1、可編程控制器原理及應用可編程控制器原理及應用哈工大華德學院計算機應用技術系 1.什么是可編程控制器（什么是可編程控制器（PLC）？）？P：Programmable 可編程可編程L：Logic 邏輯邏輯 C：Controller 控制器控制器哈工大華德學院計算機應用技術系 名稱規定：名稱規定：可編程控制器可編程控制器可編程序控制器可編程序控制器個人計算機個人計算機可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器本門課中使用本門課中使用Programmable ControllerPersonal ComputerProgrammable Logic ControllerP L C哈工大華德學院計算機應用技術系

2、2.為什么要學習為什么要學習PLC？簡單易學、上手快。簡單易學、上手快。普通工人經過短期培訓就能夠學會應用。普通工人經過短期培訓就能夠學會應用。 PLC實用性高、應用廣泛。實用性高、應用廣泛。PLC已經成為工業各相關領域中發展最快、應已經成為工業各相關領域中發展最快、應用最廣的控制設備。用最廣的控制設備。與就業緊密結合。與就業緊密結合。“會會PLC者優先者優先”哈工大華德學院計算機應用技術系 3.學習學習PLC的目標？的目標？掌握掌握PLC的組成及工作原理，熟悉的組成及工作原理，熟悉PLC的指令的指令系統，掌握系統，掌握PLC的各種功能。具備的各種功能。具備PLC控制系統硬控制系統硬件設計、軟

3、件編程和調試的基本能力，為走向工作件設計、軟件編程和調試的基本能力，為走向工作崗位練就一身本領。崗位練就一身本領。懂原理懂原理會分析會分析能維護能維護會簡單設計會簡單設計哈工大華德學院計算機應用技術系 4.本學期學習本學期學習PLC的三個層次的三個層次知識與技能知識與技能掌握掌握CP1H系列系列PLC的功能和應用的功能和應用過程與方法過程與方法掌握通過掌握通過PLC相關手冊學習的方法相關手冊學習的方法情感與態度情感與態度培養面向工程的態度培養面向工程的態度哈工大華德學院計算機應用技術系 5.如何學習如何學習PLC？以教材為主線，適當擴展以教材為主線，適當擴展以以OMRON為實例，舉一反三為實例

4、，舉一反三以實際應用為目的，理論與實踐相結合以實際應用為目的，理論與實踐相結合激發學習興趣，課后瀏覽工業控制相關網站，激發學習興趣，課后瀏覽工業控制相關網站，開拓視野，了解行業發展情況開拓視野，了解行業發展情況http:/ http:/ 哈工大華德學院計算機應用技術系 第第1 1章章 可編程控制器基礎可編程控制器基礎1.1 PLC的基本概念的基本概念1.2 PLC的特點與發展趨勢的特點與發展趨勢1.3 PLC的基本結構與類型的基本結構與類型1.4 PLC的工作原理與性能指標的工作原理與性能指標哈工大華德學院計算機應用技術系 1.1 可編程控制器的基本概念可編程控制器的基本概念計算機計算機技術與

5、技術與繼電器邏輯控制繼電器邏輯控制概念相結合的一概念相結合的一種新型控制器。種新型控制器。以微處理機（以微處理機（CPU）為核心，用作數字控制的）為核心，用作數字控制的專用計算機專用計算機。20世紀世紀20年代年代 繼電器接觸器控制繼電器接觸器控制優點：簡單、方便、便宜優點：簡單、方便、便宜哈工大華德學院計算機應用技術系 接觸器接觸器電動電動機機按按鈕鈕電電源源空氣開關空氣開關熱繼電器熱繼電器熔斷器熔斷器L1L2L3哈工大華德學院計算機應用技術系 繼電器接觸器控制的缺點：繼電器接觸器控制的缺點：體積大體積大速度慢速度慢功能單一功能單一硬件接線邏輯、接線復雜硬件接線邏輯、接線復雜通用性和靈活性較

