PLC-可编程控制器基础知识解析课件.ppt

1、模块一可编程控制器基础知识模块一可编程控制器基础知识 要求要求 主要介绍可编程控制器基础知识。要求了主要介绍可编程控制器基础知识。要求了解可编程控制器的硬件结构、软件系统和解可编程控制器的硬件结构、软件系统和用户程序的特点；熟悉可编程控制器的性用户程序的特点；熟悉可编程控制器的性能指标、扫描周期、能指标、扫描周期、I/OI/O响应时间；掌握可响应时间；掌握可编程控制器的扫描工作方式的基本原理。编程控制器的扫描工作方式的基本原理。11/20/20221专题一可编程控制器概述专题一可编程控制器概述 要求:了解PLC 发展过程、应用领域 掌握 PLC的定义11/20/20222PLC是在继电器控制基

2、础上以微处理器为核心，将自是在继电器控制基础上以微处理器为核心，将自动控制技术，计算机技术和通信技术融为一体而发展动控制技术，计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的一种新型工业自动控制装置。目前起来的一种新型工业自动控制装置。目前PLC已基本已基本替代了传统的继电器控制系统，成为工业自动化领域替代了传统的继电器控制系统，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。与制造）的首位。可编程控制器（可编程控制器（Program

3、mable Controller）的英文缩写是的英文缩写是PC，容易同个人计算机（，容易同个人计算机（Personal Computer）混淆，因此通常都称其为）混淆，因此通常都称其为PLC（Programmable Logic Controller）。）。11/20/2022320世纪世纪60年代末，美国通用汽车公司（年代末，美国通用汽车公司（GM）希望有希望有一种一种“柔性柔性”的汽车制造生产线来适应汽车型号不断的汽车制造生产线来适应汽车型号不断更新的要求，更新的要求，GM提出提出10条要求，并公开向制造商招标。条要求，并公开向制造商招标。美国数字设备公司（美国数字设备公司（DEC）根据以

4、上要求，于根据以上要求，于1969年年研制出了第一台可编程控制器研制出了第一台可编程控制器PDP14，并在美国通并在美国通用汽车公司的生产线上取得了成功。它用计算机的软用汽车公司的生产线上取得了成功。它用计算机的软组件的逻辑编程成功取代了继电器控制的硬接线编程，组件的逻辑编程成功取代了继电器控制的硬接线编程，生产硬设备的生产线是生产硬设备的生产线是“柔性柔性”的愿望终于实现了。的愿望终于实现了。1.1.1 可编程控制器的产生可编程控制器的产生继电器控制系统用硬件实现控制程序，当产品更新继电器控制系统用硬件实现控制程序，当产品更新时，必须改变相应的器件和接线。现代社会制造工时，必须改变相应的器件

5、和接线。现代社会制造工业迫切需要一种新的更先进的业迫切需要一种新的更先进的“柔性柔性”的控制系统的控制系统来取代。来取代。柔性柔性:第一方面是系统适应外部环境变化的能力第一方面是系统适应外部环境变化的能力,可用系统满足新产品要求的程度来衡量可用系统满足新产品要求的程度来衡量;第二第二方面是系统适应内部变化的能力方面是系统适应内部变化的能力,可用在有干扰可用在有干扰(如机器出现故障如机器出现故障)情况下情况下,系统的生产率与无系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望值之比来衡量。干扰情况下的生产率期望值之比来衡量。11/20/202241.1.2PLC的特点的特点初期：初期：用来替代继电器控制，进

6、行开关量逻辑控制用来替代继电器控制，进行开关量逻辑控制。70年后：年后：随着微电子技术、计算机技术的发展，随着微电子技术、计算机技术的发展，PLC以单片机或其它以单片机或其它16位、位、32位的微处理器作为主控芯片位的微处理器作为主控芯片,输入输入/输出等电路也采用输出等电路也采用LSI(大规模集成电路大规模集成电路)或或VLSI(超大规模集成电路超大规模集成电路),功能有了突飞猛进的发展。功能有了突飞猛进的发展。PLC除有开关量控制外，还具有数据处理、数据通信、除有开关量控制外，还具有数据处理、数据通信、模拟量控制和模拟量控制和PID调节等功能。调节等功能。80年：年：NEMA（美国电气制造

7、商协会美国电气制造商协会）将命名中的将命名中的“逻辑逻辑”一词摘掉，称为一词摘掉，称为Programmable Controller。11/20/20225 定义：定义：PC是一种数字式的电于装置，它使用可编是一种数字式的电于装置，它使用可编程序的存储器以及存储指令，能够完成逻程序的存储器以及存储指令，能够完成逻辑、顺序、定时、计数及算术运算等功能，辑、顺序、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟的输入、输出接口控制并通过数字或模拟的输入、输出接口控制各种机械或生产过程。各种机械或生产过程。11/20/202261.1.2PLC的特点的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强）可靠性高，抗干扰能

