1、第3章 PLC 概述第第3 3章章 可編程序控制器概述可編程序控制器概述3.1 PLC的產生和定義的產生和定義3.2 PLC的發展與分類的發展與分類3.3 PLC的主要特點的主要特點3.4 PLC的應用領域的應用領域3.5 PLC的系統組成的系統組成3.6 PLC的工作原理的工作原理3.7 PLC的編程語言和程序結構的編程語言和程序結構第3章 PLC 概述n 在可編程序控制器問世以前，工業控制領域中是以繼電在可編程序控制器問世以前，工業控制領域中是以繼電器控制占主導地位的。對生產工藝多變的系統適應性差，一器控制占主導地位的。對生產工藝多變的系統適應性差，一旦生產任務和工藝發生變化，就必須重新設

2、計，并改變硬件旦生產任務和工藝發生變化，就必須重新設計，并改變硬件結構。結構。n 1968 1968年，美國通用汽車公司年，美國通用汽車公司(GM(GM公司公司) )為了在每次汽車改為了在每次汽車改型或改變工藝流程時不改動原有繼電器柜內的接線，降低成型或改變工藝流程時不改動原有繼電器柜內的接線，降低成本，縮短開發周期，而提出了研制本，縮短開發周期，而提出了研制新型邏輯順序控制裝置新型邏輯順序控制裝置，并提出了并提出了1010項招標技術指標。其主要內容如下：項招標技術指標。其主要內容如下： 3.1.1 PLC的產生的產生 3.1 PLC的產生和定義的產生和定義 第3章 PLC 概述1、 在工廠里

3、能迅速方便地對其控制系統進行編程。在工廠里能迅速方便地對其控制系統進行編程。2、 所有系統單元必須能在工廠內獨立運行。所有系統單元必須能在工廠內獨立運行。3、 系統的維修必須簡單易行。系統的維修必須簡單易行。4、 裝置的體積、能耗小于繼電器控制系統。裝置的體積、能耗小于繼電器控制系統。5、 必須具有通信功能。必須具有通信功能。 6、 輸入開關量可以是已有的交流輸入開關量可以是已有的交流115 V電壓信號。電壓信號。7、 輸出必須設計為能驅動具有輸出必須設計為能驅動具有115 V、2 A以上的負載。以上的負載。8、 具有靈活的擴展能力。具有靈活的擴展能力。9、 在購買和安裝費用上，應具有較高的性

4、能價格比。在購買和安裝費用上，應具有較高的性能價格比。10、用戶存儲器容量至少在、用戶存儲器容量至少在4 KB以上。以上。第3章 PLC 概述 根據指標要求，根據指標要求，美國數字設備公司（美國數字設備公司（DECDEC）于）于19691969年研制出第一年研制出第一臺控制器（型號為臺控制器（型號為PDP-14PDP-14） ，并在美國，并在美國GMGM公司的汽車自動裝配生產公司的汽車自動裝配生產線上獲得試用成功。線上獲得試用成功。 它的開創性意義在于引入了程序控制功能，為計算機技術在工業它的開創性意義在于引入了程序控制功能，為計算機技術在工業控制領域的應用開辟了空間。從此，可編程序控制氣器這

5、一新的控制控制領域的應用開辟了空間。從此，可編程序控制氣器這一新的控制技術迅速發展起來，而且，在工業發達國家發展很快。技術迅速發展起來，而且，在工業發達國家發展很快。 19711971年，日本開始生產年，日本開始生產PLCPLC。19731973年，原西德和法國也研制出自年，原西德和法國也研制出自己的己的PLCPLC。隨著微電子技術的迅猛發展，到。隨著微電子技術的迅猛發展，到2020世紀世紀8080年代中期，年代中期，PLCPLC的的處理速度和可靠性大大提高，不僅增加了多種特殊功能，而且體積進處理速度和可靠性大大提高，不僅增加了多種特殊功能，而且體積進一步縮小，成本大幅度下降。到一步縮小，成本

6、大幅度下降。到2020世紀世紀9090年代中期之后，年代中期之后，PLCPLC幾乎完幾乎完全計算機化，其速度更快，功能更強，全計算機化，其速度更快，功能更強，PLCPLC的各種智能化模塊不斷被的各種智能化模塊不斷被開發出來。為了推動開發出來。為了推動PLCPLC的應用，一些廠家還推出了的應用，一些廠家還推出了PLCPLC的計算機輔助的計算機輔助編程軟件。編程軟件。 第3章 PLC 概述 世界上現有世界上現有200200多個廠家生產多個廠家生產PLCPLC產品，可按地域分產品，可按地域分成三大流派：一個流派是美國產品（著名的廠家有成三大流派：一個流派是美國產品（著名的廠家有ABAB、GEGE、M

7、ODICON)MODICON)，一個流派是歐洲產品，一個流派是歐洲產品( (德國的德國的SIEMENSSIEMENS，法國的法國的SCHNEIDER)SCHNEIDER)，一個流派是日本產品，一個流派是日本產品(MISUBISHI(MISUBISHI、OMRONOMRON、FUJI)FUJI)。美國和歐洲的。美國和歐洲的PLCPLC技術是在相互隔離情技術是在相互隔離情況下獨立研究開發的，因此美國和歐洲的況下獨立研究開發的，因此美國和歐洲的PLCPLC產品有明產品有明顯的差異性。而日本的顯的差異性。而日本的PLCPLC技術是由美國引進的，對美技術是由美國引進的，對美國的國的PLCPLC產品有一定