6、差通用性和靈活性較差哈工大華德學院計算機應用技術系 可編程控制器的產生源于繼電器邏輯電路配線復雜可編程控制器的產生源于繼電器邏輯電路配線復雜 什么時什么時間？誰提出間？誰提出要造要造PLCPLC？哈工大華德學院計算機應用技術系 1968年，美國最大年，美國最大的汽車制造商通用汽車的汽車制造商通用汽車公司（公司（GM公司）為了適公司）為了適應生產工藝不斷更新的應生產工藝不斷更新的需要，期望找到一種新需要，期望找到一種新的方向，盡可能減少重的方向，盡可能減少重新設計繼電控制系統和新設計繼電控制系統和重新接線的工作，以降重新接線的工作，以降低成本、縮短周期。低成本、縮短周期。哈工大華德學院計算機應用

7、技術系 GM公司提出了十項招標指標，即：公司提出了十項招標指標，即： （1）編程方便，現場可修改程序；）編程方便，現場可修改程序； （2）維修方便，采用模塊化結構；）維修方便，采用模塊化結構； （3）可靠性高于繼電器控制裝置；）可靠性高于繼電器控制裝置； （4）體積小于繼電器控制裝置，能耗較低；）體積小于繼電器控制裝置，能耗較低； （5）數據可直接送入管理計算機，便于監控）數據可直接送入管理計算機，便于監控系統運行狀態；系統運行狀態； 哈工大華德學院計算機應用技術系 （6）成本可與繼電器控制裝置競爭；）成本可與繼電器控制裝置競爭； （7）可直接用）可直接用115 V交流輸入；交流輸入； （8）

8、輸出為）輸出為115 V，2 A以上，能直接驅動電磁以上，能直接驅動電磁閥、接觸器等；閥、接觸器等； （9）通用性強，易于擴展；）通用性強，易于擴展； （10）用戶程序存儲器容量可擴展到）用戶程序存儲器容量可擴展到4 KB。GM10條的核心要求：采用條的核心要求：采用軟件軟件代替代替硬件硬件接線。接線。哈工大華德學院計算機應用技術系 1969年，美國數字設備公司（年，美國數字設備公司（DEC公司）研制公司）研制出了第一臺可編程序邏輯控制器（出了第一臺可編程序邏輯控制器（PLC）。）。1971年，日本引進美國技術年，日本引進美國技術1973年，西歐國家研制成功年，西歐國家研制成功以上形成了市場上

9、以上形成了市場上PLC的的三大流派三大流派。我國我國1974年開始仿制，年開始仿制，1977年研制出第一臺具年研制出第一臺具有實用價值的有實用價值的PLC。哈工大華德學院計算機應用技術系 國際電工委員會（國際電工委員會（IEC）于）于1987年頒布了可編程控年頒布了可編程控制器標準草案第三稿中對可編程控制器定義如下：制器標準草案第三稿中對可編程控制器定義如下： 可編程控制器是一類專門為在工業環境下應用而可編程控制器是一類專門為在工業環境下應用而設計數字式電子系統。它采用了可編程的存儲器，用設計數字式電子系統。它采用了可編程的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計來在其內部存儲

10、執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等功能的面向用戶的指令，并通過數字數和算術運算等功能的面向用戶的指令，并通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外部設備，都應按照產過程。可編程控制器及其有關外部設備，都應按照易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴展其功能易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。的原則而設計。哈工大華德學院計算機應用技術系 PLC發展歷程經歷了四個階段：發展歷程經歷了四個階段： 第一代第一代 邏輯控制、定時計數邏輯控制、定時計數 崛起階段崛起階段 第二代第二代

11、數據處理、模擬量控制數據處理、模擬量控制 成熟階段成熟階段第三代第三代 數據通信、工控網絡數據通信、工控網絡 通信階段通信階段第四代第四代 高性能、多功能高性能、多功能 系統階段系統階段哈工大華德學院計算機應用技術系 PLC制造商制造商日本日本OMRON（歐姆龍）公司、（歐姆龍）公司、MITSUBISHI（三菱）公司。（三菱）公司。德國的德國的SIEMENS（西門子）公司。（西門子）公司。法國的法國的SCHNEIDER（施奈德）公司。（施奈德）公司。美國的美國的Rockwell（羅克韋爾）公司（包括（羅克韋爾）公司（包括 AB公司產品）。公司產品）。哈工大華德學院計算機應用技術系 西門子系列西