8、力强 采用采用LSI，开关是无触点的，而硬继电器用的是机械触开关是无触点的，而硬继电器用的是机械触点开关，可靠程度无法比拟。软硬件抗干扰措施：点开关，可靠程度无法比拟。软硬件抗干扰措施：硬件：硬件：器件筛选和老化。电路采用光电隔离器，隔断器件筛选和老化。电路采用光电隔离器，隔断I/O电路与内部电路的直流通路，抑制外部干扰源的影电路与内部电路的直流通路，抑制外部干扰源的影响。电源采取屏蔽、稳压、保护等措施。设置响。电源采取屏蔽、稳压、保护等措施。设置“看门看门狗狗”（watchdog）电路，能把走飞程序拉回来（自动电路，能把走飞程序拉回来（自动恢复）。结构上采用耐热、密封、防潮、防尘和抗振恢复）

9、。结构上采用耐热、密封、防潮、防尘和抗振的外壳封装的外壳封装,适应恶劣工业环境。适应恶劣工业环境。11/20/20227 软件：软件：数字滤波、故障检测与诊断，自动数字滤波、故障检测与诊断，自动扫描，出错自动处理扫描，出错自动处理(报警、保护数据和封报警、保护数据和封锁输出锁输出)。采用。采用EEPROM,保护断电后用户保护断电后用户程序和数据不会丢失。采用循环扫描的方程序和数据不会丢失。采用循环扫描的方式。式。11/20/20228（2）编程软件，简单易学）编程软件，简单易学 从清晰直观的继电器控制线路演化过来的梯形图程序从清晰直观的继电器控制线路演化过来的梯形图程序易学易懂，易修改，深受电

10、器工作人员的欢迎。易学易懂，易修改，深受电器工作人员的欢迎。（3）适应性好，具有柔性）适应性好，具有柔性 生产工艺或设备改变时，不必改变硬设备，只需改变生产工艺或设备改变时，不必改变硬设备，只需改变相应的软件就可满足新的控制要求。产品已标准化、相应的软件就可满足新的控制要求。产品已标准化、系列化和模块化，以适应不同的控制要求。系列化和模块化，以适应不同的控制要求。（4）功能完善，接口多样）功能完善，接口多样 除基本单元外，还可选配各种特殊适配器，满足不同除基本单元外，还可选配各种特殊适配器，满足不同的需要，如数字量的需要，如数字量/模拟量输入输出，定时计数，模拟量输入输出，定时计数，A/D与与

11、DA转换，数据处理，通信联网等功能。转换，数据处理，通信联网等功能。11/20/20229（5）易于操作，维护方便）易于操作，维护方便安装方便：具有安装方便：具有DIN标准导轨安装用卡扣。标准导轨安装用卡扣。连接方便：具有输入连接方便：具有输入/输出端子排，只要用螺丝刀就可输出端子排，只要用螺丝刀就可以与不同的控制设备连接。以与不同的控制设备连接。调试方便：输入信号可用开关来模拟，输出信号可观调试方便：输入信号可用开关来模拟，输出信号可观察面板发光二极管。察面板发光二极管。维护方便：完善的自诊断功能和运行故障指示装置。维护方便：完善的自诊断功能和运行故障指示装置。（6）体积小、重量轻、功耗低）

12、体积小、重量轻、功耗低 产品结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低。产品结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低。如如FX1S20MT型型PLC：外形尺寸：外形尺寸：75mm90mm87mm，重量：重量：400g，功耗：功耗：20W。这种迷你型这种迷你型PLC很容易嵌很容易嵌入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。11/20/2022101.1.3 PLC应用应用 PLC的主要应用有以下的主要应用有以下5个方面。个方面。（1）开关量逻辑控制）开关量逻辑控制 是是PLC最基本的应用，即用最基本的应用，即用PLC取代传统的继电器控制系统，取代传统的继电器控制

13、系统，实现逻辑控制和顺序控制。实现逻辑控制和顺序控制。如注塑机、印刷机、订书机械、组如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等（2）模拟量过程控制）模拟量过程控制 控制连续变化的模拟量，如温度、压力、速度、流量、液位、控制连续变化的模拟量，如温度、压力、速度、流量、液位、电压和电流等均为模拟量。通过各种传感器将相应的模拟量转电压和电流等均为模拟量。通过各种传感器将相应的模拟量转化为电信号，然后通过化为电信号，然后通过A/D模块将它们转换为数字量送模块将它们转换为数字量送PLC内部内部CPU处理，处理后的数字量再经过处理，处理后的数