8、的繼承性，但日本的主推產品定位產品有一定的繼承性，但日本的主推產品定位在小型在小型PLCPLC上。美國和歐洲以大中型上。美國和歐洲以大中型PLCPLC而聞名，而日本而聞名，而日本則以小型則以小型PLCPLC著稱。著稱。 第3章 PLC 概述n國際電工委員會（國際電工委員會（IECIEC）19871987年頒布的可編程邏輯年頒布的可編程邏輯控制器的定義如下：控制器的定義如下： “可編程控制器是專為在可編程控制器是專為在工業環境工業環境下應用而設下應用而設計的一種計的一種數字運算操作的電子裝置數字運算操作的電子裝置，是帶有存儲器、，是帶有存儲器、可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執行命令，可以編制

9、程序的控制器。它能夠存儲和執行命令，進行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算進行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作，并通過數字式和模擬式的輸入輸出，控制等操作，并通過數字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆懈鞣N類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P的外圍設備，都應按關的外圍設備，都應按易于工業控制系統形成一個易于工業控制系統形成一個整體、易于擴展整體、易于擴展其功能的原則設計其功能的原則設計”。3.1.2 PLC的定義的定義 第3章 PLC 概述3.2.1 PLC的發展的發展3.2 PLC的發展與分類的發展與分類 目前，世界上一些著名電器生

10、產廠家幾乎都在生產目前，世界上一些著名電器生產廠家幾乎都在生產PLCPLC，產，產品功能日趨完善，換代周期越來越短。為了進一步擴大品功能日趨完善，換代周期越來越短。為了進一步擴大PLCPLC在工在工業自動化領域的應用范圍，適應大、中、小型企業的不同需要，業自動化領域的應用范圍，適應大、中、小型企業的不同需要，PLCPLC產品大致向兩個方向發展：產品大致向兩個方向發展：小型小型PLCPLC向體積縮小，功能增強，向體積縮小，功能增強，速度加快，價格低廉的方向發展，使之能更加廣泛地取代繼電器速度加快，價格低廉的方向發展，使之能更加廣泛地取代繼電器控制，更便于實現機電一體化；大、中型控制，更便于實現機

11、電一體化；大、中型PLCPLC向高可靠性、高速向高可靠性、高速度、多功能、網絡化的方向發展，將度、多功能、網絡化的方向發展，將PLCPLC系統的控制功能和信息系統的控制功能和信息管理功能融為一體，使之能對大規模、復雜系統進行綜合性的自管理功能融為一體，使之能對大規模、復雜系統進行綜合性的自動控制。動控制。第3章 PLC 概述按按I/OI/O點數可分為大、中、小型三大類，通?？梢远x為：點數可分為大、中、小型三大類，通?？梢远x為： 小型：小型：I/OI/O點數在點數在256256點以下；點以下； 中型：中型：I/OI/O點數在點數在25625620482048點之間；點之間； 大型：大型：I/

12、OI/O點數在點數在20482048點以上。點以上。3.2.2 PLC的分類的分類按結構形式可分為整體式、模塊式。按結構形式可分為整體式、模塊式。第3章 PLC 概述 模塊式：將模塊式：將PLCPLC各部分分成若干個單獨的模塊，如電源各部分分成若干個單獨的模塊，如電源模塊、模塊、 CPUCPU模塊、模塊、I/OI/O模塊和各種功能模塊。模塊式模塊和各種功能模塊。模塊式PLCPLC由機架和各種模塊組成。模塊插入機架內的插座上。由機架和各種模塊組成。模塊插入機架內的插座上。模塊式模塊式PLCPLC配置靈活、裝配方便，便于擴展和維修。一配置靈活、裝配方便，便于擴展和維修。一般大、中型般大、中型PLC

13、PLC易采用。易采用。 整體式：將整體式：將PLCPLC的基本部件，如電源、的基本部件，如電源、CPUCPU、I/OI/O部件都集部件都集中在一個機箱內，組成中在一個機箱內，組成PLCPLC的一個基本單元（主機）。其的一個基本單元（主機）。其結構緊湊、體積小、價格低。一般小型結構緊湊、體積小、價格低。一般小型PLCPLC采用這種結構。采用這種結構。整體式整體式PLCPLC由不同的由不同的I/OI/O點數的基本單元和擴展單元組成。點數的基本單元和擴展單元組成?；締卧獌扔谢締卧獌扔蠧PUCPU、I/OI/O和電源。擴展單元內只有和電源。擴展單元內只有I/OI/O和電和電源。整體式源。整體式PL

14、CPLC一般配有特殊功能單元，如模擬量單元、一般配有特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使得位置控制單元等，使得PLCPLC的功能得以擴展。的功能得以擴展。第3章 PLC 概述三菱三菱PLC外形圖外形圖Q系列系列PLCFX2N系列系列PLCFX1N系列系列PLCFX1S系列系列PLC第3章 PLC 概述西門子西門子PLC外形圖外形圖S7-200系列系列PLCS7-300系列系列PLCS7-400系列系列PLC第3章 PLC 概述歐姆龍歐姆龍PLC外形圖外形圖C200H系列系列PLCCPM1A、CPM2A系列系列PLC第3章 PLC 概述3.3 PLC的主要特點的主要特點 l（1 1）編

15、程簡單，使用方便。）編程簡單，使用方便。 梯形圖是使用得最多的梯形圖是使用得最多的PLCPLC的編程語言，其電路符號和表的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語言形象直觀，易達方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器的電氣技術人員只要花幾天的時間就可學易懂，熟悉繼電器的電氣技術人員只要花幾天的時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。l（2 2）控制靈活，程序可變，具有很好的柔性）控制靈活，程序可變，具有很好的柔性 。第3章 PLC 概述 l（3 3）功能強，擴充方便，性能價格比高。）功能強，擴充方便

16、，性能價格比高。 一臺小型一臺小型PLCPLC內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現復雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統相強的功能，可以實現復雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統相比，具有很高的性能價格比。比，具有很高的性能價格比。l（4 4）控制系統設計及施工的工作量少，維修方便）控制系統設計及施工的工作量少，維修方便 。 PLC PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量時間繼電器、計數器等器件，使控制柜

