1、单元三 初步认识可编程序控制器快乐向导:低压电器的继电控制系统是采用弱电信号控制强电系统的控制方法，其使用已有近百年的历史。在复杂的继电器控制系统中，存在设备体积大、可靠性低、故障的查找和排除困难、维护不方便等明显的缺点，严重地影响了工业生产，特别是当生产工艺或控制对象发生改变时，由于其通用性和灵活性较差，必须花费较多时间改变复杂的接线，严重影响生产进度。随着工业生产工艺不断发展变化，1969年美国数字设备公司（DEC）研制成功了世界上第一台可编程序控制器，其克服了继电器控制的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点，并将控制器和被控对象方便的联系起来。因此，
2、可编程序控制器得到了迅速的发展和广泛应用。2022-12-3主页主页2、熟悉FX2N系列PLC面板及其命名方式。3、掌握PLC的工作原理。知识目标：技能目标：1、了解PLC的发展历程和基本概况。1、熟悉FX2N系列PLC的接线方式。2、熟悉PLC编程语言及其性能指标。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一 可编程控制器的简介 任务二 可编程控制器编程语言及其工作原理单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介在可编程序控制器出现以前，工业控制领域中继电器控制占主导地位，应用极其广泛。但是由于继电器控制系统存在体积大、耗电多、可靠性差、寿命
3、短、接线复杂、通用性和灵活性差等缺点，严重束缚了工业生产的发展。随着计算机控制技术的不断发展，1968年美国通用汽车公司（GM公司）提出了研制一种新型工业控制器的要求。1969年美国数字设备公司（DEC）根据上述要求，研制出了世界上第一台可编程序控制器，型号为PDP14,并在GM公司的汽车自动装配线上试用成功。这种可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）具备了执行逻辑判断、计时、计数等顺序功能，大大提高了生产率。一、可编程序控制器的由来单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介1987年2月国际电工委员会
4、（IEC）颁发了可编程控制器标准草案第三稿。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，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，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。可编程控制器及其有关外围设备，都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。如今，PLC已经成为应用面最广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置。二、PLC的定义及特点1、PLC的定义 单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介二、PLC的定义及
5、特点（1）可靠性高、抗干扰能力强。（2）编程简单、使用方便。（3）功能完善，通用性强。（4）设计安装简单、维护方便。（5）体积小、重量轻、能耗低。（1）PLC的工作环境要求低，PLC的抗干扰能力强。（2）PLC编程比PC易学。（3）PLC设计调试周期短。（4）PLC应用领域与PC不同。（5）PLC的输入输出响应速度慢，而PC的响应速度快。（6）PLC维护比PC容易。2、PLC的特点 3、可编程控制器PLC与个人计算机（PC）之间的主要差异单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介二、PLC的定义及特点（4）体积大小不同。PLC控制系统结构紧凑、体积小、连
6、线少；继电器控制系统体积大、连线多。4、PLC与继电器控制系统之间的区别（1）组成器件不同。PLC是“软”继电器、“软”接点和“软”线连接；继电器控制主要采用“硬”器件、“硬”接点“硬”接线。（2）触点数量不同。PLC编程中无触点数的限制；控制用的继电器触点数一般只有48对。（3）实施控制的方法不同。PLC主要有软件程序控制，而继电器控制系统依靠硬件连线完成。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介PLC 的发展与计算机技术、微电子技术、自动控制技术、数字通信技术、网络技术等密切相关。这些高新技术的发展推动了PLC 的发展，而PLC 的发展又对这些高新
7、技术提出了更高的要求，促进了它们的发展。其发展过程大致可分三个阶段。三、PLC的发展历程（1）第一阶段 (20世纪60年代末70年代中期)早期的PLC 作为继电器控制系统的替代物，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制和定时/计数控制等任务。此时的可编程控制器仅有逻辑运算、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系统，通常称为可编程逻辑控制器。1、PLC的发展过程单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介三、PLC的发展历程（2）第二阶段 (20世纪70年代中期80年代后期)20 世纪70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。
8、各个PLC 厂商先后开始采用微处理器作为PLC 的中央处理单元(Central Processing Unit，简称CPU)，使PLC 的功能大大增强。（3）第三阶段 (20世纪80年代后期至今)20 世纪80 年代后期，随着超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的价格大幅度下降，各种PLC 采用的微处理器的性能普遍提高。这时的PLC已不仅仅具有逻辑判断功能，而且具有通信和联网，数据处理和图像显示等功能。为了进一步提高PLC 的处理速度，各制造厂家还开发了专用芯片，PLC 的软件和硬件功能发生了巨大变化，体积更小，成本更低，I/O 模块更丰富，处理速度更快，指令功能更强。单元三 初步认识可编
