1、可編程控制器可編程控制器基礎知識基礎知識機電基礎實踐機電基礎實踐通識課程通識課程王王 亮編程序控制器概述可編程序控制器概述v可編程序控制器的產生可編程序控制器的產生 v可編程序控制器的定義可編程序控制器的定義 v可編程序控制器的主要功能可編程序控制器的主要功能 v可編程序控制器的特點可編程序控制器的特點 vPLC與其它工業控制裝置的比較與其它工業控制裝置的比較 vPLC的發展趨勢的發展趨勢 首頁基礎知識可編程序控制器的產生可編程序控制器的產生首頁基礎知識產生 可編程序控制器的產生一方面是由于傳統的機械控制越來越難以滿足現代工業生產的要求，嚴重制約著生產力的發展；另一方

2、面隨著電子技術的迅速發展，使計算機控制應用成為可能。二者結合，導致了可編程序控制器的產生。產生背景：產生背景：首頁基礎知識產生 在上世紀60年代初期，順序控制器還主要是由繼電器組成，由此構成的控制系統都是按預先規定的時間或條件順序地工作，若要改變控制順序就必須改變控制器的硬件接線，這不僅阻礙了產品更新換代的周期，而且對于比較復雜的控制來說，不但設計制造困難，其可靠性不高，查找和排除故障也往往是費時和困難的。 產生契機：產生契機： 1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM）為了適應汽車型號的不斷翻新，想尋求一種新方法，以便盡可能地減少重新設計和重新接線的工作，從而降低成本、縮短周期。為

3、了用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，通用汽車公司在公開招標中提出了十項招標指標。 1969年，美國數字設備公司（DEC）研制成功第一臺PLC，應用于美國通用汽車自動裝配線上，取得了極大的成功。 首頁基礎知識產生十大招標指標：v編程方便，現場可修改程序v維修方便，采用模塊化結構v可靠性高于繼電器控制裝置v體積小于繼電器控制裝置v數據可直接送入管理計算機v成本可與繼電器控制裝置競爭v可直接用115V交流輸入v輸出為115V , 2A以上，能直接驅動電磁閥、接觸 器等v通用性強，要能擴展v用戶程序存儲器容量可擴展到4KB首頁基礎知識產生 可編程控制器因早期主要應用于開關量的邏輯控制，故其最初被稱為可

4、編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）, 簡稱PLC。現代的可編程控制器已發展到以微處理器為基礎高度集成化的工業控制裝置，它是計算機技術與工業控制技術相結合的控制設備 。可編程序控制器的定義可編程序控制器的定義首頁基礎知識定義NEMA的定義的定義 為了使這一新型工業控制裝置的生產和發展標準化，美國電氣制造商協會（National Electrical Manufacturers Association,簡稱NEMA）于1980年將它正是命名為可編程控制器（Programmable Controller ,簡稱PC）。 其定義如下：“PC是一種數字式的電子

5、裝置，它使用了是一種數字式的電子裝置，它使用了可編程序的存儲器以存儲指令，能完成邏輯、順序、記時、可編程序的存儲器以存儲指令，能完成邏輯、順序、記時、記數和算術運算等功能，并通過數字或類似的輸入記數和算術運算等功能，并通過數字或類似的輸入/輸出模輸出模塊，以控制各種機械或生產過程。塊，以控制各種機械或生產過程。” 首頁基礎知識定義IEC的定義的定義 國際電工委員會(IEC)于1985年在其頒布的可編程控制器標準草案第二稿中，給PC作了如下定義：“可編程可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計，它采用可編程序的存儲器，

6、用于其環境下應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用于其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、記數和算術內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、記數和算術運算等操作指令，并通過數字式、模擬式的輸入運算等操作指令，并通過數字式、模擬式的輸入/輸出輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器極其控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器極其有關外部設備，都按易于與工業控制系統連成一個整體，有關外部設備，都按易于與工業控制系統連成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。易于擴充其功能的原則設計。” 首頁基礎知識定義PLC主要生產廠主要生產廠家家 我國有不少的廠家研制和生產過PLC，但是還沒有出現有影響

7、力和較大市場占有率的產品，目前我國使用的PLC幾乎都是國外品牌的產品。 在全世界上百個PLC制造廠中，有幾家舉足輕重的公司。它們是美國Rockwell自動化公司所屬的A-B（Allen & Bradly）公司、GE-Fanuc公司，德國的西門子（Siemens）公司和法國的施耐德（Schneider）自動化公司，日本的三菱公司和歐姆龍（OMRON）公司。這幾家公司控制著全世界80以上的PLC市場，它們的系列產品有其技術廣度和深度，從微型PLC到有上萬個I/O（輸入/輸出）點的大型PLC應有盡有。 首頁基礎知識定義A-B（Allen & Bradly）公司）公司GE-Fanuc公

8、司公司西門子（西門子（Siemens）公）公司司施耐德（施耐德（Schneider）自動化公）自動化公司司日本的三菱公司日本的三菱公司歐姆龍（歐姆龍（OMRON）公）公司司松下公司松下公司可編程序控制器的主要功能可編程序控制器的主要功能 隨著PLC的不斷發展，它與3C技術(Computer, Control, Communication)逐漸融為一體。目前已從小規模的單機順序控制，發展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領域，能組成工廠自動化的PLC綜合控制系統。PLC的主要功能如下:1 .開關量的邏輯控制 2.定時控制3.計數控制4.過程控制5.位置控制6.步序控制7.數據處理8.通訊和

