可编程控制器原理与程序设计(第2版)第1章课件.ppt

1、2022-11-141 可编程控制器 原理与程序设计2022-11-142本课程的主要内容n第章基础n第章的接线n第章的存储区分配n第章的指令系统n第章模拟量单元n第章串行通信n第章程序设计n第章编程软件n第章编程练习n第0章实验n第1章的软件仿真2022-11-143第章基础概述概述的一般结构的一般结构的工作程序的工作程序梯形图梯形图控制系统设计控制系统设计欧姆龙公司简介欧姆龙公司简介2022-11-1441.1.1 PLC1.1.1 PLC的定义的定义1:1:可编程序控制器的产生可编程序控制器的产生在在PLCPLC的发展历程中，有过几个不同的名称：的发展历程中，有过几个不同的名称：可编程序

2、矩阵控制器可编程序矩阵控制器PMCPMC（Programmable Matrix Controller）可编程序顺序控制器可编程序顺序控制器PSCPSC（Programmable Sequence Controller）可编程序逻辑控制器可编程序逻辑控制器PLCPLC（Programmable Logic Controller）PLCPLC的历史：的历史：19681968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GMGM），为），为了适应生产工艺不断更新的需要了适应生产工艺不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会提出了十条技术指标在社会上公开招标，以期望制造一

3、种新型的工业控制装置。上公开招标，以期望制造一种新型的工业控制装置。.1 概述2022-11-145n用户角度提出新一代控制器应具备以下十大条件用户角度提出新一代控制器应具备以下十大条件n（1 1）编程简单，可在现场修改程序；）编程简单，可在现场修改程序；n（2 2）维护方便，更好是插件式；）维护方便，更好是插件式；n（3 3）可靠性高于继电器控制柜；）可靠性高于继电器控制柜；n（4 4）体积小于继电器控制柜；）体积小于继电器控制柜；n（5 5）可将数据直接送入管理计算机；）可将数据直接送入管理计算机；n（6 6）在成本上可与继电器控制柜竞争；）在成本上可与继电器控制柜竞争；n（7 7）输入可

4、以是交流）输入可以是交流115V115V（即用美国的电网电压）；（即用美国的电网电压）；n（8 8）输出为交流）输出为交流115V115V、2A2A以上，能直接驱动电磁阀；以上，能直接驱动电磁阀；n（9 9）在扩展时，原有系统只需要很小的变更；）在扩展时，原有系统只需要很小的变更；n（1010）用户程序存储器容量至少能扩展到）用户程序存储器容量至少能扩展到4KB4KB。2022-11-146n 19691969年美国数字设备公司（年美国数字设备公司（DECDEC）根据招）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在制器，并在GMGM公司汽车生产线

5、上首次应用成公司汽车生产线上首次应用成功。功。n 19801980年美国电气制造商协会（年美国电气制造商协会（NEMANEMA）正）正式将其命名为可编程序控制器式将其命名为可编程序控制器（Programmable Controller），简称），简称 PCPC。但。但是为了和个人计算机（个人电脑）的简称是为了和个人计算机（个人电脑）的简称PCPC相区别，人们常常把可编程序控制器仍简称相区别，人们常常把可编程序控制器仍简称为为PLCPLC。2022-11-1472:可编程控制器的定义可编程控制器的定义 国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）于）于 19871987年对可编程序控制器作了年

6、对可编程序控制器作了如下的定义：如下的定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式和模拟式的输计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，及其有关设

7、备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计易于扩展其功能的原则设计”。简言之简言之，PLCPLC就是以嵌入式就是以嵌入式CPUCPU为核心，配以输入、输出等模为核心，配以输入、输出等模块，可以方便地用于工业控制领域的装置。块，可以方便地用于工业控制领域的装置。PLCPLC与机器人、与机器人、计算机辅助设计与制造一起称为现代工业的三大支柱。计算机辅助设计与制造一起称为现代工业的三大支柱。2022-11-1481.1.2 PLC的特点PLCPLC继电器继电器采用存储逻辑采用存储逻辑,为为“软接软接线线”硬接线逻辑硬接线逻辑灵活性和扩展性好灵活性和扩展性好灵活性和扩展性差灵活

