1、第五章第五章 可編程序控制器概述可編程序控制器概述5.1 可編程序控制器簡介可編程序控制器簡介 5.2 可編程序控制器的發展趨勢可編程序控制器的發展趨勢 5.3 可編程序控制器的可編程序控制器的主要功能及主要功能及特點特點 5.4 可編程序控制器的基本組成可編程序控制器的基本組成 5.5 可編程序控制器的工作原理可編程序控制器的工作原理 5.6 PLC的編程語言的編程語言 第五章 可編程序控制器概述n由來和定義由來和定義n發展概況和趨勢發展概況和趨勢n主要功能和特點主要功能和特點n分類分類 n著名品牌著名品牌第五章 可編程序控制器概述5.1 可編程序控制器簡介 n一、一、PLCPLC的由來的由

2、來n20世紀世紀20年代以來，繼電器控制曾一度年代以來，繼電器控制曾一度占據工業控制領域的主導地位。占據工業控制領域的主導地位。n繼電器控制系統的繼電器控制系統的弱點弱點 ： 體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應性差等。尤其是可靠運行速度慢、適應性差等。尤其是可靠性差、不具有性差、不具有通用性、靈活性通用性、靈活性。PLCPLC的由來的由來 *1968年美國最大的汽車制造商通用年美國最大的汽車制造商通用汽車公司汽車公司（GM），擬定了十項公開招，擬定了十項公開招標的技術要求標的技術要求 *1969年美國數字設備公司年美國數字設備公司（DEC）研制

3、出世界上第一臺可編程序控制器研制出世界上第一臺可編程序控制器（PDP-14型）型）十項技術要求十項技術要求 n1. 編程簡單方便，可在現場修改程序；n2. 硬件維護方便，最好是插件式結構；n3. 可靠性要高于繼電器控制裝置；n4. 體積小于繼電器控制裝置;n5. 可將數據直接送入管理計算機；n6. 成本上可與繼電器柜競爭；n7. 輸入可以是交流115V；n8. 輸出為交流115V，2A以上，能直接驅動電磁閥；n9. 擴展時，原有系統只需做很小的改動；n10. 用戶程序存儲器容量至少可以擴展到4KB。十項技術要求十項技術要求二、可編程序控制器的定義二、可編程序控制器的定義 ?可編程序控制器可編程

4、序控制器(PLC)ProgrammableLogicController定義：定義： “可編程序控制器可編程序控制器”是一種數字運算操是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用了可編程序的存貯器，用來在其計。它采用了可編程序的存貯器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令。并通過數字計數和算術運算等操作的指令。并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷?/p>

5、其有關外部設備，都應按易于與工業系統聯成一個外部設備，都應按易于與工業系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。整體，易于擴充其功能的原則設計。” ” 區別于微機控制系統的重要特征區別于微機控制系統的重要特征 工業環境工業環境抗干擾能力抗干擾能力適應能力適應能力應用范圍應用范圍5.2 PLC的發展概況和發展趨勢的發展概況和發展趨勢一、可編程序控制器的發展概況一、可編程序控制器的發展概況 第一階段（初創期）第一階段（初創期） 第二階段（成熟期）第二階段（成熟期） 第三階段（大發展期）第三階段（大發展期） 第四階段（繼續發展階段）第四階段（繼續發展階段）第一階段第一階段（19691972）n編程

6、語言：編程語言： 采用計算機的初級語言采用計算機的初級語言n硬件結構：硬件結構： 采用中、小規模集成電路采用中、小規模集成電路初創期把計算機的程序存儲技術把計算機的程序存儲技術引入繼電器控制系統引入繼電器控制系統 功績PDP-14可編程序邏輯控制器（可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱）簡稱PLC第二階段第二階段（19731978）n硬件：采用微處理器硬件：采用微處理器n控制功能：增多控制功能：增多n編程技術：開發了梯形圖編程法編程技術：開發了梯形圖編程法 成熟期進入實用化階段 可編程序控制器（可編程序控制器（Programmable Contr

7、oller）簡稱）簡稱PCNEMAPLC？n個人計算機（個人計算機（Personal Computer ）簡稱）簡稱PCn為與個人計算機（為與個人計算機（PC）相區別，又把可編程序）相區別，又把可編程序控制器簡稱為控制器簡稱為PLC。 第三階段第三階段（19781984）nPLCPLC應用面擴大、銷售額劇增應用面擴大、銷售額劇增 n功能進一步增強、處理速度更快功能進一步增強、處理速度更快 大發展期第四階段第四階段n性能性能/價格比大幅度提高價格比大幅度提高 n編程語言多樣化編程語言多樣化n人機對話能力增強人機對話能力增強 繼續發展階段二、可編程序控制器發展趨勢二、可編程序控制器發展趨勢大型化大

8、型化小小型型化化（一）大型化（一）大型化*大存儲容量大存儲容量*高速度高速度*高性能高性能*增加增加I/O點數點數方向發展： 主要表現主要表現 增強網絡通信功能增強網絡通信功能發展智能模塊發展智能模塊外部故障診斷功能外部故障診斷功能 編程語言、編程工具標準化、高級化編程語言、編程工具標準化、高級化 實現軟件、硬件標準化實現軟件、硬件標準化 編程組態軟件發展迅速編程組態軟件發展迅速（二）小型化（二）小型化*簡易化簡易化*體積小體積小*功能強功能強*價格低價格低方向發展： 5.3 PLCPLC的主要功能和特點的主要功能和特點一、一、PLCPLC的主要功能的主要功能n開關量邏輯控制開關量邏輯控制n模