9、聯網9.監控功能首頁基礎知識功能可編程序控制器的特點可編程序控制器的特點v可靠性高、抗干擾能力強 v編程簡單易學 v設計、安裝容易，調試周期短，維護簡單 v模塊品種豐富、通用性好、功能強大 v體積小、能耗低 首頁基礎知識特點可靠性高、抗干擾能力強可靠性高、抗干擾能力強 高可靠性是PLC最突出的特點之一，PLC的平均無故障時間可達幾十萬小時。由于工業生產過程常晝夜連續，工業現場環境惡劣，各種電磁干擾特別嚴重。針對這些情況，PLC采用了一系列措施，其主要方法是對所有輸入/輸出（I/O）接口電路均采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對PLC影響。各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數一般為10-

10、20ms，對一些高速輸入端則采用數字濾波，其濾波時間常數可用指令設定；模塊均采用屏蔽措施，防止輻射干擾；具有自診斷功能，一旦電源或軟件、硬件發生異常情況，CPU 立即采取措施防止故障擴大；大型PLC還采用雙CPU構成冗余結構或由三CPU構成表決系統；目前的PLC可以承受幅值為1000V，上升時間為1ns，脈沖寬度為1s的干擾脈沖。 首頁基礎知識特點編程簡單易學編程簡單易學 PLC編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖,對于企業中一般的電氣技術人員和技術工人,這種面向生產、面向用戶的編程方式，與常用的微機語言相比更容易被接受，故梯型圖被稱為面向“藍領的編程語言” ， PLC也被稱為 “藍領計算

11、機”。盡管現代的PLC也可用高級語言編制復雜的程序，但梯形圖仍廣泛地被使用。 首頁基礎知識特點設計、安裝容易設計、安裝容易 PLC已實現了產品的系列化、標準化、通用化，設計者可在規格繁多、品種齊全的PLC產品中選用高性價比的產品。 PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、記數器等器件，從而使控制柜的設計、安裝接線工作量大為減少。首頁基礎知識特點調試周期短，維護簡單調試周期短，維護簡單 用戶程序的大部分可以在實驗室模擬進行，調試好后再將PLC控制系統放到生產現場聯機調試，這樣既快速又安全方便，從而就大大縮短了設計和調試周期。在用戶維修方面，由于PLC本身的故障率極低，

12、維護的工作量很小，而各種模塊上均有運行狀態和故障狀態指示燈，便于用戶了解運行情況和查找故障。又由于許多PLC采用模塊式結構，因此一旦某模塊發生故障，用戶可通過更換模塊的辦法，使系統迅速恢復運行。首頁基礎知識特點模塊品種豐富、通用性好、模塊品種豐富、通用性好、功能強大功能強大 除了單元式小型PLC外，多數PLC均采用模塊式結構，并形成大、中、小系列產品。常見的模塊有各類電源模塊、CPU模塊、直流I/O模塊、溫度模塊、數字量混合模塊、模擬量混合模塊、網絡模塊、接口模塊、定位模塊、PID模塊、空模塊、高速記數模塊、鼓序列發生器模塊等。 現代的PLC具有工業控制所要求的各種控制功能，它既可控制單臺設備

13、，又可控制一條生產線或全部生產工藝過程。PLC具有通訊聯網功能，可與相同或不同廠家和類型的PLC聯網，并可與上位機通信構成分布式控制系統。 首頁基礎知識特點體積小、能耗低體積小、能耗低 以奧地利貝加萊公司2005系列的PLC機為例，若選用電源模塊PS794，開關量模塊DI477（32路輸入，功耗1.5W），DO479（16路輸出，功耗1W），模擬量模塊AI350（8路輸入，功耗5W），AO350（8路輸出，功耗5W），整個外形尺寸為165mm 360mm 123mm 。由于體積小，重量輕，很容易裝入機械設備內部，是實現機電一體化的理想控制設備。 首頁基礎知識特點PLC與其它工業控制裝置的比較與

14、其它工業控制裝置的比較 PLC與繼電器控制系統的比較 PLC與微型計算機的比較 PLC與單片機的比較 PLC與集散系統(DCS)的比較首頁基礎知識比較PLC與繼電器控制系統的比較與繼電器控制系統的比較首頁基礎知識比較與繼電器 以下幾個方面說明了PLC取代傳統的繼電器控制系統以成必然趨勢：控制方式 延時控制 設計與施工 價格 控制速度其它控制功能可靠性和可維護性 PLC與繼電器控制系統的比較與繼電器控制系統的比較（一）（一）控制方式控制方式 繼電器的控制是采用硬件接線實現的，它是利用繼電器機械觸點的串聯或并聯及延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，它只能完成既定的邏輯控制。其連線多而復雜，且體

15、積大，功耗大，一旦系統設計制造完成后，再想改變或增加功能將十分困難。此外繼電器觸點數目有限，其靈活性和擴展性也很差。而PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱“軟接線”。其連線少，體積小，且PLC中每只軟繼電器的觸點理論上可使用無限次，因而靈活性和擴展性極佳。又由于PLC是由大規模集成電路組成，所以功耗很小。 首頁基礎知識比較與繼電器PLC與繼電器控制系統的比較與繼電器控制系統的比較（二）（二）控制速度控制速度 繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現控制，其工作頻率低，觸點的開合動作一般在幾十毫秒，此外機械觸點還會出現抖動現象。而PLC是由

16、程序指令控制半導體電路來實現控制，速度極快，一般一條用戶指令的執行時間在微秒數量級。PLC內部還有嚴格的同步，不會出現抖動問題。 首頁基礎知識比較與繼電器PLC與繼電器控制系統的比較與繼電器控制系統的比較（三）（三）延時控制延時控制 繼電器控制系統是靠時間繼電器的滯后動作實現延時控制，而時間繼電器定時精度不高，易受環境溫度和濕度的影響，調整時間困難。PLC用半導體集成電路作定時器，時基脈沖由晶體振蕩器產生，精度高，用戶可根據需要在程序中設定定時值，定時精度小于10 s ，定時時間不受環境影響。 首頁基礎知識比較與繼電器PLC與繼電器控制系統的比較與繼電器控制系統的比較（四）（四）其它控制功能其

