Programmable rogrammable C Controller ontroller 本義本義 現(xiàn)代現(xiàn)代PLCPLC絕不意味著只有邏輯控制的功能，它是一種以微處理器為基礎，綜合了絕不意味著只有邏輯控制的功能，它是一種以微處理器為基礎，綜合了計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動

9、控制裝置；計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置；具有體積小，功能強，程序設計簡單，靈活通用，維護方便等一系列的優(yōu)點，特具有體積小，功能強，程序設計簡單，靈活通用，維護方便等一系列的優(yōu)點，特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，使別是它的高可靠性和較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，使PLCPLC廣泛應用于各種工廣泛應用于各種工業(yè)領(lǐng)域。業(yè)領(lǐng)域。 145.1.3 PLC的發(fā)展的發(fā)展(本體硬件方面、軟件方面、拓撲結(jié)構(gòu)本體硬件方面、軟件方面、拓撲結(jié)構(gòu)) CPU使用中小規(guī)模集成電路，采用磁芯存儲器。使用中小規(guī)模集成電路，采用磁芯存儲器。 CPU使用微處理器，采用半導

10、體存儲器使用微處理器，采用半導體存儲器EPROM。 可靠性較差，略強于繼電器控制。可靠性較差，略強于繼電器控制。 機種單一，沒形成系列。機種單一，沒形成系列。 有了計算機接口和模擬量控制功能。有了計算機接口和模擬量控制功能。 可靠性提高。可靠性提高。 整機功能向系列化、標準化發(fā)展，并由專用向通用方向過渡。整機功能向系列化、標準化發(fā)展，并由專用向通用方向過渡。 功能簡單（只有計數(shù)功能簡單（只有計數(shù)/定時功能）。定時功能）。 功能增強（增加邏輯功能增強（增加邏輯/數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)處理、自診斷等功能）。數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)處理、自診斷等功能）。第一代：從第一臺第一代：從第一臺PLC誕生到上個世紀誕生到上個世

11、紀70年代初。年代初。第二代：第二代： 70年代初至年代初至70年代末。年代末。 15第三代：第三代：70年代末到年代末到80年代中期。年代中期。 CPU使用使用8或或16位微處理器甚至多微處理器，采用半導體存位微處理器甚至多微處理器，采用半導體存儲器儲器EPROM、CMOSRAM等。等。 增加浮點數(shù)運算，平方、三角函數(shù)等運算。增加浮點數(shù)運算，平方、三角函數(shù)等運算。 增加查表、列表功能。增加查表、列表功能。 自診斷及容錯技術(shù)提高。自診斷及容錯技術(shù)提高。 梯形圖語言及語句表成熟。梯形圖語言及語句表成熟。 小型小型PLCPLC體積減小、可靠性提高、成本下降。體積減小、可靠性提高、成本下降。 大型大

12、型PLCPLC向模塊化、多功能方向發(fā)展。向模塊化、多功能方向發(fā)展。 16第四代：第四代： 80年代中期到年代中期到90年代中期年代中期 增加高速計數(shù)、中斷、增加高速計數(shù)、中斷、A/D、D/A、PID等功能。等功能。 處理速度進一步提高（處理速度進一步提高（1 s/步步）。）。 連網(wǎng)功能增強。連網(wǎng)功能增強。 編程語言進一步完善，開發(fā)了編程軟件。編程語言進一步完善，開發(fā)了編程軟件。 CPU使用使用16位或位或32位微處理器。位微處理器。 PLC的的I/O點增加，最多可達點增加，最多可達32K個個I/O點。點。 處理速度進一步提高（處理速度進一步提高（1ns/步步）。）。 PLC都可以與計算機通信。

13、都可以與計算機通信。 具有強大的數(shù)值運算、函數(shù)運算、大批量數(shù)據(jù)處理的功能。具有強大的數(shù)值運算、函數(shù)運算、大批量數(shù)據(jù)處理的功能。 開發(fā)了大量的特殊功能模塊。開發(fā)了大量的特殊功能模塊。 編程軟件功能更強大。編程軟件功能更強大。 不斷開發(fā)出功能強大可編程終端。不斷開發(fā)出功能強大可編程終端。第五代：第五代： 90年代中期之后年代中期之后 17性能提高：性能提高：4 4位機位機8 8位機位機1616位機位機3232位機位機 邏輯運算邏輯運算 計時，計數(shù)等順序控制，均屬開關(guān)計時，計數(shù)等順序控制，均屬開關(guān)量控制；量控制； 支持圖形編程；支持圖形編程； 數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)處理； 各種功能控制模塊；各種功能控制模塊

