1、PLC軟硬件組成與工作基本原理2.1 PLC概述 2.1.1 PLC的定義 2.1.2 發展趨勢 2.1.3 PLC與其他工業系統的比較 2.1.4 PLC的特點及應用領域2.1.1 PLC的定義 在PLC的發展歷程中，有過幾個不同的名稱： 可編程序矩陣控制器PMC（Programmable Matrix Controller） 可編程序順序控制器PSC （Programmable Sequence Controller） 可編程序邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller） 可編程序控制器PC（Programmable Controller） 1969年美國

2、數字設備公司（DEC）根據招標的要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車生產線上首次應用成功。 1980年美國電氣制造商協會（NEMA）正式將其命名為編程序控制器（Programmable Controller），簡稱 PC。 1969年美國數字設備公司（DEC）根據招標的要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車生產線上首次應用成功。 1980年美國電氣制造商協會（NEMA）正式將其命名為編程序控制器（Programmable Controller），簡稱 PC。 國際電工委員會（IEC）于1982年11月、1985年1月、1987年2月三次為PLC下定義，最終

3、確定為：“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的命令，并通過數字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。有關外圍設備，都應按易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充功能的原則而設計”。2.1.2 PLC的定義2.1.2 PLC的產生與發展趨勢 1. PLC的產生與發展 1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應汽車型號不斷更新的需要，提出了十條技術指標在社會上公開招標，制造一種新型的工業控制裝置。這些功能是： （1）容易編程 （2）維修方

4、便，采用模塊式結構 （3）可靠性高于繼電-接觸器控制系統 （4）體積小于繼電-接觸器控制系統 （5）具備與計算機通信的功能 （6）成本具有競爭性 （7）輸入輸出電源使用市電（115V） （8）輸出為115V/2A，驅動電磁閥和接觸器 （9）通用性強，能在惡劣環境下工作 （10）存儲設備可擴充至4K個存儲字節2.1.2 PLC的產生與發展趨勢 1. PLC的產生與發展 1969年美國研制出世界上第一臺PLC以后，日本、德國、法國等國相繼研制了各自的PLC。此階段產品的主要特點是CPU由中小規模的數字集成電路構成，存儲器為磁芯存儲器；控制功能簡單，只能完成定時、計數及邏輯功能。為繼電-接觸器的替代

5、品。 70年代中期，PLC進入了實用化階段。70年代末和80年代初，PLC進入了成熟階段。主要特點：采用CPU微處理器，存儲器變為半導體存儲器，具有數據處理能力，能實現對模擬量的控制，軟件上開發出了自診斷功能，可靠性進一步提高。2.1.2 PLC的產生與發展趨勢 80年代中期：CPU開始采用8位/16位微處理器，數據處理能力和速度大大提高，PLC開始具備一定的通信能力，為PLC的分散控制、集中管理奠定了重要基礎；軟件開發出了面向對象的梯形圖語言和邏輯助記符語言，為PLC的普及使用提供了必要條件。 80年代中期至90年代中期：超大規模集成電路促使PLC完全計算機化，CPU開始使用32位機；數學運

6、算、數據處理能力大大提高，增加了運動控制、模擬量PID控制網絡通信功能，體積進一步減小，可靠性進一步加強。 20世紀90年代中期至今：CPU使用16位/32位微處理器，運算速度更快、功能更強能使用多種編程語言。 2. PLC的國內外發展狀況及主要產品廠家 美國PLC發展得最快： 1984年有48家，生產150多種PLC； 1987年有63家，生產243種PLC； 1996年有70余家，生產近300種PLC。 著名廠家有AB（AllenBradley）艾倫一布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GEFSNUC公司，TI（Texas Instrument）德州儀器公司，WESTHOUSE Ele

7、ctric西屋電氣公司，IPM（International Parallel Machines）國際并行機器公司等。2.1.2 PLC的產生與發展趨勢 歐洲PLC的廠家有60余家: 西門子（Siemens）于1973年研制出第一臺PLC。 金鐘默勒 （Klockner Moeller Gmbh），AEG， 法國的TE(Telemecanique）(施耐德） 瑞士的Selectron公司等。 1971年，日本從美國引進PLC技術，由日立公司研制成功日本第一臺PLC。 日本生產PLC的廠家有40余家： 三菱電機(MITSUBISHI)，歐姆龍(OMRON),富士電機（Fuji Electric）,