17、的設計、安裝、接線工作量大大減少。大大減少。 PLC PLC程序的設計比設計相同功能的繼電器系統電路圖的時間要程序的設計比設計相同功能的繼電器系統電路圖的時間要少很多，用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模少很多，用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，通過擬，通過PLCPLC上的發光二極管就可觀察輸出信號的狀態。完成了系上的發光二極管就可觀察輸出信號的狀態。完成了系統的安裝和接線后，在現場的統調過程中發現的問題一般通過修改統的安裝和接線后，在現場的統調過程中發現的問題一般通過修改程序就可以解決，系統的調試時間比繼電器系統少很多程序就可以解決，系統的調試時間比繼電器系

18、統少很多。第3章 PLC 概述l（5 5）可靠性高，抗干擾能力強）可靠性高，抗干擾能力強 PLC PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間可達數萬小時以上，可以直接用于有強擾能力，平均無故障時間可達數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場。烈干擾的工業生產現場。1) 1) 硬件方面的抗干擾措施硬件方面的抗干擾措施 對電源變壓器、對電源變壓器、CPUCPU、編程器等主要部件，均采用嚴格措、編程器等主要部件，均采用嚴格措施進行屏蔽，以防外界干擾。施進行屏蔽，以防外界干擾。 對供電系統及輸入電路采用多種形式

19、的濾波，以消除或對供電系統及輸入電路采用多種形式的濾波，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各部分之間的相互影響。抑制高頻干擾，也削弱了各部分之間的相互影響。 采用光電隔離措施，有效地隔離了內部與外部電路間的直采用光電隔離措施，有效地隔離了內部與外部電路間的直接電聯系，以減少故障和誤動作。接電聯系，以減少故障和誤動作。 第3章 PLC 概述 對對PLCPLC內部所需的內部所需的+5 V+5 V電源采用多級濾波，并用集成電壓電源采用多級濾波，并用集成電壓調整器進行調整，以消除由于交流電網的波動引起的過電壓、欠調整器進行調整，以消除由于交流電網的波動引起的過電壓、欠電壓的影響。電壓的影響。 采用模塊式結

20、構的采用模塊式結構的PLCPLC，一旦某一模塊有故障，可以迅速，一旦某一模塊有故障，可以迅速更換模塊，從而盡可能縮短系統的故障停機時間。更換模塊，從而盡可能縮短系統的故障停機時間。 2) 2) 軟件方面的抗干擾措施軟件方面的抗干擾措施 PLCPLC通過監控程序定時地對電源及強干擾信號等進行檢測。通過監控程序定時地對電源及強干擾信號等進行檢測。當檢測到故障時，立即轉入故障處理程序，保存當前狀態，禁止當檢測到故障時，立即轉入故障處理程序，保存當前狀態，禁止對程序的任何操作，以防存儲信息被破壞。待故障排除后，立即對程序的任何操作，以防存儲信息被破壞。待故障排除后，立即恢復到故障前的狀態，繼續執行程序

21、?；謴偷焦收锨暗臓顟B，繼續執行程序。第3章 PLC 概述PLCPLC設置了監視定時器，如果程序每次循環的執行時間超設置了監視定時器，如果程序每次循環的執行時間超過了規定值，表明程序已進入死循環，則立即報警。過了規定值，表明程序已進入死循環，則立即報警。加強對程序的檢查和校驗，發現錯誤立即報警，并停止程加強對程序的檢查和校驗，發現錯誤立即報警，并停止程序的執行。序的執行。利用后備電池對用戶程序及動態數據進行保護，確保停電利用后備電池對用戶程序及動態數據進行保護，確保停電時信息不丟失。時信息不丟失。l（6 6）體積小、重量輕、能耗低，是）體積小、重量輕、能耗低，是“機電一體化機電一體化”特有特有的

22、產品的產品第3章 PLC 概述3.4 PLC的應用領域的應用領域 如果按應用類型來劃分，可編程序控制器的應用可分為以下幾個如果按應用類型來劃分，可編程序控制器的應用可分為以下幾個類型：類型： (1) 開關邏輯和順序控制：開關邏輯和順序控制：這是可編程序控制器最基本的控制功能，這是可編程序控制器最基本的控制功能，在工業場合應用最廣泛，可代替繼電器控制系統。開關量邏輯控制不在工業場合應用最廣泛，可代替繼電器控制系統。開關量邏輯控制不但能用于單臺設備，而且可用于生產線上。但能用于單臺設備，而且可用于生產線上。 (2) 過程控制：過程控制：PLC通過模擬量通過模擬量I/O模塊，可對溫度、流量、壓力模塊

23、，可對溫度、流量、壓力等連續變化的模擬量進行控制。大中型等連續變化的模擬量進行控制。大中型PLC都具有都具有PID閉環控制功能閉環控制功能并已廣泛地用于電力、化工、機械、冶金等行業。并已廣泛地用于電力、化工、機械、冶金等行業。第3章 PLC 概述 (3) 運動控制：運動控制：PLC可應用于對直線運動或圓周運動的控制，可應用于對直線運動或圓周運動的控制，如數控機床、機器人、金屬加工、電梯控制等。如數控機床、機器人、金屬加工、電梯控制等。 (4) 多級控制網絡系統：多級控制網絡系統：PLC之間、之間、PLC與計算機之間及其與計算機之間及其他智能控制設備之間可以聯網通信，實現遠程數據處理和信他智能控

