1、1本章内容本章内容 1. PLC的产生和定义的产生和定义2. PLC的发展和应用的发展和应用3. PLC的特点的特点4. PLC与其他控制系统的区别与其他控制系统的区别5. PLC的分类的分类6. PLC的系统组成的系统组成7. PLC的工作原理的工作原理8. PLC的编程语言的编程语言 可编程序控制可编程序控制器概述器概述23.1 PLC的产生和定义的产生和定义 1. PLC的产生的产生n GM公司的招标公司的招标l 1968年，年，GM10条：条： 编程方便，可现场修改程序；编程方便，可现场修改程序； 维修方便，采用插件式结构；维修方便，采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制装置；可靠性高
2、于继电器控制装置； 体积小于继电器控制盘；体积小于继电器控制盘； 数据可直接送入管理计算机；数据可直接送入管理计算机； 可编程序控制可编程序控制器概述器概述33.1 PLC的产生和定义的产生和定义 1. PLC的产生的产生成本可与继电器控制盘竞争；成本可与继电器控制盘竞争；输入可以是交流输入可以是交流115V；输出为交流输出为交流115V，容量要求在，容量要求在2 A以上，以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；可直接驱动接触器、电磁阀等；扩展时原系统改变最小；扩展时原系统改变最小；用户存储器至少能扩展到用户存储器至少能扩展到4 kB。 可编程序控制可编程序控制器概述器概述43.1 PLC的产生和定
3、义的产生和定义 1. PLC的产生的产生n 1969年年DEC公司生产出第一台公司生产出第一台PLC。n 名字名字l Programmable Logic ControllerPLC l Programmable ControllerPC原因：计算机的发展，增加了许多功原因：计算机的发展，增加了许多功能能 可编程序控制可编程序控制器概述器概述53.1 PLC的产生和定义的产生和定义 1. PLC的定义的定义n 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内
4、部存储执行逻辑运算、顺序控制、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指令，并通过数定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。的生产过程。 与其有关外围设备，都应按易于与与其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。设计。 l 是什么？是什么？ 功能功能 设计原则设计原则 可编程序控制可编程序控制器概述器概述63.2 PLC的发展的发展 1. PLC的发展概述的发展概述n MODICON的的08
5、4、日本的、日本的DS-80（71年）、年）、欧洲（欧洲（73年）；年）；n 总体发展情况（功能方面）。总体发展情况（功能方面）。2. PLC发展的五个阶段发展的五个阶段n 初级阶段初级阶段 从第一台从第一台PLC问世到问世到20世纪世纪70年代中期。（简单功能、梯形图编年代中期。（简单功能、梯形图编程）程） 可编程序控制可编程序控制器概述器概述73.2 PLC的发展的发展 2. PLC发展的五个阶段发展的五个阶段n 崛起阶段崛起阶段 从从20世纪世纪70年代中期到年代中期到80年代初期。年代初期。（功能增强、推广应用）（功能增强、推广应用）n 成熟阶段成熟阶段 从从20世纪世纪80年代初期到
6、年代初期到90年代初期。年代初期。（大规模应用、通信联网）（大规模应用、通信联网）n 飞速发展阶段飞速发展阶段 从从20世纪世纪90年代初期到年代初期到90年代末年代末期。（过程控制、复杂控制系统）期。（过程控制、复杂控制系统）n 开放性、标准化阶段开放性、标准化阶段 从从20世纪世纪90年代中期以后。年代中期以后。（IEC61131） 可编程序控制可编程序控制器概述器概述83.2 PLC的发展的发展 1. PLC的发展趋势的发展趋势n 向小型化、专用化、低成本方向发展向小型化、专用化、低成本方向发展n 向大容量、高速度、信息化方向发展向大容量、高速度、信息化方向发展n 智能化模块的发展；智能