8、性和扩展性差连线少，体积小，功耗小连线少，体积小，功耗小连线多，体积大，功耗大连线多，体积大，功耗大1.1.与继电器控制逻辑相比较与继电器控制逻辑相比较2022-11-1492.与微型计算机相比较与微型计算机相比较1)1)应用范围应用范围 微机应用范围广，微机应用范围广，PLCPLC主要用于工业控制。主要用于工业控制。2 2）环境要求）环境要求 微机对环境要求高，要求干扰小，温度、湿度适宜。微机对环境要求高，要求干扰小，温度、湿度适宜。PLCPLC用用于工业现场环境。于工业现场环境。3 3）输入输出）输入输出 微机微机I/OI/O口不需要电气隔离；口不需要电气隔离；PLCPLC的的I/OI/O

9、口需要电气隔离。口需要电气隔离。4 4）程序设计）程序设计 微机系统具有丰富的程序设计语言，要求使用者必须具有微机系统具有丰富的程序设计语言，要求使用者必须具有一定水平的计算机软硬件知识，一定水平的计算机软硬件知识，PLC提供给用户的编程语提供给用户的编程语句数量少，逻辑简单，易于学习和掌握。句数量少，逻辑简单，易于学习和掌握。2022-11-14105 5）系统功能）系统功能 微机一般配有较强的系统软件，能进行设备管理、文微机一般配有较强的系统软件，能进行设备管理、文件管理、存储器管理等，还配有许多应用软件，以方件管理、存储器管理等，还配有许多应用软件，以方便用户。便用户。PLCPLC一般只

10、有简单的监控程序，能完成故障检查，用一般只有简单的监控程序，能完成故障检查，用户程序的输入和修改、用户程序的执行与监视等功能。户程序的输入和修改、用户程序的执行与监视等功能。6 6）运算速度和存储容量）运算速度和存储容量 微机运算速度快，目前可达到纳秒级，存储容量大。微机运算速度快，目前可达到纳秒级，存储容量大。PLCPLC因接口的响应速度慢而影响数据处理速度，一般因接口的响应速度慢而影响数据处理速度，一般接口响应速度为接口响应速度为2ms2ms，PLCPLC的软件少，编程也简短，故的软件少，编程也简短，故内存容量小内存容量小。7 7）价格）价格微机是通用机，功能完善，价格较高。微机是通用机，

11、功能完善，价格较高。PLCPLC是专用机，功能较少，价格便宜。是专用机，功能较少，价格便宜。2022-11-1411n 总之，从适应范围来看，总之，从适应范围来看，PLCPLC是一种用于工业自动化的是一种用于工业自动化的专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，易于学习和专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，易于学习和掌握，价格也比一般的微机系统便宜。而微机是通用机，从掌握，价格也比一般的微机系统便宜。而微机是通用机，从工业控制角度来说，工业控制角度来说，PLCPLC是控制通用机，而微机是可以作成是控制通用机，而微机是可以作成某一控制设备的专用机。某一控制设备的专用机。n 从长远来看，由于

12、从长远来看，由于PLCPLC的功能不断增强，更多的采用微的功能不断增强，更多的采用微机技术，而微机也为了适应用户需要，更耐用、更易维护的机技术，而微机也为了适应用户需要，更耐用、更易维护的计算机将投放市场，这样两者相互渗透，使计算机将投放市场，这样两者相互渗透，使PLCPLC和微机的界和微机的界限会变得越来越模糊，二者将长期共存，各用所长，共同发限会变得越来越模糊，二者将长期共存，各用所长，共同发展。展。2022-11-14121.1.2 PLC的特点1.1.可靠性好，抗干扰能力强可靠性好，抗干扰能力强“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”2.2.功能完善

13、：功能强，扩充方便，性能价格比高。功能完善：功能强，扩充方便，性能价格比高。3.3.编程简单，使用方便。编程简单，使用方便。PLCPLC采用梯形图语言编程，容易掌握。采用梯形图语言编程，容易掌握。4.4.在线编程：在工业现场，用手持编程器或笔记本电脑可对在线编程：在工业现场，用手持编程器或笔记本电脑可对PLCPLC进行编程，当进行编程，当PLCPLC联网后，可在网络的任一位置对联网后，可在网络的任一位置对PLCPLC编程。编程。5.5.容易安装，便于维护：采用模块化结构，现场安装非常简单，容易安装，便于维护：采用模块化结构，现场安装非常简单，维修方便。维修方便。6.6.体积小、重量轻、功耗低：

