可编程序控制器简介课件.ppt

1、4.1 可编程控制器简介可编程控制器简介4.2 可编程控制器的结构与工作原理可编程控制器的结构与工作原理4.3 可编程控制器的系统配置可编程控制器的系统配置4.4 可编程控制器的编程元件可编程控制器的编程元件第第4章章 可编程控制器概述可编程控制器概述本章教学重点：（1）可编程控制器的定义、特点、分类及性能指标；（2）可编程控制器的构成及工作原理；（3）可编程控制器的编程元件。第第4章章 可编程控制器概述可编程控制器概述 本章能力要求：通过本章的学习，读者应了解可编程控制器的特点、性能指标、分类及其基本功能；掌握FX2N系列PLC内部编程元件的地址分配、FX系列PLC的型号命名；掌握可编程控制

2、器的循环扫描方式的工作原理。第第4章章 可编程控制器概述可编程控制器概述4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC。它是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动化技术和通讯技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。目前，PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。其应用的深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 国际电工委员会（I

3、EC）在1987年2月颁布了可编程控制器标准草案（第三稿）中对可编程控制器作了如下定义：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，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入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 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体，易于扩充其功能的原则设计。由以上定义可知：可编程控制器是一种数字运算操作的电子装置，是直接应用于工业环境，用程序来改变控制功能，易于与工业控制系统连成一体的工业计算机。4.1

4、 可编程控制器简可编程控制器简介介 4.1.1 可编程控制器的产生可编程控制器的产生 上世纪60年代，计算机技术已开始应用于工业控制了。但由于计算机技术本身的复杂性，编程难度高、难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等原因，未能在工业控制中广泛应用。当时的工业控制，主要还是以继电器接触器控制系统占主导地位。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车制造公司（GM），为适应汽车型号的不断更新，试图寻找一种新型的工业控制器，以尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件及接线、减少设计时间，降低成本。因而设想把计算机的完备功能、灵活及通用等优点和继电器控制系统的

5、简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种适用于工业环境的通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向控制过程，面向对象的自然语言进行编程。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 针对上述设想，通用汽车公司提出了这种新型控制器所必须具备的十大条件：（1）编程简单，可在现场修改程序；（2）维护方便，最好是插件式；（3）可靠性高于继电器控制柜；（4）体积小于继电器控制柜；（5）可将数据直接送入管理计算机；4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （6）在成本上可与继电器控制柜竞争；（7）输入可以是交流115V；（8）输出可以是交流115V，2A以上，可直接驱动电磁阀

6、；（9）在扩展时，原有系统只需很小变更；（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4K字节。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。早期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，通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发

7、展，16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，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 4.1.2 可编程控制器的特点与应用可编程控制器的特点与应用 1PLC的特点 PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。主要有以下特点：4.

8、1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （1）可靠性高、抗干扰能力强 可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的平均无故障时间可达几十万个小时，之所以有这么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 在硬件方面，隔离是抗干扰的主要手段之一。在CPU与I/O模块之间采用光电隔离措施，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响，同时还可以防止外部高电压进入CPU。滤波是抗干扰的又一主要措施，可有效消除或抑制高频干扰。此外对CPU等重要部件采用良好的导电、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。4.1

9、 可编程控制器简可编程控制器简介介 在软件方面，PLC采用扫描工作方式，减少了由于外界环境干扰引起故障；在PLC系统程序中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；当由外界干扰引起故障时，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，一旦外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （2）编程简单、使用方便 目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的梯形图编程方式。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易被接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方

10、式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （3）功能完善、适应性强 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

11、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。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （4）使用简单，调试维修方便 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的故障率低，维修工作量小；而且PLC具有很强的自诊断功能，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，维修方便。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （5）体积小，能耗低 PLC是将微电子技术应用于工业

12、设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M型PLC为例：其外型尺寸仅为305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25w；而且具有很好的抗震、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比：面积为47%，体积为36%。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 2PLC的应用 经过40多年的发展，PLC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

13、。目前PLC的应用大致可归纳为以下几个方面：4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （1）开关量逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域。利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线及电梯的控制等。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （2）运动控制 PLC可用于直线运动或圆周运动的控制。早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机械，现在一般使用专用的运动模块。目前，制造商已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。即：把描述目标位置的数据送给

14、模块，模块移动一轴或多轴到目标位置。当每个轴运动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。运动的程序可用PLC的语言完成，通过编程器输入。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （3）过程控制 PLC可实现模拟量控制，具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于钢铁冶金、精细化工、锅炉控制、热处理等场合。（4）数据处理 现代PLC都具有数学运算（包括逻辑运算、函数运算、矩阵运算）、数据传送、转换、排序和查表等功能，可进行数据的采集、分析和处理，同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （5）通信联网 可