8、東芝（TOSHIBA）, 光洋（KOYO),松下電工（MEW）,和泉（IDEC）, 安川等公司。2.1.2 PLC的產生與發展趨勢 我國在70年代末和80年代初開始引進PLC。我國早期獨立研制PLC的單位有： 北京機械工業自動化研究所，上海工業自動化儀表研究所，大連組合機床研究所，成都機床電器研究所，中科院北京計算機所及自動化所，長春一汽，上海起重電器廠，上海香島機電公司，以上諸單位都沒有形成規模化生產。 合資企業有遼寧無線電二廠引進德國西門子技術生產PLC；無錫電器和日本光洋合資生產的 PLC; 中美合資的廈門 AB公司生產的PLC；上海香島機電公司引進技術生產的PLC; 上海OMRON公司

9、; 西安Siemens公司等。2.1.2 PLC的產生與發展趨勢 3. PLC的發展趨勢 PLC兩個發展方向一是向小型化、微型化發展；二是向大型化、網絡化、多功能方向發展。主要體現： （1）向高速度、大存儲容量方向發展（CPU處理速度ns級；內存2M字節） （2）向多品種方向發展和提高可靠性(超大型和超小型） （3）產品更加規范化、標準化（硬件、軟件兼容的PLC） （4）分散型、智能型、與現場總線兼容的I0 （5）加強聯網和通信的能力 （6）控制的開放和模塊化的體系結構OMAC（open Modular Architecture for Control）2.1.2 PLC的產生與發展趨勢主要著

10、名品牌： 美國AB公司（AllenBradley） 德國西門子公司（Siemens） 法國的TE（Telemecanique）(施耐德） 日本歐姆公司（OMRON） 日本三菱電機株式會社（MITSUBISHI） 日本富士電機株式會社（Fuji Electric） 日本東芝公司（TOSHIBA） 日本的光洋電子（KOYO）和中國的華光電子(CKE） 日本松下電工株式會社（MEW）：（Matsushita Electric Works Ltd）2.1.2 PLC的產生與發展趨勢 1. 與繼電-接觸器控制系統的比較 （1）靈活性和可擴展性。繼電系統靈活性和可擴展性差，繼電器觸點數目有限，PLC系統有

11、軟件和硬件構成，要改變控制功能只需要修改控制軟件即可，其軟繼電器觸點理論上可使用無數次，靈活性和可擴展性極佳。 （2）可靠性和可維護性 （3）控制速度和穩定性 分別為ms級和s級 （4）延時的可靠精度和可調性 （5）設計與施工 （6）系統價格2.1.3 PLC與其他工業控制系統的比較2.1.3 PLC與其他工業控制系統的比較可編程控制器與工業控制計算機（簡稱工業PC機）都是用來進行工業控制，但二者相比仍有不同。（1）硬件方面工業PC機是由通用微型計算機推廣應用發展起來的，通常由微型計算機生產廠家開發生產，在硬件方面具有標準總線結構，各種機型兼容性強。而PLC則是針對工業順序控制，由電氣控制廠家

12、研制發展起來的，其硬件結構專用，各個廠家產品不通用，標準化程度較差。但是PLC的信號采集和控制輸出的功率強，可不必再加信號變換和功率驅動環節，而直接和現場的測量信號及執行機構對接；在結構上，PLC采取整體密封模板組合形式；在工藝上，對印刷版、插座、機架都有嚴密的處理；在電路上，又有一系列的抗干擾措施。因此，PLC的可靠性更能滿足工業現場環境的要求。2.1.3 PLC與其他工業控制系統的比較 （2）軟件方面 工業PC機可借用通用計算機豐富的軟件資源，對算法復雜，實時性強的控制任務能較好的適應。PLC在順序控制的基礎上，增加了PID等控制算法，它的編程采用梯形圖語言，易于被熟悉電氣控制線路而不太熟

13、悉微機軟件的工廠電氣技術人員所掌握，但是，一般微型計算機的通用軟件還不能直接在PLC上應用，還要經過二次開發。 （3）使用環境 （4）工作方式 PLC采用掃描方式工作，有利于實現順序控制；工業計算機采用中斷方式處理外部信號請求。 （6）PLC易于掌握，而工業計算機需要專門人員。2.1.4 PLC的分類 （1）按 IO點數分類 IO點數小于32為微型PLC； IO點數在32128為微小型PLC； IO點數在128256為小型PLC； IO點九在2561024為中型PLC； IO點數大于1024為大型PLC； IO點數在4000以上為超大型PLC。 以上劃分不包括模擬量I0點數，且劃分界限不是固定