14、是体积小、重量轻、功耗低：是“机电一体化机电一体化”特有的产品特有的产品 。7.7.价格便宜价格便宜2022-11-14131.1.3 PLC1.1.3 PLC的用途的用途n1 1 逻辑控制逻辑控制 可编程序控制器具有可编程序控制器具有“与与”、“或或”、“非非”等逻等逻辑运算的能力，可以实现逻辑运算，用触点和电路辑运算的能力，可以实现逻辑运算，用触点和电路的串、并联，可代替继电器进行组合逻辑控制、定的串、并联，可代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序逻辑控制。时控制与顺序逻辑控制。n2 2 过程控制（模拟量控制）过程控制（模拟量控制）可编程序控制器可以接收温度、压力、流量等连续可编程序控

15、制器可以接收温度、压力、流量等连续变化的模拟量，通过模拟量变化的模拟量，通过模拟量I/0I/0模块，实现模拟量模块，实现模拟量(Analog)(Analog)和数字量和数字量(Digital)(Digital)之间的之间的A/DA/D转换和转换和D/AD/A转换，并对被控模拟量实行闭环转换，并对被控模拟量实行闭环PIDPID（比例（比例-积分积分-微分）控制。微分）控制。2022-11-1414n3 3 位置、速度控制（闭环调节控制）位置、速度控制（闭环调节控制）n4 4 数据监控数据监控 ：PLCPLC具有数学运算、数据传送、转换、具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以

16、完成数据的采集、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。分析和处理。n5 5 组成大型控制网络组成大型控制网络 可编程序控制器的通信包括主机与远程可编程序控制器的通信包括主机与远程I/0I/0之间的通之间的通信、多台可编程序控制器之间的通信、可编程序控信、多台可编程序控制器之间的通信、可编程序控制器和其他智能控制设备制器和其他智能控制设备(如计算机、变频器如计算机、变频器)之间之间的通信。可编程序控制器与其他智能控制设备一起，的通信。可编程序控制器与其他智能控制设备一起，可以组成可以组成“集中管理、分散控制集中管理、分散控制”的分布式控制系的分布式控制系统。统。2022-11

17、-14151.1.4 PLC1.1.4 PLC的发展的发展n1 1 小型、微型化小型、微型化n2 2 大型、超大型化大型、超大型化n3 3 智能化智能化n为了进一步简化在专用控制领域的系统设计及编程，专用智为了进一步简化在专用控制领域的系统设计及编程，专用智能能I/OI/O单元越来越多，这些单元具有智能模糊控制、智能单元越来越多，这些单元具有智能模糊控制、智能PIDPID控制、智能位置控制、温度控制、远程通信、语言处理模块、控制、智能位置控制、温度控制、远程通信、语言处理模块、专用数控模块、计算模块等功能，这些模块的一个特点就是专用数控模块、计算模块等功能，这些模块的一个特点就是本身具有本身具

18、有CPUCPU，能独立工作，它们与，能独立工作，它们与PLCPLC主机并行操作，无论主机并行操作，无论在速度、精度、适应性、可靠性等各方面在速度、精度、适应性、可靠性等各方面PLCPLC进行了极好的进行了极好的补充；他们与补充；他们与PLCPLC紧密结合，有助于克服紧密结合，有助于克服PLCPLC扫描工作方式的扫描工作方式的局限，完成局限，完成PLCPLC本身无法完成的许多功能，这些模块的编程、本身无法完成的许多功能，这些模块的编程、界限都与界限都与PLCPLC一致，使用非常方便，且根据需求正在推出新一致，使用非常方便，且根据需求正在推出新的智能单元。的智能单元。2022-11-1416n4

19、CPU4 CPU能力更强能力更强 n5 5 支持更多的工业总线支持更多的工业总线 支持多种工业标准总线，使联网更加容易和简单，更易支持多种工业标准总线，使联网更加容易和简单，更易于组成工程控制网。于组成工程控制网。n6 6 编程软件标准化编程软件标准化 采用国际标准化的编程语言，可大大缩短开发周期。采用国际标准化的编程语言，可大大缩短开发周期。n7 7 人机交流功能增强人机交流功能增强 配置操作面板、触摸屏等人机对话手段，可使其应用领配置操作面板、触摸屏等人机对话手段，可使其应用领域进一步扩展，应用更加方便。域进一步扩展，应用更加方便。n8 8 数据处理能力大大增强数据处理能力大大增强2022

