1、n 什么是PLC?n PLC的特点n PLC技术在电气自动化控制中的应用n PLC与其他控制系统的区别n PLC的组成n PLC的工作过程n PLC I/O处理n PLC的编程语言可编程序控制器（可编程序控制器（Programmble Controller）简称简称PC或或PLC PLCPLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为的，并逐渐发展成为 以微处理器以微处理器 为核心，将自动化技术、为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置 国际电工委员会（国际
2、电工委员会（IEC）于于1987年颁布了可编程控制年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，可编程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储器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、计，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，并通过数字式和模拟式的输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，控制各种类型的机械或生产过程。可编程
3、控制入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整器及其有关外围设备，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设计体，易于扩充其功能的原则设计”。“GM10条条”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2 维护方便，最好是插件式维护方便，最好是插件式3 可靠性高于继电器控制柜可靠性高于继电器控制柜4 体积小于继电器控制柜体积小于继电器控制柜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 7 输入可以是交流输入可以是交流115V8 输出可以是交
4、流输出可以是交流115V，2A以上，可直接驱动电磁阀以上，可直接驱动电磁阀9 在扩展时，原有系统只要很小变更在扩展时，原有系统只要很小变更10 10 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4K4K字节字节型号为型号为PDP-14，它的开创性意义在于引入了程序控制功能，为计算机技术在工业控制领，它的开创性意义在于引入了程序控制功能，为计算机技术在工业控制领域的应用开辟了空间域的应用开辟了空间。19691969年，美国数字设备公司（年，美国数字设备公司（GECGEC）首先研制成）首先研制成功第一台可编程序控制器功第一台可编程序控制器 ：吸取继电器和计算机两者的优点吸取继电器和
5、计算机两者的优点 继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但但简单易懂、价格便宜；简单易懂、价格便宜；计算机计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程，但编程困难；困难；采用面向控制过程、面向问题的采用面向控制过程、面向问题的“自然语言自然语言”进行编程进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图），使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）nPLC的发展概述 MODICON的084、日
6、本的DS-80（71年）、欧洲（73年）；总体发展情况（功能方面）。nPLC发展的五个阶段 初级阶段 从第一台PLC问世到20世纪70年代中期。仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）崛起阶段 从20世纪70年代中期到80年代初期。（功能增强、推广应用）：微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能 成熟阶段 从20世纪80年代初期到90年代初期。（大规模应用、通信联网）随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，1
7、6位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。飞速发展阶段 从20世纪90年代初期到90年代末期。（过程控制、复杂控制系统）开放性、标准化阶段 从20世纪90年代中期以后。（IEC61131）PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。n 就全世界自
8、动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言，PLC仍然处于一种核心地位。n 在全球经济不景气的时候，PLC的市场销售仍然坚挺；PC控制有了引人注目的进展，但毕竟只能对高端的PLC产品形成竞争；小型、超小型PLC的发展势头令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。各国PLC都有自己的特色。MODICON的084、日本的DS-80（71年）、欧洲（73年）欧洲：欧洲：西门子（Siemens）；法国的TE（Telemecanique）美国：美国：A-B（Allen-Bradly）、GE（General Ele