17、它控制功能 繼電器控制系統一般只能進行開關量的邏輯控制，且沒有記數功能。PLC除了能進行開關量邏輯控制外，還能對模擬量進行控制，包括邏輯、順序條件、PID在內的等多種復雜控制。除了普通計數功能，還有高達20KHz的高速計數功能。PLC還具有可調占空比的脈沖輸出功能。 首頁基礎知識比較與繼電器PLC與繼電器控制系統的比較與繼電器控制系統的比較（五）（五）設計與施工設計與施工 用繼電器實現一項控制工程，其設計、施工、調試必須依次進行。周期長，且修改困難，工程越大，這一點就越突出。用PLC完成一項控制工程，在系統設計完成以后，現場施工和控制邏輯的設計可以同時進行，周期短，且調試和修改都很方便。 首頁

18、基礎知識比較與繼電器PLC與繼電器控制系統的比較與繼電器控制系統的比較（六）（六）可靠性和可維護性可靠性和可維護性 繼電器控制系統使用了大量的機械觸點，連線也多。觸點的開閉會受到電弧的損壞，還有機械磨損，壽命短，可靠性和維護性都差。而PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，因此壽命長，可靠性高。又由于PLC的自檢和檢測功能，為現場調試和維護提供了方面。 首頁基礎知識比較與繼電器PLC與繼電器控制系統的比較與繼電器控制系統的比較（七）（七）價格價格使用繼電器控制價格便宜，而用PLC價格較高 。首頁基礎知識比較與繼電器PLC與微型計算機的比較與微型計算機的比較PLC微型計算

19、機應用范圍 主要用于工業控制 除用于控制領域外，其主要是用于科學計算、數據處理、計算機通訊等方面 使用環境 適用于工程現場環境 對環境要求較高，一般要在干擾小，具有一定溫度和濕度要求的機房內使用 I/O系統 控制強電設備，無需再做A-D轉換接口，且PLC內部有光-電耦合電路進行電氣隔離，輸出采用繼電器、可控硅或大功率晶體管進行功率放大 微機系統的I/O設備與主機之間采用微電聯系，一般不需電氣隔離，但外部控制信號需經A/D，D/A轉換后方可與微機聯系 首頁基礎知識比較與微機PLC與微型計算機的比較與微型計算機的比較（續）（續）PLC微型計算機程序設計 面向工程技術人員的梯形圖語言和語句表，少數具

20、有高級編程語言 有豐富的程序設計語言，要求使用者具有一定的計算機硬件和軟件知識 系統功能 軟件相對簡單 一般配有較強的系統軟件，并有豐富的應用軟件 運算速度和存儲容量 因接口的響應速度慢而影響數據處理速度，PLC的軟件少，編程也短，內存容量小 運算速度快，一般為微秒級，為適應大的系統軟件和豐富的應用軟件，其存儲容量很大首頁基礎知識比較與微機PLC與單片機的比較與單片機的比較單片機的優點 ： 單片機結構簡單、價格便宜，一般用于數據采集、數據處理和工業控制，在數據采集和數據處理方面優于PLC 。首頁基礎知識比較與單片機PLC與單片機的比較與單片機的比較（續）（續） 單片機的缺點：（1）不如PLC容

21、易掌握：單片機一般用機器指令或助記符編程，要求設計者具有一定的計算機硬件和軟件知識。（2）不如PLC使用簡單：用單片機來實現自動控制，一般要在輸入、輸出接口上做大量的工作。例如要考慮現場與單片機的連接、接口的擴展、輸入/輸出信號的處理、接口的工作方式等。其調試也比較麻煩。（3）不如PLC可靠：用單片機進行工業控制，其突出問題在于抗干擾能力差，可靠性低。 首頁基礎知識比較與單片機PLC與集散系統的比較與集散系統的比較PLCDCS發展由來 由繼電器邏輯控制發展而來 由回路儀表控制發展而來 優勢方面 開關量控制、順序控制 回路調節、模擬量控制 共同點 發展均與計算機控制技術有關，都能構成復雜的分級控

22、制系統 發展趨勢 二者的統一將組成分布式計算機控制系統 首頁基礎知識比較與DCSPLC的發展趨勢的發展趨勢高性能、高速度、大容量大力發展微型可編程序控制器智能型I/O模塊的出現基于個人計算機的編程軟件編程語言的標準化首頁基礎知識趨勢PLC的發展趨勢的發展趨勢PLC通信的易用化和“傻瓜化”PLC的軟件化與PC化組態軟件引發上位計算機編程革命PLC與現場總線相結合首頁基礎知識趨勢高性能、高速度高性能、高速度、大容量大容量 大型可編程序控制器大多采用多CPU結構。不斷地向高性能，高速度和大容量方向發展。三菱的AnA系列可編程序控制器使用了世界上第一個在一塊芯片上實現可編程序控制器全部功能的32位微處

23、理器，即順序控制專用芯片，其掃描時間為0.15s每條基本指令。 松下公司的FP10SH系列可編程序控制器采用32位5級流水線RISC結構的CPU，可以同時處理5條指令，順序指令的執行速度高達0.04s/步，高級功能指令的執行速度也有很大的提高。在有2個通信接口、256個I/O點的情況下，FP10SH總的掃描時間為0.270.42ms。 在模擬量控制方面，除了專門用于模擬量閉環控制的PID指令和智能PID模塊，某些可編程序控制器還具有模糊控制、自適應、參數自整定等功能，使調試時間減少，控制精度提高。 首頁基礎知識趨勢大力發展微型可編程序控制器大力發展微型可編程序控制器 微型可編程序控制器的價格便