20、-11-1417n1 1 按照结构分类按照结构分类 (1)(1)整体式结构整体式结构 （单元式结构）（单元式结构）。整体式结。整体式结构将构将CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O单元、电源、通信等部件单元、电源、通信等部件都装在一个金属或塑料壳之中，即将所有的部件都装在一个金属或塑料壳之中，即将所有的部件都装入一个模块内，构成一个整体。整体式的都装入一个模块内，构成一个整体。整体式的PLCPLC可以直接装入机床或电控柜中。可以直接装入机床或电控柜中。特点：结构紧凑、体积小，成本低，安装方便，特点：结构紧凑、体积小，成本低，安装方便，易于与被控设备组合成一个整体。适用于点数较易于与被控设备

21、组合成一个整体。适用于点数较少的系统，一般都是小型或微型少的系统，一般都是小型或微型PLCPLC。1.1.5 PLC1.1.5 PLC的分类的分类2022-11-1418整体式结构整体式结构图1 整体式结构框图2022-11-1419 (2 (2）模块式结构。）模块式结构。将将CPUCPU、电源、电源、I/OI/O单元、电源、通信等分单元、电源、通信等分别做成模块，在应用中根据需要别做成模块，在应用中根据需要PLCPLC采用搭积木的方式组成系采用搭积木的方式组成系统。在一个机架上插上统。在一个机架上插上CPUCPU、电源、电源、I/OI/O模块及特殊功能单元，模块及特殊功能单元，以构成一个总以

22、构成一个总I/OI/O点数很多的大规模综合控制系统。适用于大、点数很多的大规模综合控制系统。适用于大、中型中型PLC.PLC.特点：特点：配置非常灵活，可以根据不同的系统规模选用不同配置非常灵活，可以根据不同的系统规模选用不同档次档次CPUCPU及各种及各种I/OI/O模块、功能模块。其模块尺寸统一、安装模块、功能模块。其模块尺寸统一、安装整齐，对于整齐，对于I/OI/O点数很多的系统选型、安装调试、扩展、维修点数很多的系统选型、安装调试、扩展、维修等都非常方便。要组成一个系统，只需在一块基板上插上等都非常方便。要组成一个系统，只需在一块基板上插上CPUCPU、电源、输入、输出模块及其他诸如通

23、讯、模数转换、数模转电源、输入、输出模块及其他诸如通讯、模数转换、数模转换等特殊功能模块，就能构成一个总换等特殊功能模块，就能构成一个总I/OI/O点数很多的大规模综点数很多的大规模综合控制系统。故适用于大、中型合控制系统。故适用于大、中型PLCPLC。这种结构形式。这种结构形式PLCPLC除了除了各种模块以外，还需要用机架（主机架、扩展机架）将各模各种模块以外，还需要用机架（主机架、扩展机架）将各模块联成整体；有多块机架时，则还要用电缆将各机架联在一块联成整体；有多块机架时，则还要用电缆将各机架联在一起。起。2022-11-1420模块式结构框图模块式结构框图模块式结构框图模块式结构框图20

24、22-11-1421模块式Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板2022-11-1422 (3)(3)整体模块混合式。整体模块混合式。特点：将前二者的优点结合起来，其特点：将前二者的优点结合起来，其CPUCPU、电源、电源、I/OI/O等单元也是各自独立的模块，但他们相互的等单元也是各自独立的模块，但他们相互的联结安装不需要基板（机架），仅用电缆进行单联结安装不需要基板（机架），仅用电缆进行单元间联结即可，且各模块可以一层层叠装。这样，元间联结即可，且各模块可以一层层叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可作得体积小巧。不但系统可以灵活配置，还可作得体

25、积小巧。2022-11-1423混合式PLC结构混合式PLC结构框图 2022-11-14241.1.5 PLC的分类的分类n2 2 按照按照I/OI/O点数分类点数分类 （1 1）小型：）小型：低档低档PLCPLC，I/OI/O点数点数 128128点。点。小型特别是超小型的小型特别是超小型的PLCPLC的的I/OI/O不是以模块形式出现，而不是以模块形式出现，而是和中央处理器、电源等组装在一个整体式结构中，是和中央处理器、电源等组装在一个整体式结构中，I/OI/O的的容量（点数）受到一定的限制，且以开关量为主。容量（点数）受到一定的限制，且以开关量为主。（2 2）中型：）中型：128128

