1、1第三章第三章 可編程控制器概述可編程控制器概述2 本本 章章 內內 容容PLCPLC的特點、應用和發展的特點、應用和發展PLCPLC的分類的分類PLCPLC的系統組成的系統組成PLCPLC的工作原理的工作原理PLCPLC的編程語言和程序結構的編程語言和程序結構33-1 3-1 可編程控制器概述可編程控制器概述 可編程控制器：可編程控制器：是專門為工業現場應用而設計是專門為工業現場應用而設計制造的計算機。制造的計算機。4邏輯運算邏輯運算順序控制順序控制 計計 時時 計計 數數( Programmable Logical Controller )( Programmable Logical Co

2、ntroller )5原有功能原有功能6PLCPLC的的特點特點1.1計算機概述計算機概述3-2 3-2 可編程控制器的特點可編程控制器的特點7控制系統結構簡單控制系統結構簡單8 缺缺 點：點： PLCPLC的的硬件體系硬件體系是是封閉封閉的：如專用總線、專用通信的：如專用總線、專用通信網絡及協議，網絡及協議，I/O I/O 模板不通用，甚至連機柜、電源模板不通用，甚至連機柜、電源模板亦各不相同。模板亦各不相同。 軟件體系軟件體系結構也是結構也是封閉封閉的：編程語言的組態、尋的：編程語言的組態、尋址等均不同，互不兼容。址等均不同，互不兼容。93-3. 3-3. 可編程序控制器的發展趨勢可編程序

3、控制器的發展趨勢10v 高性能、高速度、大容量發展高性能、高速度、大容量發展l 采用采用多多CPUCPU結構進行結構進行多通道、多任務多通道、多任務處理處理l CPUCPU采用采用3232位微處理器位微處理器l 增加增加智能控制功能智能控制功能（如（如PIDPID控制、模糊控控制、模糊控制、自適應控制，參數自整定等功能制、自適應控制，參數自整定等功能 ）l 支持支持組態設計組態設計11 大力發展大力發展微型微型PLCPLC、專用專用PLCPLC，不斷增強，不斷增強PLCPLC的功能，降低成本，使得能在更廣泛的的功能，降低成本，使得能在更廣泛的領域里代替電氣控制系統。領域里代替電氣控制系統。l

4、掌上掌上PLCPLCl 高性能高性能l 支持多種編程方式支持多種編程方式12v 大力開發智能模塊大力開發智能模塊如模擬量如模擬量I/OI/O、高速計數輸入、機械運動控制、高速計數輸入、機械運動控制、熱電偶輸入、條形碼閱讀器、模糊控制器、熱電偶輸入、條形碼閱讀器、模糊控制器、PIDPID回路控制、通信模塊等。回路控制、通信模塊等。 智能模塊本身帶有智能模塊本身帶有CPUCPU和存儲器和存儲器，有很強，有很強的信息處理能力和控制功能，它的的信息處理能力和控制功能，它的CPUCPU與與可編可編程序控制器的程序控制器的主主CPUCPU并行工作并行工作，完成一些特殊，完成一些特殊的控制功能。的控制功能。

5、13v PLC PLC 編程語言標準化編程語言標準化 1994 1994年年IECIEC公布了公布了PLC PLC 標準標準IEC61131-3 IEC61131-3 l 順序功能圖（順序功能圖（SFCSFC） 梯形圖梯形圖l 功能塊圖功能塊圖 指令表指令表l 結構文本結構文本 PLCPLC的硬件、軟件的體系結構都是封閉的。的硬件、軟件的體系結構都是封閉的。各廠家的各廠家的PLCPLC編程語言、指令系統的功能、表編程語言、指令系統的功能、表達方式有很大的差異，通信網絡和通信協議是達方式有很大的差異，通信網絡和通信協議是專用的。互不兼容。專用的。互不兼容。 14v 開發針對開發針對不同外部設備、