14、不變的。 （2）按控制性能進行分類 高檔機S7-400、中檔機S7-300和低檔機S7-2002.1.4 PLC的分類 （3）按結構形式分類 整體式PLC：又稱單元式或箱體式。整體式PLC是將電源、CPU、I0部件都集中裝在一個機箱內。一般小型PLC采用這種結構。 模塊式PLC：將PLC各部分分成若干個單獨的模塊，如 CPU模塊、I0模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結構，有的小型PLC也采用這種結構。 有的PLC將整體式和模塊式結合起來，稱為疊裝式PLC。 模塊式Power in a Small Package!電源模

15、塊CPU模塊IO模塊底 板2.1.4 PLC的分類的分類2.1.5 PLC的特點及應用領域 可靠性高(平均無故障時間3-5萬小時） 硬件方面主要模塊均采用大規模或超大規模集成電路，大量開關動作由無觸點的電子存儲器完成，I/O系統設計有完善的通道保護和信號調理電路；軟件方面具有極強的自檢及保護功能。 編程簡單 可采用電氣工程技術人員比較熟悉的梯形圖語言，易學易懂。 通用性強 體積小、結構緊湊、安裝、維護方便 重量輕、價格低 主要是PLC的軟、硬件體系結構是封閉而不是開放的：如專用總線、專家通信網絡及協議，I/O模板不通用，甚至連機柜、電源模板亦各不相同。 編程語言雖多數是梯形圖，但組態、尋址、語

16、言結構均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。 SIEMENS等公司已經開發出以個人計算機為基礎，在Windows平臺下，結合IEC11313國際標準的新一代開放體系結構的PLC。 應用領域 （1）開關量邏輯控制；（2）運動控制；（3）閉環過程控制；（4）數據處理；（5）聯網通信 2.1.5 PLC的特點及應用領域 PLC的應用領域 PLC在工業自動化中起著舉足輕重的作用，在國內外已廣泛應 用于機械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食品、交通等行業。經驗表明，80 以上的工業控制可以使用PLC來完成。 在日本，凡8個以上中間繼電器組成的控制系統都已采用PLC來取代。2.1.5 PLC

17、的特點及應用領域2.2 本節主要內容包括： PLC的硬件組成和工作原理 PLC的基本組成 PLC的工作原理 PLC控制系統主要有CPU模塊、輸入輸出模塊、電源模塊和外部設備組成。其結構圖可由下圖表示。 小型小型PLCPLC其各種部件都其各種部件都是集成在一起的，只有是集成在一起的，只有大中型的大中型的PLCPLC其各部分其各部分才會比較明顯。才會比較明顯。 CPUCPU模塊主要由微處理器模塊主要由微處理器（CPUCPU）芯片和存儲器組成。）芯片和存儲器組成。它的功能是不斷地采集輸它的功能是不斷地采集輸入信號，執行用戶程序，入信號，執行用戶程序，刷新系統的輸出。刷新系統的輸出。 硬件類型：硬件類

18、型： （1 1）通用處理器：）通用處理器：80868086、8028680286、8038680386 （2 2）單片機芯片：）單片機芯片：80318031、80968096 （3 3）位片式微處理器：）位片式微處理器：AMD-2900AMD-2900 小型小型PLCPLC多采用多采用8 8位微處理器或單片機作為位微處理器或單片機作為CPUCPU 中型中型PLCPLC多采用多采用1616位微處理器或單片機作為位微處理器或單片機作為CPUCPU 大型大型PLCPLC多采用高速位片式微處理器多采用高速位片式微處理器與位片式微處理器相對應的與位片式微處理器相對應的是是單片式微處理器單片式微處理器。位