26、点点 I/OI/O点数点数 512512点。点。中型以上的中型以上的PLCPLC都采用都采用I/OI/O模块形式，且多数和中央处理模块形式，且多数和中央处理器、电源等模块分离安装，以便于器、电源等模块分离安装，以便于I/OI/O容量的扩展，模块种容量的扩展，模块种类也多样化，可任意混装（即无固定安装位置），以便灵类也多样化，可任意混装（即无固定安装位置），以便灵活的构成用户所需要的控制系统。活的构成用户所需要的控制系统。（3 3）大型：）大型：I/OI/O点数点数512512点。点。2022-11-1425n德国西门子公司德国西门子公司n日本日本OMRONOMRON公司公司n美国美国ROCKW

27、ELLROCKWELL公司公司n法国施耐德公司法国施耐德公司nGE-FANACGE-FANAC公司公司n日本三菱公司日本三菱公司n日本松下电工公司日本松下电工公司 n日本日立公司日本日立公司n日本东芝公司日本东芝公司n日本富士公司日本富士公司2022-11-14261.1.6 PLC的主要技术指标的主要技术指标n 用户在选用用户在选用PLCPLC时，首先要了解时，首先要了解PLCPLC的结构和性的结构和性能。若只需大致了解能。若只需大致了解PLCPLC的性能。的性能。一般可用一般可用CPUCPU芯芯片、编 程 语 言、用 户 程 序 容 量、扫 描 速 度片、编 程 语 言、用 户 程 序 容

28、 量、扫 描 速 度（ms/kms/k）、）、I/OI/O点数点数这五方面情况予以反映。一般，这五方面情况予以反映。一般，CPUCPU档次高、编程语言完善、用户程序容量大、扫档次高、编程语言完善、用户程序容量大、扫描速度快、描速度快、I/OI/O点数多，则点数多，则PLCPLC性能就好，功能就性能就好，功能就强，价格也就较高了。强，价格也就较高了。2022-11-1427n1.1.用户存储器容量用户存储器容量 PLCPLC的存储器由系统程序存储器，用户程序的存储器由系统程序存储器，用户程序存储器和数据存储器三部分组成。存储器和数据存储器三部分组成。PLCPLC中的中的用户存储器由后两部分组成。

29、用户存储器由后两部分组成。PLCPLC存储容量存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和，表征系统提供给用户的可用资源，之和，表征系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。是系统性能的一项重要技术指标。该存储该存储器的容量越大，可编制的程序越复杂。一器的容量越大，可编制的程序越复杂。一般小型机的用户存储器容量为般小型机的用户存储器容量为几千字几千字，大大型机的用户存储器容量为型机的用户存储器容量为几万字几万字。2022-11-14282.I/O2.I/O点数点数 I/OI/O点数是指点数是指PLCPLC可以接受的输入开关信号（可以接受的输

30、入开关信号（外部输外部输入）入）和输出开关信号的总和。和输出开关信号的总和。它是描述它是描述PLCPLC大小的大小的一个重要的参数。一个重要的参数。3.3.模数和数模通道数模数和数模通道数 为输入和输出的模拟量总和。为输入和输出的模拟量总和。2022-11-1429 4.4.扫描速度扫描速度 PLCPLC采用循环扫描方式工作，完成采用循环扫描方式工作，完成1 1次扫描所需的时次扫描所需的时间叫做扫描周期。间叫做扫描周期。扫描速度扫描速度是指是指PLCPLC扫描扫描1K1K字用户程字用户程序所需的时间，常常以序所需的时间，常常以ms/Kms/K为单位，扫描速度越快为单位，扫描速度越快越好。一般越

31、好。一般10001000条指令执行时间为条指令执行时间为10ms10ms左右。小型左右。小型或超小型的机器扫描时间可能大于或超小型的机器扫描时间可能大于40ms40ms。影响扫描影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和速度的主要因素有用户程序的长度和PLCPLC产品的类型。产品的类型。PLCPLC中中CPUCPU的类型、机器字长等直接影响的类型、机器字长等直接影响PLCPLC运算精度运算精度和运行速度。和运行速度。5.5.指令数量和功能指令数量和功能 指令系统是指指令系统是指PLCPLC所有指令的总和。可编程控制器的所有指令的总和。可编程控制器的编程指令越多，软件功能就越强，但掌握应用也相编程

