第7章 可編程序控制器概論

1、第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 1 1 第第7章章PLC概念及工作原理概念及工作原理 7.17.1PLCPLC的產(chǎn)生和發(fā)展的產(chǎn)生和發(fā)展7.27.2PLCPLC的定義和特點的定義和特點 7.37.3PLCPLC的分類及應用的分類及應用7.47.4PLCPLC的組成及各組成部分的作用的組成及各組成部分的作用7.57.5PLCPLC的工作原理的工作原理7.67.6PLCPLC的編程語言的編程語言7.77.7PLCPLC與微機、繼電器控制等的區(qū)別與微機、繼電器控制等的區(qū)別第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date

2、:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 2 2 傳統(tǒng)的生產(chǎn)機械自動控制裝置傳統(tǒng)的生產(chǎn)機械自動控制裝置繼電器控制系統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng) 優(yōu)點優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、容易操作結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、容易操作 。缺點缺點體積龐大、生產(chǎn)周期長、接線復雜、故障率高、可體積龐大、生產(chǎn)周期長、接線復雜、故障率高、可靠性及靈活性差靠性及靈活性差 。應用應用比較適用于工作模式固定，控制邏輯簡單等工業(yè)應比較適用于工作模式固定，控制邏輯簡單等工業(yè)應用場合。用場合。 7.1 PLC7.1 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展的產(chǎn)生和發(fā)展返回本章返回本章第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2

3、022-5-242022-5-24 Page:Page: 3 3 用戶迫切用戶迫切需要需要一種先進的自動控制裝置一種先進的自動控制裝置繼電器控制系統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)先進自動控制系統(tǒng)先進自動控制系統(tǒng)返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 4 4 對先進自動控制裝置提出對先進自動控制裝置提出設(shè)想設(shè)想： 把把計算機計算機的功能完善、通用、靈活等優(yōu)點和的功能完善、通用、靈活等優(yōu)點和繼電器繼電器控制控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，制成一種通

4、用成一種通用控制裝置控制裝置。把計算機的編程方法和程序輸入方式。把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，采用面向控制過程、面向?qū)ο蟮恼Z言編程。加以簡化，采用面向控制過程、面向?qū)ο蟮恼Z言編程。 返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 5 5 可編程序邏輯控制器的可編程序邏輯控制器的產(chǎn)生產(chǎn)生 美國數(shù)字設(shè)備公司（美國數(shù)字設(shè)備公司（DECDEC）根據(jù)這一設(shè)想，于）根據(jù)這一設(shè)想，于19691969年研制年研制成功了第一臺可編程序控制器。由于當時主要用于順序控制，成功了第一臺可編程序控制器。由于當時主要用于順序

5、控制，只能進行邏輯運算，故稱為只能進行邏輯運算，故稱為（Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller，PLCPLC）。）。 返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 6 6 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢 （1 1）與計算機聯(lián)系密切）與計算機聯(lián)系密切 （2 2）發(fā)展多樣化）發(fā)展多樣化 （3 3）模塊化）模塊化 （4 4）網(wǎng)絡與通信能力增強）網(wǎng)絡與通信能力增強 （5 5）多樣化與標準化）多樣化與標準化 （6 6）工業(yè)軟件發(fā)展迅速）工業(yè)軟件發(fā)展迅速

6、返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 7 7 7.2 PLC7.2 PLC的定義和分類的定義和分類 經(jīng)歷經(jīng)歷：可編程邏輯控制器（：可編程邏輯控制器（PLCPLC）可編程控制器（可編程控制器（PCPC） 通用叫法通用叫法：可編程序控制器（：可編程序控制器（Programmable ControllerProgrammable Controller，PCPC），是一臺專為工業(yè)環(huán)境應用而設(shè)計制造的計算機。它具），是一臺專為工業(yè)環(huán)境應用而設(shè)計制造的計算機。它具有豐富的輸入有豐富的輸入/ /輸出接口，并且具有

7、較強的驅(qū)動能力。但由輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力。但由于于PCPC容易和個人計算機（容易和個人計算機（Personal ComputerPersonal Computer）混淆，所以）混淆，所以人們還沿用人們還沿用PLCPLC作為可編程控制器的英文縮寫。作為可編程控制器的英文縮寫。 返回本章返回本章第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 8 8 國際電工委員會（國際電工委員會（IECIEC）對可編程控制器的定義）對可編程控制器的定義： “ “可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)

8、電子系統(tǒng)，專為在，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于工業(yè)環(huán)境應用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/ /輸輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。充其功能的原則設(shè)計?！狈祷乇竟?jié)返回

9、本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 9 9 PLCPLC的分類的分類 一體化緊湊型一體化緊湊型PLC PLC ：電源、：電源、CPUCPU中央處理系統(tǒng)、中央處理系統(tǒng)、I/OI/O接接口都集成在一個機殼內(nèi)。如口都集成在一個機殼內(nèi)。如西門子西門子S7-200S7-200系列。系列。 CPUCPU（基本單元）（基本單元） + + 擴展模塊擴展模塊 返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 1010 標準模塊式結(jié)構(gòu)化標準模塊式