14、字量再经过D/A转换为模拟量进行输出控转换为模拟量进行输出控制。制。11/20/202211（3）机械件位置控制）机械件位置控制用专用的位置控制模块来控制步进电机或伺服电机，用专用的位置控制模块来控制步进电机或伺服电机，实现对各种机械构件的运动控制，如速度、位移、实现对各种机械构件的运动控制，如速度、位移、方向等。典型应用有：机器人的运动控制、机械手方向等。典型应用有：机器人的运动控制、机械手的位置控制、电梯运动控制等；的位置控制、电梯运动控制等；PLC还可与计算机还可与计算机数控（数控（CNC）装置组成数控机床，以数字控制方）装置组成数控机床，以数字控制方式控制零件的加工、金属的切削等等，实

15、现了高精式控制零件的加工、金属的切削等等，实现了高精度的加工。度的加工。11/20/202212（4）现场数据采集处理）现场数据采集处理 可以方便地对生产现场的数据进行采集、分可以方便地对生产现场的数据进行采集、分析和加工处理。通常用于机器人析和加工处理。通常用于机器人机械手等机械手等（5）通信联网、多级控制）通信联网、多级控制 PLC与与PLC之间、之间、PLC与上位计算机之间通与上位计算机之间通信，要采用专用通信模块，并利用信，要采用专用通信模块，并利用RS232C或或RS-422A接口，用双绞线或同轴电缆或光接口，用双绞线或同轴电缆或光缆将它们联成网络。缆将它们联成网络。11/20/20

16、22131.1.4 PLC的分类的分类 可以按照结构形式、可以按照结构形式、I/O点数和功能两种形式分类。点数和功能两种形式分类。1.按结构形式分类按结构形式分类 PLC可分为整体式和模块式两种。可分为整体式和模块式两种。（1）整体式）整体式将将CPU、存储器、存储器、IO和电源等部件集中于一体，安和电源等部件集中于一体，安装在一个金属或塑料的机壳的基本单元内，机壳的上装在一个金属或塑料的机壳的基本单元内，机壳的上下两侧是输入输出接线端子，并配有反映输入输出状下两侧是输入输出接线端子，并配有反映输入输出状态的微型发光二极管。态的微型发光二极管。整体式结构的整体式结构的PLC具有结构紧凑、体积小

17、巧、重量轻、价格低具有结构紧凑、体积小巧、重量轻、价格低的优势，适用于嵌入控制设备的内部，常用于单机控制。一般的优势，适用于嵌入控制设备的内部，常用于单机控制。一般小型以下小型以下PLC多采用这种结构，如三菱公司的多采用这种结构，如三菱公司的FX2N、FX0N、FX1S系列。系列。图1.1三菱FX1S系列PLC 11/20/202214（2）模块式）模块式把各个组成部分把各个组成部分CPU、I/O、电源等分开，做成各自独电源等分开，做成各自独立的模块，各模块做成插件式，插入机架底板的插座立的模块，各模块做成插件式，插入机架底板的插座上。上。可按照控制要求，选用不同档次的可按照控制要求，选用不同

18、档次的 CPU模块、各模块、各种种I/O模块和其它特殊模块，构成不同功能的控制系统。模块和其它特殊模块，构成不同功能的控制系统。模块式结构的模块式结构的PLC具有配置灵活、组装方便，扩展容具有配置灵活、组装方便，扩展容易。其缺点是结构较复杂，造价也较高。一般大、中易。其缺点是结构较复杂，造价也较高。一般大、中型型PLC都采用这种结构，如三菱都采用这种结构，如三菱A2NQ系列系列PLC。图1.2三菱A2NQ系列PLC 11/20/202215按按I/O点数、内存容量和功能来分，点数、内存容量和功能来分，PLC可分为微型、可分为微型、小型、中型、大型和超大型五类，如表小型、中型、大型和超大型五类，

19、如表1.1所示。所示。小型小型PLC的存储器容量一般在的存储器容量一般在2KB4KB之间，之间，I/O点点数一般在数一般在64128之间。小型之间。小型PLC具有逻辑运算、定时具有逻辑运算、定时和计数等功能，适合于开关量控制、定时和计数控制和计数等功能，适合于开关量控制、定时和计数控制等场合，常用于代替继电器控制的单机线路中。等场合，常用于代替继电器控制的单机线路中。2.按按I/O点数和功能分类点数和功能分类11/20/2022161.1.4 PLC的分类的分类 表1.1 PLC分类 类型类型I/O点数点数存储容量存储容量(KB)机型机型微型微型642三菱三菱FX1S系列系列小型小型64 12