7、化模块的发展；n 人机界面（接口）的发展人机界面（接口）的发展l 编程工具的发展编程工具的发展 l 功能强大、价格低廉的功能强大、价格低廉的HMI l 基于基于PC的组态软件的组态软件 可编程序控制可编程序控制器概述器概述93.2 PLC的发展的发展 1. PLC的发展趋势的发展趋势n 在过程控制领域的使用以及在过程控制领域的使用以及PLC的冗余特的冗余特性性n 开放性和标准化开放性和标准化n 通信联网功能的增强和易用化通信联网功能的增强和易用化n 软软PLC的概念的概念n PAC的概念的概念n PLC在现场总线控制系统中的位置在现场总线控制系统中的位置 可编程序控制可编程序控制器概述器概述1
8、03.2 PLC的发展的发展 在中国市场占有较大份额、较有影响的公司及其在中国市场占有较大份额、较有影响的公司及其生产的生产的PLC系列机型如下系列机型如下:u 日本三菱公司日本三菱公司u 日本日本OMRON公司公司u 日本松下电工公司日本松下电工公司u 日本日立公司日本日立公司u 日本东工农联盟公司日本东工农联盟公司u 日本富士公司日本富士公司p 德国西门子公司德国西门子公司p 美国罗克韦尔（美国罗克韦尔（ROCKWELL）公司）公司p 美国施耐得公司美国施耐得公司p 美国美国GE公司与日本法南克（公司与日本法南克（FANAC）合资的）合资的GE-FANAC公司公司 可编程序控制可编程序控制
9、器概述器概述113.3 PLC的应用领域的应用领域 1. PLC为什么能得到广泛使用为什么能得到广泛使用n 价格越来越低价格越来越低n 功能越来越强功能越来越强 n 与时俱进地发展与时俱进地发展 2. PLC的应用领域的应用领域n 中小型单机电气控制系统中小型单机电气控制系统 n 制造业自动化制造业自动化n 运动控制运动控制n 流程工业自动化流程工业自动化 可编程序控制可编程序控制器概述器概述123.4 PLC的特点的特点 PLC的特点如下：的特点如下：l 抗干扰能力强，可靠性高抗干扰能力强，可靠性高 l 控制系统结构简单，通用性强控制系统结构简单，通用性强l 编程方便，易于使用编程方便，易于
10、使用 l 功能强大，成本低功能强大，成本低 l 设计、施工、调试的周期短设计、施工、调试的周期短 l 维护方便维护方便 可编程序控制可编程序控制器概述器概述133.5 PLC与其他控制系统的区别与其他控制系统的区别 1. 与继电器控制系统的区别与继电器控制系统的区别n 控制逻辑：软硬控制逻辑：软硬n 工作方式：并行串行工作方式：并行串行n 可靠性和可维护性可靠性和可维护性n 控制速度控制速度n 定时控制定时控制n 设计和施工设计和施工2. 与与IPC控制系统的区别控制系统的区别 可编程序控制可编程序控制器概述器概述143.5 PLC与其他控制系统的区别与其他控制系统的区别 1. 与单片机控制系
11、统的区别与单片机控制系统的区别n 本质区别本质区别n 使用场合使用场合n 使用过程使用过程n 使用成本使用成本n 学习的难易程度学习的难易程度 可编程序控制可编程序控制器概述器概述153.5 PLC与其他控制系统的区别与其他控制系统的区别 1.与与DCS、FCS的区别的区别nDCS的特点的特点nPLC的特点的特点nFCS的特点的特点n三者之间的融合三者之间的融合 可编程序控制可编程序控制器概述器概述163.6 PLC的分类的分类 1. 按按I/O容量分容量分n小型机小型机n中型机中型机n大型机大型机2. 按结构形式分按结构形式分n整体式整体式n模块式模块式 可编程序控制可编程序控制器概述器概述
12、173.6 PLC的分类的分类 1. 按按I/O容量分容量分n小型机小型机n中型机中型机n大型机大型机2. 按结构形式分按结构形式分n整体式整体式n模块式模块式 可编程序控制可编程序控制器概述器概述183.7 PLC的系统组成的系统组成 1. CPU2. 存储器存储器3. I/O单元单元 可编程序控制可编程序控制器概述器概述电源部件电源部件 CPUROM、RAM外设接口外设接口输输入入单单元元输输出出单单元元计算机、打印机、编程器 执行器电磁机构声光显示器 传感器 按 钮电器触点行程开关数字脉冲模拟量输入4. 电源电源5. 通信接口通信接口6. 扩展接口扩展接口7. 编程设备编程设备8. 其他