9、擬量控制模擬量控制n PID控制控制 n定時控制定時控制n計數控制計數控制n順序（步進）控制順序（步進）控制n數據處理數據處理n通信和聯網通信和聯網二、二、PLCPLC的的特點特點 可靠性高、抗干擾能力強 通用性強、靈活性好 編程簡單、使用方便 模塊化結構1. 安裝簡便、調試方便1 1靈活性和通用性強靈活性和通用性強 2 2抗干擾能力強、可靠性高抗干擾能力強、可靠性高 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、CPU、編程器等主要部件，均采用嚴、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。格措施進行屏蔽，以防外界干擾。 對供電系統及輸入電路采用多種

10、形式的濾波，以消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。除或抑制高頻干擾，也削弱了各部分之間的相互影響。 二、二、PLCPLC的的特點特點 對對PLC內部所需的內部所需的+5 V電源采用多級濾波，并用集成電源采用多級濾波，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、欠電壓的影響。過電壓、欠電壓的影響。 采用光電隔離措施，有效地隔離了內部與外部電路間采用光電隔離措施，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。的直接電聯系，以減少故障和誤動作。 采用模塊式

11、結構的采用模塊式結構的PLC，一旦某一模塊有故障，可，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。以迅速更換模塊，從而盡可能縮短系統的故障停機時間。 二、二、PLCPLC的的特點特點 2 2抗干擾能力強、可靠性高抗干擾能力強、可靠性高 2) 軟件方面的抗干擾措施軟件方面的抗干擾措施 PLC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，止對程序的任何操作，以防

12、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。立即恢復到故障前的狀態，繼續執行程序。 PLC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。 采取上述措施，采取上述措施，PLC的抗干擾能力和

13、可靠性得到了提高。的抗干擾能力和可靠性得到了提高。 二、二、PLCPLC的的特點特點 2 2抗干擾能力強、可靠性高抗干擾能力強、可靠性高二、二、PLCPLC的的特點特點 3. 編程簡單、使用方便 4. 模塊化結構 5.安裝簡便、調試方便三、三、 PLCPLC的的分類分類小型機中型機大型機控制點數2048點用戶程存儲器容量8K字50K字 樣機西門子S7-200西門子S7-300西門子S7-400整體式整體式模塊式模塊式疊裝式疊裝式特點特點 電源電源,cpu,I/O集中在一個集中在一個機箱內機箱內由機架和各由機架和各種模塊組成種模塊組成整體式與整體式與模塊式結模塊式結合起來合起來優點優點 結構緊湊

14、結構緊湊,價價格低格低,體積小體積小配置靈活配置靈活,裝裝配方便配方便,便于便于擴展維修擴展維修結構緊湊結構緊湊體積小體積小配置靈活配置靈活安裝方便安裝方便樣機樣機 美國美國GE公司公司的的GE-I系列系列S7-300S7-400S7-200三、三、 PLC的分類的分類模塊式Power in a Small Package!電源模塊CPU模塊IO模塊底 板PLCPLC面臨的課題面臨的課題nPLC的軟、硬件體系結構是封閉而不是開放的：如專用總線、通信網絡及協議，I/O模板不通用，甚至連機柜、電源模板亦各不相同。n編程語言雖多數是梯形圖，但組態、尋址、語言結構均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容

15、。nSIEMENS等公司已經開發出以個人計算機為基礎，在Windows平臺下，結合IEC11313國際標準的新一代開放體系結構的PLC。 1993年中國PLC市場排行榜上的世界十大廠家：n美國 AB公司 （AllenBradley）n德國西門子公司（Siemens）n美國GEFanuc公司n美國的莫迪康（Modicon）和法國的TE電器公司n日本歐姆公司（OMRON）n日本三菱電機株式會社（MITSUBISHI）n日本富士電機株式會社（Fuji Electric）n日本東芝公司（TOSHIBA）n日本的光洋電子（KOYO）和中國的華光電子(CKE）n日本松下電工株式會社（MEW）：Matsus

16、hita Electric Works Ltd系統程序存儲器用戶程序存儲器存儲器I/O擴展口外設接口輸入單元輸出單元用戶輸出設備中央處理單元（CPU）電源用戶輸入設備I/O擴展單元特殊功能單元主機編程器盒式磁帶機打印機EPROM寫入器上位計算機PLC可編程終端PT圖5-1 整體式PLC組成示意圖 5.4 可編程序控制器的基本組成可編程序控制器的基本組成 PLC或上位計算機通信單元智能I/O單元輸出單元輸入單元CPU單元編程器控制系統現場過程系 統 總 線圖5-2 組合式PLC組成示意圖 這種結構的這種結構的PLC是將是將CPU單元、輸入單元、輸出單元、單元、輸入單元、輸出單元、智能智能I/O單

17、元、通信單元單元、通信單元等分別做成相應的等分別做成相應的電路板或模塊電路板或模塊，各模塊可以插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互各模塊可以插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯系。裝有聯系。裝有CPU的單元稱為的單元稱為CPU模塊，其他稱為擴展模塊。模塊，其他稱為擴展模塊。CPU與各擴展模塊之間若通過電纜連接，距離一般不超過與各擴展模塊之間若通過電纜連接，距離一般不超過10 m。中、大型機常采用組合式中、大型機常采用組合式PLC。 一、一、PLC的基本組成的基本組成二、二、PLC各組成部分的作用各組成部分的作用（一）中央處理單元（一）中央處理單元（CPUCPU） 微處理器：微處理器：