24、宜，性能價格比不斷提高，很適合于單機自動化或組成分布式控制系統。 例如西門子公司的LOGO!通用邏輯模塊是主要面向民用的超小型、一體化的可編程序控制器。它采用整體式結構，價格便宜，體積小巧，集成控制功能、實時時鐘和操作顯示單元，可用裝置面板上的小型液晶顯示屏和6個鍵來編程。也有一些沒有操作顯示單元的模塊。LOGO！使用功能塊圖(FBD)編程語言，有在個人計算機上運行的Windows 95/NT編程軟件。LOGO！可供家用、民用和工業控制，也可以直接安裝在現場。集成有AS-i（執行器傳感器總線）通信接口的模塊可接人AS-i總線網絡，以實現對現場設備和過程的集中控制。 首頁基礎知識趨勢智能型智能型

25、I/O模塊的出現模塊的出現 智能I/O模塊是以微處理器和存儲器為基礎的功能部件，它們的CPU與可編程序控制器的主CPU并行工作，占用主CPU的時間很少，有利于提高可編程序控制器的掃描速度。它們本身就是一個小的微型計算機系統，有很強的信息處理能力和控制功能，有的模塊甚至可以自成系統，單獨工作。它們可以完成可編程序控制器的主CPU難以兼顧的功能，簡化了某些控制領域的系統設計和編程，提高了可編程序控制器的適應性和可靠性。 智能I/O模塊主要有模擬量I/O、高速計數輸入、中斷輸入、機械運動控制、熱電偶輸入、熱電阻輸入，條形碼閱讀器、多路BCD碼輸入/輸出、模糊控制器、PID回路控制、通信等模塊。 首頁

26、基礎知識趨勢基于個人計算機的編程軟基于個人計算機的編程軟件件 隨著計算機的日益普及，越來越多的用戶使用基于個人計算機的編程軟件。目前有的可編程序控制器廠商或經銷商向用戶提供免費的或限時試用的編程軟件，有的編程軟件可通過修改計算機實時時鐘的日期來解決限時的問題。幾乎不需要什么費用，用戶就可以得到高性能的可編程序控制器程序開發系統。對于不同廠家和不同型號的可編程序控制器，只需要更換編程軟件就可以了。當前筆記本電腦和移動式電腦的價格已降到數千元，為在現場調試時使用編程軟件提供了物質條件。 編程軟件可以對可編程序控制器控制系統的硬件組態，即設置硬件的結構和參數。編程軟件的調試和監控功能遠遠超過手持式編

27、程器。 首頁基礎知識趨勢編程語言的標準化編程語言的標準化 與個人計算機相比，可編程序控制器的硬件，軟件的體系結構都是封閉的而不足開放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用，通信網絡和通信協議往往也是專用的。各廠家的可編程序控制器的編程語言和指令系統的功能和表達方式也不一致，有的甚至有相當大的差異，因此各廠家的可編程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC(國際電工委員會)制定了可編程序控制器標準(IEC1131)，其中的第3部分(IEC1131-3)是可編程序控制器的編程語言標準。標準中共有五種編程語言，其中的順序功能圖(SFC)是一種結構塊控制程序流程圖，梯形圖和功能塊圖是

28、兩種圖形語言，還有兩種文字語言指令表和結構文本。除了提供兒種編程語言供用戶選擇外，標準還允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程者能夠選擇不同的浯言來適應特殊的工作。 首頁基礎知識趨勢PLC通信的易用化和通信的易用化和“傻瓜化傻瓜化” 可編程序控制器的通信聯網功能使它能與個人計算機和其他智能控制設備交換數字信息，使系統形成一個統一的整體，實現分散控制和集中管理。通過雙絞線、同軸電纜或光纖聯網，信息可以傳送到幾十公里遠的地方，通過Modem和互聯網可以與世界上其他地方的計算機裝置通信。 目前有的廠商的可編程序控制器使用專用的通信協議來通信，或使用有較多廠商支持的通信協議和通信標準，如使用

29、現場總線。為了盡量減少用戶在通信編程方面的負擔，可編程序控制器廠商做了大量的工作，使設備之間的通信自動地周期性地進行，不需要用戶為通信編程，用戶的工作只是在組成系統時作一些硬件或軟件上的初始化設置。可編程序控制器與計算機通信時，如采用可編程序控制器廠家提供的通信協議，可編程序控制器的編程工作量很小。 首頁基礎知識趨勢PLC的軟件化與的軟件化與PC化化 個人計算機(PC)的價格便宜，有很強的數學運算、數據處理、通信和人機交互的功能。過去個人計算機主要用作可編程序控制器的編程器、操作站或人機接門終端，如果用于工業控制現場，必須使用加固型的工業控制計算機。 目前已有多家廠商推出了在PC上運行的可實現

30、可編程序控制器功能的軟件包。如北京同拓公司等推出的eMbiz低成本開放式控制與自動化方案套裝軟件，包含通用及嵌入式人機界面、符合IEC1131-3標準的軟邏輯控制及Internet功能。 GE-Fanuc公司推出了一種外形上類似于筆記本電腦的個人計算機，它用液晶顯示器(LCD)作為人機界面，以Windows CE為操作系統，可實現可編程序控制器的CPU模塊的功能，可與以太網和I/O模塊通信，可用于工業現場，這可能是今后高檔可編程序控制器的發展方向。 首頁基礎知識趨勢組態軟件引發上位計算機編程革命組態軟件引發上位計算機編程革命 相當多的大中型控制系統都采用上位計算機加可編程序控制器的方案，通過串

