1、第第7章章 可編程序控制器可編程序控制器7.1 概述概述Programmable ControllerPCProgrammable Logic ControllerPLCPLC是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、半是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數字技術、通信網導體集成技術、自動控制技術、數字技術、通信網絡技術發展起來的一種絡技術發展起來的一種通用工業自動控制裝置通用工業自動控制裝置 。7.1.1 發展歷史發展歷史19世紀末，直流電動機和交流電動機相繼問世揭開世紀末，直流電動機和交流電動機相繼問世揭開了電氣控制技術的序幕。了電氣控制技術的序幕。 繼電接觸器

2、控制系統繼電接觸器控制系統20世紀世紀30年代，繼電器、年代，繼電器、接觸器、按鈕、開關等元器件構成了主要用于控制接觸器、按鈕、開關等元器件構成了主要用于控制交流電動機的控制系統。交流電動機的控制系統。繼電接觸器控制系統的缺點繼電接觸器控制系統的缺點1. 接線復雜，體積大，耗能多，不便于檢查和維護；接線復雜，體積大，耗能多，不便于檢查和維護；2. 有觸點的電器工作頻率很低，在頻繁動作情況下有觸點的電器工作頻率很低，在頻繁動作情況下壽命短，從而造成系統故障，使生產線的可靠性降壽命短，從而造成系統故障，使生產線的可靠性降低，甚至可能嚴重地影響生產；低，甚至可能嚴重地影響生產；3. 如果工藝要求發生

3、變化，控制柜內的元件和接線如果工藝要求發生變化，控制柜內的元件和接線需要作相應的變動，改造的工期長、費用高。需要作相應的變動，改造的工期長、費用高。 1968年，美國通用汽車（年，美國通用汽車（GM）公司為實現）公司為實現“多品多品種、小批量、不斷翻新汽車品牌型號種、小批量、不斷翻新汽車品牌型號”的戰略，公的戰略，公開招標新型工業控制裝置。開招標新型工業控制裝置。 新型工業控制裝置的十項指標新型工業控制裝置的十項指標 編程方便，可在現場修改程序；編程方便，可在現場修改程序； 維護方便，采用插件式結構；維護方便，采用插件式結構； 可靠性高于繼電器控制系統；可靠性高于繼電器控制系統； 體積小于繼電

4、器控制系統；體積小于繼電器控制系統； 可將數據直接送入計算機；可將數據直接送入計算機； 成本可與繼電器控制系統競爭；成本可與繼電器控制系統競爭； 輸入可為市電；輸入可為市電； 輸出可為市電，要求電流輸出可為市電，要求電流2A以上，可直接驅動以上，可直接驅動電磁閥、接觸器等；電磁閥、接觸器等； 通用性強，擴展方便，擴展時原系統變更少；通用性強，擴展方便，擴展時原系統變更少； 能存儲程序，存儲器容量可擴展到能存儲程序，存儲器容量可擴展到4K字節。字節。PLC的四個發展階段：的四個發展階段：第一代：用一位機開發，磁芯存儲器存儲，只具第一代：用一位機開發，磁芯存儲器存儲，只具有單一的邏輯控制功能；有單

5、一的邏輯控制功能；第二代：使用第二代：使用8位微處理器及半導體存儲器，產品位微處理器及半導體存儲器，產品開始系列化。開始系列化。第三代：高性能微處理器的使用，使第三代：高性能微處理器的使用，使PLC的處理的處理速度大大提高，從而促使它向多功能及聯網通訊速度大大提高，從而促使它向多功能及聯網通訊方向發展。方向發展。 第四代：不僅全面使用第四代：不僅全面使用16位、位、32位高性能微處位高性能微處理器，精簡指令系統理器，精簡指令系統CPU（RISC）等高級）等高級CPU，而且在一臺，而且在一臺PLC中配置多個微處理器，中配置多個微處理器，進行多道處理。同時，生產了大量內含微處理進行多道處理。同時，

6、生產了大量內含微處理器的智能模板，使得第四代器的智能模板，使得第四代PLC成為具有邏輯成為具有邏輯控制功能、過程控制功能、運動控制功能、數控制功能、過程控制功能、運動控制功能、數據處理功能、聯網通訊功能的真正名副其實的據處理功能、聯網通訊功能的真正名副其實的多功能產品。同一時期，由多功能產品。同一時期，由PLC構成的構成的PLC網網絡也得到飛速發展。絡也得到飛速發展。PLC 的定義的定義 1987年，美國電氣制造協會也對年，美國電氣制造協會也對PLC作定義：作定義：可編程序控制器：是一種帶有指令存儲器和數字可編程序控制器：是一種帶有指令存儲器和數字或模擬或模擬I/O接口，以位運算為主，能完成邏