20、82 4 三菱三菱FX2N系列系列中型中型128 5 5124 16三菱三菱A1N系列系列大型大型512 8 819216 64三菱三菱A3N系列系列超大型超大型819264西门子西门子SU-15511/20/2022171.1.5 PLC的发展的发展 1.国内外国内外PLC的发展的发展69年：年：美国设备数字公司美国设备数字公司(DEC)研制了第一台研制了第一台PLC。70年：年：日、德和法等国从美国引进这项技术，开始生日、德和法等国从美国引进这项技术，开始生产产PLC。PLC应用几乎覆盖了机械、冶金、矿山、石油化工、应用几乎覆盖了机械、冶金、矿山、石油化工、轻工、交通运输等所有工业行业，成

21、为工业自动化领轻工、交通运输等所有工业行业，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备，并已跃居现代工域中最重要、应用最多的控制设备，并已跃居现代工业自动化三大支柱的首位。业自动化三大支柱的首位。70年：年：我国研制、生产自己的我国研制、生产自己的PLC，如江苏嘉华公司如江苏嘉华公司的的JH系列系列PLC等。我国的等。我国的PLC技术已经进入较快速度技术已经进入较快速度的发展阶段，国产机在机床设备、生产自动线等的应的发展阶段，国产机在机床设备、生产自动线等的应用也越来越广泛、占有率也逐步提高。用也越来越广泛、占有率也逐步提高。11/20/2022181.1.5 PLC的发展的发展 2PLC

22、将向着更强大和更小巧的两个方向发展。将向着更强大和更小巧的两个方向发展。更强大是指存储容量更大、更强大是指存储容量更大、I/O点数更多、执行速度更点数更多、执行速度更高、智能化程度更强，数据更安全。这些大型高、智能化程度更强，数据更安全。这些大型PLC能能与计算机组成多级分布式控制系统、实现对生产全过与计算机组成多级分布式控制系统、实现对生产全过程的集中管理。程的集中管理。大型大型PLC代表了当今世界的代表了当今世界的PLC发展的水平。发展的水平。更小巧是指体积更小、价格更低，但性能却更强的微更小巧是指体积更小、价格更低，但性能却更强的微型化型化PLC。主要用于取代继电器系统，如注塑机、印主要

23、用于取代继电器系统，如注塑机、印刷机、包装机、纺织机和电梯控制等机械配套控制电刷机、包装机、纺织机和电梯控制等机械配套控制电器上，也能适应复杂单机、数控机床和工业机器人等器上，也能适应复杂单机、数控机床和工业机器人等领域的控制要求。领域的控制要求。小型和微型小型和微型PLC使用的数量使用的数量,代表了代表了PLC普及的程度普及的程度。11/20/2022191.1.6 PLC的主要技术指标的主要技术指标 PLC的主要性能的可以按照以下的主要性能的可以按照以下6种指标来描述。种指标来描述。1.I/O总点数总点数 指指PLC输入信号和输出信号的数量，也就是输入、输输入信号和输出信号的数量，也就是输

24、入、输出的端子数总和。注意，电源、出的端子数总和。注意，电源、COM等端子不能作为等端子不能作为I/O端子计入端子计入.I/O总点数是描述总点数是描述PLC性能的重要指标。性能的重要指标。2.存储容量存储容量 指用户程序存储器的容量，即用户指用户程序存储器的容量，即用户RAM的存储容量。的存储容量。指令是按指令是按“步步”存放的，一存放的，一“步步”占用一个地址单元占用一个地址单元。所以。所以1步步2字节字节。3.扫描速度扫描速度指指PLC扫描扫描1000步指令所需的时间，以步指令所需的时间，以毫秒毫秒/千步千步为单为单位，也有用位，也有用s/步步为单位。为单位。11/20/2022204.内

25、部寄存器内部寄存器 PLC内部寄存器用以存放输入内部寄存器用以存放输入/输出变量的状态、逻辑输出变量的状态、逻辑运算的中间结果、定时器运算的中间结果、定时器/计数器的数据。内部寄存器计数器的数据。内部寄存器的种类多少、容量大小，将影响到用户编程的效率。的种类多少、容量大小，将影响到用户编程的效率。5.编程语言与指令系统编程语言与指令系统 有梯形图、助词符、有梯形图、助词符、SFC(状态转换图状态转换图)（Sequential Function Chart）以及高级语言等。在以及高级语言等。在PLC的指令系统的指令系统中，包含的指令种类越多，其功能就越强。中，包含的指令种类越多，其功能就越强。6