19、片式。位片式微處理器通常只包含算術邏微處理器通常只包含算術邏輯單元輯單元 (ALU)(ALU)、寄存器、多、寄存器、多路選擇器和隨機存儲器等部路選擇器和隨機存儲器等部件（見圖）。件（見圖）。 位片式微處理器的運算操作和數據流程，由外部輸入的微指令碼控制。當用位片式微處理器構成一個中央處理單元時，除用一定數量的位片并行聯接以擴大字長外，還要配以控制微指令的微程序序列器和存放微指令的可編程序存儲器等電路。 這樣的結構使位片式微處理器有了另一個很突出的特點：用位片式微處理器構成的中央處理單元的指令系統不是事先確定的，而是由使用者通過微程序自行編制的。位數可擴展和指令系統可自行編制這兩個特點，使位片式

20、微處理器具有很大的靈活性。 單片式微處理器采用MOS集成電路制成,而位片式微處理器則采用雙極型集成電路制成。 位片式微處理器的結構和工藝，使其具有高速的特點。但是，它的集成度較低，成本高而且使用不便。 因此，位片式微處理器主要用于構成大型計算機的中央處理單元和要求實現高速實時信號處理的各種專用處理器,這一點正好補充了MOS單片微處理器的不足。 位片式微處理器要求速度高而功耗又為封裝所限，因而低功耗肖特基箝位抗飽和的晶體管-晶體管邏輯電路和發射極耦合邏輯電路在位片式微處理器技術中占主導地位。 1.中央處理單元（CPU）： 作用： 接收與存儲用戶由編程器鍵入的用戶程序和數據； 檢查編程過程中的語法

21、錯誤、診斷電源及PLC內部的工作故障； 用掃描方式工作，接收來自現場的輸入信號，并輸入到輸入映像寄存器和數據儲存器中； 在運行方式下，從存儲器中逐條讀取并執行用戶程序，完成用戶程序所規定的邏輯運算、算術運算及數據處理； 根據運算結果，更新有關標志位的狀態，刷新輸出映像寄存器的內容，再經輸出部件實現輸出控制、打印制表或數據通信。 2. 2. 存儲器存儲器 存儲器的作用是存放系統程序、用戶程序和工作狀態數存儲器的作用是存放系統程序、用戶程序和工作狀態數據。系統程序相當于個人計算機的操作系統。據。系統程序相當于個人計算機的操作系統。 RAMRAM：存儲各種暫存數據、中間結果、用戶正調試的程：存儲各種

22、暫存數據、中間結果、用戶正調試的程序。序。 ROMROM：存放監控程序和用戶已調試好的程序。：存放監控程序和用戶已調試好的程序。 E2PROME2PROM具有非易失性，可以用編程裝置對其進行編程，用具有非易失性，可以用編程裝置對其進行編程，用來存放用戶程序和數據。來存放用戶程序和數據。 閃存（閃存（FLASHFLASH）具有斷電后保護數據的功能，作用同）具有斷電后保護數據的功能，作用同E2PROME2PROM。 PLCPLC內存的大小常用內存的大小常用RAMRAM構成，為防止電源掉電使構成，為防止電源掉電使RAMRAM 中的信息丟失，常用鋰電池做后備保護中的信息丟失，常用鋰電池做后備保護 輸出

23、接口作用：將主機向外輸出的信號轉換成可以驅動輸出接口作用：將主機向外輸出的信號轉換成可以驅動外部執行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷外部執行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離。電；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離。 輸出三種形式：輸出三種形式： 繼電器繼電器 - - 低速大功率低速大功率 可控硅可控硅 - - 高速大功率高速大功率 晶體管晶體管 - - 高速小功率高速小功率 輸入接口作用：將按鈕、行程開關或傳感器等產生的信輸入接口作用：將按鈕、行程開關或傳感器等產生的信號，轉換成數字信號送入主機。號，轉換成數字信號送入主機。 采用光電隔

24、離，實現了采用光電隔離，實現了PLCPLC的內部電路與外部電路的電的內部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。氣隔離，減小了電磁干擾。 1. 1. 數字量輸入模塊數字量輸入模塊直流輸入模塊直流輸入模塊COM光電耦合器光電耦合器直流電源直流電源輸入端子輸入端子發光二極管發光二極管 分析： R1（）與C1（1000PF）組成RC低通濾波器，抑制輸入信號的高頻干擾，R2（470)是C1上的電荷泄放電阻，當SB斷開時，C1上的電荷通過R2泄放。 采用光電耦合器，防止強電干擾。R R1 1C C1 1R R2 2 1. 數字量輸入模塊交流輸入模塊 C為隔離電容，對于交流相當于短路，R1和R2構成分壓