12、門子系列PLCPLCGE GE 系列系列PLCPLCABAB系列系列PLCPLCLGLG系列系列PLCPLC三菱系列三菱系列PLCPLC歐姆龍系列歐姆龍系列PLCPLC哈工大華德學院計算機應用技術系 1.2 可編程控制器的特點與發展趨勢可編程控制器的特點與發展趨勢1.2.1 可編程控制器的特點可編程控制器的特點1.應用簡便應用簡便2.可靠性高可靠性高3.環境適應性強環境適應性強4.功能完善功能完善5.成熟的工控網絡體系成熟的工控網絡體系哈工大華德學院計算機應用技術系 1.2.2 可編程控制器的發展趨勢可編程控制器的發展趨勢1.更快的處理速度、多更快的處理速度、多CPU結構和容錯系統結構和容錯系

13、統2.編程語言與工具日趨標準化和高級化編程語言與工具日趨標準化和高級化3.強化強化PLC的聯網通信能力的聯網通信能力4.記憶容量大、適用性強記憶容量大、適用性強5.向小型化、高機能的整體型發展向小型化、高機能的整體型發展哈工大華德學院計算機應用技術系 哈工大華德學院計算機應用技術系 1.3 可編程控制器的基本結構和類型可編程控制器的基本結構和類型1.3.1 可編程控制器的基本結構可編程控制器的基本結構上位計算機上位計算機PLC 可編程終端可編程終端PT （觸摸屏）（觸摸屏）輸出設備輸出設備輸入設備輸入設備 IOIO擴展擴展 單元單元特殊功特殊功 能單元能單元輸出單元輸出單元輸入單元輸入單元 電

14、電 源源外設接口外設接口擴擴展展口口存存 儲儲 器器 系統程序系統程序 存儲器存儲器 C P U 用戶程序用戶程序 存儲器存儲器編程器編程器哈工大華德學院計算機應用技術系 1.中央處理機中央處理機大腦大腦 CPU+存儲器存儲器中央處理器（中央處理器（CPU）從存儲器中讀取指令從存儲器中讀取指令執行指令執行指令準備取下一條指令準備取下一條指令哈工大華德學院計算機應用技術系 存儲器（存儲器（Memory）用來存放系統程序、用戶程序、邏輯變量等用來存放系統程序、用戶程序、邏輯變量等ROM系統程序系統程序EEPROM、FLASHRAM用戶程序、變量用戶程序、變量專用電池專用電池哈工大華德學院計算機應用

15、技術系 2.電源電源PLC電源：電源：DC24V、AC220V輸出電源：輸出電源： DC24V后備電源：后備電源：RAM、鋰電池、鋰電池設備電源：設備電源：DC24V、AC220V等等哈工大華德學院計算機應用技術系 3.輸入輸出部分輸入輸出部分PLC與被控設備相連接的接口電路。與被控設備相連接的接口電路。輸入接口電路輸入接口電路將輸入信號轉換成將輸入信號轉換成CPU能夠接收處理的信號。能夠接收處理的信號。輸入設備：限位開關、操作按鈕、行程開關以輸入設備：限位開關、操作按鈕、行程開關以及一些其他傳感器。及一些其他傳感器。光耦合電路光耦合電路輸入接口電路輸入接口電路哈工大華德學院計算機應用技術系

16、輸出接口電路輸出接口電路將將CPU送出的微弱控制信號轉換成現場需要的送出的微弱控制信號轉換成現場需要的強電信號輸出。強電信號輸出。輸出設備輸出設備指示燈、電磁閥、接觸器等執行元件。指示燈、電磁閥、接觸器等執行元件。輸出接口電路輸出接口電路功率放大電路功率放大電路繼電器、晶閘管、晶體管繼電器、晶閘管、晶體管哈工大華德學院計算機應用技術系 4.編程方式編程方式專用專用編程編程器器手持手持編程編程器器編程軟件編程軟件PLC適配器適配器哈工大華德學院計算機應用技術系 顯示屏顯示屏工作方式工作方式選擇開關選擇開關編程位編程位主機主機監控位監控位運行位運行位編程器編程器哈工大華德學院計算機應用技術系 PL