14、； 聯(lián)網(wǎng)通信功能。聯(lián)網(wǎng)通信功能。 18v高性能、高速度、大容量發(fā)展l多CPU結(jié)構(gòu)l高性能、流水RISC結(jié)構(gòu)CPU(32位機)l增加智能控制功能l支持組態(tài)設計v大力發(fā)展微型PLC,不斷增強微型PLC的功能l掌上PLCl高性能l支持多種編程方式 19低檔低檔PLCPLC向小型、簡易、廉價方向發(fā)展，使向小型、簡易、廉價方向發(fā)展，使之能更加廣泛地取代功能簡單的繼電器控之能更加廣泛地取代功能簡單的繼電器控制。例如西門子制。例如西門子Logo PLCLogo PLC機。機。中、高檔中、高檔PLCPLC向大型、高速、多功能方向向大型、高速、多功能方向發(fā)展，例如西門子發(fā)展，例如西門子S7-400PLCS7-4

15、00PLC機。機。 20vPLC編程語言標準化IEC1131-3 (IEC 1994年5月公布)l順序功能圖（SFC）l梯形圖l功能塊圖l指令表l結(jié)構(gòu)文本 21vPLC與其它工業(yè)控制器產(chǎn)品相互融合l與個人計算機PCl集散控制系統(tǒng)DCSl計算機數(shù)控CNC 22v增強通信聯(lián)網(wǎng)能力 23可編程序控制器當代工業(yè)自動化支柱之一可編程序控制器當代工業(yè)自動化支柱之一 24綜合自動化系統(tǒng)組成綜合自動化系統(tǒng)組成ERP企業(yè)資源計劃系統(tǒng)MES制造執(zhí)行系統(tǒng)PCS生產(chǎn)控制系統(tǒng)故障診斷 現(xiàn)場控制系統(tǒng)（DCS, PLC, FCS）綜合集成軟件平臺關(guān)系數(shù)據(jù)庫實時監(jiān)控軟件平臺實時數(shù)據(jù)庫銷售管理工藝計算特定先控軟件模糊控制過程動

16、態(tài)檢測軟測量計劃排產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度質(zhì)量監(jiān)控成本管理數(shù)據(jù)校正實時優(yōu)化人力資源財務管理庫存管理企業(yè)信息集成設計建模軟件預測函數(shù)控制設備管理工業(yè)電視監(jiān)測 257 7）可編程序控制器的發(fā)展）可編程序控制器的發(fā)展v大力開發(fā)智能I/O模塊模擬量I/O、高速計數(shù)輸入、中斷輸入、機械運動控制、熱電偶輸入、條形碼閱讀器、多路BCD輸入/輸出、模糊控制器、PID回路控制、通信模塊 26vPLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合7 7）可編程序控制器的發(fā)展）可編程序控制器的發(fā)展l基金會現(xiàn)場總線（Foundation Fieldbus）lProfiBus(過程現(xiàn)場總線)lLonWorks（局域操作網(wǎng)絡）lCAN（控制器局域網(wǎng)絡）lHART（

17、可尋址遠程變送器數(shù)據(jù)通路協(xié)議）協(xié)議 275.1.3 PLC與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較（1 1）與繼電接觸器控制系統(tǒng)的比較）與繼電接觸器控制系統(tǒng)的比較 PLCPLC控制系統(tǒng)具有如下特點：控制系統(tǒng)具有如下特點： 靈活性和可擴展性靈活性和可擴展性 可靠性和可維護性可靠性和可維護性 控制速度和精度控制速度和精度 延時的可調(diào)性和精確性延時的可調(diào)性和精確性 設計施工的快速性設計施工的快速性 經(jīng)濟性經(jīng)濟性 28（2 2）與計算機控制系統(tǒng)的比較）與計算機控制系統(tǒng)的比較 PLCPLC控制系統(tǒng)有下面的特點：控制系統(tǒng)有下面的特點： 可采用功能模塊的結(jié)構(gòu)形式可采用功能模塊的結(jié)構(gòu)形式 采用掃描工作