25、電路，該電路接受外部輸入電壓時，其工作原理基本與直流輸入模塊類同。 2.2.數字量輸出模塊數字量輸出模塊直流輸出模塊直流輸出模塊 輸出模塊的作用是將內部電平信號轉換為外部所需的電輸出模塊的作用是將內部電平信號轉換為外部所需的電平等級的輸出信號，并傳給外部負載。根據電源為直流平等級的輸出信號，并傳給外部負載。根據電源為直流電可稱為直流輸出模塊。電可稱為直流輸出模塊。 2.2.數字量輸出模塊數字量輸出模塊交流晶閘管輸出模塊交流晶閘管輸出模塊 采用雙向光控晶閘管驅動的。工作原理是：當輸出鎖存采用雙向光控晶閘管驅動的。工作原理是：當輸出鎖存器的對應位為器的對應位為1 1時，發光二極管導通發光，使雙向晶

26、閘管時，發光二極管導通發光，使雙向晶閘管觸發導通從而使負載得電。觸發導通從而使負載得電。 2.2.數字量輸出模塊數字量輸出模塊交直流繼電器輸出模塊交直流繼電器輸出模塊 采用固體繼電器驅動的。工作原理是：當輸出鎖存器的采用固體繼電器驅動的。工作原理是：當輸出鎖存器的對應位為對應位為1 1時，使線圈得電，常開觸點吸合，使負載得時，使線圈得電，常開觸點吸合，使負載得電。帶負載能力較強，頻率較低。電。帶負載能力較強，頻率較低。 3. 模擬量輸入模塊 模擬量輸入模塊是把模擬信號轉換成PLC的CPU可以處理的數字量。又稱A/D轉換模塊，一般模擬輸入信號都為標準的傳感器信號。模擬量輸入模塊把模擬信號轉換成數

27、字，一般為12位二進制數。 4. 模擬量輸出模塊 模擬量輸出模塊是把PLC的CPU要輸出的數字量轉換成外部設備需要的模擬量（電壓或電流），又稱為D/A轉換模塊。 5. 擴展接口模塊 擴展接口模塊的作用是擴大PLC的控制規模。 6. 通信接口模塊 把外部供應的電源（一般為單相85260V、50/60HzAC電源）變換成系統內部各單元所需的電源（5V和15VDC電源)。 有的電源單元還向外提供24V隔離直流電源，可供開關量輸入單元連接的現場無源開關等使用。 可編程序控制器的電源一般采用開關式電源，其特點是輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。 便于擴展便于擴展 小型機：一體機，有接

28、口可擴展。小型機：一體機，有接口可擴展。 電源模塊CPU模塊IO模塊底 板 中、大型機：模塊式，可根據需要在主板上隨意組合。中、大型機：模塊式，可根據需要在主板上隨意組合。 編程設備可以是專用的手持編程設備可以是專用的手持式的編程器；也可以是安裝式的編程器；也可以是安裝了專門的編程通訊軟件的個了專門的編程通訊軟件的個人計算機。人計算機。 用戶可以通過鍵盤輸入和調用戶可以通過鍵盤輸入和調試程序；另外在運行時，還試程序；另外在運行時，還可以對整個控制過程進行監可以對整個控制過程進行監控。控。PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADO

29、TL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTC EVTMT SVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR 其他外圍設備其他外圍設備 顯示器、操作顯示器、操作面板、打印機等。面板、打印機等。 1. PLC1. PLC的基本配置的基本配置 根據根據PLCPLC的結構類型，基本配置分為的結構類型，基本配置分為3 3種：種： （1 1）整體式結構）整體式結構S7-200S7-200，各組成部分均緊湊的封，各組成部分均緊湊的封裝在一個機殼內。裝在一個機殼內。 （2 2）模塊式結構）模塊式結構S7-300/400S7-30

30、0/400這種結構的這種結構的PLCPLC控制點控制點數比較多、功能比較強。各模塊功能是獨立的，外形尺數比較多、功能比較強。各模塊功能是獨立的，外形尺寸一致，安裝時將這些框架或基板上即可。寸一致，安裝時將這些框架或基板上即可。 （3 3）混合式結構）混合式結構 混合式混合式PLCPLC由由PLCPLC主機和擴展模塊組主機和擴展模塊組成。其中成。其中PLCPLC主機由主機由CPUCPU、存儲器、通信電路、基本輸入、存儲器、通信電路、基本輸入/ /輸出模塊、電源等基本模塊組成，相當于一個整體式的輸出模塊、電源等基本模塊組成，相當于一個整體式的PLCPLC，可以單獨完成控制功能。，可以單獨完成控制功