15、编程序控制器的通信包括主机与远程I/0之间的通信、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(如计算机、变频器)之间的通信。可编程序控制器与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 4.1.3 可编程控制器的分类可编程控制器的分类 PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。PLC的分类，可根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。1按结构形式分类 根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式、模块式和叠装式三类。4.1 可编程控制器简可编程控制

16、器简介介 （1）整体式可编程控制器 整体式PLC是将电源、CPU、存储器、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点，适用于嵌入控制设备的内部，常用于单机控制。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 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

17、以扩展。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （2）模块式可编程控制器 模块式PLC是将PLC各组成部分，分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。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规模的系统，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。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （3）叠装式可编程控制器 叠装式结构就是将整体式和模块式的特点结合起来。叠装式PLC的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

18、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。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 整体式PLC一般用于规模较小，I/O点数固定，以后也少有扩展的场合；模块式PLC一般用于规模较大，I/O点数较多，I/O点数比例比较灵活的场合；叠装式PLC具有前两者的优点，从近年来的市场情况看，整体式及模块式有结合为叠装式的趋势。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 2按功能分类 根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。（1）低档可编程控制器 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

19、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控制系统。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （2）中档可编程控制器 除具有低档PLC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、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （3）高档可编程控制器 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。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

20、络控制系统，实现工厂自动化。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 3按I/O点数分类 根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。（1）小型可编程控制器 I/O点数为256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）中型可编程控制器 I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 （3）大型可编程控制器 I/O点数为2048以上的为大型PLC。其中，I/O点数超过8192点的为超大型PLC。在实际中，一般PLC功能的强弱与其I/O点数的多少是相互关联的，即PLC的功能越强，其可配置的I

21、/O点数越多。因此，通常我们所说的小型、中型、大型PLC，除指其I/O点数不同外，同时也表示其对应功能为低档、中档、高档。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 4.1.4 可编程控制器的发展趋势可编程控制器的发展趋势 PLC从产生到现在经历了几十年的发展，实现了从初始的简单逻辑控制到现在的运动控制、过程控制、数据处理和联网通信，随着科学技术的进步，面对不同的应用领域、不同的控制需求，PLC还将有更大的发展。目前，PLC的发展趋势主要体现在规模化、高性能、多功能、模块智能化、网络化、标准化等方面。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 1向超大型、超小型两个方向发展 当前中小型PLC比较多

22、，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。大型化是指大中型PLC向着大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 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。2向高性能、高速度、大容量方向发展 PLC的扫描速度已成为很重要的

23、一个性能指标。为了提高处理能力，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的扫描速度可达每千步0.1ms左右。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。3PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力 为满足各种自动化控制系统的要求，近年来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。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 加强PLC联网通信

24、的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是PLC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，PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部分。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 4增强外部故障的检测与处理能力 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%。前两项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PL

25、C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。因此，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。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 5编程工具丰富多样，功能不断提高 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、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。4.1 可编程控制器简可编程控制器简介介 6标准化 与个人

26、计算机相比，可编程控制器的硬件、软件体系结构都是封闭的，而不是开放的。随着生产过程自动化要求在不断提高，过去那种不开放、各品牌自成一体的结构显然不合适，为了提高兼容性，国际电工委员会为此制定了国际标准IEC61131。该标准由总则、设备性能和测试、编程语言、用户手册、通信、模糊控制的编程、可编程控制器的应用和实施指导八部分和两个技术报告组成。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 4.2.1 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构 世界各国生产的PLC外观各异，但作为工业控制计算机，其硬件系统都大体相同，主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元、电源

27、、编程设备、通信接口等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入/输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。硬件结构框图如图4-1所示。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理图图4-1 PLC的结构框图的结构框图4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 1中央处理单元（CPU）同一般的微机一样，CPU是PLC的核心，由控制器、运算器和寄存器组成。PLC中所配置的CPU随机型不同而不同，常用有三类：通用微处理器（如80286、80386等）、单片微处理器（如8031、8096等）和位片

28、式微处理器(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。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 在PLC中CPU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几个方面：（1）接收从编程器输入的用户程序和数据。（2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 （3）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映像寄有器或数据寄存器中。（4）从存储器逐条

29、读取用户程序，经过解释后执行。（5）根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。有些PLC还具有制表打印或数据通信等功能。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 2存储器 存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM（不能修改）、EPROM（紫外线可擦）和EEPROM（电可擦）。在PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 系统程序是由PLC的制造厂家编写的，和PLC的硬件组成有关，完成系统诊断、命令解释、功

30、能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供PLC运行的平台。系统程序关系到PLC的性能，而且在PLC使用过程中不会变动，所以是由制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。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 用户程序是随PLC的控制对象而定的，由用户根据对象生产工艺的控制要求而编制的应用程序。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，可将其固化在只读存储器EPROM中。现在