18、方式采用掃描工作方式 分散的可以自治的系統(tǒng)分散的可以自治的系統(tǒng) 適應惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境適應惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境 程序設計簡單，更容易被技術(shù)人員掌握程序設計簡單，更容易被技術(shù)人員掌握通訊靈活方便通訊靈活方便 29（3 3）與）與 集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCSDCS）的比較）的比較 PLCPLC控制系統(tǒng)由繼電接觸器控制系統(tǒng)發(fā)展而來控制系統(tǒng)由繼電接觸器控制系統(tǒng)發(fā)展而來DCSDCS由化工行業(yè)回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來由化工行業(yè)回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來 PLCPLC在開關(guān)量和順序控制方面有優(yōu)勢在開關(guān)量和順序控制方面有優(yōu)勢 DCSDCS在模擬量連續(xù)控制和回路調(diào)節(jié)方面有優(yōu)勢在模擬量連續(xù)控制和回路調(diào)節(jié)方面有

19、優(yōu)勢PLCPLC系統(tǒng)更加靈活，但是需要編程系統(tǒng)更加靈活，但是需要編程 DCSDCS具有控制、操作、現(xiàn)場儀表三級結(jié)構(gòu)，功能相對固定具有控制、操作、現(xiàn)場儀表三級結(jié)構(gòu)，功能相對固定 PLCPLC系統(tǒng)將會兼有集散控制系統(tǒng)的形態(tài)和功能系統(tǒng)將會兼有集散控制系統(tǒng)的形態(tài)和功能 30 補充：控制系統(tǒng)發(fā)展過程補充：控制系統(tǒng)發(fā)展過程早期的控制系統(tǒng)：現(xiàn)場基地式儀表繼電器控制；早期的控制系統(tǒng)：現(xiàn)場基地式儀表繼電器控制；現(xiàn)在的控制系統(tǒng)：多指采用電腦或微處理器進行智能控制的系統(tǒng)，稱現(xiàn)在的控制系統(tǒng)：多指采用電腦或微處理器進行智能控制的系統(tǒng)，稱為第三代系統(tǒng)，為第三代系統(tǒng)，7070年代以年代以PLCPLC和和DCS(distri

20、buted control system) DCS(distributed control system) 為代表，在冶金、電力、石油、化工、輕工應用；為代表，在冶金、電力、石油、化工、輕工應用；9090年代出現(xiàn)現(xiàn)場年代出現(xiàn)現(xiàn)場總線，工業(yè)總線，工業(yè)PCPC，嵌入式系統(tǒng)。，嵌入式系統(tǒng)。 PLCPLC最初是為了替代繼電器控制最初是為了替代繼電器控制 31 可靠性高，抗干擾能力強可靠性高，抗干擾能力強( (硬件屏蔽濾波光隔模塊硬件屏蔽濾波光隔模塊化、軟件程序故障監(jiān)控看門狗電池化、軟件程序故障監(jiān)控看門狗電池) ) 通用性強，控制程序可變，使用方便通用性強，控制程序可變，使用方便( (繼電器接觸繼電器接

21、觸器系統(tǒng)器系統(tǒng)) ) 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強( (端子端子) ) 編程簡單，容易掌握編程簡單，容易掌握( (梯形圖、過程語言梯形圖、過程語言) ) 系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量少系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量少(pc(pc設計調(diào)試設計調(diào)試) ) 維修工作量小，維護方便維修工作量小，維護方便( (模塊化模塊化) ) 體積小，能耗低體積小，能耗低.(.(安裝設備內(nèi)部安裝設備內(nèi)部) )5.1.4 可編程序控制器的特點可編程序控制器的特點 325.1.5 5.1.5 可編程序控制器的應用領(lǐng)域可編程序控制器的應用領(lǐng)域1 開關(guān)量邏輯與順序控制(基本功能)遍及

22、許多行業(yè)，如機床電氣控制、電梯運行、高爐上料、汽車裝配、啤酒罐裝等等。2 運動控制(輸入輸出脈沖，用于編碼器、步進電機等)用于直線運動和圓周運動的控制。3 閉環(huán)過程控制(模擬量控制)通過模擬模塊，可以實現(xiàn)對溫度、壓力、流量、液面高度等連續(xù)變化量的PID控制。4 數(shù)據(jù)處理(實時采集、顯示、記錄)具有數(shù)學運算（包括矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳遞、排序和查表、位操作等功能；可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，可以與存儲器中存儲的參考數(shù)據(jù)相比較，也可以傳送給其它智能裝置或傳送給打印機打印制表。5 聯(lián)網(wǎng)通信能用于PLC與PLC、PLC與上位機以及其它智能設備之間的通信，構(gòu)成“集中管理、分散控制”的