24、制設備之間可以聯網通信，實現遠程數據處理和信息共享，從而構成工廠息共享，從而構成工廠CIMS系統。系統。 第3章 PLC 概述3.5.1 基本組成基本組成中 央 處 理 單 元(CPU)系統存儲器用戶存儲器輸入部件輸出部件外設接口I/O擴展口編程器電源可編程序控制器至現場用戶設備接觸器指示燈電磁閥電源模擬量輸出來自用戶設備按鈕選擇開關限位開關電源模擬量輸入3.5 PLC的系統組成的系統組成 第3章 PLC 概述3.5.2 PLC各組成部分的功能各組成部分的功能 與一般的計算機控制系統一樣，與一般的計算機控制系統一樣，CPU是整個系統的核心，它按是整個系統的核心，它按PLC中中系統程序系統程序賦

25、予的功能，指揮賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進行工作。其主要有條不紊地進行工作。其主要任務有：任務有：控制從編程器鍵入的用戶程序和數據的接收與存儲；用掃描控制從編程器鍵入的用戶程序和數據的接收與存儲；用掃描的方式通過輸入部件接收現場的狀態或數據，并存入輸入狀態表或數的方式通過輸入部件接收現場的狀態或數據，并存入輸入狀態表或數據存儲器中；診斷電源、據存儲器中；診斷電源、PLC內部電路的工作故障和編程中的語法錯內部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等；誤等；PLC進入運行狀態后，從存儲器逐條讀取用戶指令，經過命令進入運行狀態后，從存儲器逐條讀取用戶指令，經過命令解釋后按指令規定的任務進行數據傳送、

26、邏輯或算術運算等；根據運解釋后按指令規定的任務進行數據傳送、邏輯或算術運算等；根據運算結果，更新有關標志位的狀態和輸出寄存器表的內容，再經由輸出算結果，更新有關標志位的狀態和輸出寄存器表的內容，再經由輸出部件實現輸出控制、制表打印或數據通信等功能。部件實現輸出控制、制表打印或數據通信等功能。1中央處理器中央處理器(CPU)第3章 PLC 概述 PLCPLC中存儲器的功能與普通微機系統中的存儲器功能中存儲器的功能與普通微機系統中的存儲器功能相似，用來存儲系統程序和用戶的程序與數據。目前主要相似，用來存儲系統程序和用戶的程序與數據。目前主要采用的系統程序存儲器是指用來存放系統管理、用戶指令采用的系

27、統程序存儲器是指用來存放系統管理、用戶指令解釋及標準程序模塊、系統調用等程序的存儲器，常用解釋及標準程序模塊、系統調用等程序的存儲器，常用ROMROM構成。用戶存儲器用來存儲用戶編制的梯形圖程序或構成。用戶存儲器用來存儲用戶編制的梯形圖程序或用戶數據。存儲用戶程序的叫用戶程序存儲器，存儲用戶用戶數據。存儲用戶程序的叫用戶程序存儲器，存儲用戶數據的叫用戶數據存儲器，常用數據的叫用戶數據存儲器，常用RAMRAM構成，為防止掉電時構成，為防止掉電時信息的丟失，有后備電池作保護。信息的丟失，有后備電池作保護。 2. 存儲器存儲器第3章 PLC 概述 由于由于PLC系統程序關系到系統程序關系到PLC的性

28、能，不能由用戶直的性能，不能由用戶直接存取，因而，接存取，因而，PLC產品樣本或使用手冊中所列存儲器形產品樣本或使用手冊中所列存儲器形式及其容量一般都是指式及其容量一般都是指用戶存儲器用戶存儲器而言。而言。 PLC中已提供一定容量的存儲器供用戶使用，但對有中已提供一定容量的存儲器供用戶使用，但對有些用戶，可能還不夠用，因此大部分些用戶，可能還不夠用，因此大部分PLC都提供了存儲器都提供了存儲器擴展擴展(EM)功能，用戶可以將新增的存儲器擴展模板直接插功能，用戶可以將新增的存儲器擴展模板直接插入入CPU 模板中，也有的是插入中央基板中。模板中，也有的是插入中央基板中。第3章 PLC 概述 輸入部

29、件是輸入部件是PLCPLC與工業生產現場被控對象之間的連接部件，是現與工業生產現場被控對象之間的連接部件，是現場信號進入場信號進入PLCPLC的橋梁。該部件接收由主令元件、檢測元件來的信號。的橋梁。該部件接收由主令元件、檢測元件來的信號。 3輸入輸入/輸出部件（輸出部件（I/O模塊）模塊） 輸入部件輸入部件 輸入部件均帶有光電耦合電路，其目的是把輸入部件均帶有光電耦合電路，其目的是把PLCPLC與外部電路隔與外部電路隔離開來，以提高離開來，以提高PLCPLC的抗干擾能力。為了與現場信號連接，輸入部的抗干擾能力。為了與現場信號連接，輸入部件上設有輸入接線端子排。為了濾除信號的噪聲和便于件上設有輸

30、入接線端子排。為了濾除信號的噪聲和便于PLCPLC內部對內部對信號的處理，輸入部件內部還有濾波、電平轉換、信號鎖存電路。信號的處理，輸入部件內部還有濾波、電平轉換、信號鎖存電路。 各各PLCPLC生產廠家都提供了多種形式的生產廠家都提供了多種形式的I/OI/O部件或模塊，供用戶選部件或模塊，供用戶選用。用。第3章 PLC 概述濾波內部電路SR1CR2LEDCOMT5VAR3圖示為某直流輸入模塊的內部電路和外部接線圖（一路），圖示為某直流輸入模塊的內部電路和外部接線圖（一路），COMCOM是同一組是同一組輸入點各內部輸入電路的公共點。外接的直流電源極性可任意，虛線框輸入點各內部輸入電路的公共點。