6、現成的通訊程序不同外部設備、現成的通訊程序，用戶使用時，只要作一些硬件或軟件上的初始化用戶使用時，只要作一些硬件或軟件上的初始化設置，不需要編程，使得通信功能易于使用。設置，不需要編程，使得通信功能易于使用。 開發在開發在PCPC機上運行的實現可編程控制器功能的機上運行的實現可編程控制器功能的軟件包（稱軟件包（稱軟件軟件PLCPLC）。可在）。可在PCPC機上用梯形圖、順序機上用梯形圖、順序功能圖等圖形語言來編程，程序輸入后，在功能圖等圖形語言來編程，程序輸入后，在PCPC上作上作過程模擬仿真。過程模擬仿真。 15v PLCPLC與現場總線與現場總線（FieldbusFieldbus）相結合相

7、結合 將現場的各種智能測控裝置將現場的各種智能測控裝置( (如傳感器、如傳感器、儀表、執行機構、儀表、執行機構、PLCPLC等等) ) 通過數字現場總線通過數字現場總線連為一體連為一體，按照按照公開、規范的公開、規范的通信協議通信協議，實，實現彼此間的現彼此間的數據傳輸與信息交換數據傳輸與信息交換，共同實現，共同實現自動控制功能。自動控制功能。v 增強通信聯網能力增強通信聯網能力16 基于現場總線的現場級與車間級自動化系統17PLCPLC著名品牌著名品牌 世界幾大世界幾大 PLCPLC生產廠家：生產廠家： 美國美國 A AB B公司公司 （AllenAllenBradleyBradley） 德

8、國西門子公司（德國西門子公司（SiemensSiemens） 美國美國GEGEFanucFanuc公司公司 美國的莫迪康（美國的莫迪康（ModiconModicon）和法國的）和法國的TETE電器公司電器公司 日本歐姆公司（日本歐姆公司（OMRONOMRON） 日本三菱電機株式會社（日本三菱電機株式會社（MITSUBISHIMITSUBISHI） 日本富士電機株式會社（日本富士電機株式會社（Fuji ElectricFuji Electric） 日本東芝公司（日本東芝公司（TOSHIBATOSHIBA） 日本松下電工株式會社（日本松下電工株式會社（MEWMEW）：）：Matsushita Ma

9、tsushita Electric Works LtdElectric Works Ltd）18 按按I IO O點數和存儲器容量來分點數和存儲器容量來分 小型小型 PLCPLCu I IO O 總點數總點數: :128128點以下點以下; ;u 用戶程序存儲器容量用戶程序存儲器容量: :4K4K字以下字以下; ;u 以以開關量控制為主開關量控制為主，有少量的模擬量處理能，有少量的模擬量處理能力和一定的通訊功能。力和一定的通訊功能。3-4 3-4 可編程控制器的分類可編程控制器的分類19 中型中型 PLCPLC I/O I/O 總點數總點數: :12812820482048點之間點之間; ;

10、用戶程序存儲器容量用戶程序存儲器容量: :2 28K8K字字。 具有很強的具有很強的邏輯處理能力邏輯處理能力、數據運算數據運算、數據數據處理處理、模擬量處理模擬量處理及及通訊能力通訊能力。 用于用于。 20 大型大型 PLC PLC u I/O I/O 總點數總點數: :20482048點以上點以上; ;u 用戶程序存儲器容量用戶程序存儲器容量: :8 816K16K字字; ;u 大型大型PLCPLC的功能與工業控制計算機相當，具有的功能與工業控制計算機相當，具有計計算、控制和調節算、控制和調節功能，還具有很強的網絡結構和功能，還具有很強的網絡結構和通訊聯網等功能。通訊聯網等功能。 21 整體