9、程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介三、PLC的发展历程3、国内PLC发展的情况我国PLC研制、生产和应用的发展较快，尤其在应用方面更为突出。在20世纪70年代末和80年代初，我国在传统设备改造和新设备设计中，不断拓展PLC的应用领域，PLC的广泛应用对我国的工业自动化水平的提高起到了巨大的作用。2、国外PLC发展的情况自从美国研制出第一台PLC以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到迅速发展。目前，世界上有200多家PLC厂商，400多种PLC产品，按地域可分成美国、欧洲和日本三个流派。各流派各具特色，比如日本主要发展中小型的PLC,其小型PLC性能先进
10、、结构紧凑、价格便宜，在世界市场上占有重要地位。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介三、PLC的发展历程4、PLC的发展方向现代 PLC 的发展有两个主要趋势：其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展，主要表现在为了减小体积、降低成本、向高性能的整体型发展，在提高系统可靠性的基础上产品的体积越来越小、功能越来越强；其二是向大型网络化、高可靠性、良好的兼容性和多功能方面发展，趋向于当前工业控制计算机(工控机)的性能，主要表现在大中型PLC的高功能、大容量、智能化、网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，以便对大规模的复杂系统
11、进行综合的自动控制。总之，高功能、高速度、高集成度、容量大、体积小、成本低、通信联网功能强，成为PLC发展的总趋势。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介PLC主要由微处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、IO扩展接口、外部设备接口、电源、编程器等组成。如图所示为三菱FX2N-16MR型PLC外形及其面板。四、PLC的组成FX2N-16MR型PLC外形FX2N-16MR型PLC面板示意图单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介四、PLC的组成PLC的主要结构示意图PLC的结构多种多样，但其组成的
12、一般原理基本相同，都是以CPU为核心的结构，如图3.2所示。编程装置将用户程序送入可编程控制器，在可编程控制器运行状态下，输入单元接收到外部元件发出的输入信号，可编程控制器执行程序，并根据程序运行后的结果，由输出单元驱动外部设备。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介3、I/O扩展接口：PLC利用I/O扩展接口使I/O扩展单元与PLC的基本单元实现连接，当基本I/O单元的输入或输出的点数不够使用时，可以用I/O扩展单元来扩充开关量I/O的点数和增加模拟量的I/O端子。四、PLC的组成1、微处理器(CPU)：CPU是PLC的核心部分，负责指挥与协调PL
13、C的工作，一般有控制器、运算器、寄存器组成，并把它们制作在集成芯片上。CPU的主要功能为处理与运行用户程序，连续监控PLC工作，逻辑判断信号状态和按控制的需要使各个状态的变化决定输出部分。2、存储器：具有记忆功能的半导体电路，存储系统程序和用户程序等。（1）系统存储器，用于存储系统和监控程序。只能读信息，而不能写信息。（2）用户存储器。用来存放编程器或磁带输入的程序，即用户编制的程序。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介四、PLC的组成4、输入/输出（I/O）接口电路：PLC与现场外围设备相连接的组件。用户送入PLC的各种开关量、模拟量信号，通过输
14、入单元的光电隔离器件，将各种信号转换成微处理器的电平信号。6、电源：电源单元是将工业交流电转换成直流电，供PLC各单元工作。外部连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源,并为外部输入元件提供24V的直流电源，而驱动PLC负载的电源由用户提供。5、外部设备接口：外设接口电路用于连接简易编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能通过外设接口组成PLC的控制网络。PLC可以实现编程、监控、联网等功能。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介四、PLC的组成7、编程器编程器（Handy Pro
15、gramming Panel，简称HPP）主要由键盘、显示屏、外存储器接插口等部件组成。如图3.3所示为MELSEC FX-20P型简易编程器。编程器的主要功能用于用户程序的编制、编辑、修改、调试和监视。用户程序通过它才能输入PLC，实现人机的对话。MELSEC FX-20P型简易编程器单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介（2）模块式PLC是把各个组成部分做成若干个独立的模块,如CPU模块、I/O模块、电源模块以及各种功能模块等。模块式PLC由框架和各种模块组成。这种结构的特点是配置灵活，装配和维修方便，易于扩展。一般大中型的PLC都采用这种结构。
16、五、PLC的分类通常各类PLC产品可按结构型式、I/O点数及具备的功能三方面进行分类。1、按结构型式分类：可分为整体式和模块式。（1）整体式PLC是将电源、CPU、I/O部件都集中在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。一般小型的PLC采用这种结构，整体式PLC由不同I/O点数的基本单元和扩展单元组成。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3 任务一任务一 可编程控制器的简介（1）低档机具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能。（2）中档机除具有低档机的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、远程I/O、通信等功能。（3）高档机除具有中档