23、分布控制系統(tǒng)(PCS)PCS)，或?qū)崿F(xiàn)整個工廠的自動化。 33在自動化控制領(lǐng)域，在自動化控制領(lǐng)域，PLCPLC是一種重要的控制設備。是一種重要的控制設備。 目前，世界上有目前，世界上有200200多廠家生產(chǎn)多廠家生產(chǎn)300300多品種多品種PLCPLC產(chǎn)產(chǎn)品，應用在汽車（品，應用在汽車（23%23%）、糧食加工（）、糧食加工（16.4%16.4%）、化學）、化學/ /制藥（制藥（14.6%14.6%）、金屬）、金屬/ /礦山（礦山（11.5%11.5%）、紙漿）、紙漿/ /造紙造紙（11.3%11.3%）等行業(yè)。）等行業(yè)。 PLCPLC自自19691969年問世以來，開始按年問世以來，開始按照

24、成熟而又有效的繼電器控制概念和設計思想，照成熟而又有效的繼電器控制概念和設計思想， 現(xiàn)現(xiàn)在在PLCPLC已經(jīng)開始用于閉環(huán)控制，不僅如此，隨著其擴已經(jīng)開始用于閉環(huán)控制，不僅如此，隨著其擴展能力和通信能力的發(fā)展，它也越來越多地應用到了展能力和通信能力的發(fā)展，它也越來越多地應用到了復雜的分布式控制系統(tǒng)中。復雜的分布式控制系統(tǒng)中。 PLCPLC自身具有的完善的功能，模塊化的結(jié)構(gòu)，以及開自身具有的完善的功能，模塊化的結(jié)構(gòu)，以及開發(fā)容易、操作方便、性能穩(wěn)定、可靠性高的特點和較發(fā)容易、操作方便、性能穩(wěn)定、可靠性高的特點和較高的性價比，使其在工業(yè)生產(chǎn)中的應用前景越發(fā)看好，高的性價比，使其在工業(yè)生產(chǎn)中的應用前景

25、越發(fā)看好，而且隨著集成電路的發(fā)展和網(wǎng)絡時代的到來，而且隨著集成電路的發(fā)展和網(wǎng)絡時代的到來，PLCPLC必必將能夠有更大的用武之地。將能夠有更大的用武之地。 345.1.6 PLC的分類的分類按I/O點數(shù)和存儲容量可以分為:小型PLC I/O點數(shù)在256點以下， 存儲容量為2k步。中型PLC I/O點數(shù)在2562048點之間， 存儲容量為28k步。大型PLC I/O點數(shù)在2048點以上， 存儲容量達8k步以上。 35按PLC的控制性能分類:低檔機中檔機高檔機按PLC的結(jié)構(gòu)分類:整體式組合式混合式 36 SiemensSiemens（德國西門子），工廠集成能力，廣泛的產(chǎn)品范圍和電子商務能力（德國西

26、門子），工廠集成能力，廣泛的產(chǎn)品范圍和電子商務能力的整合；的整合；Allem Allem BradleyBradley（美國（美國A AB B）對于過程工業(yè)提供完整的解決方案；）對于過程工業(yè)提供完整的解決方案；MitsubishiMitsubishi（日本三菱），微型和小型；（日本三菱），微型和小型；OmromOmrom（日本歐姆龍），中型以下；（日本歐姆龍），中型以下； RockwellRockwell（美國美國羅克韋爾），大型高端市場；他們的銷售額超過全球的三分羅克韋爾），大型高端市場；他們的銷售額超過全球的三分之二之二 另：另：Schneider(Schneider(法國施奈德法國施奈德

27、) )，專注于為用戶提供集成方案，中、大型；，專注于為用戶提供集成方案，中、大型；5.1.7 典型的幾款典型的幾款PLCPLC 37s7-200s7-300s7-400 38西門子ET200 39三菱（三菱（MISHIBISHIMISHIBISHI）：）：三菱FX系列三菱A系列三菱Q系列施耐德： 41LG：光洋： 42整體式整體式 43模塊式模塊式 445.2 PLC的基本組成和工作原理的基本組成和工作原理應用軟件系統(tǒng)軟件軟件編程器和其他外設電源部件擴展接口輸入、輸出模塊存儲器中央處理器硬件 和普通微機類似，PLC由硬件和軟件兩大部分組成的。在軟件的控制下，才能正常地工作。軟件分為系統(tǒng)軟件相應