13、部件其他部件193.7 PLC的系统组成的系统组成 1. CPU 可编程序控制可编程序控制器概述器概述 主要功能主要功能 从程序存储器读取程序指令，从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令；编译、执行指令； 将各种输入信号取入；将各种输入信号取入； 把运算结果送到输出端；把运算结果送到输出端； 响应各种外部设备的请求。响应各种外部设备的请求。203.7 PLC的系统组成的系统组成 2. 存储器存储器 可编程序控制可编程序控制器概述器概述相当于计算机中的内存。也称为相当于计算机中的内存。也称为PLC的的继电器区。分为继电器区。分为系统程序存储器系统程序存储器ROM和和随机存取存储器随机存取存储器
14、RAM。 均采用光电隔离，实现了均采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电的内部电路与外部电路的电气隔离，减了电磁干扰。路的电气隔离，减了电磁干扰。 PLC中提供有中提供有DI/DO、AI/AO、A/D-D/A、数字脉数字脉冲、拨码开关、传感器、伺服冲、拨码开关、传感器、伺服/ /步进、网络等多种模块步进、网络等多种模块供用户选用。供用户选用。 I/O模块通常以模块通常以“点点”为单位表示，是为单位表示，是PLC的一个重的一个重要技术指标。要技术指标。 输入接口输入接口 作用作用 将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换将按钮、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。成数字
15、信号送入主机。3. 输入输入/输出输出( (I/O) )模块模块3.7 PLC的系统组成的系统组成 可编程序控制可编程序控制器概述器概述 输入形式输入形式交流输入式交流输入式直流输入式直流输入式干接点式干接点式3.7 PLC的系统组成的系统组成 可编程序控制可编程序控制器概述器概述COM电电 源源输入端子输入端子Xn+X1PLC光电耦合器光电耦合器防止强电干扰防止强电干扰 电路电路光电三极管光电三极管发光二极管发光二极管3.7 PLC的系统组成的系统组成 可编程序控制可编程序控制器概述器概述 输出形式输出形式 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
16、管晶体管 - 高速小功率高速小功率 将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行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；电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使另外输出电路也使PLC与外部强电隔离。与外部强电隔离。 输出接口输出接口 作用作用3.7 PLC的系统组成的系统组成 可编程序控制可编程序控制器概述器概述 电路电路 ( (以以继电器继电器形式为例形式为例) )JJPLC继电器输出继电器输出COM交直流电源交直流电源3.7 PLC的系统组成的系统组成 可编程序控制可编程序控制器概述器概述 输出类型输出类型模块型式模块型式接点
17、容量接点容量 继电器型继电器型 8点点/组或组或12点点/组组DC24V/AC250V 2A 晶体管型晶体管型 8点点/组或组或12点点/组组DC24V 2A 可控硅型可控硅型 8点点/组或组或12点点/组组AC250V 1A 分类分类 I/O外接线外接线 电源电源 PLC电源均由用户自备。电压电源均由用户自备。电压 DC24V/AC110V/220V3.7 PLC的系统组成的系统组成 可编程序控制可编程序控制器概述器概述 I/O外接线外接线 I 外接线外接线 a) 用途：用途：主要用于连接设备的按钮、行程开关、电器主要用于连接设备的按钮、行程开关、电器 触点、传感器、检测元器件等。触点、传感
18、器、检测元器件等。 b) 电压电压：DC24V/AC110V 常用本机自带常用本机自带DC24V。 c) 接线方式接线方式：分隔式分隔式分组式分组式汇点式汇点式3.7 PLC的系统组成的系统组成 可编程序控制可编程序控制器概述器概述 O 外接线外接线 a) 用途：用途：主要用于连接外围的电磁机构、执行器等。主要用于连接外围的电磁机构、执行器等。 b) 电压电压：DC24V/AC220V。 c) 接线方式接线方式：分隔式分隔式分组式分组式汇点式汇点式3.7 PLC的系统组成的系统组成 可编程序控制可编程序控制器概述器概述 从外界接收交从外界接收交/直流电能，为内部直流电能，为内部CPU、存储器、