26、.特殊功能模块特殊功能模块 PLC除了基本单元外，还可选配各种特殊功能模块。除了基本单元外，还可选配各种特殊功能模块。特殊功能模块的种类多少、功能强弱是衡量特殊功能模块的种类多少、功能强弱是衡量PLC技术技术水平高低的一个重要指标。水平高低的一个重要指标。11/20/202221 要求：了解PLC的一般结构 掌握PLC工作原理专题二专题二PLC的组成与工作原理的组成与工作原理 11/20/2022222.1.1PLC的硬件系统的硬件系统 PLC是专为工业控制而设计是专为工业控制而设计,采用了典型的计算机结构采用了典型的计算机结构,主要由主要由CPU、存储器、采用扫描方式工作的存储器、采用扫描方

27、式工作的I/O接口电接口电路和电源等组成。路和电源等组成。图1.3 PLC硬件系统结构框图 2.1 PLC的一般结构的一般结构11/20/2022231.微处理器（微处理器（CPU）CPU由控制器、运算器和寄存器组组成，大多用由控制器、运算器和寄存器组组成，大多用8位、位、16位和位和32位微处理器或单片机作为主控芯片，是系统的控制位微处理器或单片机作为主控芯片，是系统的控制/运算中心，运算中心，其它部件，如其它部件，如ROM、RAM和和I/O部件等都是通过部件等都是通过3总线总线AB、DB和和CB挂靠在挂靠在CPU上的。上的。2.存储器（存储器（ROM和和RAM）ROM（Read Only

28、Memory）:存放系统程序，相当于通用计算存放系统程序，相当于通用计算机中的机中的BIOS。EPROM（Erasable ROM）:可擦除可编程只读存储器可擦除可编程只读存储器EEPROM（Electrical EPROM）：）：电擦除可编程只读存储器。电擦除可编程只读存储器。正常运行时，和普通正常运行时，和普通RAM一样，可随机读写，又能象一样，可随机读写，又能象ROM那那样断电后具有信息的非易失性。样断电后具有信息的非易失性。RAM（Random Access Memory）：放用户应用程序。）：放用户应用程序。11/20/2022243.输入输入/输出（输出（IO）单元单元 IO单元是

29、单元是PLC与输入与输入/输出设备间信息传送的接口。输出设备间信息传送的接口。(1)为什么要用输入为什么要用输入/输出接口电路？输出接口电路？数据锁存数据锁存向外设输出数据时的需要。向外设输出数据时的需要。电平隔离电平隔离使外设和使外设和CPU电路之间直流电平互不电路之间直流电平互不影响。影响。速度协调速度协调使外设和使外设和CPU之间，准备好后才传送之间，准备好后才传送数据。数据。数据变换数据变换:串串/并变换、并并变换、并/串变换、串变换、A/D变换、变换、D/A变换等。变换等。11/20/202225 单元内部已有单元内部已有24V的直流电源，所以输入端子和的直流电源，所以输入端子和CO

30、M端间可端间可接无电压开关，也可接接无电压开关，也可接NPN型集电极开路晶体管，输入接好后型集电极开路晶体管，输入接好后，对应的，对应的LED就会发亮。就会发亮。（2）FX系列系列PLC基本单元输入电路基本单元输入电路11/20/202226输入采用：输入采用：光电耦合器光电耦合器：耦合交流，隔离直流。：耦合交流，隔离直流。RC滤波器：防止输入干扰，引起滤波器：防止输入干扰，引起10ms的的I/O响应延迟响应延迟。X000X017内置数字滤波器：可按功能指令在内置数字滤波器：可按功能指令在060ms范围内变动。范围内变动。输入电压输入电压/电流：电流：DC24V/7mA X010后：后：DC2

31、4V/5mA。为可靠起见，为可靠起见，ON电流分别为电流分别为：4.5mA/3.5mAOFF电流为：电流为：1.5m。利用外接电源驱动光电开关等传感器时，要求外接利用外接电源驱动光电开关等传感器时，要求外接电源的电压同内部电源电压相同；允许的范围是：电源的电压同内部电源电压相同；允许的范围是：DC24V4V。11/20/202227（3 3）FXFX系列系列PLCPLC基本单元输出电路基本单元输出电路输出继电器的输出触点接到输出继电器的输出触点接到PLC的输出端子上，外部的输出端子上，外部负载和工作电源与负载和工作电源与PLC的输出端子和公共端子的输出端子和公共端子COM相相连，负载工作与否受

32、连，负载工作与否受PLC程序运行结果的控制。程序运行结果的控制。PLC输出形式输出形式:继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出 继电器输出继电器输出优点：电压范围宽，导通压降小，价格也便宜，可控优点：电压范围宽，导通压降小，价格也便宜，可控制交直流负载。制交直流负载。缺点：触点寿命短，断开有电弧，易产生干扰，转换缺点：触点寿命短，断开有电弧，易产生干扰，转换频率低，响应时间频率低，响应时间10ms。11/20/202228表1.2 PLC分类。11/20/202229当当PLC有输出时，输出继电器线圈得电，其主触点闭有输出时，输出继电器线圈得电，其主触点闭合，驱动