11、式整體式： 特點：將特點：將PLCPLC的基本部件的基本部件CPUCPU、存儲器、輸入、存儲器、輸入/ /輸輸出電路、電源出電路、電源等集中地安裝在一個機殼內，構成等集中地安裝在一個機殼內，構成一個可以一個可以 。22 疊裝式疊裝式 特點：由特點：由整體式整體式PLC + PLC + 擴展單元擴展單元組成的組成的PLCPLC系統，系統，構成構成疊裝式疊裝式 PLCPLC控制系統。控制系統。 23 模塊式模塊式 特點：是把組成特點：是把組成PLCPLC的基本部件的基本部件CPUCPU、存儲器、輸、存儲器、輸入入/ /輸出電路、電源及各種功能控制單元都輸出電路、電源及各種功能控制單元都作成作成標準

12、模塊，將這些模塊插接在基板上標準模塊，將這些模塊插接在基板上，構成，構成PLCPLC控制系統。控制系統。 24電源模塊電源模塊CPU CPU 模塊模塊信號模塊信號模塊底底 板板 中、大型中、大型PLCPLC多采用多采用模塊式模塊式，可根據需要，可根據需要在主板上隨意組合。在主板上隨意組合。模塊式模塊式 PLCPLC通信模塊通信模塊253-5 3-5 可編程控制器的系統組成可編程控制器的系統組成 不同廠家不同廠家PLCPLC的組成結構和工作原理基本相的組成結構和工作原理基本相同，主要是由同，主要是由組成組成 。 26 CPU CPU由由構成；構成； 各部件通過各部件通過總線總線連接。連接。 輸入

13、輸入/ /輸出設備通過輸出設備通過 I/O I/O 接口接口與系統相連；與系統相連； 存存儲儲器器I/O接接口口輸輸入入設設備備I/O接接口口數據總線數據總線 DB控制總線控制總線 CB地址總線地址總線 AB輸輸出出設設備備CPU1. 1. 中央處理單元（中央處理單元（CPUCPU）27 CPU CPU 的作用的作用 接收接收編程器輸入編程器輸入用戶程序用戶程序，送存儲器存儲送存儲器存儲; ; 用掃描方式用掃描方式接收接收現場輸入現場輸入設備的狀態和數據設備的狀態和數據，并，并存入輸入映像寄存器存入輸入映像寄存器中中; ; 監視監視電源、電源、PLCPLC內部電路的內部電路的工作狀態工作狀態；

14、 診斷診斷編程過程中的編程過程中的語法錯誤語法錯誤，對，對用戶程序進行編用戶程序進行編譯；譯；28 完成完成用戶程序中規定的用戶程序中規定的邏輯運算、算術運算和邏輯運算、算術運算和數據處理數據處理等任務；等任務； 根據運算結果，根據運算結果，更新有關標志位的狀態和輸出更新有關標志位的狀態和輸出映像寄存器的內容映像寄存器的內容，實現輸出控制、制表打印或數，實現輸出控制、制表打印或數據通訊等功能；據通訊等功能； 響應各種外部設備的請求響應各種外部設備的請求。 29 小型小型PLCPLC的的CPUCPU多采用多采用 中型中型PLCPLC的的CPUCPU多采用多采用 大型大型PLCPLC多采用多采用3

15、0存儲器存儲器系統存儲器系統存儲器用戶存儲器用戶存儲器存放存放系統程系統程序、用戶程序、用戶程序、系統組序、系統組態態及用戶程及用戶程序運行過程序運行過程中產生的各中產生的各種種工作數據工作數據存放由存放由PLC PLC 廠家編寫廠家編寫的系統程的系統程序，序，固化固化在在ROMROM 中中 2. 2. 存儲器存儲器用戶程序存儲器用戶程序存儲器存放用戶編寫的存放用戶編寫的應用程序應用程序用戶數據存儲器用戶數據存儲器存放用戶程序用存放用戶程序用到或產生的工作到或產生的工作數據。數據。31 PLCPLC存儲單元的類型存儲單元的類型 隨機存取存儲器（隨機存取存儲器（RAMRAM） 只讀存儲器（只讀存