9、ctric）日本：日本：三菱电机（Mitsubishi Electric）、欧姆龙（OMRON）、FUJI （日本主要发展中小型PLC，其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜）目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品n 在70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLC。n 我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司等。n 在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，取得良好效果。PLC在我国的应用越来越广泛。目前，国内PLC生产厂家有30余家，并有迹象显示，更多的来自于原PLC应用的技术人员
10、准备加入到小型PLC开发的行列。但在目前上市的众多PLC产品中，还没有形成规模化的生产和名牌产品。从技术角度来看，国内外的小型PLC差距正在缩小。如无锡信捷、兰州全志等公司生产的微型PLC已经比较成熟，有些国产PLC（如和利时、科迪纳）已经拥有符合IEC标准的编程软件、支持了现场总线技术等。面对国际厂商数十年的规模化生产和市场管理经验，国内厂商更多地只停留在小批量生产和维系生存的起步阶段，离真正批量生产、市场化经营乃至创建品牌还有很长的路要走。与此同时，国产PLC的低价优势也正在受到新的挑战。：n 产品覆盖范围。排在最前的三个品牌有最丰富的产品系列，而且没有偏重，用户很容易得到恰当的产品；其他
11、品牌如Fuji，LG则以小型和微型产品为主，GE和Schneider以中大型产品为主。虽然AB拥有出色的技术和全面的产品系列，但是高价格使用户却步。n 中国市场上的历史。Siemens，Mitsubishi和Omron都是在中国市场上传统的供应商，在很多领域占了先机，相对应的是GE，Schneider（其实Modicon进入中国也比较早，但没有完整的销售和服务体系）和LG这些后来者虽然市场快速增长，但距先行者仍有一定的差距。n 行业分布。某些品牌会侧重于一些行业，如Schneider更加注重电力行业，Rockwell在冶金行业表现出众。：作为目前国内控制市场上的主流控制器，PLC市场的国内参与
12、者却需要尴尬地面对这样一个局面，即在高达31亿的PLC市场总需求中，国产PLC不到整个市场份额1。在按照I/O数量划分的市场总量中，小型PLC（256点以下）的市场巨大，占据市场总额的64，而国产PLC的市场贡献恰恰就在小型PLC的市场中。中国PLC市场在2008年有望翻番 在最近的经济发展中，中国以其制造业发展的迅猛及范围的广泛为人瞩目，使PLC在某些自动化领域增长超过了20%。中国的PLC市场在未来的5年内，将以14.1%的综合年增长率增长。（Programmable Automation Controller，PAC）PAC源自于ARC咨询集团市场调查公司，认为：“PLC相当活跃，而且发
13、展良好，具很强的生命力。相当活跃，而且发展良好，具很强的生命力。然而，然而，PLC这个工业的有效工具正在许多方面不断改变，这个工业的有效工具正在许多方面不断改变，不断增加其魅力。自动化供应商正不断致力于不断增加其魅力。自动化供应商正不断致力于PLC的开发的开发，以迎合市场和特殊用户的需求。功能的增强促使了新系，以迎合市场和特殊用户的需求。功能的增强促使了新系列的系统浮出水面。列的系统浮出水面。PAC基于开放的工业标准、具多领域基于开放的工业标准、具多领域功能、通用的开放平台以及高性能功能、通用的开放平台以及高性能”。n GE Fanuc却没有丝毫犹豫，立刻接受了PAC的概念，而且在汉诺威展上公
14、开宣布，其新的旗舰控制产品的名称为PACSystems。GE Fanuc使用了这个名称，表达了其产品综合了传统PLC和PC硬件的优点，具有通用编程环境。n 2003年11月Rockwell宣布，其为PAC技术的领导厂商，其产品Control Logix和Compact Logix PLC事实上就是PAC。他认为，随着不断的发展，PAC将采用大量的方法以处理数据，并具有升级性，而在多项目控制、集成商务系统分析和生命周期成本管理等方面也能大踏步地前进。n 是否制造商会将产品名称从PLC改到PAC，还有待观察。目前，PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文
15、化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从PLC应用类型看，大致可归纳为以下几个方面：n 开关量逻辑控制 n 运动控制 n 过程控制（PID闭环控制）n 数据处理 n 通信联网（构成DCSDCS、FCSFCS系统系统）PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关的机器、与环境相关的机器，而且有急速的上升趋势。值得注意的是，随着PLC、DCS相互渗透，二者的界线日趋模糊的时候，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展 WinAC插槽型插槽型WinAC
16、软件型软件型S7-300/400电源、主机模块输入、输出、A/D、D/A模块 OMRON 公司的整体式公司的整体式 PLCC28PCPM2ACPM1ACQM1 OMRON 公司的组合式公司的组合式 PLCC200HE OMRON 公司的组合式公司的组合式 PLCCVM1底版底版 OMRON 公司的组合式公司的组合式 PLCWinAC插槽型插槽型WinAC 软件型软件型S7-300/400 PLC的基本组成与一般的微机系统类似的基本组成与一般的微机系统类似：是一种是一种特殊计算机特殊计算机 PLC的基本组成包括的基本组成包括两部分两部分中央处理器（中央处理器（CPU）、）、存储器、输入接口、存储