33、外部负载工作。继电器可以将合，驱动外部负载工作。继电器可以将PLC的内部电的内部电路与外部负载电路进行电气隔离。路与外部负载电路进行电气隔离。最大负载：纯电阻负载最大负载：纯电阻负载2A/1点；感性负载点；感性负载80VA以下。以下。图1.5继电器输出电路 11/20/202230 晶体管输出晶体管输出借光耦使晶体管截止或饱和控制负载，并对内部电路借光耦使晶体管截止或饱和控制负载，并对内部电路和输出电路光电隔离。和输出电路光电隔离。最大负载：纯电阻负载最大负载：纯电阻负载0.5A/1点；考虑温度上升的影点；考虑温度上升的影响，要求总电流响，要求总电流0.8A/4点。点。图1.6晶体管输出电路

34、优点：优点：寿命长，无触点，无噪声，可靠性高，响应快，寿命长，无触点，无噪声，可靠性高，响应快，I/O响应时间为响应时间为0.2ms。缺点：缺点：价格高，过载能力差。价格高，过载能力差。11/20/202231 晶闸管输出晶闸管输出籍光触发双向晶闸管，使其截止或导通来控制负载。籍光触发双向晶闸管，使其截止或导通来控制负载。图1.7晶闸管输出电路 优点优点：寿命长，无触点，无噪声，可靠性高，可驱动：寿命长，无触点，无噪声，可靠性高，可驱动交流负载。交流负载。缺点缺点：价格高，负载能力较差。：价格高，负载能力较差。最大负载：纯电阻负载最大负载：纯电阻负载0.3A/1点。点。11/20/202232

35、4.电源单元电源单元 PLC的内部有一高性能稳压电源，允许外部电源电压的内部有一高性能稳压电源，允许外部电源电压额定值：额定值：1015。FX1S系列电源规格：系列电源规格：额定电压：额定电压：AC100240；电压允许范围：电压允许范围：AC85264；传感器电源：传感器电源：DC24V/400mA。一般小型一般小型PLC的电源包含在基本单元内，大中型的电源包含在基本单元内，大中型PLC才配有专用电源。才配有专用电源。PLC内部还带有锂电池后备电源。内部还带有锂电池后备电源。11/20/2022332.1.2PLC的软件系统的软件系统PLC软件主要分为两大类，系统程序和应用软件。软件主要分为

36、两大类，系统程序和应用软件。1.PLC的系统程序的系统程序（1）管理程序）管理程序管理程序是系统控制中心，它管理管理程序是系统控制中心，它管理PLC的所有资源，的所有资源，控制控制PLC各部件的操作，输入各部件的操作，输入/输出、数据与代码的传输出、数据与代码的传送与存取、算术与逻辑运算等操作，对送与存取、算术与逻辑运算等操作，对PLC系统各部系统各部件进行自检和故障诊断。件进行自检和故障诊断。（2）编译程序）编译程序编译程序相当于一个翻译，它能把用户编的梯形图程编译程序相当于一个翻译，它能把用户编的梯形图程序、助词符源程序和高级语言源程序翻泽成序、助词符源程序和高级语言源程序翻泽成PLC能够

37、能够识别的机器语言。识别的机器语言。11/20/202234（3）系统调用功能模块）系统调用功能模块系统调用功能模块由许多独立的功能模块组成，通过系统调用功能模块由许多独立的功能模块组成，通过系统调用实现某种独立的功能，如输入系统调用实现某种独立的功能，如输入/输出及特殊运输出及特殊运算操作。算操作。PLCPLC根据不同的控制要求，选用不同的模块完根据不同的控制要求，选用不同的模块完成不同的操作。成不同的操作。11/20/2022352.应用程序应用程序 包括包括PLC厂商开发的供用户使用的在各种平台下使用的软厂商开发的供用户使用的在各种平台下使用的软件，以及用户根据控制要求，用件，以及用户根

38、据控制要求，用PLC的程序设计语言编制的程序设计语言编制的应用程序。的应用程序。（1）本书用到的三菱工控产品的最新实用软件）本书用到的三菱工控产品的最新实用软件三菱三菱MEDOC230，DOSV2.30版本，用于版本，用于FX2N、FX1N、FX1S、FX0N、FX0S、A系列系列PLC编程软件；编程软件；三菱三菱SW0PC-FXGP/WIN-C FX2N、FX1N、FX1S、FX0N、FX0S系列系列PLC编程软件，编程软件，Windows V3.00 中文版中文版。11/20/202236（2）用户程序）用户程序存储在系统程序指定的存储区内，其最大容量也是由存储在系统程序指定的存储区内，其