16、儲器（ROMROM） 電可擦寫式存儲器（電可擦寫式存儲器（E E2 2PROM PROM ） 快閃存儲器（快閃存儲器（FEPROM FEPROM ）PLCPLC的存儲器的存儲器32（1 1）輸入）輸入/ /輸出單元的組成輸出單元的組成與被控設備相連的接口電路與被控設備相連的接口電路輸入和輸出映像寄存器輸入和輸出映像寄存器（2 2）輸入）輸入/ /輸出信號的類型輸出信號的類型 PLC PLC 的的 I/O I/O 信號分為：信號分為：開關量、模擬量。開關量、模擬量。3. 3. 輸入、輸出單元輸入、輸出單元33（3 3）輸入接口電路的作用）輸入接口電路的作用 開關量開關量：接收接收外部開關的通外部

17、開關的通/ /斷信號，經斷信號，經隔隔離離、并并轉化轉化為為PLCPLC內部的內部的“0 0”、“1 1”信號，信號，存入存入輸入映像寄存器中。輸入映像寄存器中。 模擬量模擬量：接收接收外部傳感器、變送器送來外部傳感器、變送器送來的模擬量信號。通過接口電路進行的模擬量信號。通過接口電路進行A/DA/D轉換轉換，變成數字量信號，變成數字量信號，存存入入模擬量輸入映像寄存模擬量輸入映像寄存器中。器中。34（4 4）輸出接口電路的作用）輸出接口電路的作用 開關量：開關量：保存、隔離、保存、隔離、將將PLCPLC內部的內部的“1 1”、“0 0”信信號號轉化轉化為外部負載電路通斷狀態，驅動開關量執行元

18、為外部負載電路通斷狀態，驅動開關量執行元件。件。 模擬量：將模擬量：將PLCPLC內部的數字量信號進行內部的數字量信號進行D/AD/A轉換轉換，變成變成標準模擬量標準模擬量信號，驅動模擬量負載。信號，驅動模擬量負載。（5 ) 5 ) 開關量輸入接口電路開關量輸入接口電路 開關量輸入信號分類開關量輸入信號分類: : l 交直流輸入交直流輸入 直流直流輸入輸入 交流交流輸入輸入35 直流輸入接口電路工作原理直流輸入接口電路工作原理限流電阻限流電阻濾波電路濾波電路光電偶合器光電偶合器發光二極管發光二極管光敏三極管光敏三極管 直流輸入直流輸入接口接口電路電路延遲時間短延遲時間短，可直接與，可直接與接近

19、開關、光電開關等電子輸入裝置相連。接近開關、光電開關等電子輸入裝置相連。36 交流輸入接口電路工作原理交流輸入接口電路工作原理 交流交流輸入輸入電路適合于電路適合于有油霧、粉塵有油霧、粉塵的惡的惡劣環境。劣環境。37（6 ) 6 ) 開關量輸出接口電路開關量輸出接口電路 PLCPLC的開關量輸出類型有三種的開關量輸出類型有三種: : 繼電器繼電器輸出型（常用）輸出型（常用） 晶體管晶體管輸出型輸出型（通斷頻率要求高的場合）（通斷頻率要求高的場合） 晶閘管晶閘管輸出型輸出型（通斷頻率要求高的場合，使用較少）（通斷頻率要求高的場合，使用較少）38 繼電器輸出型繼電器輸出型 PLCPLC的內、外部電

20、路之間通的內、外部電路之間通過輸出繼電器相連（磁電過輸出繼電器相連（磁電隔離）。隔離）。特點特點 可帶可帶交流、直流交流、直流負載負載; ; 輸出點的輸出點的容量較大容量較大, ,最大負載電流為最大負載電流為2A/2A/點點。 輸出輸出響應速度慢響應速度慢，繼電器輸出型，繼電器輸出型PLCPLC的的動作動作 頻率低。頻率低。39 晶體管輸出型晶體管輸出型 PLCPLC的內、外部電路之間的內、外部電路之間通過光電耦合器相連。通過光電耦合器相連。特點特點 只能帶只能帶直流直流負載負載; ; 輸出點的輸出點的容量較小容量較小, ,最大負載電流為最大負載電流為0.75A/0.75A/點點。 輸出輸出響