31、行通信接口或網絡通信模塊交換數據信息，以實現分散控制和集中管理。上位計算機主要完成數據通 信、網絡管理，人機界面(HMI)和數據處理的功能。數據的采集和設備的控制一般由可編程序控制器等現場設備完成。 與種類繁多的現場設備的通信仍然比較麻煩，實現人機界面與現場設備互動，用于工業控制的組態軟件應運而生。國際上比較著名的組態軟件有 Intouch、Fix等，國內也涌現出了組態王、力控等一批組態軟件。有的可編程序控制器廠商也推出了自己的組態軟件。如西門子公司的WINCC和GE-Fanuc公司的CIMPLICITY等。 組態軟件的出現降低了系統集成的難度，節約了大量的設計時間，提高了系統的可靠性。 首頁

32、基礎知識趨勢PLC與現場總線相結合與現場總線相結合 IEC對現場總線(Fieldbus)的定義是“安裝在制造和過程區域的現場裝置與控制室內的自 動控制裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線稱為現場總線”。它是當前工業自動化的熱點之一。現場總線以開放的、獨立的、全數字化的雙向多變量通信代替010mA或420mA現場電動儀表信號。現場總線I/O集檢測、數據處理、通信為一體，可以代替變送器、調節器、記錄儀等模擬儀表。它不需要框架、機柜、可以直接安裝在現場導軌槽上，現場總線I/O的接線極為簡單，只需一根電纜，從主機開始，沿數據鏈從一個現場總線I/O連接到下一個現場總線I/O。使用現場總線后，自控系

33、統的配線、安裝、調試和維護等方面的費用可以節約2/3左右，現場總線I/O與可編程序控制器可以組成廉價的DCS系統。 首頁基礎知識趨勢PLC硬件介紹硬件介紹v可編程控制器的基本結構可編程控制器的基本結構 v可編程控制器的工作原理可編程控制器的工作原理 vFX系列可編程序控制器性能簡系列可編程序控制器性能簡介介 v特殊功能模塊特殊功能模塊 v編程設備與人機接口編程設備與人機接口 首頁硬件介紹可編程控制器的基本結構可編程控制器的基本結構 根據硬件結構的不同，可以將PLC分為整體式PLC和模塊式PLC。 整體式整體式PLC 整體式又叫做單元式或箱體式，CPU模塊、I/O模塊和電源裝在一個箱狀機殼內，結

34、構非常緊湊。它的體積小、價格低，小型PLC一般采用整體式結構。 整體式PLC提供多種不同I/O點數的基本單元和擴展單元供用戶選用，基本單元內有CPU模塊、I/O模塊和電源，擴展單元內只有I/O模塊和電源，基本單元和擴展單元之間用扁平電纜連接。各單元的輸入點與輸出點的比例一般是固定的，有的PLC有全輸入型和全輸出型的擴展單元。選擇不同的基本單元和擴展單元，可以滿足用戶不同的要求。 整體式PLC一般配備有許多專用的特殊功能單元，如模擬量I/O單元、位置控制單元和通信單元等，使PLC的功能得到擴展。 模塊式模塊式PLC 大、中型PLC（如西門子的S7-300和S7-400系列）一般采用模塊式結構。模

35、塊式PLC用搭積木的方式組成系統，它由機架和模塊組成。模塊插在模塊插座上，后者焊在機架的總線連接板上，有的廠家將機架稱為基板。PLC廠家備有不同槽數的機架供用戶選用，如果一個機架容納不下所選用的模塊，可以增設一個或數個擴展機架，各機架之間用I/O擴展電纜相連，有的PLC需要通過接口模塊來連接各機架。 用戶可以選用不同檔次的CPU模塊、品種繁多的I/O模塊和特殊功能模塊，對硬件配置的選擇余地較大，維修時更換模塊也很方便。 基本組成基本組成 CPU輸出設備輸入設備外部設備I/O擴展單元輸入單元輸出單元外設接口ROM RAMI/O擴展口電源CPU芯片芯片 CPU（微處理器）芯片和存儲器（ROM、RA

36、M）組成CPU模塊。在PLC控制系統中，CPU模塊相當于人的大腦，它不斷地采集輸入信號，執行用戶程序，儲存程序和數據，刷新系統的輸出。常見的CPU芯片有： （1）通用微處理器。如Intel公司的8086、80286到Pentium系列芯片。 （2）單片微處理器（單片機）。如Intel公司的MCS-96系列單片機。 （3）位片式微處理器。如AMD 2900系列位片式微處理器。 存儲器存儲器 （ROM/RAM） 存儲器分為系統程序存儲器和用戶程序存儲器。系統程序相當于個人計算機的操作系統。它使可編程序控制器具有基本的智能，能夠完成可編程序控制器設計者規定的各種工作。系統程序由可編程序控制器生產廠家

37、設計并固化在ROM（只讀存儲器）中，用戶不能讀取。 用戶程序由用戶設計，它使可編程序控制器完成用戶要求的特定功能。用戶程序存儲器的容量以字（16位二進制數）為單位。三菱的FX系列PLC將用戶程序存儲器的單位稱為步 （Step，即字）。小型PLC的用戶程序存儲器容量在1K字左右，大型PLC的用戶程序存儲器容量可達數M（兆）字。 存儲器存儲器 （ROM/RAM） （1）隨機存取存儲器（RAM） 用戶可以用編程裝置讀出RAM中的內容，也可以將用戶程序寫入RAM，因此RAM又叫讀/寫存儲器。它是易失性的存儲器。它的電源中斷后，儲存的信息將會丟失。 （2）只讀存儲器（ROM） ROM的內容只能讀出，不能