32、指令越多，软件功能就越强，但掌握应用也相对较复杂。用户应根据实际控制要求选择合适指令对较复杂。用户应根据实际控制要求选择合适指令功能的可编程控制器。功能的可编程控制器。2022-11-1430 6.6.内部寄存器的配置和容量内部寄存器的配置和容量 7.7.特殊功能单元特殊功能单元 8.8.可扩展性可扩展性 输入点数、输出点数、存储容量、联网功能及可输入点数、输出点数、存储容量、联网功能及可扩展的模块数等扩展的模块数等 9.9.诊断功能诊断功能 10.10.通信接口通信接口2022-11-14311.2 PLC的一般结构的一般结构n1.2.1 1.2.1 基本结构基本结构1.1.整体式整体式PL

33、CPLC结构结构2022-11-1432n 整体式结构将整体式结构将CPUCPU、存储器、存储器、ROMROM、I/OI/O接口、电接口、电源、通信等部件都装在一个金属或塑料壳之中，即源、通信等部件都装在一个金属或塑料壳之中，即将所有的电路都装入一个模块内，构成一个整体。将所有的电路都装入一个模块内，构成一个整体。单元式的单元式的PLCPLC可以直接装入机床或电控柜中。可以直接装入机床或电控柜中。n小型小型PLCPLC主要是指主要是指I/OI/O点数较少的系统，而小型系统点数较少的系统，而小型系统都是采用这种单元式结构形式。都是采用这种单元式结构形式。n特点：结构紧凑、体积小，成本低，安装方便

34、、易特点：结构紧凑、体积小，成本低，安装方便、易于与被控设备组合成一个整体。于与被控设备组合成一个整体。n一般都是小型或微型一般都是小型或微型PLCPLC。适用于点数较少的系统。适用于点数较少的系统。n 2022-11-14331.2 PLC的一般结构的一般结构2.2.模块式模块式PLCPLC结构结构 机 架 A/D 模 块 输 出 模 块 输 入 模 块 通 信 模 块 CPU 存储器 模块 电 源 模 块 模块式模块式PLCPLC是采用搭积木的方式组成系统。在一个机架是采用搭积木的方式组成系统。在一个机架上插上上插上CPUCPU、电源、电源、I/OI/O模块及特殊功能单元，构成一个总模块及

35、特殊功能单元，构成一个总I/OI/O点数很多的大规模综合控制系统。点数很多的大规模综合控制系统。2022-11-1434n模块式特点是：模块式特点是：CPUCPU为独立的模块，输入单元、输为独立的模块，输入单元、输出单元也是独立的模块。电源、通信等也分别作出单元也是独立的模块。电源、通信等也分别作成模块，因此配置非常灵活，可以根据不同的系成模块，因此配置非常灵活，可以根据不同的系统规模选用不同档次统规模选用不同档次CPUCPU及各种及各种I/OI/O模块、功能模模块、功能模块。其模块尺寸统一、安装整齐，对于块。其模块尺寸统一、安装整齐，对于I/OI/O点数很点数很多的系统选型、安装调试、扩展、

36、维修等都非常多的系统选型、安装调试、扩展、维修等都非常方便。要组成一个系统，只需在一块基板上插上方便。要组成一个系统，只需在一块基板上插上CPUCPU、电源、输入、输出模块及其他诸如通讯、模、电源、输入、输出模块及其他诸如通讯、模数转换、数模转换等特殊功能模块，就能构成一数转换、数模转换等特殊功能模块，就能构成一个总个总I/OI/O点数很多的大规模综合控制系统。故适用点数很多的大规模综合控制系统。故适用于大、中型于大、中型PLCPLC。n这种结构形式这种结构形式PLCPLC除了各种模块以外，还需要用机除了各种模块以外，还需要用机架（主机架、扩展机架）将各模块联成整体；有架（主机架、扩展机架）将

37、各模块联成整体；有多块机架时，则还要用电缆将各机架联在一起。多块机架时，则还要用电缆将各机架联在一起。2022-11-14353 3 混合式混合式PLCPLC结构结构2022-11-1436可编程可编程控制器控制器主机主机可编程可编程控制器控制器编程器编程器图图 可编程控制器及编程器可编程控制器及编程器2022-11-1437nPLCPLC主要由主要由CPUCPU、存储器、基本、存储器、基本I/OI/O接口电接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成。路、外设接口、编程装置、电源等组成。1.2.2 PLC各部分电路介绍各部分电路介绍2022-11-14381.CPU 1.CPU 芯片芯片nCPU