21、應速度快響應速度快，晶體管晶體管輸出型輸出型 PLC PLC 的的動作動作 頻率高頻率高( (可達幾十可達幾十KHZ)KHZ)。40 可控硅輸出型可控硅輸出型 PLCPLC的內、外部電路之間的內、外部電路之間通過通過光電耦合器光電耦合器相連。相連。特點特點 只能帶只能帶交流交流負載負載; ; 輸出點的輸出點的容量較小容量較小, ,最大負載電流為最大負載電流為1.2A/1.2A/點點。 輸出輸出響應速度快響應速度快，晶閘管輸出型，晶閘管輸出型PLCPLC的的動作動作 頻率高。頻率高。 光觸發光觸發雙向可控硅雙向可控硅 雙向晶閘管雙向晶閘管41 作用作用 把把PLCPLC外部工作電源變換成系統內部

22、各單元所需的外部工作電源變換成系統內部各單元所需的直流電源。直流電源。 PLCPLC的電源一般采用的電源一般采用電源。電源。（一般使用交流（一般使用交流220V220V或直流或直流24V24V電源）電源）425 5、通訊接口：通訊接口：與監視器、打印機、其他的與監視器、打印機、其他的PLCPLC或或計算機相連。計算機相連。 6 6、擴展接口：、擴展接口：將將I/OI/O擴展單元、功能模塊與基本擴展單元、功能模塊與基本單元相連單元相連 。 通訊接口通訊接口 擴展接口擴展接口 擴展電纜擴展電纜 43可編程控制器的基本組成可編程控制器的基本組成CPU CPU 存儲器存儲器 I/OI/O單元單元 電源

23、電源 通訊通訊接口接口 擴展擴展接口接口 44 作用作用: : 供用戶進行程序的編制、編輯、調試和監視供用戶進行程序的編制、編輯、調試和監視 編程器分類編程器分類: : 簡易型（手持式）編程器：由簡易型（手持式）編程器：由簡易鍵盤簡易鍵盤和和顯示器件顯示器件組成，組成，只能聯機編程只能聯機編程，且只能采用，且只能采用指令表語言指令表語言輸入。輸入。 智能型智能型編程器（圖形編程編程器（圖形編程器）：它可以聯機編程，也可器）：它可以聯機編程，也可以脫機編程，具有以脫機編程，具有LCDLCD或或CRTCRT圖圖形顯示功能形顯示功能，可以，可以直接輸入梯直接輸入梯形圖形圖，并，并通過屏幕對話通過屏幕

24、對話。簡易型簡易型編程器編程器45可以通過鍵盤輸入和調試程序；程序運行時，可可以通過鍵盤輸入和調試程序；程序運行時，可通過編程器的屏幕對整個控制過程進行監控。通過編程器的屏幕對整個控制過程進行監控。 用安裝了編程軟件的用安裝了編程軟件的 PC PC 機機遠程遠程I/OI/O、智能模塊、智能模塊 遠程遠程I/OI/O46 繼電器控制系統繼電器控制系統- -1 1） PLCPLC的工作方式的工作方式 3-7 PLC3-7 PLC的工作原理的工作原理 47 PLC PLC的工作方式的工作方式 串行方式串行方式 -48循環掃描工作方式循環掃描工作方式 PLC PLC按按周而復始、重復循環的方式工作周而