31、有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。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、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。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 由于系统程序及工作数据与用户无直接联系，所以在PLC产品样本或

32、使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。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。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 3输入/输出单元 输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的

33、信息只能是标准电平，所以I/O接口要实现这种转换。I/O接口一般都具有良好的光电隔离和滤波功能，以提高PLC的抗干扰能力。接到PLC输入接口的输入器件往往是各种开关（光电开关、压力开关、行程开关等）、按钮、传感器触点等；PLC的输出接口往往是与被控对象相连接，被控对象有电磁阀、指示灯、接触器、继电器等。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 I/O接口根据输入输出信号的不同可以分为：数字量（开关量）输入、数字量（开关量）输出、模拟量输入、模拟量输出等。（1）输入接口电路 各种PLC的输入接口电路大多相同，常用的开关量输入接口按其使用的电源不同有三种类型：直流输入接口

34、、交流输入接口和交/直流输入接口，其基本原理电路如图4-2所示。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 （2）输出接口电路 常用的开关量输出接口按输出开关器件不同有三种类型：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出，其基本原理电路如图4-3所示。继电器输出接口可驱动交流或直流负载，但其响应时间长，动作频率低；而晶体管输出和晶闸管输出接口的响应速度快，动作频率高，但前者只能用于驱动直流负载，后者只能用于驱动交流负载。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数称为PLC输入/输出（I/O）点数。I

35、/O点数是选择PLC的重要依据之一。当系统的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。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 4电源 PLC配有开关电源，以供内部电路使用。与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。对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。并备有备用锂电池，以确保外部故障时内部重要数据不至于丢失。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理a）直流输入 b）交流输入 c）交/直流输入图图4-2 开关量输

36、入接口开关量输入接口4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理a）继电器输出 b）晶体管输出 c）晶闸管输出图图4-3 开关量输出接口开关量输出接口4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 5编程装置 编程装置的作用是编辑、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不可缺少的工具。一般有简易编程器和智能编程器两类。简易编程器体积小、价格便宜，它可以直接插在PLC的编程插座上，或者用专用电缆与PLC相连，以方便编程和调试。有些简易编程器带有存储盒，可用来储存用户程序，如三菱的FX-20P

37、-E简易编程器。智能编程器又称图形编程器。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 由于编程器只能对指定厂家的几种PLC进行编程，使用范围有限，价格较高。同时PLC产品不断更新换代，所以编程器的生命周期较短。因此，发展趋势是使用以个人计算机为基础的编程装置，用户只要购买PLC厂家提供的编程软件和相应的硬件接口装置。这样，用户只用较少的投资即可得到高性能的PLC程序开发系统。基于个人计算机的程序开发系统功能强大。它既可以编制、修改PLC的梯形图程序，又可以监视系统运行、打印文件、系统仿真等。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 6通信接口

38、PLC配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC通过这些通信接口可与监视器、打印机、其它PLC、计算机等设备实现通信。PLC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；与其它PLC连接，可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，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。远程I/O系统也必须配备相应的通信接口模块。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 7智能接口模块 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。它作为PLC系统的一

39、个模块，通过总线与PLC相连，进行数据交换，并在PLC的协调管理下独立地进行工作。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。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 8其它外部设备 除了以上所述的部件和设备外，PLC还有许多外部设备，如EPROM写入器、外存储器、人机接口装置等。EPROM写入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写入器将PLC内RAM保存到EPROM中。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 PLC内部

40、的半导体存储器称为内存储器。有时可用外部的磁带、磁盘和用半导体存储器制成的存储盒等来存储PLC的用户程序，这些存储器件称为外存储器。外存储器一般是通过编程器或其它智能模块提供的接口，实现与内存储器之间相互传送用户程序。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 人机接口装置是用来实现操作人员与PLC控制系统的对话。最简单、最普遍的人机接口装置由安装在控制台上的按钮、转换开关、拨码开关、指示灯、LED显示器、声光报警器等器件构成。对于PLC系统，还可采用半智能型CRT人机接口装置和智能型终端人机接口装置。半智能型CRT人机接口装置可长期安装在控制台上，通过通信接口接收来自

41、PLC的信息并在CRT上显示出来；而智能型终端人机接口装置有自己的微处理器和存储器，能够与操作人员快速交换信息，并通过通信接口与PLC相连。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 4.2.2 可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理 可编程控制器由两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态，当处于停止状态时，PLC只进行内部处理和通信服务等内容，一般用于程序的编制与修改。当处于运行状态时，PLC除了要进行内部处理和通信服务之外，还要执行反映控制要求的用户程序，即执行输入处理、程序处理、输出处理，一次循环可分为5个阶段，如图4-4所示。4.2