17、器、输入接口、输出接口、通信接口、电源等输出接口、通信接口、电源等系统程序和用户程序系统程序和用户程序输出设备输出设备输入设备输入设备 I/OI/O扩展扩展 单元单元 特殊功特殊功 能单元能单元主机主机输出单元输出单元输入单元输入单元 电电 源源外设接口外设接口I/O/O扩扩展展口口存存 储储 器器 系统程序系统程序 存储器存储器 C P U 用户程序用户程序 存储器存储器盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROMEPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PLCPLC编程器编程器可编程终端可编程终端PTPT 整体式整体式 PLC的基本组成框图的基本组成框图 PLC中常采用的CPU有三类：1
18、)（如Z80、8086、80286等）2)（如8031、8096等）3)(如AMD29W等)小型PLC：大多采用8位通用微处理器和单片微处理器，中型PLC：大多采用16位通用微处理器或单片微处理器 大型PLC：大多采用高速位片式微处理器（32位）小型PLC为中、大型PLC则大多为对于双CPU系统，一般一个为，一般采用8位、16位或32位处理器；另一个为，采用由各厂家设计制造的专用芯片。：按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作。归纳起来主要有以下五个方面：1）接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据2）诊断电源、PLC内部电路故障和编程中的语法错误等3）接收并存储从输入单元（接
19、口）得到现场输入状态或数据4）逐条读取并执行存储器中的用户程序，并将运算结果存入 存储器中5）根据运算结果，更新有关标志位和输出内容，通过输出接 口实现控制、制表打印或数据通讯等功能：在在PLC中，存储器主要用于中，存储器主要用于系统程序、用户程序、数据系统程序、用户程序、数据：可读/写操作的随机存储器随机存储器RAM 只读存储器只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM系统程序是完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。系统程序由PLC的制造厂家编写的，在PLC使用过程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，它关系到PLC的性能。系统程序 由制
20、造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而编制的应用程序。它是由PLC控制对象的要求而定的，为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在EEPROM中。现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。它们存放在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储器中，设有存放输入/输出继电器、辅助继电器、定时器
21、、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。系统程序和工作数据与用户无直接联系系统程序和工作数据与用户无直接联系 在PLC产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指。当PLC提供的用户存储器容量不够用，许多PLC还提供有存储器扩展功能。通常也称是PLC与工业生产现场之间的连接通道。可以检测被控对象的各种数据，用这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据 将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的电平转换功能电平转换功能：由于外部输入设备和输出设备
22、所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的信号是标准电平信号。光电隔离和滤波功能光电隔离和滤波功能，以提高PLC的抗干扰能力 通常还有状态指示状态指示，工作状况直观，便于维护：开关量输入/输出接口模拟量输入/输出接口 常用：直流输入接口、交流输入接口、交/直流输入接口 常用：继电器输出接口 响应速度慢、动作频率低，可驱动交流或直流负载 晶体管输出接口 响应速度快、动作频率高，只能用于驱动直流负载晶闸管输出接口：响应速度快、动作频率高，只能用于驱动交流负载 模拟量输入接口（A/D接口）分辨率（8位、10位、12位等）、量化误差、偏移误差、满刻度误差、线性度、精度等 许多PLC还有与热
23、电阻或热电偶配套使用的A/D接口 模拟量输出接口（D/A接口）分辨率（8位、10位、12位等）、精度、线性度、稳定时间等 PLC与外部设备联系的桥梁与外部设备联系的桥梁 开关量输入单元开关量输入单元 开关量输出单元开关量输出单元 直流输入单元直流输入单元 交流输入单元交流输入单元晶体管输出单元晶体管输出单元晶闸管输出单元晶闸管输出单元继电器输出单元继电器输出单元 3.输入输入/输出单元输出单元将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，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。转换成数字信号送入主机。直流输入电路直流输入电路COM+5VLEDSR3R1AR2CT 内内 部部 电电
24、 路路滤波滤波 光电耦合光电耦合 外部开关外部开关 输入点的输入点的状态显示状态显示 输入点输入点 公共端公共端 交流输入电路交流输入电路LED+5VAR2TCOMSCR1 内内 部部 电电 路路R3滤波滤波 光电耦合光电耦合 输入点的输入点的状态显示状态显示 外部开关外部开关 输入点输入点 晶体管输出电路晶体管输出电路COMT2LEDDFU+5V内内 部部 电电 路路T1R1R2R3负载负载光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 晶闸管输出电路晶闸管输出电路COMLEDR2 C TFU内内 部部 电电 路路R1负载负载光电耦合光电耦合 输出点的输出点的