7、輯、順接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數和算術運算功能，用于控制機器序、定時、計數和算術運算功能，用于控制機器或生產過程的自動控制裝置。或生產過程的自動控制裝置。 7.1.2 性能特點性能特點1. 功能豐富功能豐富（1）豐富的指令。）豐富的指令。（2）PLC內部器件種類繁多，容量宏大。內部器件種類繁多，容量宏大。（3）豐富的外部設備。）豐富的外部設備。（4）可建立友好的人機界面，可與計算機鏈接或）可建立友好的人機界面，可與計算機鏈接或聯網，實現信息交換。聯網，實現信息交換。（5）具有強大的自檢功能，可進行自診斷，并記）具有強大的自檢功能，可進行自診斷，并記錄診斷結果，為維修提供方

8、便。錄診斷結果，為維修提供方便。2. 使用方便使用方便（1）配置、安裝和維護方便。）配置、安裝和維護方便。（2）編程方法簡單易學）編程方法簡單易學3. 工作可靠工作可靠PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，使之具采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，使之具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上。因此，時以上。因此，PLC已被公認為最可靠的工業控制已被公認為最可靠的工業控制設備之一，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現設備之一，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場。場。4. 體積小、能耗低、性能價格比高體積小、能耗低、性能價格比高PLC的體積小

9、、重量輕，的體積小、重量輕，PLC可以裝入機械設備內可以裝入機械設備內部，實現機電一體化控制。部，實現機電一體化控制。對于復雜的控制系統，使用對于復雜的控制系統，使用PLC后，不僅可以減少后，不僅可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，而且大量的中間繼電器和時間繼電器，而且PLC的配線的配線比繼電器控制系統的少得多，從而可以省下大量的比繼電器控制系統的少得多，從而可以省下大量的配線和附件，在提高了系統可靠性的同時，節約了配線和附件，在提高了系統可靠性的同時，節約了大量的費用。大量的費用。7.1.3 應用及發展趨勢應用及發展趨勢1. PLC的應用的應用（1）開關量邏輯控制）開關量邏輯控制（2）模擬

10、量、數字量控制）模擬量、數字量控制（3）數據處理）數據處理（4）通信與聯網）通信與聯網（5）監控）監控（6）運動控制）運動控制2. PLC的發展趨勢的發展趨勢（1）向高性能、高速度、大容量發展）向高性能、高速度、大容量發展（2）向超小型和超大型雙向發展）向超小型和超大型雙向發展（3）PLC編程語言的多樣化和標準化編程語言的多樣化和標準化（4）增強通信聯網能力，控制與管理功能一體化）增強通信聯網能力，控制與管理功能一體化（5）擴展模塊智能化、功能完善化）擴展模塊智能化、功能完善化7.2 可編程序控制器的硬件配置可編程序控制器的硬件配置7.2.1基本組成基本組成1. CPU模塊模塊CPU模塊：由微

11、處理器（模塊：由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。芯片）和存儲器組成。輸入處理：從輸入模塊將輸入信號和數據讀入輸入映輸入處理：從輸入模塊將輸入信號和數據讀入輸入映象寄存器和數據寄存器。象寄存器和數據寄存器。執行用戶程序：讀入和解釋用戶程序，完成數據的存執行用戶程序：讀入和解釋用戶程序，完成數據的存取、傳送和處理，并用運算結果更新輸出映象寄存器取、傳送和處理，并用運算結果更新輸出映象寄存器的內容，產生相應的控制信號。的內容，產生相應的控制信號。輸出處理：將輸出映象寄存器的內容送到輸出模塊。輸出處理：將輸出映象寄存器的內容送到輸出模塊。CPU模塊采用掃描工作方式。模塊采用掃描工作方式。（1）微處

12、理器）微處理器 CPU通用微處理器（如通用微處理器（如8086）單片微處理器（如單片微處理器（如8031）位片式微處理器（如位片式微處理器（如AND2900） 由運算器、寄存器、控制器、總線接口等功能模塊由運算器、寄存器、控制器、總線接口等功能模塊組成。組成。小型小型PLC8位通用或單片微處理器；位通用或單片微處理器；中型中型PLC16位通用或單片微處理器；位通用或單片微處理器；大型大型PLC采用位片式微處理器。采用位片式微處理器。 （2）存儲器存儲器PLC的存儲器有三種分類方式：的存儲器有三種分類方式：1）按介質分類）按介質分類 隨機存取存儲器或稱讀寫存儲器（隨機存取存儲器或稱讀寫存儲器（R