31、外接的直流電源極性可任意，虛線框內是內是PLCPLC內部輸入電路，虛線框外為外部用戶接線。圖中，內部輸入電路，虛線框外為外部用戶接線。圖中，T T為一光電耦為一光電耦合器，發光二極管與光電三極管封裝在一個管殼中。當二極管中有電流合器，發光二極管與光電三極管封裝在一個管殼中。當二極管中有電流時其發光，此時光電三極管導通。時其發光，此時光電三極管導通。R1R1為限流電阻，為限流電阻，R2R2和和C C構成濾波電路，構成濾波電路，可濾除輸入信號中的高頻干擾?？蔀V除輸入信號中的高頻干擾。LEDLED顯示該輸入點的狀態。顯示該輸入點的狀態。 第3章 PLC 概述 PLC的輸入電路有共點式、分組式和隔離式

32、之別。輸的輸入電路有共點式、分組式和隔離式之別。輸入單元只有一個公共端子入單元只有一個公共端子(COM)的稱為共點式，外部各輸的稱為共點式，外部各輸入元件都有一個端子與入元件都有一個端子與COM相接；分組式是將輸入端子相接；分組式是將輸入端子分為若干組，每組各共用一個公共端子；隔離式輸入電路分為若干組，每組各共用一個公共端子；隔離式輸入電路是具有公共端子的各組輸入點之間互相隔離，可各自使用是具有公共端子的各組輸入點之間互相隔離，可各自使用獨立電源。獨立電源。 第3章 PLC 概述 輸出部件也是輸出部件也是PLC與現場設備之間的連接部件，其功能是控制現與現場設備之間的連接部件，其功能是控制現場設

33、備進行工作場設備進行工作(如電機的啟、停、正如電機的啟、停、正/反轉，閥門的開、關，設備的反轉，閥門的開、關，設備的轉動、移動、升降等轉動、移動、升降等)。對于。對于PLC，希望它能直接驅動執行元件，如電，希望它能直接驅動執行元件，如電磁閥、微電機、接觸器、燈和音響等，因此，磁閥、微電機、接觸器、燈和音響等，因此，輸出部件中的輸出級常輸出部件中的輸出級常是一些大功率器件，如機械觸點式繼電器、無觸點交流開關是一些大功率器件，如機械觸點式繼電器、無觸點交流開關(如雙向可如雙向可控硅控硅)及直流開關及直流開關(如晶體三極管如晶體三極管)等。等。 與輸入部件類似，輸出部件上也有輸出狀態鎖存、顯示、電平

34、轉與輸入部件類似，輸出部件上也有輸出狀態鎖存、顯示、電平轉換和輸出接線端子排。輸出部件或模塊也有多種類型供選用。換和輸出接線端子排。輸出部件或模塊也有多種類型供選用。 輸出部件輸出部件第3章 PLC 概述 (1) (1) 在晶體管輸出電路中，負載電源只能是直流，由用戶在晶體管輸出電路中，負載電源只能是直流，由用戶提供。輸出電路負載能力小提供。輸出電路負載能力小( (工作電流僅工作電流僅0.30.30.5A)0.5A)，為無觸，為無觸點開關。晶體管輸出接口使用壽命長，響應速度快，其延遲一點開關。晶體管輸出接口使用壽命長，響應速度快，其延遲一般為般為0.50.51ms1ms。 (2) (2) 在雙

35、向晶閘管輸出電路中，輸出電路采用的開關器件在雙向晶閘管輸出電路中，輸出電路采用的開關器件是光控雙向晶閘管，負載電源由用戶提供，選用交流電源。輸是光控雙向晶閘管，負載電源由用戶提供，選用交流電源。輸出電路負載能力較大出電路負載能力較大( (工作電流約工作電流約1A1A左右左右) )，響應速度較快，一，響應速度較快，一般導通延遲為般導通延遲為1 12ms2ms，關斷延遲為，關斷延遲為8 810ms10ms。 按輸出電路所用開關器件的不同，按輸出電路所用開關器件的不同，PLC的開關量輸出可分的開關量輸出可分為晶體管輸出、雙向晶閘管輸出和繼電器輸出三種模式。為晶體管輸出、雙向晶閘管輸出和繼電器輸出三種

36、模式。第3章 PLC 概述 (3) (3) 繼電器輸出電路繼電器輸出電路( (如圖所示）中，負載電源由用戶提供，如圖所示）中，負載電源由用戶提供，可以是交流也可以是直流，視負載情況而定。輸出電路抗干擾能力可以是交流也可以是直流，視負載情況而定。輸出電路抗干擾能力強，負載能力大強，負載能力大( (工作電流可達工作電流可達2 25A)5A)，但信號響應速度較慢，其，但信號響應速度較慢，其延遲一般為延遲一般為8 810 ms10 ms。 內部電路負 載JCOMRLED(c)第3章 PLC 概述 PLC PLC輸出電路也有共點式、分組式和隔離式之分。輸出電路也有共點式、分組式和隔離式之分。輸出只有一個

37、公共端子的稱為共點式；分組式是將輸出輸出只有一個公共端子的稱為共點式；分組式是將輸出端子分為若干組，每組共用一個公共端子；隔離式是具端子分為若干組，每組共用一個公共端子；隔離式是具有公共端子的各組輸出點之間互相隔離，可各自使用獨有公共端子的各組輸出點之間互相隔離，可各自使用獨立的電源。立的電源。 由于繼電器觸點電氣壽命一般僅為由于繼電器觸點電氣壽命一般僅為10103030萬次，因萬次，因此在需要輸出點頻繁通斷的場合此在需要輸出點頻繁通斷的場合( (如高頻脈沖輸出如高頻脈沖輸出) )，應，應選用晶體管或晶閘管輸出型的選用晶體管或晶閘管輸出型的PLCPLC。另外，繼電器從線圈。另外，繼電器從線圈通