25、状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 继电器输出电路继电器输出电路COMLED J R内内 部部 电电 路路负载负载输出点的输出点的状态显示状态显示 继电器继电器 机械机械触点触点 公共端公共端 输出点输出点 ：是指PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数的总和。I/O点数是选择PLC的重要依据之一 当I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展 与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印 与监视器连接，可将控制过程图像显示出来 与 P L C 连接，组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制 与计算机连接，组成多级分布式控制系统，控制与管理相结合 与人
26、机界面（触摸屏）连接 与智能接口模块连接。智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口，PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。与编程器连接（是用于连接护展单元的接口）。当PLC基本单元I/O点数不能满足要求时，可通过扩展接口连接扩展单元以增加系统的增加系统的I/O点数点数I/O扩展端口扩展端口 5.I/O扩展端口扩展端口C28PI/O扩展端口扩展端口 CPM1A的外设端口和的外设端口和I/O扩展端口扩展端口I/O扩展单元扩展单元A/D转换单元转换单元 I/O扩展端口可以连接的设备举例扩展
27、端口可以连接的设备举例 CPM1A主机主机与与I/O扩展器扩展器的连接的连接主机主机I/O扩展器扩展器连接电缆连接电缆 I/O扩展端口连接扩展器的示意图扩展端口连接扩展器的示意图 6.外设外设端口端口外设端口外设端口盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PLC 可编程终端可编程终端PTPT编程器编程器 PLC配有开关式稳压电源，以提供内部电路使用。与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。因此，对于电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值15%的范围内波动。许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感 器供电。电源的容
28、量 PLC由开关式稳压电源为内部电路供电由开关式稳压电源为内部电路供电抗干扰性能好抗干扰性能好 有的有的PLC能向外部提供能向外部提供24V的直流的直流电源电源 可作为输入单元连接的外部设备的电源可作为输入单元连接的外部设备的电源 开关电源开关电源输入电压范围宽输入电压范围宽体积小体积小重量轻重量轻效率高效率高 4.电源单元电源单元是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备。简易编程器 智能编程器 :是用来将用户程序固化到EPROM存储器中的一种PLC外部设备。为了使调试好用户程序不易丢失，经常用EPROM写入器
29、将PLC内RAM保存到EPROM中。编程器是对编程器是对PLC进行操作的工具进行操作的工具 专专 用用 编编 程程 器器 在装有专用编程软件的计算机上编程在装有专用编程软件的计算机上编程 简易编程器简易编程器 直插式、便携式直插式、便携式 计算机辅助编程计算机辅助编程 图形编程器图形编程器 7.编程工具编程工具显示屏显示屏工作方式工作方式选择开关选择开关编程位编程位主机主机监控位监控位运行位运行位编程器编程器键盘键盘指令键指令键数字键数字键编辑键编辑键清除键清除键键盘键盘显示屏显示屏工作方式工作方式选择开关选择开关 CPM1A主机与编程器的连接主机与编程器的连接 CPM1A主机与编程器的连接主
30、机与编程器的连接计算机计算机编程编程 软件软件PLC专用电缆专用电缆计算机计算机编程编程 软件软件PLC 通通 信信适配器适配器RS-232电缆电缆 智能单元本身是一个独立的系统智能单元本身是一个独立的系统CPU、系统程序、存储器、与外界相连的接口、系统程序、存储器、与外界相连的接口 它们有自己的：它们有自己的：对组合式对组合式PLC：智能单元是智能单元是PLC系统的一个模块系统的一个模块与与CPU单元通过系统总线相连接单元通过系统总线相连接在在CPU单元的协调管理下独立地进行工作单元的协调管理下独立地进行工作 对整体式对整体式PLC：主机通过主机通过I/O扩展接口与智能单元连接扩展接口与智能
31、单元连接 8.智能单元智能单元 当当PLC运行时，需要进行众多的操作运行时，需要进行众多的操作而而 PLC的的CPU不可能同时去执行多个操作，不可能同时去执行多个操作，每一刻只能每一刻只能执行一个操作执行一个操作。解决的办法：解决的办法：采用分时操作原理采用分时操作原理 由于由于CPUCPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC PLC外部出现的结果似乎是同时完成的。外部出现的结果似乎是同时完成的。这种分时操作的方法称为这种分时操作的方法称为 例如：用户程序的执行（例如：用户程序的执行（用户程序的扫描工作过程）用户程序的扫描工作过程）一、一、PLC
32、采用循环扫描工作方式采用循环扫描工作方式 扫描工作分为扫描工作分为 5 个阶段个阶段 公公 共共 处处 理理 阶阶 段段 程程 序序 执执 行行 阶阶 段段 扫描周期计算阶段扫描周期计算阶段 I/O 刷刷 新新 阶阶 段段 外设端口处理外设端口处理 阶段阶段设置各异常继电器异常：(ERR/ALM)LED 灯亮警告：(ERR/ALM)LED闪烁异常或警告？无有异常检查结果正常？扫描周期监视 时间预置执行用户程序 程序结束？(END命令？)NoYes扫描周期固定值设定检查 有固定值设置？等待设定扫描周期到 计算扫描周期 I/O 刷 新正常异常警告 接通电源初始化I/O外设端口 服务初始化I/O、内