38、寫入。它是非易失的，它的電源消失后，仍能保存儲存的內容。ROM一般用來存放可編程序控制器的系統程序。 （3）可電擦除可編程的只讀存儲器（EEPROM或E2PROM） 它是非易失性的，但是可以用編程裝置對它編程，兼有ROM的非易失性和RAM的隨機存取優點，但是將信息寫入它所需的時間比RAM長得多。I/O模塊模塊 輸入（Input）單元模塊和輸出（Output）單元模塊簡稱為I/O模塊，它們是系統的眼、耳、手、腳，是聯系外部現場設備和CPU模塊的橋梁。 輸入模塊用來接收和采集輸入信號。開關量輸入模塊用來接收從按鈕、數字撥碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等過來的開關量輸入信號；模擬量

39、輸入模塊用來接收電位器、測速發電機和各種變送器提供的連續變化的模擬量電流、電壓信號。 開關量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等輸出設備，模擬量輸出模塊用來控制調節閥、變頻器等執行裝置。輸入單元模塊輸入單元模塊 輸出單元模塊輸出單元模塊 電源模塊電源模塊 PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源。內部的開關電源為各模塊提供DC 5V，12V，24V等直流電源。小型PLC一般都可以為輸入電路和外部的電子傳感器（如接近開關）提供24V直流電源，驅動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。 外設接口外設接口 外設接口主要用來連接PLC系統的監視、打印、編程、存儲

40、、聯網等外圍設備。比如連接CRT或LCD顯示屏，用以監視PLC系統的工作情況；連接打印機，實時打印歷史數據，為分析研究作備案；連接存儲器，擴大PLC存儲系統的容量，增加程序長度，完成復雜的控制；連接專用網線，可以和其它PLC或上位機進行數據通信；連接編程器、計算機，可以完成對程序的一系列操作等等。其中，又以連接編程、器計算機最為重要。 可編程控制器的工作原理可編程控制器的工作原理 PLC是從繼電器控制系統發展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器等等。這種用計算機程序實現的“軟繼電器”，與繼電器系統中的物理繼電器在功

41、能上有某些相似之處。由于以上原因，在介紹PLC的工作原理之前，首先簡要介紹物理繼電器的結構和工作原理。 傳統繼電器控制傳統繼電器控制 邏輯運算邏輯運算 使用繼電器電路或PLC的梯形圖可以實現開關量的邏輯運算。梯形圖中某些編程元件（如輸出繼電器和輔助繼電器）的線圈“通電”時，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，稱該編程元件為1狀態。當它們的線圈“斷電”時，其常開觸點斷開，常閉觸點閉合，稱該編程元件為0狀態。 邏輯運算邏輯運算 圖中的A，B為輸入邏輯變量，M為輸出邏輯變量，它們之間的“與”、“或”、“非”邏輯運算關系后表所示。用繼電器電路或梯形圖可以實現基本邏輯運算，觸點的串聯可實現“與”運算，觸點的并

42、聯可實現“或”運算，用常閉觸點控制線圈可實現“非”運算。 邏輯運算邏輯運算 M=A與或非M=ABM=A+BABMABMAM0000000101001110100101 111111 工作方式及原理工作方式及原理 PLC有兩種基本的工作模式：運行（RUN）模式與停止（STOP）模式。 在 運 行 （ R U N ） 模 式 ， 在 C P U 模 塊 的 面 扳 上 用“RUN”LED顯示當前的工作方式。PLC通過反復執行反映控制要求的用戶程序來實現控制功能。為了使PLC的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執行一次，而是不斷地重復執行，直至PLC停機或切換到STOP工作模式。

43、在停止（STOP）模式下，CPU不執行用戶程序，可用編程軟件創建和編輯用戶程序，設置可編程序控制器的硬件功能，并將用戶程序和硬件設置信息下載到可編程序控制器。 如果有致命錯誤，在消除它之前不允許從停止方式進入運行方式，可編程序控制器操作系統儲存非致命錯誤供用戶檢查，但不會從運行方式自動進入停止方式。 掃描工作方式掃描工作方式 可編程序控制器通電后，需要對硬件和軟件做一些初始化的工作。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應各種輸入信號，初始化后反復不停地分階段處理各種不同的任務，這種周而復始的循環工作方式稱為掃描工作方式。 除了執行用戶程序之外，在每次循環過程中，PLC還要完成內部處理、通信處理等

44、工作，一次循環可分為 5個階段（見前頁）。由于計算機執行指令的速度極高，從外部輸入輸出關系來看，處理過程似乎是同時完成的。 掃描工作方式掃描工作方式 讀輸入讀輸入強制數據用于輸入（當作輸入）執行程序執行程序強制數據用于所有立即I/O存取程序執行后，最多改變16個存儲器數據處理通訊請求處理通訊請求強制數據用于所有讀/寫通訊執行執行 CPU 自診斷自診斷寫輸出寫輸出強 制 數 據用 于 輸 出（ 當 作 寫輸出）一個掃描周期一個掃描周期掃描工作方式掃描工作方式 在輸入處理階段，PLC把所有外部輸入電路的接通/斷開狀態讀入輸入映像寄存器。外部輸入電路接通時，對應的輸入映像寄存器為1狀態，梯形圖中對應

45、的輸入繼電器的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外部輸入觸點電路斷開時，對應的輸入映像寄存器為0狀態，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點斷開，常閉觸點接通。 某一編程元件對應的映像寄存器為1狀態時，稱該編程元件為ON，映像寄存器為。狀態時，稱該編程元件為OFF。 掃描工作方式掃描工作方式 PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執行用戶程序，直到用戶程序結束之處。在執行指令時，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關編程元件的0/1狀態讀出來，并根據指令的要求執行相應的邏輯運算，運算的結果寫入到對應的元件映像寄存器中，