18、實現邏輯運算、數學運算，實現邏輯運算、數學運算，協協 調控制系統內部各部分的工作調控制系統內部各部分的工作按照系統程序所賦予的任務運行按照系統程序所賦予的任務運行任務：任務：1. 控制接收與存儲用戶程序和數據控制接收與存儲用戶程序和數據2. 進行自診斷進行自診斷3. 執行用戶程序執行用戶程序微處理器微處理器控制接口電路控制接口電路CPU控制接口電路控制接口電路 是微處理器與主機內部其他單元進行是微處理器與主機內部其他單元進行聯系的部件聯系的部件數據緩沖數據緩沖單元選擇單元選擇信號匹配信號匹配中斷管理中斷管理功能功能（二）（二）存儲器存儲器系統程序存儲器系統程序存儲器 用戶程序存儲器用戶程序存儲

19、器 存儲器存儲器1系統程序存儲器系統程序存儲器存放存放：n監控程序監控程序n用戶指令解釋用戶指令解釋n標準程序模塊標準程序模塊n系統調用管理程序系統調用管理程序n系統參數系統參數系統程序關系到系統程序關系到PLC的性能，的性能，不能由用戶訪問和修改。不能由用戶訪問和修改。 2用戶程序存儲器用戶程序存儲器用戶程序區用戶程序區數據區數據區系統區系統區用戶程序存儲器用戶程序存儲器用戶程序用戶程序工作數據工作數據系統參數系統參數系統參數系統參數（CPU組態數據）：組態數據）：* *輸入輸出組態輸入輸出組態 * *功能的設置功能的設置 （三）輸入、輸出單元（三）輸入、輸出單元nPLC的的CPU與現場與現

20、場I/O裝置或其它外部設備之裝置或其它外部設備之間連接的間連接的接口部件接口部件電平轉電平轉換功率換功率放大放大光光電電耦合耦合 電平轉換電平轉換光電光電耦合耦合 類型：類型：晶體管輸出方式晶體管輸出方式晶閘管輸出方式晶閘管輸出方式繼電器輸出方式繼電器輸出方式 輸輸入入單單元元輸輸出出單單元元直流直流交流交流交直流交直流濾波內部電路SR1CR2LEDCOMT5VAR3圖5-3 直流輸入電路 直流輸入的電路外接的直流電源極性可任意，虛線框直流輸入的電路外接的直流電源極性可任意，虛線框內是內是PLC內部輸入電路，虛線框外為外部用戶接線。內部輸入電路，虛線框外為外部用戶接線。 類型類型輸入單元輸入單

21、元 T為一光電耦合器，發光二極管與光電三極管封裝在一為一光電耦合器，發光二極管與光電三極管封裝在一個管殼中。當二極管中有電流時其發光，此時光電三極管導個管殼中。當二極管中有電流時其發光，此時光電三極管導通。通。R1為限流電阻，為限流電阻，R2和和C構成濾波電路，可濾除輸入信號構成濾波電路，可濾除輸入信號中的高頻干擾。中的高頻干擾。LED顯示該輸入點的狀態。顯示該輸入點的狀態。 由于由于電路中采用了光電耦合器電路中采用了光電耦合器，故在電性能上是完全隔，故在電性能上是完全隔離開的，同時，由于發光二極管的正向阻抗約為離開的，同時，由于發光二極管的正向阻抗約為1001 k，因此輸入阻抗較低。而外界干

22、擾源的內阻一般都比較大，故因此輸入阻抗較低。而外界干擾源的內阻一般都比較大，故干擾源送到輸入端的干擾噪聲很小。并且由于干擾源內阻大，干擾源送到輸入端的干擾噪聲很小。并且由于干擾源內阻大，盡管能產生較高的干擾電壓，但能量卻很小，因此只能產生盡管能產生較高的干擾電壓，但能量卻很小，因此只能產生很弱的電流。而發光二極管只有通過一定的電流才能發光，很弱的電流。而發光二極管只有通過一定的電流才能發光，這就抑制了干擾信號。這就抑制了干擾信號。在輸入端用光電耦合器件后，提高了在輸入端用光電耦合器件后，提高了PLC的抗干擾能力的抗干擾能力類型類型輸入單元輸入單元 有的有的PLC內部提供內部提供24 V的直流電

23、源的直流電源，這時直流輸入單元，這時直流輸入單元無需外接電源，用戶只需將開關接在輸入端子和公共端子之無需外接電源，用戶只需將開關接在輸入端子和公共端子之間即可，這就是所謂間即可，這就是所謂無源式直流輸入單元。無源式直流輸入單元。無源式直流輸入無源式直流輸入單元簡化了輸入端的接線，方便了用戶。單元簡化了輸入端的接線，方便了用戶。 PLC的輸入電路有共點式、分組式和隔離式之別。的輸入電路有共點式、分組式和隔離式之別。輸入輸入單元只有一個公共端子單元只有一個公共端子(COM)的稱為的稱為共點式共點式，外部各輸入，外部各輸入元件都有一個端子與元件都有一個端子與COM相接；相接；分組式分組式是將輸入端子

24、分為是將輸入端子分為若干組，每組各共用一個公共端子；若干組，每組各共用一個公共端子；隔離式隔離式輸入電路是具有輸入電路是具有公共端子的各組輸入點之間互相隔離，可各自使用的獨立電公共端子的各組輸入點之間互相隔離，可各自使用的獨立電源。源。 類型類型輸入單元輸入單元按輸出電路所用開關器件的不同，分為：按輸出電路所用開關器件的不同，分為：晶體管輸出、雙向晶閘管輸出和繼電器輸出，如圖晶體管輸出、雙向晶閘管輸出和繼電器輸出，如圖5-4所示。所示。 (1) 在晶體管輸出電路中，在晶體管輸出電路中，負載電源只能是直流，由用戶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