31、能。 2. PLC2. PLC的擴展配置的擴展配置 如果控制系統的輸入如果控制系統的輸入/ /輸出點數比較多，而控制規律又輸出點數比較多，而控制規律又不是很復雜，采用大型不是很復雜，采用大型PLCPLC成本上不經濟，可以采用擴成本上不經濟，可以采用擴展配置方式，即主機帶擴展機的配置。展配置方式，即主機帶擴展機的配置。 （1 1）近程擴展配置）近程擴展配置近程擴展機主要用于擴大控制規近程擴展機主要用于擴大控制規模，在主機上使用模塊，除模，在主機上使用模塊，除CPUCPU模塊外，均可在擴展機模塊外，均可在擴展機上使用。上使用。 （2 2）當有部分現場信號比較集中，而又與其他現場信號）當有部分現場信

32、號比較集中，而又與其他現場信號相距較遠時，可采用遠程擴展方式。遠程擴展機主要用相距較遠時，可采用遠程擴展方式。遠程擴展機主要用于擴大控制距離。于擴大控制距離。I/OI/O模塊和部分功能模塊可在遠程機上模塊和部分功能模塊可在遠程機上使用，遠程站上需要電源模塊。使用，遠程站上需要電源模塊。 2.3.1 PLC2.3.1 PLC的系統程序的系統程序 系統程序有系統程序有PLCPLC制造者采用匯編語言編寫的，固化與制造者采用匯編語言編寫的，固化與ROMROM型系統程序存儲器中，用于控制型系統程序存儲器中，用于控制PLCPLC本身的運行，用戶本身的運行，用戶不能更改。包括下述三部分：不能更改。包括下述三

33、部分： （1 1）系統管理程序）系統管理程序系統程序最重要的部分，整個系統程序最重要的部分，整個都由它主管：運行管理、存儲空間管理、系統自檢。都由它主管：運行管理、存儲空間管理、系統自檢。 （2 2）用戶指令解釋和編輯程序）用戶指令解釋和編輯程序解釋程序將用戶程解釋程序將用戶程序編譯成相應的一串機器碼語言，然后通過序編譯成相應的一串機器碼語言，然后通過CPUCPU完成任完成任務，為提高解釋速度，用戶程序是以內碼形式存放的。務，為提高解釋速度，用戶程序是以內碼形式存放的。 （3 3）標準程序模塊和系統調用）標準程序模塊和系統調用 這部分是由許多獨立這部分是由許多獨立的程序塊組成的，各自完成不同的

34、功能，如有些完成輸的程序塊組成的，各自完成不同的功能，如有些完成輸入、輸出功能，有些完成運算功能等。入、輸出功能，有些完成運算功能等。 2.3.2 PLC2.3.2 PLC的用戶程序的用戶程序 用戶程序又稱為應用程序，是用戶為完成某一控制任務用戶程序又稱為應用程序，是用戶為完成某一控制任務而利用而利用PLCPLC的編程語言編制的程序。存儲在系統程序指的編程語言編制的程序。存儲在系統程序指定的存儲區域內。定的存儲區域內。 與微機的編程一樣，用戶程序需要一個編程環境、一個與微機的編程一樣，用戶程序需要一個編程環境、一個程序結構和一個編程方法。程序結構和一個編程方法。 （1 1）用戶環境）用戶環境由

35、系統程序生成，包括數據結構、由系統程序生成，包括數據結構、用戶元件區、用戶程序存儲區、用戶參數等。用戶元件區、用戶程序存儲區、用戶參數等。 （2 2）用戶程序結構）用戶程序結構 線性程序、分塊程序、結構化程序。線性程序、分塊程序、結構化程序。 （3 3）用戶的編程語言）用戶的編程語言 梯形圖、語句表、功能塊圖。梯形圖、語句表、功能塊圖。 2.4.1 2.4.1 接線程序控制與存儲程序控制接線程序控制與存儲程序控制 繼電繼電- -接觸器控制系統是通過電器元件的固定接線來實接觸器控制系統是通過電器元件的固定接線來實現控制邏輯，完成控制任務的。見下圖，只有現控制邏輯，完成控制任務的。見下圖，只有S1