17、机的功能外，还有符号算术运算、位逻辑运算、矩阵运算、二次方根运算及其他特殊功能的函数运算、表格功能等。五、PLC的分类2、按I/O的点数分类：（1）小型PLC的I/O点数在256以下。（2）中型PLC的I/O点数在2562048点之间。（3）大型PLC的I/O点数在2048以上。3、按功能分类：单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3任务二：任务二：可编程控制器编程语言及其工作原理3、简化的程序结构PLC的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同的块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有着清晰的脉络。一、编程语言的特点1、图形式指令结构程序由图形方式表达，指令
18、由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。2、明确的变量常数图形符相当于操作码，被规定好了相应的运算功能。操作数由用户填入，如X400、C460、T55O等。PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确的规定。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3任务二：任务二：可编程控制器编程语言及其工作原理一、编程语言的特点4、简化应用软件生成过程使用汇编语言和高级语言编写程序，需要完成编辑、编译和连接三个过程。而使用编程语言，只需要编辑一个过程，其余工作由系统软件自动完成，整个编辑
19、过程都是在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。5、强化调试手段无论是汇编程序还是高级语言程序调试，都是令编辑人员头疼的事，而PLC的程序调试提供了完备的条件，使用编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控功能等，自我诊断和仿真调试操作都很简单。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3任务二：任务二：可编程控制器编程语言及其工作原理五种PLC编程语言的表达方式：梯形图LAD(Ladder Diagram)语句表STL(Statement List)功能块图FBD（Functional Block Diagram）结构文本ST(Structured Text)顺序功能图SFC
20、(Sequential Function Chart)其中，梯形图和功能块图为图形语言，是最常用的两种语言；语句表和结构文本为文字语言；顺序功能图是一种结构块控制程序流程图。二、常用的编程语言单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3任务二：任务二：可编程控制器编程语言及其工作原理二、常用的编程语言（1）梯形图简述梯形图在形式上类似于继电器控制电路。它是由常开触点、常闭触点、继电器线圈、并联、串联等图形符号连接而成。触点:代表逻辑输入条件，如外部开关、按钮、和内部条件等。线圈：代表逻辑输出结果，用来控制外部的负载或内部的输出条件。(a)继电器控制电路图 （b）PLC梯形图1、梯形图单元三
21、 初步认识可编程序控制器2022-12-3任务二：任务二：可编程控制器编程语言及其工作原理二、常用的编程语言梯形图中，除有跳转指令和步进指令等程序段外，某个编号的继电器线圈只能出现一次，而继电器触点可无限次使用。（2）梯形图的特点梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列，每一个继电器线圈为一个逻辑行，称为一个网络（或梯级、或阶梯）。梯形图中的继电器不是继电器控制线路中的物理继电器，它实质上是变量存储器中的位触发器，称为“软继电器”。如果相对应的某位触发器为“1”态，表示该继电器线圈通电，常开触点闭合，常闭触点打开。梯形图中的继电器线圈是广义的，除输出继电器、内部继电器线圈外还包括定时器、计数器、移
22、位寄存器及各种比较运算的结果。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3任务二：任务二：可编程控制器编程语言及其工作原理二、常用的编程语言（2）梯形图的特点输出继电器为PLC做输出控制，但它只是输出状态寄存表的相应位，不能直接驱动现场执行部件，必须通过开关量输出模块相应的功率开关去驱动。梯形图是PLC形象化的编程方式，左右两侧母线不接任何电源，梯形图中各支路也没有真实的电流流过。为了方便，常用“有电流”、“得电”等术语来形象地描述用户程序运算中满足输出线圈的动作条件。所以，仅仅是概念上的“电流”，而且认为它只能由左向右流动，层次的改变也只能是先上后下。输入继电器的触点表示相应的外部输入信
23、号的状态。输入继电器用于接收PLC的外部输入信号，而不能由内部其它继电器的的触点驱动。因此，梯形图中只能出现输入继电器的触点，而不能出现输入继电器的线圈。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3任务二：任务二：可编程控制器编程语言及其工作原理二、常用的编程语言（2）梯形图的特点PLC在运算用户逻辑时就是按照梯形图从上到下、从左到右的先后顺序逐行运行处理，即按扫描的方式顺序执行程序。因此，不存在几条并列支路的同时动作，这有利于在设计梯形图时减少许多有约束关系的联锁电路，从而使电路设计大大简化。PLC的内部继电器不能做输出控制用，它们只是用于一些逻辑运算所使用的中间存储单元状态，其触点可供
24、PLC内部使用。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3任务二：任务二：可编程控制器编程语言及其工作原理二、常用的编程语言PLC的指令又叫语句，是一种与微机的汇编语言指令相似的助记符表达式。指令由操作码和操作数两部分组成。操作码表明CPU要完成的操作功能，操作数包括为执行某种操作所必须的信息。语句表比较适合熟悉PLC和程序设计的经验丰富的程序员使用，实现某些不能用梯形图或功能块图实现的功能。序号操作码操作数0LDX0001ORY0002ANIX0013OUTY000指令语句表2、指令语句表单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3任务二：任务二：可编程控制器编程语言及其工作原理二