10、結(jié)構(gòu)化PLC PLC ：各種模塊相互獨立，并安裝在固：各種模塊相互獨立，并安裝在固定的機架（導軌）上，構(gòu)成一個完整的定的機架（導軌）上，構(gòu)成一個完整的PLCPLC應用系統(tǒng)。如：應用系統(tǒng)。如：西門子西門子S7-300S7-300、S7-400S7-400系列。系列。 PS(電源模塊電源模塊)CPU IM(接口模塊接口模塊)SM: DISM: DOSM: AISM: AO CP:- 點點-到到-點點- PROFIBUS- 工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 1111 S7-400系

11、列系列第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 1212 7.3 PLC7.3 PLC的功能和特點的功能和特點PLCPLC的功能的功能 控制功能控制功能 邏輯控制邏輯控制 定時控制定時控制 計數(shù)控制計數(shù)控制 順序控制順序控制返回本章返回本章第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 1313 PLCPLC的功能的功能 數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能數(shù)學運算功能數(shù)學運算功能數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理模擬數(shù)據(jù)處理模擬數(shù)據(jù)處理返回本節(jié)返回本節(jié)第

12、第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 1414 PLCPLC的功能的功能 輸入輸入/ /輸出接口調(diào)理功能輸出接口調(diào)理功能具有具有A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換功能，通轉(zhuǎn)換功能，通過過I/OI/O模塊完成對模擬量的模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。位數(shù)和精度可控制和調(diào)節(jié)。位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇。具有以根據(jù)用戶要求選擇。具有溫度測量接口，直接連接各溫度測量接口，直接連接各種熱電阻或熱電偶。種熱電阻或熱電偶。 返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24

13、 Page:Page: 1515 PLCPLC的功能的功能 通信、聯(lián)網(wǎng)功能通信、聯(lián)網(wǎng)功能PROFIBUS DPPROFIBUS PA (Ex)PROFIBUS PA返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 1616 PLCPLC的功能的功能 人機界面功能人機界面功能返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 1717 PLCPLC的功能的功能 編程、調(diào)試等編程、調(diào)試等使用復雜程度不同的使用復雜程度不同的手持、便攜和

14、桌面式手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操編程器、工作站和操作屏，進行編程、調(diào)作屏，進行編程、調(diào)試、監(jiān)視、試驗和記試、監(jiān)視、試驗和記錄，并通過打印機打錄，并通過打印機打印出程序文件。印出程序文件。 STEP7STEP7ProToolProToolMPI cable有有MPI接口的接口的PG 或或PC返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 1818 PLCPLC的特點的特點 高可靠性高可靠性豐富的豐富的I/OI/O接口模塊接口模塊采用模塊化結(jié)構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu)運行速度快運行速度快功能完善功能完善編程簡單，

15、易于使用編程簡單，易于使用系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便維修方便，維修工作量小維修方便，維修工作量小總價格低總價格低返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 1919 7.4PLC組成及各組成部分的作用組成及各組成部分的作用返回本章首頁返回本章首頁 PLC PLC的基本組成的基本組成第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 2020 7.4.1 PLC的基本組成的基本組成編程器或其他編程設(shè)備編程器或其他編程設(shè)備

16、SBSQ SA HLYVKM微處理器微處理器存儲器存儲器輸輸入入單單元元輸輸出出單單元元電源電源第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 2121 1.中央處理單元中央處理單元 1. 中央處理單元（中央處理單元（CPU）一般由控制器、運算器）一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。 CPU的主要功能：的主要功能：1）從存儲器中讀取指令從存儲器中讀取指令 2）執(zhí)行指令）執(zhí)行指令 3）順序取指令）順序取指令 4）處理中斷）處理中斷 7.4.2 PLC各組成部分

17、的作用各組成部分的作用第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 2222 RAM：存儲各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào)存儲各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào) 試的程序。試的程序。ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。2. 存儲器存儲器第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 2323 采用光電隔離，實現(xiàn)了采用光電隔離，實現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。氣隔離，

18、減小了電磁干擾。輸出接口作用：輸出接口作用：將主機向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外將主機向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；部執(zhí)行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離。另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離。輸出三種形式：輸出三種形式：繼電器繼電器 - 低速大功率低速大功率 可控硅可控硅 - 高速大功率高速大功率 晶體管晶體管 - 高速小功率高速小功率輸入接口作用：輸入接口作用：將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號，將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主機。轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主機。3. 輸入