38、電到觸點動作存在延遲時間，是造成輸出滯后于輸入通電到觸點動作存在延遲時間，是造成輸出滯后于輸入的原因之一。的原因之一。第3章 PLC 概述 編程器的作用是供用戶進行程序的輸入、編輯、調試和監視。編程器的作用是供用戶進行程序的輸入、編輯、調試和監視。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連，以將用戶程序和有關信有的編程器還可與打印機或磁帶機相連，以將用戶程序和有關信息打印出來或存放在磁帶上。磁帶上的信息可以重新裝入息打印出來或存放在磁帶上。磁帶上的信息可以重新裝入PLC。 編程器有編程器有簡易型和智能型兩類簡易型和智能型兩類。簡易型編程器只能聯機編程，。簡易型編程器只能聯機編程，且往往需要將梯形圖轉化

39、為機器語言助記符后才能送入，簡易編且往往需要將梯形圖轉化為機器語言助記符后才能送入，簡易編程器一般由簡易鍵盤和發光二極管矩陣或其他顯示器件組成。智程器一般由簡易鍵盤和發光二極管矩陣或其他顯示器件組成。智能編程器又稱圖形編程器，它可以聯機編程，也可以脫機編程，能編程器又稱圖形編程器，它可以聯機編程，也可以脫機編程，具有具有LCD(液晶顯示器液晶顯示器)或或CRT圖形顯示功能，可直接輸入梯形圖圖形顯示功能，可直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。和通過屏幕對話。 也可以利用微機作為編程器，這時微機應配有相應的軟件包也可以利用微機作為編程器，這時微機應配有相應的軟件包。 4. 編程器編程器第3章 PLC 概

40、述 電源部件將交流電源轉換成電源部件將交流電源轉換成PLC的中央處理器、存的中央處理器、存儲器等電路工作所需要的直流電源，使儲器等電路工作所需要的直流電源，使PLC能正常工作。能正常工作。PLC內部使用的電源是整機的供電中心，它的優劣直接內部使用的電源是整機的供電中心，它的優劣直接影響到影響到PLC的功能和可靠性，因此目前大部分的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用采用開關式穩壓電源供電。開關式穩壓電源的輸入電壓范圍開關式穩壓電源供電。開關式穩壓電源的輸入電壓范圍寬，體積小，效率高，重量輕，抗干擾性能好。有的寬，體積小，效率高，重量輕，抗干擾性能好。有的PLC還能向外部提供還能向外部提供24

41、 V的直流電源，給輸入單元所連的直流電源，給輸入單元所連接的外部開關或傳感器供電。接的外部開關或傳感器供電。 5. 電源部件電源部件第3章 PLC 概述 用用PLCPLC替代繼電器控制系統就是替代電氣控制電路圖中替代繼電器控制系統就是替代電氣控制電路圖中的控制電路部分，而主電路部分基本保持不變?？刂齐娐酚值目刂齐娐凡糠?，而主電路部分基本保持不變?？刂齐娐酚挚煞譃槿齻€組成部分：輸入部分、邏輯部分和輸出部分?？煞譃槿齻€組成部分：輸入部分、邏輯部分和輸出部分。 輸入部分：由電路中全部的輸入信號構成，這些信號來輸入部分：由電路中全部的輸入信號構成，這些信號來自被控對象上的各種開關信息，如控制按鈕、操作

42、開關等。自被控對象上的各種開關信息，如控制按鈕、操作開關等。 邏輯部分：由各種繼電器、接觸器等電器的觸點和線圈邏輯部分：由各種繼電器、接觸器等電器的觸點和線圈組成，各電器觸點之間以固定的方式接線，其控制邏輯就編組成，各電器觸點之間以固定的方式接線，其控制邏輯就編制在硬接線中。制在硬接線中。 輸出部分：由電路中的全部輸出元件構成，如接觸器線輸出部分：由電路中的全部輸出元件構成，如接觸器線圈、電閥線圈等執行電器及信號燈。圈、電閥線圈等執行電器及信號燈。3.6 PLC的工作原理的工作原理 u可編程控制器是基于電子計算機的工業控制器，從可編程控制器是基于電子計算機的工業控制器，從PLCPLC產生產生的

43、背景來看，的背景來看，PLCPLC系統與繼電器控制系統有著極深的淵源，系統與繼電器控制系統有著極深的淵源，因此可以比照著繼電器系統來學習因此可以比照著繼電器系統來學習PLCPLC的工作原理。的工作原理。 第3章 PLC 概述3.6.1 PLC對繼電器控制系統的仿真 PLCPLC的基本組成也可大致分為三部分：輸入部分、邏的基本組成也可大致分為三部分：輸入部分、邏輯部分和輸出部分，這與繼電器控制系統很相似。其輯部分和輸出部分，這與繼電器控制系統很相似。其輸入、輸出部分與繼電器控制系統所用的電器大致相輸入、輸出部分與繼電器控制系統所用的電器大致相同，不同的是同，不同的是PLCPLC增加了輸入、輸出部

44、件，多了光耦增加了輸入、輸出部件，多了光耦合、電平轉換、功率放大等功能。合、電平轉換、功率放大等功能。PLCPLC的邏輯部分是的邏輯部分是由微處理器、存儲器組成，由計算機軟件替代繼電器由微處理器、存儲器組成，由計算機軟件替代繼電器控制電路，實現了控制電路，實現了“軟接線軟接線”，可靈活編程。，可靈活編程。第3章 PLC 概述 盡管盡管PLCPLC與繼電器控制系統的邏輯部分組成不同，與繼電器控制系統的邏輯部分組成不同，但在控制系統中所起的邏輯條件作用是一致的。因而我但在控制系統中所起的邏輯條件作用是一致的。因而我們可以把們可以把PLCPLC內部看成有許多內部看成有許多“軟繼電器軟繼電器”，這樣，