36、S1和和S2S2兩兩個開關都閉合后，燈個開關都閉合后，燈HL1HL1才能亮；才能亮；HL1HL1亮亮2s2s后，后，HL2HL2亮。亮。 2.4.1 2.4.1 接線程序控制與存儲程序控制接線程序控制與存儲程序控制 在在PLCPLC控制系統中，用戶根據控制要求編制出相應的控制控制系統中，用戶根據控制要求編制出相應的控制程序，并寫入程序，并寫入PLCPLC的程序存儲器中，控制系統運行時，的程序存儲器中，控制系統運行時，PLCPLC依次讀取程序存儲器中的程序語句，對其內容進行解釋并依次讀取程序存儲器中的程序語句，對其內容進行解釋并加以執行，加以執行，PLCPLC將執行的結果輸出給相應的設備。將執行

37、的結果輸出給相應的設備。 PLC控制系統的軟繼電器的解釋 （1）輸入部分：外部輸入信號由外部輸入電路，PLC輸入接線端子和“輸入繼電器”組成。 理解：外部輸入信號經PLC接線端子去驅動輸入繼電器的線圈，每個輸入端子與其相同編號的輸入繼電器有唯一確定的對應關系。 當外部的輸入元件處于接通狀態時，對應的輸入繼電器線圈得電，在程序中其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，編程時應注意“輸入線圈”只能由外部信號驅動，不能在程序內部用指令來驅動，因此，在用戶編程的梯形圖中，只能出現“輸入繼電器”的觸點，而不應出現“輸入繼電器”的線圈。 PLC控制系統的軟繼電器的解釋 實質：見輸入模板圖當外部輸入信號的狀態為“1”

38、或“0” 對應D觸發器為“1”或“0” 當外部輸入信號是閉合回路時對應的D中為“1”，相當于常開觸點閉合（接通 ） 當外部輸入信號是斷開回路時對應的D中為“0”，相當于常開觸點斷開。 故在梯形圖中可取用無數次常開或常閉觸點，即可以提供任意多個動合或動斷觸點供PLC控制電路編程使用。 結論：PLC中的輸入繼電器是“軟繼電器”，它本質上是存儲單元，用于存儲單元可無限次的讀取，所以有無數對常開常閉觸點供編程時使用。（2）內部控制電路：由用戶程序形成，即用軟繼電器代替硬繼電器的控制邏輯，由梯形圖語言編制。梯形圖由觸點、線圈或功能方框等構成，畫梯形圖時，從左母線開始，經過觸點、線圈（或功能方框）終止于右

39、母線（s7-200右母線省略）。讀梯形圖時，可把左母線看作是提供能量的母線，觸點閉合可以使能流流過，觸點斷開，阻止能流流過，線圈代表邏輯輸出的結果，實際上，并不存在這種能流，只是為仿繼電器的讀法而已。（3）輸出部分（以繼電器輸出型PLC為例）由在PLC內部且與內部控制電路隔離的輸出繼電器的外部動合觸點、輸出接線端子和外部驅動電路組成，用于驅動外部負載，輸出繼電器線圈的通斷狀態只能在程序內部用指令驅動。PLC內部控制電路中有許多輸出繼電器，每個輸出繼電器除了有為內部控制電路提供編程用的任意多個動合、動斷觸點外，還為外部負載電路提供了一個實際的動合觸點與外部接線端子相連，驅動外部負載，負載電路必須

40、由外部電源提供。問題：1、梯形圖中的常開、常閉觸點是現場的物理開關觸點嗎？2、梯形圖中的輸出線圈是物理線圈嗎？ PLC與繼電器控制的比較： PLC的程序控制中，廣泛應用梯形圖，并使用簡單的指令系統 將梯形圖變成PLC能接受的程序，由編程器鍵入PLC內部的用戶存儲器，為了便于應用和推廣，梯形圖與繼電器控制圖有許多類似之處，同時，由于PLC的結構、工作原理與繼電器控制系統截然不同，故二者又存在許多差異。 相同之處： （1）電路結構形式基本相同； （2）梯形圖大致沿用了繼電器控制電路元件符號，僅個別處有些不同； （3）信號輸入/輸出形式及控制的功能相同。 不同之處： （1）組成器件不同：繼電器控制線