25、復始、重復循環的方式工作, ,稱為稱為 每一次循環掃描所用的時間稱為每一次循環掃描所用的時間稱為。 掃描周期的長短與下列因素有關：掃描周期的長短與下列因素有關： 用戶程序的長短用戶程序的長短 采用的指令類型采用的指令類型 CPUCPU的運行速度的運行速度492. PLC2. PLC的工作框圖的工作框圖 上電處理上電處理初始化初始化-硬件初始化，硬件初始化，I/OI/O模模塊配置檢查，停電保持范圍塊配置檢查，停電保持范圍設定及其它初始化處理等。設定及其它初始化處理等。PLCPLC的工作全過程包括的工作全過程包括: : 掃描過程：掃描過程：出錯處理：出錯處理： 50 在一個掃描周期中，在一個掃描周

26、期中，PLC一般將完成部分或一般將完成部分或全部的以下操作：全部的以下操作：讀輸入讀輸入處理通信請求處理通信請求執行邏輯控制程序執行邏輯控制程序寫輸出寫輸出執行執行CPU自診斷自診斷513. PLC3. PLC工作過程的工作過程的中心內容中心內容 52 輸入采樣階段輸入采樣階段 輸入采樣階段，輸入采樣階段，PLCPLC首先首先掃描所有輸入端子，掃描所有輸入端子，并將各輸入端子的狀態存入相對應的輸入映像寄存并將各輸入端子的狀態存入相對應的輸入映像寄存器中，器中，然后進入程序執行階段。然后進入程序執行階段。此后輸入信號變化，必須保持到下一個掃描周此后輸入信號變化，必須保持到下一個掃描周期的輸入采樣

27、階段，才重新刷新輸入映像寄存器的期的輸入采樣階段，才重新刷新輸入映像寄存器的內容。故輸入信號的寬度要大于一個掃描周期。內容。故輸入信號的寬度要大于一個掃描周期。53 程序執行階段程序執行階段 PLCPLC根據用戶程序從輸入映像寄存器中根據用戶程序從輸入映像寄存器中“讀入讀入”對應輸入端子狀態，從元件映像寄存器對應輸入端子狀態，從元件映像寄存器“讀入讀入”對對應軟元件的當前狀態，應軟元件的當前狀態，并按照從左到右、從上到下并按照從左到右、從上到下的步驟順序執行用戶程序。的步驟順序執行用戶程序。運算結果存入元件映像運算結果存入元件映像寄存器中。執行完最后一條指令后，轉入輸出刷新寄存器中。執行完最后

28、一條指令后，轉入輸出刷新階段。階段。54 輸出刷新階段輸出刷新階段 將元件映像寄存器中所有將元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態輸出繼電器的狀態通過輸出鎖存器，通過輸出鎖存器，寫到輸出端子上寫到輸出端子上，最后驅動外最后驅動外部負載。部負載。554. PLC4. PLC對輸入對輸入/ /輸出的處理原則輸出的處理原則 的的數據取決于數據取決于輸入端子上各輸入端子上各輸入點輸入點在在上一刷新上一刷新期間的接通和斷開狀態。期間的接通和斷開狀態。取決于取決于用戶所編程序用戶所編程序和和輸入輸入/ /輸出映像寄存器輸出映像寄存器的的內容及其他內容及其他各元件映像寄存器各元件映像寄存器的內容。的內容。的數

29、據取決于的數據取決于輸出指令的執行結果輸出指令的執行結果。中的數據，由中的數據，由中的數據決定。中的數據決定。 輸出端子的輸出端子的，由，由決定。決定。563-8 PLC PLC的編程語言的編程語言 梯形圖語言梯形圖語言 （LAD-LadderLAD-Ladder） 能流只能能流只能，不能反向流動。，不能反向流動。 觸點：觸點：代表邏輯輸入條件，是開關按鈕或代表邏輯輸入條件，是開關按鈕或PLCPLC內部元件的狀態。內部元件的狀態。能流能流-假想信假想信號流，當有通路號流，當有通路時，時，“能流能流”從從左至右流向線圈，左至右流向線圈，則線圈被激勵。則線圈被激勵。 線圈：線圈：代表邏輯運算的結果，中間或最終結果。代表邏輯運算的結果，中間或最終結果。57語句表（語句表（STL-Statements listSTL-