45、就，這樣，就可以模擬繼電器控制系統的編程方法，仍按設計繼電器可以模擬繼電器控制系統的編程方法，仍按設計繼電器控制電路的形式來編制程序，這就是梯形圖編程法?？刂齐娐返男问絹砭幹瞥绦?，這就是梯形圖編程法。 梯形圖是與繼電器控制電路圖相呼應的，使用梯形圖是與繼電器控制電路圖相呼應的，使用起來極為方便。由于起來極為方便。由于PLCPLC的輸入、輸出部分與繼電的輸入、輸出部分與繼電器控制系統大致相同，因而在安裝、使用時也完全器控制系統大致相同，因而在安裝、使用時也完全可按照常規的繼電器控制設備那樣進行?？砂凑粘Ｒ幍睦^電器控制設備那樣進行。第3章 PLC 概述3.6.2 可編程控制器的工作模式（1）RUN

46、模式模式 通過執行反映控制要求的用戶程序來實現控制功能。在通過執行反映控制要求的用戶程序來實現控制功能。在CPU模塊的面板上用模塊的面板上用“RUN”LED顯示當前的工作模式。顯示當前的工作模式。（2）STOP模式模式 CPU不執行用戶程序，可以用編程軟件創建和編輯用戶程序，不執行用戶程序，可以用編程軟件創建和編輯用戶程序，設置設置PLC的硬件功能，并將用戶程序和硬件設置信息下載到的硬件功能，并將用戶程序和硬件設置信息下載到PLC。 如果有致命錯誤，在消除它之前不允許從如果有致命錯誤，在消除它之前不允許從STOP模式進入模式進入RUN模式。模式。PLC操作系統存儲非致命錯誤供用戶檢查，但不操作

47、系統存儲非致命錯誤供用戶檢查，但不會從會從RUN模式自動進入模式自動進入STOP模式。模式。第3章 PLC 概述 改變工作模式的方法改變工作模式的方法 ：1）用）用CPU模塊上的模式開關來手動切換，模式開關有模塊上的模式開關來手動切換，模式開關有3個擋位，個擋位，在在STOP或或TERM（終端）位置時，電源通電后（終端）位置時，電源通電后CPU自動進入自動進入STOP模式模式 。2）用）用STEP 7-Micro/Win32編程軟件改變工作模式，在編程軟編程軟件改變工作模式，在編程軟件與件與PLC之間建立起通信連接后，應首先把主機的模式開關置之間建立起通信連接后，應首先把主機的模式開關置于于T

48、ERM或或RUN位置，然后在此軟件平臺用鼠標單擊位置，然后在此軟件平臺用鼠標單擊STOP和和RUN模式按鈕或執行相應的菜單命令即可。模式按鈕或執行相應的菜單命令即可。3）在用戶程序中用指令由）在用戶程序中用指令由RUN模式轉換到模式轉換到STOP模式。模式。第3章 PLC 概述3.6.3 可編程控制器的工作過程 uPLC的工作過程以循環掃描的方式進行，當的工作過程以循環掃描的方式進行，當PLC處于運行狀態處于運行狀態時，它的運行周期可以劃分為時，它的運行周期可以劃分為以下幾以下幾個基本階段：個基本階段： 輸入采樣階段；輸入采樣階段；PLC逐個掃描每個輸入端口，將所有輸入設備的當前狀態保存到相應

49、的輸入映像寄存，此時，輸入映像寄存器被刷新。 程序執行階段；程序執行階段；從輸入/輸出映像寄存器或別的位元件的映像寄存器讀取其狀態，并根據系統程序的指示，CPU從用戶程序存儲區逐條取指令，經解釋后執行相應的邏輯運算，運算的結果寫入相應的映像寄存器。因此，各映像寄存器的狀態（只讀的輸入映像寄存器除外）的內容隨著程序的執行而變化。 在程序的執行階段，即使外部的輸入信號的狀態發生了變化，輸入過程映像寄存器的狀態也不會隨之而變，輸入信號的變化只有在下一個掃描周期的輸入采用階段才能被讀入。 第3章 PLC 概述 通信請求處理階段：通信請求處理階段：CPU處理從通信接口和智能模塊接收到的信息 CPUCPU

50、自診斷測試階段：自診斷測試階段：檢查CPU模塊的操作和擴展模塊的狀態是否正常，將監控定時器復位，以及完成一些內部操作。 輸出刷新階段：輸出刷新階段：系統程序將輸出映像寄存器中的內容傳送到輸出鎖存器中，經過輸出接口、輸出端子輸出，驅動外部負載。 第3章 PLC 概述（1）輸入處理）輸入處理 （2）執行程序）執行程序 （3）處理通信請求）處理通信請求 （4）執行）執行CPU自診斷測試自診斷測試 （5）寫數字輸出）寫數字輸出 第3章 PLC 概述 中斷程序處理：中斷程序處理：如果在程序中使用了中斷，中斷如果在程序中使用了中斷，中斷事件發生時，事件發生時，CPUCPU停止正常的掃描工作模式，立停止正常

51、的掃描工作模式，立即執行中斷程序。即執行中斷程序。 立即立即I/OI/O處理：處理：在程序執行的過程中使用立即在程序執行的過程中使用立即I/OI/O指令可以直接存取指令可以直接存取I/OI/O點。讀輸入點的值時，相點。讀輸入點的值時，相應的輸入過程映像寄存器的值不會被更新，寫輸應的輸入過程映像寄存器的值不會被更新，寫輸出點的值時，相應的輸出過程映像寄存器的值會出點的值時，相應的輸出過程映像寄存器的值會被更新。被更新。第3章 PLC 概述 輸入、輸出延時響應輸入、輸出延時響應 由于由于PLCPLC采用循環掃描的工作方式，即對信息采用采用循環掃描的工作方式，即對信息采用串行處理方式，必定會導致輸入