25、僅工作電流僅0.30.5 A)，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，其延遲一般為一般為0.51 ms。 類型類型輸出單元輸出單元內部電路負 載T1 5 VR2LEDR1R3T2VFUCOM(a)圖5-4 開關量輸出(a) 晶體管輸出；(b) 雙向晶閘管輸出；(c) 繼電器輸出 類型類型輸出單元輸出單元 (2) 在雙向晶閘管輸出電路中，在雙向晶閘管輸出電路中，輸出電路采用的開關器件是輸出電路采用的開關器件是光控雙向晶閘管光控雙向晶閘管，負載電源由用戶提供，它使，負載電源由用戶提供，它使PLC的負載可的負載可以根據需要選用

26、直流或交流電源。輸出電路負載能力較大以根據需要選用直流或交流電源。輸出電路負載能力較大(工工作電流約作電流約1 A左右左右)，響應速度較快，一般導通延遲為，響應速度較快，一般導通延遲為12 ms，關斷延遲為關斷延遲為810 ms。 (3) 繼電器輸出電路中，繼電器輸出電路中，負載電源由用戶提供，可以是交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強，流也可以是直流，視負載情況而定。輸出電路抗干擾能力強，負載能力大負載能力大(工作電流可達工作電流可達25 A)，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810 ms。 類型類型輸出單元輸出

27、單元內部電路負 載TLEDR1R2CFUCOM(b)圖5-4 開關量輸出(a) 晶體管輸出；(b) 雙向晶閘管輸出；(c) 繼電器輸出 類型類型輸出單元輸出單元內部電路負載JCOMRLED(c)圖5-4 開關量輸出(a) 晶體管輸出；(b) 雙向晶閘管輸出；(c) 繼電器輸出 類型類型輸出單元輸出單元 選擇方法：選擇方法：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1030萬次，萬次，因此在需要因此在需要輸出點頻繁通斷的場合輸出點頻繁通斷的場合(如高頻脈沖輸出如高頻脈沖輸出)，應選，應選用用晶體管或晶閘管輸出型的晶體管或晶閘管輸出型的PLC。另外，繼電器從線圈通電。另外，繼電器

28、從線圈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。一。 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。輸出輸出只有一個公共端子的稱為只有一個公共端子的稱為共點式共點式；分組式分組式是將輸出端子分為是將輸出端子分為若干組，每組共用一個公共端子；若干組，每組共用一個公共端子；隔離式隔離式是具有公共端子的是具有公共端子的各組輸出點之間互相隔離，可各自使用獨立的電源。各組輸出點之間互相隔離，可各自使用獨立的電源。 類型類型輸出單元輸出單元（四）編程器*程序的編制、編輯、調試、監視*簡易型*智能型

29、計算機編程通信接口編程軟件（五）電源單元（五）電源單元把外部電源變換成系統內部各單元把外部電源變換成系統內部各單元所需的電源所需的電源 采用開關式穩壓電源供電電源的性能直接影響PLC的抗干擾能力 掉電保護電路掉電保護電路后備電池電源后備電池電源注：有的注：有的PLCPLC還能向外部提供還能向外部提供24 V24 V的直流電源，的直流電源，給輸入單元所連接的外部開關或傳感器供電。給輸入單元所連接的外部開關或傳感器供電。 n建立建立I/O映象區映象區n循環掃描的工作方式循環掃描的工作方式n輸入輸入/輸出延遲響應輸出延遲響應 5.5 可編程序控制器的工作原理可編程序控制器的工作原理5.5.1 工作原

30、理工作原理系統的每一個輸入點與輸入映象區的某一位相對應系統的每一個輸入點與輸入映象區的某一位相對應系統的每一個輸出點與輸出映象區的某一位相對應系統的每一個輸出點與輸出映象區的某一位相對應 .建立建立I/O映象區映象區I I：O：Q0.0I0.0存儲器 二二.循環掃描的工作方式循環掃描的工作方式 （一）可編程序控制器的工作過程（一）可編程序控制器的工作過程 一個循環掃描過程所需的時間稱為一個循環掃描過程所需的時間稱為一個掃描一個掃描周期周期 周期循環掃描周期循環掃描 系統初始化，系統初始化，對對I/O映象區清零，映象區清零，復位定時器復位定時器對電源、內部電路、語法進行檢查；對電源、內部電路、語

31、法進行檢查；定期復位監控定時器定期復位監控定時器WDT PLC PLC PC；PLC 其他其他 PLC 編程器編程器 以掃描的方式按順序逐句掃描處理以掃描的方式按順序逐句掃描處理以掃描的方式，處理輸入以掃描的方式，處理輸入/ /輸出信息輸出信息循環掃描過程循環掃描過程 周而復始周而復始 RUNRUN（二）用戶程序的循環掃描過程（二）用戶程序的循環掃描過程特點特點n集中采樣集中采樣與與集中輸出集中輸出的工作方式的工作方式n外界外界信號狀態的信號狀態的變化變化要到要到下一個周期下一個周期才才被讀入被讀入n程序執行階段程序執行階段輸出映象區的輸出映象區的內容內容隨著程隨著程序執行的進程而序執行的進程