19、存储器、I/O接口等提供所必须的工作电平。接口等提供所必须的工作电平。4. 电源电源3.7 PLC的系统组成的系统组成 可编程序控制可编程序控制器概述器概述 主要用于一体机，当本机主要用于一体机，当本机 I/O 端口数量不足时，可端口数量不足时，可利用该单元进行利用该单元进行 I/O 扩展，与一体机不同的是该单元内扩展，与一体机不同的是该单元内部无部无CPU.5. I/O扩展单元扩展单元6. 通信接口通信接口 COM口：用于连接编程器、文本显示器，对用户口：用于连接编程器、文本显示器，对用户程序实施输入、修改、调试，在线运行监视、参数调整程序实施输入、修改、调试，在线运行监视、参数调整等；等；
20、 网络口：用于连接网络口：用于连接PLC的控制网络。使得的控制网络。使得PLC与计与计算机、算机、PLC 之间通过网络，实现对被控对象的运行状态之间通过网络，实现对被控对象的运行状态进行监、测控、管。进行监、测控、管。3.7 PLC的系统组成的系统组成 可编程序控制可编程序控制器概述器概述7. 编程器编程器 分类分类 便携式手持编程器；便携式手持编程器； 个人计算机。个人计算机。 用途用途 用户可以通过键盘输入和用户可以通过键盘输入和调试用户程序、在线运行监视、调试用户程序、在线运行监视、参数调整等；运行时可对整个受参数调整等；运行时可对整个受控对象运行状态进行监、测、控。控对象运行状态进行监
21、、测、控。 组成组成 主要由键盘、显示器等组成。主要由键盘、显示器等组成。3.7 PLC的系统组成的系统组成 可编程序控制可编程序控制器概述器概述323.8 PLC的工作原理的工作原理 1. PLC的运行方式的运行方式n 理解理解PLC的运行过程（和继电器系统比较）的运行过程（和继电器系统比较） 可编程序控制可编程序控制器概述器概述333.8 PLC的工作原理的工作原理 1. PLC的运行方式的运行方式n形象理解典型例子形象理解典型例子 可编程序控制可编程序控制器概述器概述343.8 PLC的工作原理的工作原理 1. PLC的运行方式的运行方式nPLC的工作方式的工作方式l 工作过程工作过程
22、上电处理上电处理 扫描过程扫描过程 出错处理出错处理 可编程序控制可编程序控制器概述器概述353.8 PLC的工作原理的工作原理 1. PLC的运行方式的运行方式n形象理解形象理解PLC的工作方式的工作方式 可编程序控制可编程序控制器概述器概述 PLC的工作按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。 每一次扫描所用的时间称为扫扫描周期描周期363.8 PLC的工作原理的工作原理 1. PLC扫描过程的中心内容扫描过程的中心内容l 输入采样阶段输入采样阶段 一般情况下，一般情况下，PLC对输入信号的要求对输入信号的要求l 程序执行阶段程序执行阶段l 输出刷新阶段输出刷新阶段 可编程序
23、控制可编程序控制器概述器概述373.8 PLC的工作原理的工作原理 1. PLC扫描过程的中心内容扫描过程的中心内容 可编程序控制可编程序控制器概述器概述 I端子 I映像区输入刷新输入刷新输入采样阶段输入采样阶段 PLC在输入采样阶段，以扫在输入采样阶段，以扫描方式，在指定时间段里顺序读描方式，在指定时间段里顺序读入所有输入端的入所有输入端的通通/断断状态或输入状态或输入数据，并将此状态存入输入状态数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。故，此阶寄存器，即输入刷新。故，此阶段又称为段又称为定期集中采样定期集中采样。 I映像区O映像区程序执行程序执行2ms2ms输入刷新输入刷新输出刷新输
24、出刷新 PLC按按先上后下，从左到右先上后下，从左到右的顺序，从输入状态寄的顺序，从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中依次存器和其它元件状态寄存器中依次“读取读取”有关元件的有关元件的通通/断状态，并根据用户程序断状态，并根据用户程序进行逻辑运算、分析、判进行逻辑运算、分析、判断，将需要输出的运算结断，将需要输出的运算结果，及时存入对应的输出果，及时存入对应的输出状态寄存器。一旦本阶段状态寄存器。一旦本阶段结束，输出状态寄存器中结束，输出状态寄存器中的状态不再改变。此阶段的状态不再改变。此阶段又称为又称为顺序扫描运算顺序扫描运算。3.8 PLC的工作原理的工作原理 可编程序控制可编程序控制器