39、最大容量也是由系统程序限定的。在小型系统程序限定的。在小型PLC中中其循环扫描工作方式其循环扫描工作方式决定了用户程序通常多为顺序结构，即从第一条指令决定了用户程序通常多为顺序结构，即从第一条指令至最后一条指令，不断循环扫描。至最后一条指令，不断循环扫描。大中型大中型PLC的用户程序庞大而复杂，一般都采用模块的用户程序庞大而复杂，一般都采用模块化结构，就是将一个大程序划分成多个功能模块，然化结构，就是将一个大程序划分成多个功能模块，然后按功能模块来编程，最后再把各部分调试组合成一后按功能模块来编程，最后再把各部分调试组合成一个完整的大程序。个完整的大程序。11/20/2022372.2PLC的

40、基本工作原理的基本工作原理 2.2.1 PLC的工作方式的工作方式PLC采用循环扫描工作方式，集中进行输入采样，集采用循环扫描工作方式，集中进行输入采样，集中进行输出刷新。中进行输出刷新。I/O映像区分别存放执行程序之前的映像区分别存放执行程序之前的各输入状态和执行过程中各结果的状态。各输入状态和执行过程中各结果的状态。1.PLC循环扫描工作方式循环扫描工作方式一般包括一般包括五个阶段：五个阶段：(1)内部处理与自诊断内部处理与自诊断(2)与外设进行通信处理与外设进行通信处理(3)输入采样输入采样(4)用户程序执行用户程序执行(5)输出刷新。输出刷新。11/20/202238图1.13 PLC

41、循环扫描的工作过程 11/20/202239方式开关置方式开关置STOP:只执行前只执行前2个阶段，即只作内部处理个阶段，即只作内部处理与自诊断与外设进行通信处理；与自诊断与外设进行通信处理；方式开关置方式开关置RUN:将执行所有阶段。将执行所有阶段。上电复位时，上电复位时，PLC首先作内部初始化处理，清除首先作内部初始化处理，清除I/O映映像区中的内容；接着作自诊断，检测存储器、像区中的内容；接着作自诊断，检测存储器、CPU及及I/O部件状态，确认其是否正常；再进行通信处理，完部件状态，确认其是否正常；再进行通信处理，完成各外设（编程器、打印机等）的通信连接；还将检成各外设（编程器、打印机等

42、）的通信连接；还将检测是否有中断请求，若有则作相应中断处理。在此阶测是否有中断请求，若有则作相应中断处理。在此阶段可对段可对PLC联机或离线编程，如学生实验时的编程阶联机或离线编程，如学生实验时的编程阶段。上述阶段确认正常后，并且段。上述阶段确认正常后，并且PLC方式开关置于方式开关置于RUN位置时，位置时，PLC才进入独特的循环扫描，即周而复才进入独特的循环扫描，即周而复始的执行输入采样、程序执行、输出刷新。始的执行输入采样、程序执行、输出刷新。11/20/20224011/20/202241（1）输入采样阶段）输入采样阶段CPU顺序扫描每个输入端，顺序读取输入端的状态，顺序扫描每个输入端，

43、顺序读取输入端的状态，并将其存入输入映像区单元中。并将其存入输入映像区单元中。图1.14 RUN状态下扫描过程 11/20/202242采样结束后，输入映采样结束后，输入映像区被刷新，其内容将被锁存而像区被刷新，其内容将被锁存而保持着，并将作为程序执行时的条件。当进入程序执保持着，并将作为程序执行时的条件。当进入程序执行阶段后，若输入端又发生变化，则输入映像区相应行阶段后，若输入端又发生变化，则输入映像区相应单元保存的信息，因被输入锁存器隔离而不会跟着改单元保存的信息，因被输入锁存器隔离而不会跟着改变。只有在下一个扫描周期的输入采样阶段，输入端变。只有在下一个扫描周期的输入采样阶段，输入端信息

44、才会被输入锁存器再次送入输入映像区的单元中信息才会被输入锁存器再次送入输入映像区的单元中。因此，为了保证输入脉冲信号能被正确读入，要求。因此，为了保证输入脉冲信号能被正确读入，要求脉宽必须大于一个扫描周期。脉宽必须大于一个扫描周期。11/20/202243（2）程序执行阶段）程序执行阶段 CPU从用户程序第从用户程序第0步开始，顺序逐条扫描用户梯形步开始，顺序逐条扫描用户梯形图程序。扫描每支梯形图，总是按先上后下、先左后右的图程序。扫描每支梯形图，总是按先上后下、先左后右的顺序对由接点构成的控制线路进行逻辑运算。这里顺序对由接点构成的控制线路进行逻辑运算。这里接点就接点就是是I/O映像区存储单