32、而變化變化n輸入、輸出輸入、輸出延遲響應延遲響應n語句的安排語句的安排影響響應時間影響響應時間三三. 輸入、輸出延遲響應輸入、輸出延遲響應（一）輸入、輸出延遲響應（一）輸入、輸出延遲響應nPLCPLC是以掃描的方式處理信息，它是順序地、連續地、循環是以掃描的方式處理信息，它是順序地、連續地、循環地逐條執行程序，在任何時刻它只能執行一條指令，即以地逐條執行程序，在任何時刻它只能執行一條指令，即以“串行串行”處理方式進行工作，導致輸入、輸出延遲響應。處理方式進行工作，導致輸入、輸出延遲響應。串行串行處理處理輸入、輸出延遲響應：輸入、輸出延遲響應： 當當PLCPLC的輸入端的信號發生變化到的輸入端的

33、信號發生變化到PLCPLC輸出輸出端對該變化作出反應需要一段時間，這種現端對該變化作出反應需要一段時間，這種現象稱為象稱為輸入、輸出延遲響應或滯后現象輸入、輸出延遲響應或滯后現象變變化化響響應應（二）響應時間（二）響應時間 影響因素：影響因素：n 輸入濾波電路的時間常數輸入濾波電路的時間常數n 輸出電路的滯后時間輸出電路的滯后時間n PLC循環掃描的工作方式循環掃描的工作方式n集中采樣、集中輸出的處理方式集中采樣、集中輸出的處理方式n用戶程序中語句的安排用戶程序中語句的安排重要參數由工作原由工作原理決定理決定合理選擇 合理安排 1.最短響應時間最短響應時間n最短響應時間最短響應時間=輸入延遲時

34、間輸入延遲時間+一個掃描周期一個掃描周期+輸出延遲時間輸出延遲時間 輸 入 /輸 出 刷 新 時 間 掃 描 時 間 掃 描 時 間 輸 入 端 輸 入 濾 波 電 路 輸 出 輸 出 端 輸 入 延 遲 時 間 CPU讀 輸 入 最 短I/O響 應 時 間 輸 出 延 遲 時 間 執 行 指 令 執 行 指 令 2.最長響應時間最長響應時間n最長響應時間最長響應時間 =輸入延遲時間輸入延遲時間+兩個掃描時間兩個掃描時間+輸出延遲時間輸出延遲時間 輸 入 /輸 出 刷 新 時 間 掃 描 時 間 掃 描 時 間 輸 入 端 輸 入 濾 波 電 路 輸 出 輸 出 端 輸 入 延 遲 時 間 C

35、PU讀 輸 入 最 長I/O響 應 時 間 輸 出 延 遲 時 間 執 行 指 令 執 行 指 令 結論 n輸入信號至少應輸入信號至少應持續一個掃描周期持續一個掃描周期的時間，才的時間，才能保證被系統捕捉到。能保證被系統捕捉到。n設置設置脈沖捕捉功能脈沖捕捉功能 n宏觀上，宏觀上，PLC恢復了系統對輸出變量控制的恢復了系統對輸出變量控制的并并行性行性 輸入/輸出刷新時間 掃描時間 掃描時間 輸入端 輸入濾波電路輸出 輸出端 輸入延遲時間 CPU讀輸入 最長I/O響應時間 輸出延遲時間 執行指令 執行指令 3.用戶程序的用戶程序的語句安排語句安排影響響應時影響響應時間間 n輸入繼電器輸入繼電器,

36、模擬主令電器模擬主令電器n輸出繼電器輸出繼電器,模擬模擬KM、YVn內部繼電器內部繼電器,模擬模擬KAn“能流能流”到，線圈被激勵到，線圈被激勵I 0 . 2輸出刷新Q 0 . 0Q 0 . 0M 2 . 0M 2 . 1Q 0 . 0輸 入 采 樣輸 出 刷 新程序執行輸入采樣程序執行輸入采樣程序執行輸出刷新輸入采樣程序執行輸出刷新第 3 周 期第 1 周 期第 2 周 期輸 入 端 子 I 0 . 2輸 入 映 象 寄 存 器 I 0 . 2輸 出 映 象 寄 存 器 Q 0 . 0輸 出 端 子 Q 0 . 0位 存 儲 器 M 2 . 0位 存 儲 器 M 2 . 1( b )( a

37、)N e t w o r k 1N e t w o r k 5N e t w o r k 1 2輸入輸入繼電繼電器器輸出輸出繼電器繼電器內部內部繼電繼電器器I0.2I0.2Q0.0Q0.0M2.0M2.0由外部信號由外部信號驅動驅動 按程序執按程序執行結果而行結果而被激勵被激勵按程序執按程序執行結果而行結果而被激勵被激勵梯形圖及各元件狀態的時序圖 I0.2輸出刷新Q0.0Q0.0M2.0M2.1Q0.0輸入采樣輸出刷新程序執行輸入采樣程序執行輸入采樣程序執行輸出刷新輸入采樣程序執行輸出刷新第3周期第1周期第2周期輸入端子I0.2輸入映象寄存器I0.2輸出映象寄存器Q0.0輸出端子Q0.0位存儲

38、器M2.0位存儲器M2.1(b)(a)Net work 1Net work 5Net work 12系統系統初始化初始化，對，對I/O映象區清零映象區清零 n如果將網絡1、網絡5的位置對調一下，位存儲器M2.0在第二周期也能響應 嗎？（三）在用戶程序執行階段（三）在用戶程序執行階段 PLCPLC對輸入輸出的處理規則對輸入輸出的處理規則 n 輸入映象寄存器的內容，由輸入采樣輸入映象寄存器的內容，由輸入采樣時輸入端子的狀態決定。時輸入端子的狀態決定。 輸 入 /輸 出 刷 新 時 間 掃 描 時 間 掃 描 時 間 輸 入 端 輸 入 濾 波 電 路 輸 出 輸 出 端 輸 入 延 遲 時 間 C