46、因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內容隨著程序的執行而變化。 在程序執行階段，即使外部輸入信號的狀態發生了變化，輸入映像寄存器的狀態也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入。 在智能模塊通信處理階段，CPU模塊檢查智能模塊是否需要服務，如果需要，讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區中，供下一掃描周期使用。在通信信息處理階段，CPU處理通信口接收到的信息，在適當的時候將信息傳送給通信請求方 自診斷測試處理階段，PLC檢查CPU模塊內部的硬件是否正常，將監控定時器復位，以及完成一些其它內部工作，包括定期檢查EEPROM、用戶程序存儲器、I/O模塊狀

47、態以及I/O擴展總線的一致性，將監控定時器復位，以及完成一些別的內部工作。 掃描工作方式掃描工作方式掃描工作方式掃描工作方式 在輸出處理階段，CPU將輸出映像寄存器的0/1狀態傳送到輸出鎖存器。梯形圖中某一輸出繼電器的線圈“通電”時，對應的輸出映像寄存器為1狀態。信號經輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。 若梯形圖中輸出繼電器的線圈“斷電”，對應的輸出映像寄存器為0狀態，在輸出處理階段之后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。 掃描工作方式掃描工作方式 如果在程序中使用了中

48、斷，中斷事件發生時立即執行中斷程序，中斷程序可能在掃描周期的任意點上被執行 在程序執行過程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O點。用立即I/O指令讀輸入點的值時，相應的輸入映像寄存器的值未被更新、用立即I/O指令來改寫輸出點時，相應的輸出映像寄存器的值被更新。 當PLC處于停止（STOP）模式時，程序執行階段被省略，讀輸入/寫輸出階段則視不同的PLC而定。 例如：初始時，A=B=C=0，又已知當A=1時，B=1；B=1時，C=1。A=B=C=0A=1 B=1 C=0A=B=C=1一般流程一般流程A=1 B=1B=1 C=1一個周期PLC 流程流程A=B=C=0A=1 B=1 C=0A=1且B

49、=0 B=1 C=0A=B=C=1A=1且B=1 B=1 C=1第一周期第二周期掃描工作方式的影響掃描工作方式的影響輸入輸入/ /輸出滯后時間輸出滯后時間 輸入/輸出滯后時間又稱系統響應時間，是指PLC的外部輸入信號發生變化的時刻至它控制的有關外部輸出信號發生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產生的滯后時間這三部分組成。 輸入模塊的RC濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點動作時產生的抖動引起的不良影響，濾波電路的時間常數決定了輸入濾波時間的長短，其典型值為10ms左右。 輸入輸入/ /輸出滯后時間輸出滯后時間 輸出模塊的滯后

50、時間與模塊的類型有關，繼電器型輸出電路的滯后時間一般在10ms左右；雙向晶閘管型輸出電路在負載通電時的滯后時間約為1ms，負載由通電到斷電時的最大滯后時間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時間一般在1ms以下。 由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達兩個多掃描周期。 PLC總的響應延遲時間一般只有幾十ms，對于一般的系統是無關緊要的，要求輸入輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統，可以選用掃描速度快的PLC或采取其他措施。 FX系列可編程序控制器性能簡介系列可編程序控制器性能簡介 三菱電機80年代推出的F系列小型PLC在90年代初被F1系列和F2系列取代，F1系列在我國曾經有很高的市場占有率。其后的

51、FX2系列在硬件和軟件功能上都有很大的提高，后來推出的FX0，FX0S，FX0N和FX2N等系列實現了微型化和多品種化，可滿足不同用戶的需要。F1系列和FX2系列早已屬于淘汰產品，三菱電機現在的FX系列產品樣本中僅有FX1S，FX1N、FX2N和FX2NC這4個子系列，與過去的產品相比，在性能價格比上又有明顯的提高。 FX系列系列PLC的特點的特點 體積極小的微型PLC 先進美觀的外部結構 提供多個子系列供用戶選用 靈活多變的系統配置 功能強，使用方便FX系列型號名稱的含義系列型號名稱的含義 FX系列PLC型號名稱的含義如下：FX- - （1）（2） （3）（4）（5） （1）子系列名稱，如1

52、S，1N，2N等。 （2）輸入輸出的總點數。 （3）單元類型：M為基本單元，E為輸入輸出混合擴展單元與擴展模塊，EX為輸入專用擴展模塊，EY為輸出專用擴展模塊。 （4）輸出形式：R為繼電器輸出，T為晶體管輸出，S為雙向晶閘管輸出。 （5）電源和輸入、輸出類型等特性。D和DS為DC 24V電源；DSS為DC 24V電源，源晶體管輸出；ES為交流電源：ESS為交流電源，源晶體管輸出：UAl為AC電源，AC輸入。例如FX1N-60MT-D屬于FX1N系列，是有60個I/O點的基本單元，晶體管輸出型，使用24V直流電源。 特殊功能模塊特殊功能模塊 v 模擬量輸入輸出模塊 v 高速計數器模塊FX2N-1

53、HC v 運動控制模塊 v 通信模塊 模擬量輸入輸出模塊模擬量輸入輸出模塊 模擬量輸入擴展板FX1N-2AD-BD 模擬量輸出擴展板FX1N-1DA-BD 模擬量設定功能擴展板FX1N-8AV-BD/FX2N-8AV-BD 模擬量輸入輸出模塊FX2N-3A 模擬量輸入模塊FX2N-2AD和FX2N-4AD 模擬量輸入和溫度傳感器輸入模塊FX2N-8AD PT-100型溫度傳感器用模擬量輸入模塊FX2N-4AD-PT 熱電偶溫度傳感器用模擬量輸入模塊FX2N-4AD-TC 模擬量輸出模塊FX2N-2DA高速計數器模塊高速計數器模塊FX2N-1HC PLC梯形圖程序中的計數器的最高工作頻率受掃描周