45、元，由于它对应的是输入端的状态，映像区存储单元，由于它对应的是输入端的状态，所以把它称为所以把它称为接点接点（软触点）。（软触点）。以接点数据为条件，根据用户程序进行逻辑运算，并以接点数据为条件，根据用户程序进行逻辑运算，并把运算结果存入输出映像区单元中。在程序执行阶段，只把运算结果存入输出映像区单元中。在程序执行阶段，只有输入端在有输入端在I/O映像区存放的输入采样值不会发生改变，映像区存放的输入采样值不会发生改变，而其它各软组件和输出点在而其它各软组件和输出点在I/O映像区的状态和数据都有映像区的状态和数据都有可能随着程序的执行而变化。请注意可能随着程序的执行而变化。请注意PLC非并行工作

46、的特非并行工作的特点，在程序的执行过程中，上面逻辑行中线圈状态的改变，点，在程序的执行过程中，上面逻辑行中线圈状态的改变，会对其下面逻辑行中对应的接点状态起作用。反之，排在会对其下面逻辑行中对应的接点状态起作用。反之，排在下面的逻辑行中线圈状态的改变，只能等到下一个扫描周下面的逻辑行中线圈状态的改变，只能等到下一个扫描周期才能对其上面逻辑行对应此线圈的接点状态起作用。期才能对其上面逻辑行对应此线圈的接点状态起作用。11/20/202244（3）输出刷新阶段）输出刷新阶段CPU将输出映像区的状态信息转存到输出锁将输出映像区的状态信息转存到输出锁存器中，刷新其内容，改变输出端子的状态，存器中，刷新

47、其内容，改变输出端子的状态，再通过输出驱动电路驱动被控外设（负载再通过输出驱动电路驱动被控外设（负载),这这才是才是PLC的实际输出。的实际输出。11/20/2022452.PLC处理输入输出特点处理输入输出特点 在用户在用户RAM区中设置区中设置I/O映像区，分别存放执行程序之前采映像区，分别存放执行程序之前采样的各输入状态和执行过程中各结果的状态。样的各输入状态和执行过程中各结果的状态。输入点在输入点在I/O映像区中的数据，取决于输入端子在本扫描周映像区中的数据，取决于输入端子在本扫描周期输入采样阶段所刷新的状态，而在程序执行和输出刷新阶段，期输入采样阶段所刷新的状态，而在程序执行和输出刷

48、新阶段，其内容不会发生改变。其内容不会发生改变。输出点在输出点在I/O映像区中数据，取决于程序中输出指令的执行映像区中数据，取决于程序中输出指令的执行结果，而在输入采样和输出刷新阶段，其内容结果，而在输入采样和输出刷新阶段，其内容不会发生改变。不会发生改变。输出锁存电路中的数据，取决于上一个扫描周期输出刷新阶输出锁存电路中的数据，取决于上一个扫描周期输出刷新阶段存入的内容，而在输入采样和程序执行阶段，其内容不会发段存入的内容，而在输入采样和程序执行阶段，其内容不会发生改变。生改变。直接与外部负载连接的输出端子的状态，取决于输出锁存电直接与外部负载连接的输出端子的状态，取决于输出锁存电路输出的数

49、据。路输出的数据。程序执行中所需要的输入程序执行中所需要的输入/输出状态，取决于由输出状态，取决于由I/O映像区中读映像区中读出的数据。出的数据。11/20/202246 3.PLC同传统继电器控制的异同同传统继电器控制的异同 继电器控制采用硬逻辑并行运行方式，一继电器控制采用硬逻辑并行运行方式，一个继电器线圈的通断，将会同时影响该继个继电器线圈的通断，将会同时影响该继电器的所有常开和常闭触点动作，同触点电器的所有常开和常闭触点动作，同触点在控制线路的位置无关。在控制线路的位置无关。PLC采用循环扫采用循环扫描工作方式，一个软继电器的线圈通断，描工作方式，一个软继电器的线圈通断，只会影响该继电

50、器扫描到的接点动作。但只会影响该继电器扫描到的接点动作。但是，由于是，由于CPU的运算处理速度很高，使得的运算处理速度很高，使得从外观上看，用户程序似乎是同时执行的。从外观上看，用户程序似乎是同时执行的。11/20/202247表表1.3 PLC控制系统与继电器控制系统比较控制系统与继电器控制系统比较控制系统控制系统控制方式控制方式线圈通电线圈通电继电器继电器硬逻辑并行运行方式硬逻辑并行运行方式所有常开所有常开/常闭触点立即动作常闭触点立即动作PLC循环扫描工作方式循环扫描工作方式CPU扫描到的接点才会动作扫描到的接点才会动作11/20/202248PLC全过程扫描一次所需的时间定为一个扫描周