39、PU讀 輸 入 最 短I/O響 應 時 間 輸 出 延 遲 時 間 執 行 指 令 執 行 指 令 輸 入 /輸 出 刷 新 時 間 掃 描 時 間 掃 描 時 間 輸 入 端 輸 入 濾 波 電 路 輸 出 輸 出 端 輸 入 延 遲 時 間 CPU讀 輸 入 最 長I/O響 應 時 間 輸 出 延 遲 時 間 執 行 指 令 執 行 指 令 n 輸出映象寄存器的狀態，由程序執行期間輸出映象寄存器的狀態，由程序執行期間輸出指令的執行結果決定。輸出指令的執行結果決定。n 輸出鎖存電路的狀態，由上一次輸出刷新期間輸出鎖存電路的狀態，由上一次輸出刷新期間輸出映象寄存器的狀態決定。輸出映象寄存器的狀

40、態決定。n 輸出端子板上各輸出端的狀態，由輸出鎖存電輸出端子板上各輸出端的狀態，由輸出鎖存電路來確定。路來確定。n 執行程序時所用的執行程序時所用的I/O狀態值，取用于輸入、狀態值，取用于輸入、輸出映象寄存器的狀態。輸出映象寄存器的狀態。1) 存儲容量存儲容量 系統程序存放在系統程序存儲器中。這里說的系統程序存放在系統程序存儲器中。這里說的存儲容量指存儲容量指的是用戶程序存儲器的容量的是用戶程序存儲器的容量。用戶程序存儲器的容量決定了。用戶程序存儲器的容量決定了PLC可以容納用戶程序的長短，一般以字為單位來計算。中、可以容納用戶程序的長短，一般以字為單位來計算。中、小型小型PLC的存儲容量一般

41、在的存儲容量一般在8 K字以下；大型字以下；大型PLC的存儲容量的存儲容量可達到可達到256 K字字2 M字；也有的字；也有的PLC用存放用戶程序的指令用存放用戶程序的指令條數來表示容量。條數來表示容量。 5.5.2 PLC的主要性能指標的主要性能指標 2) 輸入輸入/輸出輸出(I/O)點數點數 I/O點數指點數指PLC面板上的輸入、輸出端子的個數。面板上的輸入、輸出端子的個數。I/O點數點數越多，外部可接的輸入器件和輸出器件就越多，控制規模就越多，外部可接的輸入器件和輸出器件就越多，控制規模就越大。因此，越大。因此，I/O點數是衡量點數是衡量PLC性能的重要指標之一。性能的重要指標之一。 3

42、) 掃描速度掃描速度 掃描速度是指掃描速度是指PLC執行程序的速度。一般執行程序的速度。一般以掃描以掃描1 K字字所用的時間來衡量掃描速度所用的時間來衡量掃描速度。PLC用戶手冊一般給出執行各用戶手冊一般給出執行各條指令所用的時間，用戶可以通過比較各種條指令所用的時間，用戶可以通過比較各種PLC執行相同的執行相同的操作所用的時間，來衡量掃描速度的快慢。操作所用的時間，來衡量掃描速度的快慢。 5.5.2 PLC的主要性能指標的主要性能指標 4) 編程指令的種類和條數編程指令的種類和條數 這也是衡量這也是衡量PLC能力強弱的主要指標。編程指令種類及能力強弱的主要指標。編程指令種類及條數越多，其功能

43、就越強，即處理能力、控制能力越強。條數越多，其功能就越強，即處理能力、控制能力越強。 5) 內部器件的種類和數量內部器件的種類和數量 內部器件包括各種繼電器、計數器內部器件包括各種繼電器、計數器/定時器、數據存儲定時器、數據存儲器等。其種類越多，數量越大，存儲各種信息的能力和控器等。其種類越多，數量越大，存儲各種信息的能力和控制能力就越強。制能力就越強。 5.5.2 PLC的主要性能指標的主要性能指標 6) 擴展能力擴展能力 大部分大部分PLC可以用可以用I/O擴展單元進行擴展單元進行I/O點數的擴展；有點數的擴展；有的的PLC可以使用各種功能模塊進行功能擴展等。可以使用各種功能模塊進行功能擴

44、展等。 7) 智能單元的數量智能單元的數量 PLC不僅能完成開關量的邏輯控制，而且利用智能單不僅能完成開關量的邏輯控制，而且利用智能單元可完成模擬量控制、位置和速度控制以及通信聯網等功元可完成模擬量控制、位置和速度控制以及通信聯網等功能。智能單元種類的多少和功能的強弱是衡量能。智能單元種類的多少和功能的強弱是衡量PLC產品水產品水平高低的一個重要指標，各個生產廠家都非常重視智能單平高低的一個重要指標，各個生產廠家都非常重視智能單元的開發。近年來智能單元的種類日益增多，功能也越來元的開發。近年來智能單元的種類日益增多，功能也越來越強。越強。 5.5.2 PLC的主要性能指標的主要性能指標 8)

45、支持軟件支持軟件 為了便于對為了便于對PLC的編程和監控，各的編程和監控，各PLC生產廠家相繼開生產廠家相繼開發出各類計算機支持的編程和監控軟件。性能優越的發出各類計算機支持的編程和監控軟件。性能優越的PLC支支持軟件可方便地實現用戶軟件的編制和修改，同時也可以對持軟件可方便地實現用戶軟件的編制和修改，同時也可以對PLC的工作狀態進行有效的監控。的工作狀態進行有效的監控。 5.5.2 PLC的主要性能指標的主要性能指標 1. 梯形圖編程語言梯形圖編程語言 梯形圖編程語言是一種圖形語言，是若干圖形符號的組合。梯形圖編程語言是一種圖形語言，是若干圖形符號的組合。不同廠家的不同廠家的PLC各有自己的