19、、輸出接口：輸入、輸出接口：第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 2424 （1）輸入接口電路：）輸入接口電路：采用采用光電耦合器，防止強電干擾。光電耦合器，防止強電干擾。COM光電三極管光電三極管發(fā)光二極管發(fā)光二極管直流電源直流電源輸入端子輸入端子+PLCI0.0+24V發(fā)光二極管發(fā)光二極管第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 2525 繼電器輸出繼電器輸出（2）輸出接口電路：）輸出接口電路：以以繼電器形式為例：繼電器形式為例：PLC

20、內(nèi)內(nèi)部部電電路路內(nèi)內(nèi)部部電電路路J+交流電源或交流電源或直流電源直流電源COM-Q0.0第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 2626 4.電源單元電源單元 把外部供應的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所把外部供應的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源。需的電源。 有的電源單元還向外提供有的電源單元還向外提供24v24v隔離直流電源，隔離直流電源，可供與開關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場無源開關(guān)等使可供與開關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場無源開關(guān)等使用。用。 可編程序控制器的電源一般采用開關(guān)式電源，可編程序控制器的電源一般采用開關(guān)式電源，其特點

21、是輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效其特點是輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。率高、抗干擾性能好。第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 2727 5. 各種接口、高功能模塊：各種接口、高功能模塊： PSCPUSM: DISM: DOSM: AISM: AOCPFMSMIM第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 2828 6.通信接口通信接口第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-2420

22、22-5-24 Page:Page: 2929 編程設(shè)備可以是專用的手編程設(shè)備可以是專用的手持式的編程器；也可以是安裝持式的編程器；也可以是安裝了專門的編程通訊軟件的個人了專門的編程通訊軟件的個人計算機。計算機。 用戶可以通過鍵盤輸入和用戶可以通過鍵盤輸入和調(diào)試程序；另外在運行時，還調(diào)試程序；另外在運行時，還可以對整個控制過程進行監(jiān)控?？梢詫φ麄€控制過程進行監(jiān)控。PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTC EVTMT SVACLRENTBAF

23、EDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR手持式的編程器手持式的編程器7. 編程設(shè)備編程設(shè)備第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 3030 7.57.5工作原理工作原理 7.5.1 7.5.1 PLCPLC的工作方式與運行框圖的工作方式與運行框圖 繼電器控制系統(tǒng)是一種繼電器控制系統(tǒng)是一種“硬件邏輯系統(tǒng)硬件邏輯系統(tǒng)”，采用的，采用的是并行工作方式。是并行工作方式。 PLCPLC是一種工業(yè)控制計算機，它的工作原理是建立在是一種工業(yè)控制計算機，它的工作原理是建立在計算機工作原理基礎(chǔ)上的，即通過執(zhí)行程序

24、實現(xiàn)，而序計算機工作原理基礎(chǔ)上的，即通過執(zhí)行程序?qū)崿F(xiàn)，而序依次完成相應各電器的動作，所以時間上是串行的。概依次完成相應各電器的動作，所以時間上是串行的。概括而言，括而言， PLCPLC的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。作方式。第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 3131 電源電源ONON內(nèi)部處理內(nèi)部處理輸入處理（輸入傳送、遠程輸入處理（輸入傳送、遠程I/OI/O）通信服務（外設(shè)、通信服務（外設(shè)、CPUCPU、總線服務）、總線服務）更更新新時時鐘鐘、特特殊殊寄寄存存器器

25、執(zhí)執(zhí)行行程程序序處處理理程程序序執(zhí)執(zhí)行行自自診診斷斷存存放放自自診診斷斷錯錯誤誤結(jié)結(jié)果果C CP PU U強強制制為為S ST TO OP PPLCPLC的運行框圖的運行框圖返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 3232 7.5.2 PLC7.5.2 PLC的工作過程的工作過程輸入刷新輸入刷新輸出刷新輸出刷新程序執(zhí)行程序執(zhí)行掃描周期掃描周期輸入刷新階段輸入刷新階段輸出刷新階段輸出刷新階段程序執(zhí)行階段程序執(zhí)行階段第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-

26、24 Page:Page: 3333 7.6PLC的編程語言的編程語言 1. 梯形圖梯形圖 2. 語句表語句表 3. 邏輯符號圖邏輯符號圖 4. 高級語言高級語言 第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 3434 STEP7 編程語言編程語言AI0.0AI0.1= Q8.0STL指令表指令表&Q8.0=I0.0I0.1FBD功能塊功能塊I0.0I0.1Q8.0LAD梯形圖梯形圖第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 3535 選擇編

27、程語言選擇編程語言第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 3636 用用 LAD/FBD 編程編程第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 3737 用用 STL 編程編程第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 3838 簡單程序的調(diào)試簡單程序的調(diào)試第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器Date:Date:2022-5-242022-5-24 Page:Page: 3939 7.7 與計算機、繼電器控制等的區(qū)別與計算機、繼電器控制等的區(qū)別相同點：相同點：（1）基本結(jié)構(gòu)相同）基本結(jié)構(gòu)相同 （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。與計算機的異同與計算機的異同 第第2