33、部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零定时器预置识别扩展单元公 共 处 理执行用户 程序扫 描 周 期 计 算 处 理刷新硬件、用户程序内存检 查 外设端口服务 接通电源接通电源 初始化初始化 硬件检查硬件检查 正常？正常？异常报警异常报警异常处理异常处理扫描周期监视扫描周期监视执行用户程序执行用户程序 程序结束？程序结束？扫描周期检查扫描周期检查有固定设置？有固定设置？等待等待扫描周期计算扫描周期计算 I/O刷新刷新外设端口服务外设端口服务 异常异常 公共处理公共处理 执行用执行用户程序户程序扫描周期计算扫描周期计算 刷刷 新新端端口口服服务务000020100000001 0000201
34、000 1.PLC扫描工作各环节的功能扫描工作各环节的功能 PLC上电后，首先检查硬件是否正常。上电后，首先检查硬件是否正常。按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。对输入的数据进行处理，对输入的数据进行处理，将结果存入元件映象寄存器。将结果存入元件映象寄存器。计算扫描周期。计算扫描周期。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。母线母线 I/O刷新阶段。刷新阶段。外设端口服务。外设端口服务。读输入点的状态并写入输入映像寄存器。读输入点的状态并写入输入映像寄存器。将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输
35、出电路送到输出点。将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。访问外设端口连接的外部设备。访问外设端口连接的外部设备。读读读读读读写写写写 执行用户程序执行用户程序 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 2.PLC执行用户程序的过程执行用户程序的过程010010100000000 00001 01000输输入入端端子子输输入入电电路路用户输入设备用户输入设备输入映像寄存器输入映像寄存器输输出出电电路路输输出出端端子子元件映像寄存器元件映像寄存器输出锁存器输出锁存器 用户输出设备用户输出设备 集中采样：集中采样：在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理
36、阶段在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。当进行。当PLC进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到下一进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。集中输出：集中输出：在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状
37、态一直保存在输出映象寄存器中。态一直保存在输出映象寄存器中。PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。对于小型对于小型PLC:PLC:I/O点数较少、用户程序较短点数较少、用户程序较短 一般采用一般采用的工作方式的工作方式 而对于大中型而对于大中型PLC:PLC:I/O点数较多，控制功能强，点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，采用用户程序较长，为提高系统响应速度，采用或以及以及采用智能采用智能I/O接口等多种方式接口等多种方式 4.PLC执行用户程序的特点执行用户程序的特点 按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序按梯
38、形图自左向右、自上而下逐次执行程序 执行程序时所需数据取自于：执行程序时所需数据取自于：输入映像寄存器输入映像寄存器 元件映像寄存器元件映像寄存器 输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变 每个扫描周期每个扫描周期I/O刷新阶段集中读入刷新阶段集中读入/读出数据读出数据 PLC一般可从其一般可从其I/O点数、结构形式和功点数、结构形式和功能三方面进行分类：能三方面进行分类：根据PLC的I/O点数，PL
39、C分为小型、中型和大型三类。1）I/O点数为256点以下点以下的为小型PLC （其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）2）I/O点数为256点以上、点以上、2048点以下点以下的为中型PLC3）I/O点数为2048以上以上的为大型PLC （其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）这个分类界限不是固定不变的，它随PLC的发展而变化。根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。1）将电源、将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装接口等部件都集中装在一个机箱内，在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。整体式PLC由不同I/O点