46、一套梯形圖符號。各有自己的一套梯形圖符號。這種編程語言這種編程語言具有繼電器控制電路形象、直觀的優點，熟悉繼電器控制的具有繼電器控制電路形象、直觀的優點，熟悉繼電器控制的技術人員很容易掌握。因此，各種機型的技術人員很容易掌握。因此，各種機型的PLC都把梯形圖作都把梯形圖作為第一編程語言。為第一編程語言。 表列出了物理的繼電器與表列出了物理的繼電器與CPM1A系列系列PLC繼電器的梯繼電器的梯形圖符號。圖形圖符號。圖5-7給出了兩種控制方式的梯形圖。給出了兩種控制方式的梯形圖。 5.5.3 PLC的編程語言簡介的編程語言簡介表5-1 兩種繼電器符號的對照 線 圈物理繼電器PLC繼電器常開常閉觸點

47、5.5.3 PLC的編程語言簡介的編程語言簡介01000KMSB2SB1KM(a)000000100000001(b)圖5-7 兩種控制方式的梯形圖(a) 繼電器控制梯形圖；(b) PLC控制梯形圖 5.5.3 PLC的編程語言簡介的編程語言簡介 2. 助記符語言表助記符語言表 助記符語言類似計算機的匯編語言助記符語言類似計算機的匯編語言，用助記符來表示各種，用助記符來表示各種指令的功能。對同樣功能的指令，不同廠家的指令的功能。對同樣功能的指令，不同廠家的PLC使用的助使用的助記符一般不同。記符一般不同。 對應圖對應圖5-7(b)所示的梯形圖，其語言表示為所示的梯形圖，其語言表示為LD 000

48、00 (常開觸點常開觸點00000與左母線連接與左母線連接)OR 01000 (常開觸點常開觸點01000與常開觸點與常開觸點00000相并相并聯聯)AND NOT 00001 (串聯一個常閉觸點串聯一個常閉觸點 00001)OUT 1000 (輸出到繼電器輸出到繼電器01000)5.5.3 PLC的編程語言簡介的編程語言簡介 指令語句是指令語句是PLC用戶程序的基礎元素，多條語句的組合用戶程序的基礎元素，多條語句的組合構成了語句表。一個復雜的控制功能是用較長的語句表來構成了語句表。一個復雜的控制功能是用較長的語句表來描述的。描述的。 助記符語言表不如梯形圖形象、直觀，但是在使用簡助記符語言表

49、不如梯形圖形象、直觀，但是在使用簡易編程器輸入用戶程序時，必須把梯形圖程序轉換成助記易編程器輸入用戶程序時，必須把梯形圖程序轉換成助記符語言表才能輸入。符語言表才能輸入。 5.5.3 PLC的編程語言簡介的編程語言簡介 從從20世紀世紀70年代初至今的年代初至今的30多年時間里，多年時間里，PLC生產已生產已發展成為一個產業，主要廠商集中在一些歐美國家和日本。發展成為一個產業，主要廠商集中在一些歐美國家和日本。美國與歐洲一些國家的美國與歐洲一些國家的PLC是在互相封閉的情況下發展起是在互相封閉的情況下發展起來的，因此差異較大。日本的來的，因此差異較大。日本的PLC是在引進美國是在引進美國PLC

50、技術技術的基礎上發展起來的。歐美國家的的基礎上發展起來的。歐美國家的PLC是以大型的是以大型的PLC而而聞名，而日本則以高性價比的小型機著稱。聞名，而日本則以高性價比的小型機著稱。一、一、PLC的梯形圖編程語言特點的梯形圖編程語言特點 1) 圖形式指令圖形式指令 程序由圖形方式表達，指令由不同的圖形符號組成，易于程序由圖形方式表達，指令由不同的圖形符號組成，易于理解和記憶。系統的軟件開發者已理解和記憶。系統的軟件開發者已把工業控制中所需的獨立運把工業控制中所需的獨立運算功能編制成象征性圖形，用戶根據自己的需要對這些圖形進算功能編制成象征性圖形，用戶根據自己的需要對這些圖形進行組合，并填入適當的

51、參數行組合，并填入適當的參數。在邏輯運算部分，幾乎所有的廠。在邏輯運算部分，幾乎所有的廠家都采用類似于繼電器控制電路的梯形圖。如西門子公司還采家都采用類似于繼電器控制電路的梯形圖。如西門子公司還采用控制系統流程圖來表示，它沿用二進制邏輯元件圖形符號來用控制系統流程圖來表示，它沿用二進制邏輯元件圖形符號來表達控制關系，直觀易懂。對于較復雜的算術運算、定時計數表達控制關系，直觀易懂。對于較復雜的算術運算、定時計數等，一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給予表示。等，一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給予表示。 5.6 PLC的梯形圖編程的梯形圖編程 2) 明確的變量常數明確的變量常數 圖形符號相當于操作碼，規定