28、用軟件兩部分。 455.2 PLC的基本組成和工作原理的基本組成和工作原理5.2.1 PLC的硬件主要由CPU模塊、輸入輸出模塊、電源模塊和外部設備組成。 46輸出設備輸出設備輸入設備輸入設備 I/OI/O擴展擴展 單元單元 特殊功特殊功 能單元能單元主機主機輸出單元輸出單元輸入單元輸入單元 電電 源源外設接口外設接口I/O/O擴擴展展口口存存 儲儲 器器 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序 存儲器存儲器 C P U 用戶程序用戶程序 存儲器存儲器盒式磁帶機盒式磁帶機打印機打印機EPROMEPROM寫入器寫入器 上位計算機上位計算機 PLCPLC編程器編程器可編程終端可編程終端PTPT 整體式整體式 PLC的基

29、本組成框圖的基本組成框圖 47 組合式組合式 PLC的基本組成框圖的基本組成框圖 系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線通信單元通信單元 控控 制制 系系 統(tǒng)統(tǒng) 現(xiàn)現(xiàn) 場場 過過 程程CPU單元單元輸出單元輸出單元 編程器編程器PLC或或上位計算機上位計算機智能智能I/O單元單元輸入單元輸入單元 48微處理器（CPU芯片）1編程時接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)2掃描方式接收現(xiàn)場輸入裝置的信號和數(shù)據(jù)3從存儲器逐條讀出用戶程序，完成用戶程序設定功能4根據(jù)輸出鎖存電路的有關(guān)內(nèi)容實現(xiàn)輸出控制5執(zhí)行診斷程序 49(2)存儲器隨機存取存儲器ROM只讀存儲器RAM電可擦除可編程的只讀存儲器EPROMPLC內(nèi)部存儲器

30、用來存放PLC的系統(tǒng)程序、用戶程序和各種變量及數(shù)據(jù)信息。ROM存放系統(tǒng)程序。RAM存放用戶程序，使用后備電池。調(diào)試后長期使用的程序放在EPROM里。 50(3)輸入輸出模塊數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量輸出模塊模擬量輸入模塊模擬量輸出模塊擴展接口模塊通信接口模塊(4)電源模塊(5)外部設備編程器、文本顯示器、操作面板、打印機等 515.2.2 PLC的軟件系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)管理程序(初始化、自診斷) 用戶指令解釋程序和編譯程序(命令識別與處理、用戶程序編譯) 標準程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用(為方便用戶提供的子程序，API)應用軟件 用戶環(huán)境線性程序(按工程控制順序?qū)懺谝粋€程序中)分塊程序(按任務放在任務塊或中斷中)

31、結(jié)構(gòu)化程序 用戶程序結(jié)構(gòu)1. 用戶程序語言 525.2.3 可編程控制器的基本工作原理可編程控制器的基本工作原理1. 可編程控制器的等效電路 PLC是一種專用微機，但用它來實現(xiàn)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的功能時，就不必從計算機的角度去研究，而是將PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等效為一個繼電器系統(tǒng)。在PLC內(nèi)部有很多存儲器，一個存儲器單元由8位觸發(fā)器組成一個觸發(fā)器等效為一個繼電器，這種等效繼電器的通斷是由軟件控制的，故也可叫軟繼電器。用戶使用這些軟繼電器，通過編程來實現(xiàn)所需要的邏輯控制功能。 53輸入部分輸入部分控制部分控制部分輸出部分輸出部分圖圖1.3 PLC1.3 PLC控制的等效電路圖控制的等效電路圖 54

32、概念：概念：1. PLC1. PLC的內(nèi)部繼電器：并不是實際的硬繼電器，每個內(nèi)部繼電的內(nèi)部繼電器：并不是實際的硬繼電器，每個內(nèi)部繼電器是器是PLCPLC內(nèi)部存儲單元的一位，因此稱為內(nèi)部存儲單元的一位，因此稱為“軟繼電器軟繼電器”。2. 2. 梯形圖梯形圖：是從繼電器控制電路的原理圖演變而來的。梯形圖：是從繼電器控制電路的原理圖演變而來的。梯形圖是由是由 “ “軟繼電器軟繼電器”組成的控制線路。它們并不是真正的物理連組成的控制線路。它們并不是真正的物理連接。而是邏輯關(guān)系上的連接，稱為接。而是邏輯關(guān)系上的連接，稱為“軟接線軟接線”。內(nèi)部繼電器的線圈用內(nèi)部繼電器的線圈用表示表示常開觸點用常開觸點用常