42、可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期。扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关，典型值为1100ms。可编程控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于PLC的扫描速度快，从外部输入/输出关系看来，处理过程似乎是同时完成的。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理图图4-4 扫描过程示意图扫描过程示意图4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 1内部处理阶段 PLC接通电源后，在进行循环扫描之前，首先确定自身的完好性，若发现故障，除了故障灯亮之外，

43、还可判断故障性质：一般性故障，只报警不停机，等待处理；严重故障，则停止运行用户程序，此时PLC切断一切输出联系。确定内部硬件正常后，进行清零或复位处理，清除各元件状态的随机性；检查I/O连接是否正确；启动监控定时器，执行一段涉及到各种指令和内存单元的程序，然后监控定时器复位，允许扫描用户程序。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 2通信服务阶段 PLC在通信服务阶段检查是否有与编程器和计算机的通信请求，若有则进行相应处理，如果有与计算机等的通信要求，也在这段时间完成数据的接收和发送任务。可编程控制器处于停止状态时，只执行以上的操作。可编程控制器处于运行状态时，还要

44、完成下面三个阶段的操作，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段，如图4-5所示。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理图图4-5 PLC执行程序过程示意图执行程序过程示意图4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 3输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映像寄存器中，此时输入映像寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映像寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样。4.2 可编程控制器的可编

45、程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 4程序执行阶段 在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，从左到右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映像寄存器中。对于元件映像寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 5输出刷新阶段 当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将元件映像寄存器中与输出有关的状态（

46、输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。4.2 可编程控制器的可编程控制器的 结构与工作原理结构与工作原理 当PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间，这种现象称为PLC输入/输出响应滞后。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。应该注意的是，这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成，更主要是由PLC输入接口的滤波环节带来的输入延迟，以及输出接口中驱动器件的动作时间带来的输出延迟，同时还与程序设计有关。滞后时间是设计PLC应用系统时应注意把握的一个参数。4.3 可编程控制器的系统配置可编程控制器的系统配置 4.3.1 FX

47、系列型号名称的含义系列型号名称的含义 三菱FX系列的PLC基本单元和扩展单元型号命名由字母和数字组成，其命名的基本格式如图4-6所示。图图4-6 FX系列系列PLC的型号的型号4.3 可编程控制器的系统配置可编程控制器的系统配置 （1）系列序号0、2、ON、OS、2C、2N、2NC、1N、1S，即 FX0、FX2、FX0N、FX0S、FX2C、FX2N、FX2NC、FX1N 和FX1S。（2）输入/输出的总点数：4256。（3）单元类型：M为基本单元；E为输入/输出混合扩展单元及扩展模块；EX为输入专用扩展模块；EY为输出专用扩展模块。（4）输出形式：R为继电器输出；T为晶体管输出；S为晶闸管

48、输出。4.3 可编程控制器的系统配置可编程控制器的系统配置 （5）特殊品种的区别：D为DC（直流）电源，DC输入；A1为AC（交流）电源，AC输入(AC100120V)或AC输入模块；H为大电流输出扩展模块；V为立式端子排的扩展模式；C为接插口输入输出方式；F为输入滤波器1ms的扩展模块；L为TTL输入型模块；S为独立端子(无公共端)扩展模块；无记号为AC电源，DC输入，横式端子排，标准输出（继电器输出2A/点、晶体管输出0.5A/点或晶闸管输出0.3A/点）。4.3 可编程控制器的系统配置可编程控制器的系统配置 4.3.2 可编程控制器的技术性能指标可编程控制器的技术性能指标 可编程控制器的

49、种类很多，用户可以根据控制系统的具体要求选择具有不同技术性能指标的PLC。可编程控制器的技术性能指标主要有以下几个方面。1I/O总点数 输入/输出（I/O）点数是指PLC输入信号和输出信号的总和，是衡量PLC性能的重要指标。I/O点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。4.3 可编程控制器的系统配置可编程控制器的系统配置 2存储容量 存储容量是指用户程序存储器的容量，是系统性能的一项重要指标。用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。可编程控制器存放程序的地址单位为“步”，每一步占用两个字，一条基本指令一般为一步，而功能指令往往要占好几步。一般来说，小型PLC的用户存

50、储器容量为几千字，而大型机的用户存储器容量为几万字。4.3 可编程控制器的系统配置可编程控制器的系统配置 3扫描速度 扫描速度是指PLC执行用户程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。一般以扫描1000步用户指令所需的时间来衡量扫描速度，通常以毫秒/千步为单位。也有用扫描1步用户指令所需要的时间来表示，即微秒/步。4.3 可编程控制器的系统配置可编程控制器的系统配置 4指令系统 指令系统是指可编程控制器所有指令的总和，其功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。5可扩展能