41、路是由許多真正的硬件繼電器組成，而梯形圖則由許多“軟繼電器”組成，它們實質是存儲器中的每一個觸發器，硬件繼電器易磨損，而“軟繼電器”無磨損現象。 （2）工作方式不同：在繼電器控制線路中，當電源接通時，線路中各繼電器都處于受制約狀態，即該吸合的繼電器都同時吸合，不該吸合的繼電器都因受某種條件限制不能吸合；在梯形圖的控制線路中,圖中各軟繼電器都處于周期性循環掃描接通中，受同一條件制約的各個繼電器的動作次序由程序掃描順序決定。 （3）觸點數量不同：硬繼電器的觸點數量有限，用于控制的繼電器的觸點一般只有48對，而梯形圖中每只軟繼電器供編程使用的觸點數量有無限對，因為存儲器中的觸發器狀態（電平）可去用任

42、意次。 （4）編程方式不同：在繼電器控制線路中，為了達到某種控制目的，要求安全可靠，節約觸點使用量，因此設置了許多制約關系連鎖環節。在梯形圖中，用于是掃描工作方式，不存在幾個并列支路同時動作的因素，大大簡化了電路的設計。PLC控制系統等效電路圖 PLC的工作原理建立I/O映像區輸入點總有輸入映象區的某一位輸入點總有輸入映象區的某一位與之相對應與之相對應 I/OI/O映象區的大小與系統控制的映象區的大小與系統控制的規模有關。規模有關。 PLCPLC工作時，將采集到的輸入信號狀態存放在輸入映象區工作時，將采集到的輸入信號狀態存放在輸入映象區對應的位上；將運算的結果存放到輸出映象區對應的位對應的位上

43、；將運算的結果存放到輸出映象區對應的位上。上。PLCPLC在執行用戶程序時所需在執行用戶程序時所需“輸入繼電器輸入繼電器”、“輸出輸出繼電器繼電器”的數據取用于的數據取用于I/OI/O映象區，而不直接與外部設備映象區，而不直接與外部設備發生關系發生關系 。定期檢查用戶程序存儲器、定期檢查用戶程序存儲器、I/O單元的連接、單元的連接、I/O總線是否正常，定期復位監控定時器總線是否正常，定期復位監控定時器WDTPLC之間以及之間以及PLC與與PC之間；之間； PLC與其他帶與其他帶微處理器的智能裝置通信微處理器的智能裝置通信編程器、終端設備、彩色圖形顯示器、打印機編程器、終端設備、彩色圖形顯示器、

44、打印機 以掃描的方式按順序逐句掃描處理，運算結果存以掃描的方式按順序逐句掃描處理，運算結果存入輸出映象區對應位中入輸出映象區對應位中 掃描的方式輸入信號的狀態存入輸入映象區；結掃描的方式輸入信號的狀態存入輸入映象區；結果存入輸出映象區，直至傳送到外部被控設備。果存入輸出映象區，直至傳送到外部被控設備。 清除內部繼電器區，復位定時器等，并進行自診清除內部繼電器區，復位定時器等，并進行自診斷，對電源、斷，對電源、PLC內部電路、用戶程序的語法進內部電路、用戶程序的語法進行檢查。行檢查。 可編程序控制器對用戶程序進行循環掃描可分為三個階段進行，即輸入采樣階段，程序執行階段和輸出刷新階段。 對用戶編程者來說，沒有必要了解對用戶編程者來說，沒有必要了解PLC系統的動作過程，但對系統的動作過程，但對PLC在運在運行狀態執行用戶指令的動作過程比了解。行狀態執行用戶指令的動作過程比了解。PLC的工作過程舉例 如果熱繼電器如果熱繼電器FRFR動作（其常閉觸點斷開）后需要手動復動作（其常閉觸點斷開）后需要手動復位，可將位，可將FRFR的常閉觸點與接觸器的線圈串聯，這樣，可以的常閉觸點與接觸器的線圈串聯，這樣，可以少用一個少用一個PLCPLC的輸入點，梯形圖、是輸入量，是輸出的輸入點，梯形圖、是輸入量，是輸出量，它們是梯形圖的編程元件。量，它們是梯形圖的編程元件。 與