40、数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。小型PLC一般采用这种整体式结构。2）将将PLC各组成部分分别作成若干各组成部分分别作成若干个单独的模块，如个单独的模块，如CPU模块、模块、I/O模块、电源模块（有模块、电源模块（有的含在的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块中）以及各种功能模块。模块式由框架或基板和各种模块组
41、成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同模块组成一个系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。3）还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机系统 具有低档PLC功能外，具有较强的模拟量输入/输
42、出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。与继电器、工控机、单片机等其他控制装置比较，与继电器、工控机、单片机等其他控制装置比较，PLC具有以下特点：具有以下特点：硬件方面硬件方面：I/O接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采
43、用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。软件方面软件方面：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。目前，各种PLC都采用梯形图语言为第一编程语言，是，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。同时，PLC编程器的
44、操作和使用也很简单。这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。许多PLC还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编程方法，进一步简化了编程。现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网以等许多功能。同时，由于PLC产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且P
45、LC具很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。PLC结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备 为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存
46、储器，功能强。小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为816点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司系列PLC、西门子公司的LOGO系列PLC。为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。加强PLC联网与通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网与和通信有两类：PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；P
47、LC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性 在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的
48、梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言步进编程语言、面向过程控面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语语言等）等言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。PLC的编程语言的编程语言 逻辑功能图逻辑功能图 梯梯 形形 图图 逻辑方程式逻辑方程式 语语 句句 表表顺序功能图（顺序功能图（SFC）：不仅仅是一种语言，更是一种组 织控制程序的图形化方式。梯梯 形形 图（图（L D）：以图形方式表达触点和线圈以及 特殊指令块的梯级。指指 令令 表（表（I L）：类似汇编程序的基于文本的语
49、言 与其相对应的是LD。结结 构构 文文 本（本（S T）：类似Pascal的基于文本的语言功功 能能 块块 图（图（FBD）：一种对应于线路图的图形语言。FBD广泛地用于过程工业。1.1.梯形图编程语言梯形图编程语言 两种梯形图的继电器符号图对照两种梯形图的继电器符号图对照 物理继电器物理继电器 PLC继电器继电器常开常开常闭常闭 触触 点点线线 圈圈 梯形图编程语言是一种图形语言梯形图编程语言是一种图形语言 000000100001000PLC控制控制00001SB2KMKM继电器继电器 控控 制制SB1 2.两种控制的梯形图比较两种控制的梯形图比较线圈线圈线圈线圈常开触点常开触点常开触点
50、常开触点常闭触点常闭触点常闭触点常闭触点物理继电器物理继电器继电器需硬接线连接继电器需硬接线连接触点个数有限触点个数有限PLC继电器继电器继电器用程序软连接继电器用程序软连接触点个数无限触点个数无限继电器的接线改变继电器的接线改变控制功能改变控制功能改变PLC的用户程序改变的用户程序改变 控制功能改变控制功能改变 3.两种控制中继电器的区别两种控制中继电器的区别用用PLC控制控制外部接线不变，改变用户程序。外部接线不变，改变用户程序。用继电器控制用继电器控制要改变控制电路的实际接线。要改变控制电路的实际接线。KMQFUKH M 3 SB1SB2KMKHKM 继电器控制接线继电器控制接线 PLC