38、CPU是可编程控制器的控制中枢，相当于人的是可编程控制器的控制中枢，相当于人的大脑。一般由控制电路、运算器和寄存器组成。大脑。一般由控制电路、运算器和寄存器组成。CPUCPU作用为：作用为：n(1)(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令指令 (2)(2)将各种输入信号取入将各种输入信号取入 (3)(3)把运算结果送到输出端把运算结果送到输出端 (4)(4)响应各种外部设备的请求响应各种外部设备的请求 2022-11-1439现代现代PLCPLC使用的使用的CPUCPU主要有以下几种：主要有以下几种：n通用微处理器：如通用微处理器：如80808080、

39、68006800、Z80AZ80A、80868086等。价格等。价格便宜，通用性强。便宜，通用性强。n单片机：如单片机：如80518051等。单片机由于集成度高、体积小、等。单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型价格低和可扩充性好，很适合在小型PCPC上使用，也广上使用，也广泛地用于泛地用于PCPC的智能的智能I/OI/O模块。模块。n位片式微处理器：如位片式微处理器：如AMD2900AMD2900系列等。位片式微处理器系列等。位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。它主要追求运算速度快，是独立于微型机的另一分支。它主要追求运算速度快，它以它以4 4位为一片。用几个位片级

40、联，可以组成任意字长位为一片。用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。的微处理器。小型小型PLCPLC多采用多采用8 8位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPUCPU 中型中型PLCPLC多采用多采用1616位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPUCPU 大型大型PLCPLC多采用高速位片式微处理器多采用高速位片式微处理器2022-11-1440n2.2.存储器存储器nPLCPLC的存储器由只读存储器的存储器由只读存储器ROMROM、随机存储器、随机存储器RAMRAM和可电擦写的存储器和可电擦写的存储器EEPROMEEPROM三大部分构成，主要三大部分构成，主要用于存放

41、系统程序、用户程序及工作数据。系统用于存放系统程序、用户程序及工作数据。系统程序一般存放在程序一般存放在EEPROMEEPROM中，用户程序及工作数据中，用户程序及工作数据放在有后备电池的放在有后备电池的RAMRAM中。中。RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。2022-11-1441n3.3.输入输入/输出电路输出电路n是是PLCPLC与现场工业设备连接的电路。现场的开关通过输入电路与现场工业设备连接的电路。现场的开关通过输入电路输入输入PLCPLC。P

42、LC PLC 输出的开关信号则通过输出电路输出到工业设输出的开关信号则通过输出电路输出到工业设备。采用光电隔离，实现了备。采用光电隔离，实现了PLCPLC的内部电路与外部电路的电气的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。隔离，减小了电磁干扰。n输入电路：输入电路：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。数字信号送入主机。输输出出电路：电路：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；

43、另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。也使计算机与外部强电隔离。输出电路有三种输出形式：输出电路有三种输出形式：继电器继电器 -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 晶体管晶体管 -高速小功率高速小功率2022-11-1442n4.4.电源模块电源模块nPLCPLC电源的输入电压有直流电源的输入电压有直流12V12V、24V24V、48V48V和交流和交流110V110V、220V220V，PLCPLC电源模块的输出一般为电源模块的输出一般为5V5V和和24V24V，用以向，用以向CPUCPU、存储器等提供工作电源。存储器等提供工作电源。n5.5.通通信信接口接口 一般至

44、少有一个一般至少有一个RS232RS232或或RS485RS485通信口。通信有通信口。通信有PLCPLC之间之间的通信和的通信和PLCPLC与其他设备之间的通信。通信主要涉及通信与其他设备之间的通信。通信主要涉及通信模块、通信接口、通信协议和通信指令等内容。模块、通信接口、通信协议和通信指令等内容。PLCPLC的组的组网和通信能力也已成为网和通信能力也已成为PLCPLC产品水平的重要衡量指标之一。产品水平的重要衡量指标之一。n6.6.特殊功能单元特殊功能单元2022-11-1443n7.7.编程器编程器PLCPLC采用的编程器有下面三种类型：采用的编程器有下面三种类型：1 1）简易编程器：用