25、概述器概述O映像区O锁存电路O端子输出刷新阶段输出刷新阶段输出刷新输出刷新 在所有指令执行完毕后，在所有指令执行完毕后，运算结果全部存入输出状态运算结果全部存入输出状态寄存器后，寄存器后，CPU通过锁存电通过锁存电路将所有的结果一次性的输路将所有的结果一次性的输出并转换成为现场执行元件出并转换成为现场执行元件所需的各种信号，借助输出所需的各种信号，借助输出端子，去控制现场执行元件端子，去控制现场执行元件的状态。故，此阶段又称为的状态。故，此阶段又称为集中输出刷新集中输出刷新。3.8 PLC的工作原理的工作原理 可编程序控制可编程序控制器概述器概述 由此，由此，PLC自动地、周而复始地执行着由这
26、三个阶段构成的工作周期。自动地、周而复始地执行着由这三个阶段构成的工作周期。简言之，简言之，PLC的工作原理是：的工作原理是：定期集中采样、顺序扫描运算、集中输出刷新定期集中采样、顺序扫描运算、集中输出刷新。 I端子 I映像区O映像区O锁存电路O端子一个周期一个周期输入采样阶段输入采样阶段输出刷新阶段输出刷新阶段程序执行程序执行2ms2ms输入刷新输入刷新输出刷新输出刷新3.8 PLC的工作原理的工作原理 可编程序控制可编程序控制器概述器概述423.8 PLC的工作原理的工作原理 1. PLC对输入对输入/输出的处理原则输出的处理原则l 输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上输入映像寄存器的数
27、据取决于输入端子板上各输入点在上一刷新期间的接通和断开状态。各输入点在上一刷新期间的接通和断开状态。l 程序执行结果取决于用户所编程序和输入程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输输出映像寄存器的内容及其他各元件映像寄存出映像寄存器的内容及其他各元件映像寄存器的内容。器的内容。l 输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。行结果。l 输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定。间输出映像寄存器中的数据决定。l 输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器决定。
28、决定。 可编程序控制可编程序控制器概述器概述433.9 PLC的编程语言的编程语言1. PLC的编程语言概述的编程语言概述n IEC61131-3n 五种编程语言五种编程语言l 梯形图（梯形图（Ladder Diagram，LD）、）、l 功能块图（功能块图（Function Block Diagram，FBD）l 顺序功能图（顺序功能图（Sequential Function Chart，SFC）l 结构化文本（结构化文本（Structured Text，ST）l 指令表（指令表（Instruction List，IL） 可编程序控制可编程序控制器概述器概述443.9 PLC的编程语言的编程
29、语言1. 梯形图：最常用、最直观的编程语言。梯形图：最常用、最直观的编程语言。l 名字的由来名字的由来l 定义及内容定义及内容l 能流的概念能流的概念 可编程序控制可编程序控制器概述器概述453.8 PLC的编程语言的编程语言1. 顺序功能图顺序功能图n 最常用、最方便的编程语言最常用、最方便的编程语言2. 功能块图功能块图3. 结构化文本结构化文本n 未来最常用的未来最常用的PLC编程语言编程语言 可编程序控制可编程序控制器概述器概述463.8 PLC的编程语言的编程语言1. 语句表语句表 可编程序控制可编程序控制器概述器概述47本章小结及作业本章小结及作业 本章小结本章小结n理解理解PLC和传统控制系统的本质区别和传统控制系统的本质区别nPLC的特点的特点nPLC的发展趋势的发展趋势nPLC与其他控制系统的区别与其他控制系统的区别nPLC的工作方式的工作方式n深刻理解深刻理解PLC的循环扫描过程（的循环扫描过程（PLC的工作机理）的工作机理）n最常用的编程语言梯形图、功能图、最常用的编程语言梯形图、功能图、ST作业：作业：5、6、7、8、10、11 可编程序控制可编程序控制器概述器概述