54、期的限制，一般僅有幾十Hz。在工業控制中，有時要求PLC有快速計數功能，計數脈沖可能來自旋轉編碼器，機械開關或電子開關。高速計數模塊可以對幾十KHz甚至上百Hz的脈沖計數，它們大多有一個或幾個開關量輸出點，計數器的當前值等于或大于預置值時，可通過中斷程序及時地改變開關量輸出的狀態。這一過程與PLC的掃描過程無關，可以保證負載被及時驅動。 FX2N的高速計數模塊FX2N-1HC有1個高速計數器，可作單相/雙相50KHz的高速計數，用外部輸入或通過PLC的程序，可使計數器復位或起動計數過程，它可與編碼器相連。 運動控制模塊運動控制模塊 FX2N-1PG-E脈沖輸出模塊 FX2N-10PG脈沖輸出模

55、塊 FX2N-10GM和FX-20GM定位控制器通信模塊通信模塊 通信模塊是通信網絡的窗口。通信模塊用來完成與別的PLC、其他智能控制設備或主計算機之間的通信。遠程I/O系統也必須配備相應的通信接口模塊。FX系列有多種多樣的通信用功能擴展板、適配器和通信模塊。 編程設備與人機接口編程設備與人機接口 專用編程器 編程軟件 顯示模塊 GOT-900圖形操作終端 專用編程器專用編程器 專用編程器由PLC生產廠家提供，它們只能用于某一生產廠家的某些PLC產品.現在的專用編程器一般都是手持式的LCD字符顯示編程器。它們不能直接輸入和編輯梯形圖程序，只能輸入和編輯指令表程序。 手持式編程器的體積小，一般用

56、電纜與PLC相連。其價格便宜，常用來給小型PLC編程，用于系統的現場調試和維修比較方便 。 用戶可對內置的存儲器進行存取，實現脫機編程，根據編程器中電容的充電時間，存儲器中的內容最多可以保存3天。 編程軟件編程軟件 專用編程器只能對某一PLC生產廠家的PLC產品編程，使用范圍有限。當代PLC的更新換代很快，專用編程器的使用壽命有限，價格也較高。現在的趨勢是在個人計算機上使用PLC生產廠家提供的編程軟件。輕便的筆記本電腦或移動電腦配上編程軟件，也很適于在現場調試程序。 1、FX-FCS/WIN-E/-C編程軟件2、SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件3、GX開發器（GPPW）4、GX模擬器（

57、LLT）5、FX-FCS-VPS/WIN-E定位編程軟件6、GT設計者與FX-FCS/DU-WIN-E屏幕生成軟件顯示模塊顯示模塊 隨著工廠自動化的發展，微型PLC的控制越來越復雜和高級，FX系列PLC配備有種類繁多的顯示模塊和圖形操作終端作為人機接口。 1、顯示模塊FX1N-5DM2、顯示模塊FX-10DM-EGOT-900系列圖形操作終端系列圖形操作終端 GOT-900系列圖形操作終端的電源電壓為24VDC，可用RS-232C或RS-485接口與PLC通信。有50個觸摸鍵，可設置500個畫面。 930GOT圖形操作終端帶有4in對角線的LCD顯示器，可顯示24080點或5行，每行30個字符

58、，有256KB用戶快閃存儲器。 940GOT圖形操作終端有5.7in對角線的8色LCD顯示器，可顯示320240點或15行，每行40個字符，有512KB用戶快閃存儲器。GOT-900系列圖形操作終端系列圖形操作終端 F940GOT-SBD-H-E和F940GOT-LBD-H-E手持式圖形操作終端有8色和黑白LED顯示器，適用于現場的調試，其他性能和940GOT圖形操作終端類似。 F940GOT-TWD-C圖形操作終端的256色7in對角線LED顯示器可水平或垂直安裝，屏幕可分為23個部分，有一個RS-422接口和兩個RS-232C接口。可顯示480234點或14行，每行60個字符，有1MB用戶

59、快閃存儲器。 PLC程序設計基礎程序設計基礎 vPLC編程語言的國際標準編程語言的國際標準 vPLC的程序結構的程序結構 v梯形圖的主要特點梯形圖的主要特點 v基本數據結構基本數據結構vFX系列系列PLC的指令的指令PLC編程語言的國際標準編程語言的國際標準 IEC于1994年5月公布了可編程序控制器標準（IEC1131），該標準鼓勵不同的可編程序控制器制造商提供在外觀和操作上相似的指令。它由以下5部分組成：通用信息，設備與測試要求，編程語言，用戶指南和通信。其中的第三部分（IEC1131-3）是可編程序控制器的編程語言標準。IEC1131-3標準使用戶在使用新的可編程序控制器時，可以減少重新

60、培訓的時間。對于廠家，使用標準將減少產品開發的時間，可以投入更多的精力去滿足用戶的特殊要求。 PLC編程語言的國際標準編程語言的國際標準順序功能圖順序功能圖梯形圖梯形圖功能塊圖功能塊圖指令表指令表結構文本結構文本 其中的順序功能圖（SFC）是一種結構塊控制程序流程圖，梯形圖（LD）和功能塊圖（FBD）是圖形編程語言，指令表（IL）和結構文本（ST）是文字語言。 順序功能圖（順序功能圖（SFC） 順序功能圖（Sequential function chart）：是一種位于其他編程語言之上的圖形語言，用來編制順序控制程序。順序功能圖提供了一種組織程序的圖形方法，在順序功能圖中可以用別的語言嵌套編程。步、轉換和動作