25、、常用的编程语言功能块图是类似于数字逻辑门电路的编程语言，有数字电路基础就很容易掌握。该语言用类似“与门”、“或门”的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量。输入、输出端的小圆圈表示“非”的运算，方框由“导线”连接在一起，信号自左向右流动。如图所示为梯形图相对应的功能块图。3、功能块图单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3任务二：任务二：可编程控制器编程语言及其工作原理二、常用的编程语言5、结构文本结构文本是为IEC611313标准创建的一种专用的高级编程语言，能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简介和紧凑。4、顺序功能图顺序功能图也叫做状态转移图，它
26、是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，用来编制顺序控制程序。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，主要由步、转换条件和动作组成。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3任务二：任务二：可编程控制器编程语言及其工作原理1、PLC的工作原理PLC控制任务的完成是建立在硬件的支持下，通过执行反映控制要求的用户程序来实现，其工作原理与计算机控制系统基本相同,PLC的内部等效电路如图所示:PLC内部的等效电路三、PLC的工作原理及主要技术指标单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3任务二：任务二：可编程控制器编程语言及其工作原理三、PLC的工作原理及主要技术指标在 PLC 中
27、，用户程序是按先后顺序存放的，在没有中断或跳转指令时，PLC从第一条指令开始顺序执行，直到程序结束符后又返回到第一条指令，如此周而复始地不断循环执行程序。PLC的工作采用循环扫描的工作方式。PLC 扫描工作的第一步是采样阶段，通过输入接口把所有输入端的信号状态读入缓冲区，即刷新输入信号的原有状态。第二步是扫描用户程序阶段，根据本周期输入信号的状态和上周期输出信号的状态，对用户程序逐条进行运算处理，将结果送到输出缓冲区。第三步是进行输出刷新阶段，将输出缓冲区各输出点的状态通过输出接口电路全部送到PLC的输出端子。2、PLC的工作过程单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3任务二：任务二：
28、可编程控制器编程语言及其工作原理三、PLC的工作原理及主要技术指标（3）扫描速度:扫描速度是指PLC执行用户程序的速度，一般以扫描1KB的用户程序所需时间来表示，通常以ms/KB为单位。PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。3、PLC的主要技术指标（1）存储容量:PLC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。（2）输入输出（I/O）点数:PLC的I/O点数指外部输入、输出端子数量的总和，是衡量PLC性能的一个重要参数。I/O点数越多，控制规模就越大。单元三 初步认识可编程序控制器2022-1
29、2-3任务二：任务二：可编程控制器编程语言及其工作原理三、PLC的工作原理及主要技术指标3、PLC的主要技术指标（6）内部元件的种类和数量:在编制PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息，这些元件的种类与数量越多，表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。（4）指令系统:指令系统是指PLC所有指令的总和。PLC具有基本指令和功能指令。指令的种类、数量也是衡量PLC性能的重要指标。PLC的编程指令越多，软件功能越强，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户的编程越简单、方便，越容易完成复杂的控制任务。（5）通信功能:通信分PLC之间的
30、通信和PLC与其他设备之间的通信两类。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。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3任务二：任务二：可编程控制器编程语言及其工作原理三、PLC的工作原理及主要技术指标3、PLC的主要技术指标（7）特殊功能单元:特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。近年来各PLC厂商非常重视特殊功能单元的开发，特殊功能单元种类日益增多，功能日益增强，控制功能日益扩大。（8）可扩展能力:PLC的可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等，在选择PLC时，经常需要考虑PLC的可扩展能力。
31、单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-36、PLC常用的编程语言有：梯形图、语句表、功能块图、结构文本ST、顺序功能图。单元小结单元小结1、可编程控制器的硬件主要包括：微处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、编程器、IO扩展接口、外部设备接口、电源等组成。2、PLC具有的特点有：可靠性高、抗干扰能力强；编程简单、使用方便；功能完善，通用性强；设计安装简单、维护方便；体积小、重量轻、能耗低。3、PLC采用“顺序扫描，不断循环”的方式周期性的进行工作，每个周期分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。4、PLC的主要技术指标有：存储容量、输入输出（I/O）点数、扫描速度、指令系统、通信功能、可扩展能力等几个方面。5、PLC编程语言的特点有：图形式指令结构、明确的变量常数、简化的程序结构、简化应用软件生成过程、强化调试手段等。单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3单元三 初步认识可编程序控制器2022-12-3谢谢谢谢!