52、、輸出延時響應。當串行處理方式，必定會導致輸入、輸出延時響應。當PLCPLC的輸入端有一個輸入信號發生變化到的輸入端有一個輸入信號發生變化到PLCPLC的輸出端對的輸出端對該輸入變化作出反應，需要一段時間的，這段時間稱為該輸入變化作出反應，需要一段時間的，這段時間稱為響應時間（滯后時間）。響應時間（滯后時間）。 對于一般工業控制要求，這種滯后現象是可以允許對于一般工業控制要求，這種滯后現象是可以允許的，但是對那些要求響應時間小于一個掃描周期的控制的，但是對那些要求響應時間小于一個掃描周期的控制系統則不能滿足，這時可以使用智能輸入輸出單元或專系統則不能滿足，這時可以使用智能輸入輸出單元或專門指令

53、，通過與掃描周期脫離的方式來加以解決。門指令，通過與掃描周期脫離的方式來加以解決。第3章 PLC 概述3.7 PLC的編程語言和程序結構的編程語言和程序結構 IEC （國際電工委員會）于（國際電工委員會）于1994年公布了年公布了PLC的標準的標準IEC61131其中的第三部分是其中的第三部分是PLC的編程語言標準，的編程語言標準，61131-3標準的標準的5種編程語言：種編程語言： (1) 順序功能圖順序功能圖(Sequential Function Chart)； (2) 梯形圖梯形圖(Ladder Diagram)； (3) 功能塊圖功能塊圖(Function Block Diagram

54、)； (4) 指令表指令表(Instruction List)； (5) 結構文本結構文本(Structured Text)（專用的高級編程語言）。（專用的高級編程語言）。1.7.1 PLC編程語言的國際標準編程語言的國際標準第3章 PLC 概述 梯形圖（梯形圖（LAD）編程語言）編程語言 梯形圖（梯形圖（LADLAD）是與電氣控制電路相呼應的圖形語言。它沿）是與電氣控制電路相呼應的圖形語言。它沿用了繼電器、觸頭、串并聯等術語和類似的圖形符號，并簡化了用了繼電器、觸頭、串并聯等術語和類似的圖形符號，并簡化了符號，還增加了一些功能性的指令。梯形圖按自上而下，從左到符號，還增加了一些功能性的指令。

55、梯形圖按自上而下，從左到右的順序排列，最左邊的豎線稱為起始母線也叫左母線，然后按右的順序排列，最左邊的豎線稱為起始母線也叫左母線，然后按一定的控制要求和規則連接各個接點，最后以繼電器線圈（或再一定的控制要求和規則連接各個接點，最后以繼電器線圈（或再接右母線）結束，稱為一邏輯行或叫一接右母線）結束，稱為一邏輯行或叫一“梯級梯級”。通常一個梯形。通常一個梯形圖中有若干邏輯行（梯級），形似梯子，如圖所示。圖中有若干邏輯行（梯級），形似梯子，如圖所示。 右母線省略右母線省略梯形圖（LAD）第3章 PLC 概述 觸點：代表邏輯控制條件，觸點閉合時表示能量可觸點：代表邏輯控制條件，觸點閉合時表示能量可以流

56、過。分常開觸點（以流過。分常開觸點（| | |）和常閉觸點（）和常閉觸點（| / | / |）兩種形式。）兩種形式。 線圈：通常代表邏輯線圈：通常代表邏輯“輸出輸出”的結果。能量流到，的結果。能量流到，則該線圈被激勵。則該線圈被激勵。 方框：代表某種特定功能的指令。能量通過方框時，方框：代表某種特定功能的指令。能量通過方框時，則執行方框所代表的功能。方框所代表的功能有多種，則執行方框所代表的功能。方框所代表的功能有多種，例如：定時器、計數器、數據運算等。例如：定時器、計數器、數據運算等。 梯形圖中，每個輸出元素（線圈或方框）可構成一個梯形圖中，每個輸出元素（線圈或方框）可構成一個梯級。梯級。梯

57、形圖是梯形圖是PLC模擬繼電器控制系統的編程方法。模擬繼電器控制系統的編程方法?；揪幊淘赜杏|點、線圈和方框?；揪幊淘赜杏|點、線圈和方框。第3章 PLC 概述1、PLC采用梯形圖編程是模擬繼電器控制系統的表示方法，因而梯形采用梯形圖編程是模擬繼電器控制系統的表示方法，因而梯形圖內各種元件也是沿用繼電器的叫法，我們稱之為圖內各種元件也是沿用繼電器的叫法，我們稱之為“軟繼電器軟繼電器”。每個每個“軟繼電器軟繼電器”各為存儲器中的一位，相應位為各為存儲器中的一位，相應位為“1”時，表示該時，表示該繼電器線圈繼電器線圈“通電通電”。用。用“軟繼電器軟繼電器”就可以按繼電器控制系統的就可以按繼電器控制系統的形式來設計梯形圖。形式來設計梯形圖。2、梯形圖中通過的是、梯形圖中通過的是“能流能流”而不是物理電流。而不是物理電流。 “能流能流”是梯形圖的是梯形圖的一個關鍵的概念，它的引入是為了和繼電器控制系統相比較，只是一個關鍵的概念，它的引入是為了和繼電器控制系統相比較，只是概念上的并非實際存在，概念上的并非實際存在， “能流能流”只能從左到右、自上而下流動，只能從左到右、自上而下流動，不允許倒流。而繼電器控制系統中的電流是不受方向限制的，導線不允許倒流。而繼電器控制系統中的電流是不受方向限制的，導線連接到哪里，電流就可流到那里。連接到哪里，電流就可流到那里。梯