33、閉觸點用常閉觸點用表示表示表示表示 55輸入部分輸入部分控制部分控制部分輸出部分輸出部分PLCPLC控制的等效電路圖控制的等效電路圖內(nèi)部繼電器的線圈用內(nèi)部繼電器的線圈用表示表示常開觸點用常開觸點用常閉觸點用常閉觸點用表示表示表示表示 56輸入端子輸入端子輸出端子輸出端子PLCPLC控制接線圖控制接線圖用用PLCPLC來實現(xiàn)上述的控制功能來實現(xiàn)上述的控制功能 57 KTKT是時間繼電器，是時間繼電器，KM1KM1、KM2KM2是兩個接觸器。分別控制電是兩個接觸器。分別控制電機機M1M1、M2M2的運轉(zhuǎn)。的運轉(zhuǎn)。SB1SB1為啟動按為啟動按鈕，鈕，SB2SB2為停止按鈕?？刂乒δ転橥Ｖ拱粹o?？刂乒?/p>

34、能如下；按下啟動按鈕如下；按下啟動按鈕SB1 SB1 ，電機，電機M1M1開始運轉(zhuǎn)，過開始運轉(zhuǎn)，過1010秒鐘后，電機秒鐘后，電機M2M2開始運轉(zhuǎn)；按下停止按鈕開始運轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB2 SB2 ，電機電機M1M1、M2M2同時停止運轉(zhuǎn)。同時停止運轉(zhuǎn)。繼電器控制電路繼電器控制電路（a）控制線路）控制線路（b）電機主電路）電機主電路例：用繼電器控制電路實現(xiàn)兩個電機分時啟動例：用繼電器控制電路實現(xiàn)兩個電機分時啟動. . 58濾波電路濾波電路去高頻抖動去高頻抖動 直流輸入電路直流輸入電路光電耦合光電耦合 外部開關(guān)外部開關(guān) 輸入點的輸入點的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 輸入點輸入點 公共端公共端 限流電阻限流電

35、阻 COM+5VLEDSR3R1AR2CT 內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路濾波濾波 59光電耦合光電耦合 輸入點的輸入點的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 交流輸入電路交流輸入電路LED+5VAR2TCOMSCR1 內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路R3濾波濾波 外部開關(guān)外部開關(guān) 輸入點輸入點 隔直電容隔直電容 R1 R2 構(gòu)成分壓電路構(gòu)成分壓電路 60保護二極管保護二極管 輸出點的輸出點的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 光電耦合光電耦合 續(xù)流二極管續(xù)流二極管 晶體管輸出電路晶體管輸出電路COMT2LEDDFU+5V內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路T1R1R2R3負載負載公共端公共端 輸出點輸出點 61阻容吸收電路阻容吸收電路 晶閘管輸出電路晶閘管輸出

36、電路COMLEDR2 C TFU內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路R1負載負載光控雙向晶閘管光控雙向晶閘管 輸出點的輸出點的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 公共端公共端 輸出點輸出點 62 繼電器輸出電路繼電器輸出電路COMLED J R內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路負載負載輸出點的輸出點的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 繼電器繼電器 機械機械觸點觸點 公共端公共端 輸出點輸出點 635.2.3 PLC的工作原理的工作原理1 1） 循環(huán)掃描循環(huán)掃描PLCPLC采用循環(huán)掃描工作方式，這采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程一般包括五個階段：個工作過程一般包括五個階段：內(nèi)部處理內(nèi)部處理(CPU自診斷程序)、與、與編程器等的通信處理、輸入掃編程器等的

37、通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖其工作過程如圖2.42.4所示。所示。右圖中當右圖中當PLCPLC方式開關(guān)置于方式開關(guān)置于RUNRUN（運行）時，執(zhí)行所有階段；（運行）時，執(zhí)行所有階段；當方式開關(guān)置于當方式開關(guān)置于STOPSTOP（停止）（停止）時，不執(zhí)行后時，不執(zhí)行后3 3個階段，此時可個階段，此時可進行通信處理，如對進行通信處理，如對PLCPLC聯(lián)機或聯(lián)機或離線編程。離線編程。 64可編程序控制器程序執(zhí)行分為輸入采樣、程序執(zhí)行和可編程序控制器程序執(zhí)行分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新，過程原理如下圖所示。輸出刷新，過程原理如下圖所示。PL

38、CPLC執(zhí)行的五個階段，稱為一個掃描周期，執(zhí)行的五個階段，稱為一個掃描周期，PLCPLC完成一完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復始地進個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復始地進行。行。按鈕接觸器按鈕輸入電路輸入映象寄存器輸出映象寄存器輸出電路（ ）程序執(zhí)行程序執(zhí)行原理圖程序執(zhí)行原理圖 652） 與計算機的異同與計算機的異同 相同點：相同點：（1 1）基本結(jié)構(gòu)相同）基本結(jié)構(gòu)相同 （2 2）程序執(zhí)行原理相同）程序執(zhí)行原理相同 不同點：不同點： 兩者的不同點主要體現(xiàn)在工作方式上。兩者的不同點主要體現(xiàn)在工作方式上。 663） 與繼電接觸器的異同與繼電接觸器的異同 相同點：相同點：圖形結(jié)