17、C與編程器的連接與編程器的連接哈工大華德學院計算機應用技術系 哈工大華德學院計算機應用技術系 哈工大華德學院計算機應用技術系 哈工大華德學院計算機應用技術系 哈工大華德學院計算機應用技術系 哈工大華德學院計算機應用技術系 1.3.2 可編程控制器的類型可編程控制器的類型1.按按I/O點數、存儲容量和功能分類點數、存儲容量和功能分類超小型超小型小型小型中型中型大型大型超大型超大型哈工大華德學院計算機應用技術系 2.按結構形式分類按結構形式分類整體式結構整體式結構將將CPU、存儲器、存儲器、I/O點、電源等硬件都裝在點、電源等硬件都裝在一個機殼內的一個機殼內的PLC。模塊式結構模塊式結構將將PLC

18、各部分分成若干個單獨的模塊。各部分分成若干個單獨的模塊。哈工大華德學院計算機應用技術系 1.4 可編程控制器的工作原理與性能指標可編程控制器的工作原理與性能指標1.4.1 可編程控制器的工作原理可編程控制器的工作原理1.可編程控制器的等效電路可編程控制器的等效電路繼電器控制邏輯繼電器控制邏輯“與與” 串聯串聯“或或” 并聯并聯“非非” 常閉觸點常閉觸點哈工大華德學院計算機應用技術系 KMFUFR M 3 QFUSB2SB1KMKM主電路主電路控制電路控制電路SB1按下按下KM得電得電SB2按下按下KM失電失電哈工大華德學院計算機應用技術系 KMFUFR M 3 QPLCSB1SB2KM0000

19、00000110000COMCOM軟軟接接線線主電路主電路PLC控制電路控制電路SB1閉合閉合KM得電SB2閉合閉合KM失電失電哈工大華德學院計算機應用技術系 USB接觸器接觸器電動電動機機按按鈕鈕電源電源空氣開關空氣開關熱繼電器熱繼電器熔斷器熔斷器直流直流電電源源L1L2L3N哈工大華德學院計算機應用技術系 等效電路圖等效電路圖輸入部分輸入部分用戶程序用戶程序輸出部分輸出部分PLC00000010000000110000SB1SB2KM10000COM0000000001COM0000000001輸入端子輸入端子軟觸點軟觸點軟線圈軟線圈輸出端子輸出端子哈工大華德學院計算機應用技術系 KM線圈

20、通電線圈通電SB1閉合閉合00000 閉合閉合接點閉合接點閉合KMFUFR M 3 QKM通電通電KM通電通電觸點閉合觸點閉合電動機轉電動機轉觸點閉合觸點閉合PLCCOM00000000000000100000010000000110000COM1000000001SB2PLCSB1SB2KM000000000110000COMCOM哈工大華德學院計算機應用技術系 相同點相同點：PLC梯形圖與繼電器控制電路的符號梯形圖與繼電器控制電路的符號基本類似，結構基本相同，反映的輸入、輸出邏輯基本類似，結構基本相同，反映的輸入、輸出邏輯關系基本一致。關系基本一致。000000100010000PLC控制

21、控制00001SB2KMKM繼電器繼電器 控控 制制SB1線圈線圈線圈線圈常開觸點常開觸點常開觸點常開觸點常閉觸點常閉觸點常閉觸點常閉觸點哈工大華德學院計算機應用技術系 PLC控制與繼電器控制比較不同點：控制與繼電器控制比較不同點： 繼電器控制繼電器控制 PLC控制控制（1）組成器件）組成器件 硬件繼電器硬件繼電器 “軟繼電器軟繼電器” （2） 觸點情況觸點情況 數量、壽命限制數量、壽命限制 不限不限（3）工作電流）工作電流 實際電流實際電流 “能流能流”（4）接線方式）接線方式 復雜復雜 簡單簡單（5）工作方式）工作方式 并行并行 循環掃描循環掃描哈工大華德學院計算機應用技術系 2. 可編程