52、了運算功能；操作數由用戶填圖形符號相當于操作碼，規定了運算功能；操作數由用戶填入。入。PLC中的變量和常數以及其取值范圍有明確的規定，它們中的變量和常數以及其取值范圍有明確的規定，它們由產品型號決定，用戶可查閱產品目錄手冊。由產品型號決定，用戶可查閱產品目錄手冊。 3) 簡化的程序結構簡化的程序結構 PLC的程序結構通常很簡單，典型的為塊式結構，不同塊的程序結構通常很簡單，典型的為塊式結構，不同塊完成不同的功能，使程序的調試者對整個程序的控制功能和控完成不同的功能，使程序的調試者對整個程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。制順序有清晰的概念。 一、一、PLC的梯形圖編程語言特點的梯形圖編程語言

53、特點 5.6 PLC的梯形圖編程的梯形圖編程 4) 簡化應用軟件生成過程簡化應用軟件生成過程 使用匯編語言和高級語言編寫程序，要完成編輯、編譯使用匯編語言和高級語言編寫程序，要完成編輯、編譯和鏈接三個過程；而使用和鏈接三個過程；而使用PLC編程語言，只需要編輯一個編程語言，只需要編輯一個過程，其余由系統軟件自動完成。整個編輯過程都在人機過程，其余由系統軟件自動完成。整個編輯過程都在人機對話下進行的，不要求用戶有高深的軟件設計能力。對話下進行的，不要求用戶有高深的軟件設計能力。 5) 強化調試手段強化調試手段 無論是匯編程序，還是高級語言程序調試，都是令編無論是匯編程序，還是高級語言程序調試，都

54、是令編輯人員頭疼的事，而輯人員頭疼的事，而PLC的程序調試提供了完備的條件使的程序調試提供了完備的條件使用編程器。利用用編程器。利用PLC和編程器上的按鍵、顯示和內部編輯、和編程器上的按鍵、顯示和內部編輯、調試、監控等功能，在對應軟件的支持下，進行診斷和調調試、監控等功能，在對應軟件的支持下，進行診斷和調試操作，十分簡單。試操作，十分簡單。 一、一、PLC的梯形圖編程語言特點的梯形圖編程語言特點 5.6 PLC的梯形圖編程的梯形圖編程 5.6 PLC的梯形圖編程的梯形圖編程 一、一、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 1.PLC 替代電路圖中的控制電路部分替代電路圖

55、中的控制電路部分L1 L2 L3KM2 FU2M3KM1 KM2KM1 KM1 SB3KM2 KM1 KM2 SB2SB1QFMPE主電主電路路控制電路控制電路用PLC替代繼電器控制系統就是替代控制電路那部分，主電路基本保持不變L 1L 2L 3K M 2 F U 2M3 K M 1 K M 2K M 1 K M 1 S B 3K M 2 K M 1 K M 2 S B 2S B 1Q FMP E輸輸入入部部分分輸出輸出部分部分輸入輸入部分部分輸出輸出部分部分邏輯邏輯部分部分邏輯部分:由電器的觸點和導線及其固定接線組成“軟接軟接線線”“硬接硬接線線”光電耦合光電耦合電平轉換電平轉換光電耦合電平

56、轉換2.控制電路與控制電路與PLC的比較的比較3.模擬繼電器控制系統的編程方法L 1L 2L 3K M 2 F U 2M3 K M 1 K M 2K M 1 K M 1 S B 3K M 2 K M 1 K M 2 S B 2S B 1Q FMP E邏輯邏輯部分部分邏輯部分邏輯部分:由電器由電器的觸點和導線及的觸點和導線及其固定接線組成其固定接線組成“軟接軟接線線”“硬接硬接線線”組成不同控制條件作用一致“軟繼電器軟繼電器”：“輸入繼電器”“輸出繼電器”“中間繼電器”“時間繼電器”組成不同控制條件作用一致二、梯形圖是仿真繼電器控制電路二、梯形圖是仿真繼電器控制電路1. 梯形圖與繼電器控制電路相

57、呼應梯形圖與繼電器控制電路相呼應SB1KMSB2KM 電動機啟、?？刂齐娐冯妱訖C啟、?？刂齐娐?梯形圖梯形圖I0.1I0.0Q0.0Q0.0結構、功能結構、功能相同相同2.CPU仿真繼電器控制電路圖 I0.1I0.0Q0.0Q0.0“能流能流”觸點線圈TONINPT+150T37功能方框左母線 右母線？梯形圖網絡梯形圖網絡每個輸出元素（線圈或方框）可以構成一個梯級每個輸出元素（線圈或方框）可以構成一個梯級每個網絡由一個每個網絡由一個/多個梯級組成多個梯級組成Q0.0 I0.1Q0.1 I0.0 I0.2 I0.3Network 2Network 1 I0.0 I0.2 I0.3 I0.4 I0

58、.5 I0.6Q1.0Q1.1Q1.2Network 13.梯形圖與繼電器控制電路的梯形圖與繼電器控制電路的“軟繼電器軟繼電器”不是物理繼電器不是物理繼電器“能流能流”的表示方式的表示方式I0.1I0.0Q0.0Q0.0能流能流掃描方向不許倒流 觸點不是現場物理開關的觸點觸點不是現場物理開關的觸點 梯形圖中的輸出線圈不是物理線圈梯形圖中的輸出線圈不是物理線圈梯形圖中的接點原則上可無限次使用，梯形圖中的接點原則上可無限次使用，線圈通線圈通常只引用一次常只引用一次I0.1I0.0Q0.0Q0.0PLC認為：常開觸點是取位狀態操作； 常閉觸點是位取反操作。 I/O映象寄存器 I/O映象寄存器 1) 兩種繼電器的區別兩種繼電器的區別 (1) 繼電器控制電路中使用的繼電器都是物理的電器，繼電器控制電路中使用的繼電器都是物理的電器，繼繼電器與其他控制電器間的連接必須通過硬接線來完成；電器與其