39、構(gòu)和邏輯關(guān)系相同。圖形結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系相同。 不同點：不同點：（1 1）實現(xiàn)原理不同）實現(xiàn)原理不同（2 2）工作方式不同）工作方式不同 67繼電器控制系統(tǒng)和繼電器控制系統(tǒng)和PLCPLC控制系統(tǒng)的比較控制系統(tǒng)的比較：繼電器控制系統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)PLCPLC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)工作原理工作原理采用物理繼電器實現(xiàn)采用物理繼電器實現(xiàn)采用軟繼電器（程序）實現(xiàn)采用軟繼電器（程序）實現(xiàn)功能功能順序控制順序控制具有順序控制、定時、計數(shù)、運具有順序控制、定時、計數(shù)、運動控制、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)控制和動控制、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)控制和通訊聯(lián)網(wǎng)等通訊聯(lián)網(wǎng)等可靠性、可可靠性、可維護性維護性可靠性差，故障診斷與排除可靠性差，故障診斷與

40、排除困難困難可靠性高、易于維護、故障率低可靠性高、易于維護、故障率低靈活性靈活性功能單一，不易修改功能單一，不易修改柔性高，控制方式靈活、易于修柔性高，控制方式靈活、易于修改改響應速度響應速度硬繼電器越多，反應越慢硬繼電器越多，反應越慢速度快速度快設計調(diào)試設計調(diào)試設計復雜，成本高、調(diào)試繁設計復雜，成本高、調(diào)試繁瑣瑣利用軟繼電器、成本低、設計、利用軟繼電器、成本低、設計、調(diào)試方便調(diào)試方便定時與計數(shù)定時與計數(shù) 利用硬定時器和計數(shù)器實現(xiàn)利用硬定時器和計數(shù)器實現(xiàn) 由軟件實現(xiàn)，數(shù)量多，調(diào)整方便由軟件實現(xiàn)，數(shù)量多，調(diào)整方便4）與其他控制器的比較）與其他控制器的比較 68繼電器控制與繼電器控制與PLCPLC

41、的關(guān)系：的關(guān)系：繼電器控制系統(tǒng)電氣接口電路繼電器PLC被控對象繼電器在系統(tǒng)中起保護作用繼電器在系統(tǒng)中起保護作用 69幾種計算機控制器的比較：幾種計算機控制器的比較：個人計算機：數(shù)據(jù)處理能力強，圖形顯示功能豐富，抗干擾能力差，個人計算機：數(shù)據(jù)處理能力強，圖形顯示功能豐富，抗干擾能力差，不適于工業(yè)現(xiàn)場。不適于工業(yè)現(xiàn)場。單片機：工業(yè)應用過程中需要附加配套的外圍電路和接口電路，硬件單片機：工業(yè)應用過程中需要附加配套的外圍電路和接口電路，硬件設計制作和軟件設計的工作量大。設計制作和軟件設計的工作量大。工業(yè)控制計算機（工控機）：采用實時操作系統(tǒng)，抗干擾能力強，價工業(yè)控制計算機（工控機）：采用實時操作系統(tǒng)，

42、抗干擾能力強，價格較高，適合于功能復雜的控制對象，對小型的開關(guān)量控制對象有些格較高，適合于功能復雜的控制對象，對小型的開關(guān)量控制對象有些大材小用，用高級語言或匯編編程。大材小用，用高級語言或匯編編程。PLCPLC：是專為工廠現(xiàn)場應用環(huán)境設計，對印刷電路板、電源、機架、：是專為工廠現(xiàn)場應用環(huán)境設計，對印刷電路板、電源、機架、插座的制造和安裝，均采取了嚴密的措施，編程采用梯形圖語言易于插座的制造和安裝，均采取了嚴密的措施，編程采用梯形圖語言易于被工廠的電氣人員掌握，故具備了以上的各種優(yōu)點，優(yōu)勢明顯。被工廠的電氣人員掌握，故具備了以上的各種優(yōu)點，優(yōu)勢明顯。 隨著隨著PLCPLC在數(shù)字處理、模擬量閉環(huán)