45、于小型和超小型）简易编程器：用于小型和超小型PLCPLC。2 2）CRTCRT编程器：用于中大规模编程器：用于中大规模PLCPLC，可显示梯形图、数据信，可显示梯形图、数据信息和报警信息指示等。息和报警信息指示等。3 3）计算机编程：随着计算机的大力普及，有些中大规模的）计算机编程：随着计算机的大力普及，有些中大规模的PLCPLC已采用计算机编程。此时计算机除用做编程外，还兼已采用计算机编程。此时计算机除用做编程外，还兼有管理和操作指导功能。有管理和操作指导功能。2022-11-14441.3 PLC工作程序工作程序n1.3.11.3.1工作原理工作原理n概括的讲，概括的讲，PLCPLC的工作

46、方式是一个不断循环的顺序扫描过程。的工作方式是一个不断循环的顺序扫描过程。其过程为图其过程为图1 1所示。这个过程分为所示。这个过程分为读输入读输入(输入采样阶段输入采样阶段)、程序执行、写输出（输出刷新阶段）程序执行、写输出（输出刷新阶段）三个阶段。整个过程三个阶段。整个过程进行一次所需要的时间称为扫描周期（也叫工作周期或扫进行一次所需要的时间称为扫描周期（也叫工作周期或扫描时间）。描时间）。2022-11-14451.3.1 1.3.1 工作原理工作原理n1.1.三个阶段的工作过程三个阶段的工作过程 1 1）读输入阶段）读输入阶段PLCPLC在读输入阶段，以扫描方式（按顺序）依次地读入所有

47、在读输入阶段，以扫描方式（按顺序）依次地读入所有输入信号的通输入信号的通/断状态，（即按顺序将所有输入端的输入信断状态，（即按顺序将所有输入端的输入信号状态：开或关、号状态：开或关、“1 1”或或“0 0”，读入到输入映像寄存器中，读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的采样，或称输入刷新。）并寄存起来，称为对输入信号的采样，或称输入刷新。）并将它们存入存储器输入暂存区的相应单元内，这部分存储将它们存入存储器输入暂存区的相应单元内，这部分存储区也被称为输入映像区。在读输入结束后，区也被称为输入映像区。在读输入结束后，PLCPLC转入用户程转入用户程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状

48、态变化，输入序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才能被重新读入。一个工作周期的输入采样阶段才能被重新读入。2022-11-14462）用户程序执行阶段用户程序执行阶段 PLCPLC在程序执行阶段，按照次序逐条执行用户程序指令，并从在程序执行阶段，按照次序逐条执行用户程序指令，并从输入暂存器中读取输入状态、以及定时器、计数器状态等条件。输入暂存器中读取输入状态、以及定时器、计数器状态等条件。根据用户程序进行运算，不断得到运算结果，一步步运算得到根据用户程序进

49、行运算，不断得到运算结果，一步步运算得到的结果并不直接输出，而是将其对应的存入输出暂存区的相应的结果并不直接输出，而是将其对应的存入输出暂存区的相应单元中，直到用户程序全部被执行完。用户程序执行完，得到单元中，直到用户程序全部被执行完。用户程序执行完，得到最后的可以输出的结果。最后的可以输出的结果。3）写输出（输出刷新）阶段写输出（输出刷新）阶段 用户程序执行结束后，用户程序执行结束后，PLCPLC就进入输出刷新阶段，在此期间就进入输出刷新阶段，在此期间PLCPLC根据输出暂存区中的对应状态刷新所有的输出锁存电路，再经根据输出暂存区中的对应状态刷新所有的输出锁存电路，再经隔离驱动到输出端子，向

50、外界输出控制信号，从而控制相应设隔离驱动到输出端子，向外界输出控制信号，从而控制相应设备动作。这就是备动作。这就是PLCPLC的实际输出。的实际输出。PLCPLC重复的执行上述三个阶段，每重复一次的时间就是一个工作重复的执行上述三个阶段，每重复一次的时间就是一个工作周期（或扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短（即组成周期（或扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短（即组成程序的语句多少）有关。例如程序的语句多少）有关。例如ABAB（ALLEN-BRADLEYALLEN-BRADLEY）公司的）公司的SLC-SLC-500500型，型，PLCPLC执行执行10001000条语句的工作周期为条语句