22、控制器的工作方式可編程控制器的工作方式循環掃描：周而復始地進行掃描工作。循環掃描：周而復始地進行掃描工作。（1）輸入采樣階段）輸入采樣階段讀入所有輸入狀態和數據，存入輸入映像寄存讀入所有輸入狀態和數據，存入輸入映像寄存器區（存儲器輸入暫存區）中相應的單元。器區（存儲器輸入暫存區）中相應的單元。（2）用戶程序執行階段）用戶程序執行階段從梯形圖的第一個梯級開始自上而下、從左向從梯形圖的第一個梯級開始自上而下、從左向右依次掃描用戶程序。右依次掃描用戶程序。哈工大華德學院計算機應用技術系 （3）輸出刷新階段）輸出刷新階段將輸出映像寄存器的狀態和數據傳送到輸出所將輸出映像寄存器的狀態和數據傳送到輸出所存

23、器，再經輸出電路的隔離和功率放大，轉換成適存器，再經輸出電路的隔離和功率放大，轉換成適用于被控裝置接收的電壓、電流或脈沖信號驅動各用于被控裝置接收的電壓、電流或脈沖信號驅動各種執行器。種執行器。輸入采樣輸入采樣階段階段 用用 戶程戶程 序序 執執 行行 階階 段段輸輸 出出 刷刷 新新 階階 段段哈工大華德學院計算機應用技術系 設置各異常繼電器異常：(ERR/ALM)LED燈亮警告： (ERR/ALM)LED 閃爍異常或警告？ 無有異常檢查結果正常？掃描周期監視 時間預置執行用戶程序 程序結束？(END命令？)NoYes掃描周期固定值設定檢查 有固定值設置？等待設定掃描周期到 計算掃描周期 I

24、/O 刷 新正常異常警告 接通電源初始化I/O外設端口 服務初始化I/O、內部輔助、特殊輔助、輔助記憶繼電器區域清零定時器預置識別擴展單元公 共 處 理執行用戶 程序掃 描 周 期 計 算 處 理刷新硬件、用戶程序內存檢 查 外設端口服務 接通電源接通電源 初始化初始化 硬件檢查硬件檢查 正常？正常？異常報警異常報警異常處理異常處理掃描周期監視掃描周期監視執行用戶程序執行用戶程序 程序結束？程序結束？掃描周期檢查掃描周期檢查有固定設置？有固定設置？ 等待等待掃描周期計算掃描周期計算 I/O刷新刷新外設端口服務外設端口服務 異常異常 公共處理公共處理 執行用執行用戶程序戶程序掃描周期計算掃描周期

25、計算新新刷刷務務外外設設服服哈工大華德學院計算機應用技術系 3. 掃描周期掃描周期PLC執行一次掃描的時間。執行一次掃描的時間。PLC的重要技術指標。的重要技術指標。WDT看門狗定時器看門狗定時器超時錯誤超時錯誤分析設計程序時要有掃描周期的概念！分析設計程序時要有掃描周期的概念！哈工大華德學院計算機應用技術系 5. I/O響應時間響應時間（1）I/O信號的傳遞過程信號的傳遞過程讀讀讀讀讀讀寫寫寫寫 執行用戶程序執行用戶程序 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新100011000000000 00001 10000輸輸入入端端子子輸輸入入電電路路輸入映像寄存器輸入映像寄存器輸輸出出電電路路輸輸出出端端子子元件映像寄存器元件映像寄存器輸出鎖存器輸出鎖存器 用戶輸出設備用戶輸出設備用戶輸入設備用戶輸入設備哈工大華德學院計算機應用技術系 （2）產生）產生I/O滯后現象的原因滯后現象的原因由于由于PLC采用循環掃描的工作方式采用循環掃描的工作方式輸入濾波器對信號的延遲作用輸入濾波器對信號的延遲作用輸出繼電器的動作延遲（繼電器輸出型）輸出