43、控制功能和通訊聯(lián)網(wǎng)功能的增強，在數(shù)字處理、模擬量閉環(huán)控制功能和通訊聯(lián)網(wǎng)功能的增強，PLCPLC與工控機功能上越來越難以區(qū)分。與工控機功能上越來越難以區(qū)分。 705.3 PLC編程元件及編程語言編程元件及編程語言5.3.1 PLC常用的編程器件1、輸入繼電器2、輸出繼電器3、輔助繼電器4、定時器5、計數(shù)器和可逆計數(shù)器6、數(shù)據(jù)存儲區(qū)PLCPLC控制元件（控制元件（等效繼電器等效繼電器）1 輸入繼電器 由輸入掃描時輸入端子狀態(tài)決定輸入繼電器線圈斷通由輸入掃描時輸入端子狀態(tài)決定輸入繼電器線圈斷通狀態(tài)。不能由程序改變。狀態(tài)。不能由程序改變。 個數(shù)由個數(shù)由PLCPLC決定，代號由廠家產(chǎn)品系列決定。決定，代

44、號由廠家產(chǎn)品系列決定。如：如：Bytronic IP1Bytronic IP1、IP5IP5 三菱三菱 Fx X01Fx X01、X05X05 OMRON C28p 0001 OMRON C28p 0001、000500052 輸出繼電器 能用程序控制線圈斷通，輸出刷新時按輸出繼電器線圈能用程序控制線圈斷通，輸出刷新時按輸出繼電器線圈斷通狀態(tài)控制實際的外部觸點斷通狀態(tài)控制實際的外部觸點控制外部執(zhí)行件?？刂仆獠繄?zhí)行件。 個數(shù)由個數(shù)由PLCPLC決定，代號由廠家產(chǎn)品系列決定。決定，代號由廠家產(chǎn)品系列決定。如：如：Bytronic OP1Bytronic OP1、OP5OP5 三菱三菱 Fx Y01

45、Fx Y01、Y05Y05 OMRON C28p 0501 OMRON C28p 0501、050505053 輔助繼電器能用程序控制線圈斷通，專供內(nèi)部編程使用。能用程序控制線圈斷通，專供內(nèi)部編程使用。 注意有通用輔助繼電器、斷電保護輔助繼電器不同類型。注意有通用輔助繼電器、斷電保護輔助繼電器不同類型。 個數(shù)由個數(shù)由PLCPLC決定，代號由廠家產(chǎn)品系列決定。決定，代號由廠家產(chǎn)品系列決定。如：如：Bytronic F1Bytronic F1、F3 F3 （Flag Flag 標記）標記） 三菱三菱Fxon M01 Fxon M01 通用通用M0M383M0M383 M405 M405 保持保持M

46、384M511M384M511 OMRON C28p 1001 OMRON C28p 1001 通用通用1000180710001807 HR005 HR005 保持保持HR000HR915HR000HR915例1：IP0 IP1 IP04 OP6 IP0 IP1 IP04 OP6 IP2 IP3 IP2 IP3 OP6OP6IP0 IP0 IP1IP1IP2IP2IP3IP3IP4IP4OP6 OP6 解：IP0 IP1 IP04 OP6 IP0 IP1 IP04 OP6 IP2 IP3 IP2 IP3 OP6OP6IP0 IP0 IP1IP1IP2IP2IP3IP3IP4IP4OP6 OP

47、6 例2.1：IP0 F1 IP0 F1 IP0 F1 OP1 IP0 F1 OP1 IP0 IP0 F1F1OP1OP1 注意注意PLCPLC工作過程工作過程例2.2：IP0 F1 OP1 IP0 F1 OP1 IP0 F1 IP0 F1 IP0 IP0 F1F1OP1OP1 注意注意PLCPLC工作過程工作過程時間繼電器 （定時器） 當滿足條件（虛擬線圈通電），須延遲一定時間觸點動作。當滿足條件（虛擬線圈通電），須延遲一定時間觸點動作。 注意有普通定時器、自保定時器、積算定時器之分。注意有普通定時器、自保定時器、積算定時器之分。 個數(shù)、類型、定時基數(shù)由具體的個數(shù)、類型、定時基數(shù)由具體的PLCPLC決定。決定。如：如：Bytronic T1Bytronic T1T8 T8 自保，自保，1 1秒秒 三菱三菱 Fxon T0Fxon T0T62 T62 普通，普通，0.10.1秒秒 （Fx2Fx2） T250T250T255 T255 積算，積算，0.10.1秒秒 OMRON C28p TIM00OMRON C28p TIM00TIM47 TIM47 普通，普通，0.010.01秒秒