13、AM） 只讀存儲器（只讀存儲器（ROM） 可擦除可編程序的只讀存儲器（可擦除可編程序的只讀存儲器（EPROM） 可電擦除的只讀存儲器（可電擦除的只讀存儲器（E2PROM） 2）按用途分類）按用途分類 系統程序存儲區系統程序存儲區 用戶程序存儲區用戶程序存儲區 系統系統RAM存儲區存儲區 3）按內存的分布分類按內存的分布分類 主內存主內存是內存的主體，也是是內存的主體，也是PLC直接訪直接訪問的對象；問的對象； 輔助內存輔助內存用于存放用戶程序的備份，當用于存放用戶程序的備份，當PLC上電初始化時，把它的內容拷貝到主內上電初始化時，把它的內容拷貝到主內存的用戶程序區，供存的用戶程序區，供PLC的

14、的CPU運行；運行； 存儲卡存儲卡配有電池，可長期保存程序。配有電池，可長期保存程序。 2. 輸入輸入/輸出（輸出（I/O）模塊）模塊輸入（輸入（Input）/輸出（輸出（Output）模塊簡稱為）模塊簡稱為I/O模塊。模塊。I/O模塊是聯系模塊是聯系PLC的的CPU模塊和外部現場的橋梁。模塊和外部現場的橋梁。PLC通過輸入模塊采集各種輸入信號，并以此為依通過輸入模塊采集各種輸入信號，并以此為依據進行處理，最終通過輸出模塊控制接觸器、電磁據進行處理，最終通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調節閥、調速裝置等執行器，實現對閥、電磁鐵、調節閥、調速裝置等執行器，實現對被控對象的控制。被控對象的

15、控制。采用光電隔離，實現了采用光電隔離，實現了PLC的內部電路與外部電的內部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。路的電氣隔離，減小了電磁干擾。外部信號通常分：外部信號通常分： 開關量信號開關量信號 模擬量信號模擬量信號開關量信號開關量信號主要來自按鈕、選擇開關、數字撥主要來自按鈕、選擇開關、數字撥碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等器件，只有接通和斷開兩種狀態；電器等器件，只有接通和斷開兩種狀態；模擬量信號模擬量信號是通過電位器、熱電耦、測速發電是通過電位器、熱電耦、測速發電機和各種變送器將壓力、溫度、流量等物理量變換機和各種變送

16、器將壓力、溫度、流量等物理量變換成連續變化的電壓或電流信號。成連續變化的電壓或電流信號。I/O模塊通常可分為：模塊通常可分為： 開關量開關量I/O模塊模塊 模擬量模擬量I/O模塊模塊 特殊特殊I/O模塊模塊I/O模塊輸入、輸出口的個數通常稱為模塊輸入、輸出口的個數通常稱為I/O點數。點數。（1）開關量）開關量I/O模塊模塊輸入模塊用于接收和采集各種開關量輸入信號。輸入模塊用于接收和采集各種開關量輸入信號。對輸入信號（對輸入信號（按鈕、行程開關或傳感器等產生的按鈕、行程開關或傳感器等產生的信號）信號）進行濾波、隔離和電平轉換等處理，進行濾波、隔離和電平轉換等處理，轉換轉換成數字信號成數字信號可靠

17、、安全地傳送到可靠、安全地傳送到PLC的內部。的內部。1）輸入模塊）輸入模塊輸入接口電路輸入接口電路COM光電三極管光電三極管發光二極管發光二極管輸入端子輸入端子+內內部部電電路路3.3k 1000PF470 PLCI0.0+24V 常用的開關量輸入模塊的典型電路按外部電源常用的開關量輸入模塊的典型電路按外部電源不同分為：不同分為： 直流輸入電路直流輸入電路 交流輸入電路交流輸入電路 交直流輸入電路交直流輸入電路 直流輸入電路直流輸入電路交流輸入電路交流輸入電路交直流輸入電路交直流輸入電路2）輸出模塊）輸出模塊輸出模塊是輸出模塊是PLC驅動負載的輸出電路，同時它還具有驅動負載的輸出電路，同時它

18、還具有功率放大、濾波、隔離和電平轉換等功能。功率放大、濾波、隔離和電平轉換等功能。它將主機向外輸出的信號轉換成可以驅動外部執行電它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，以控制接觸器線圈等電器通斷電。路的信號，以控制接觸器線圈等電器通斷電。輸出電路還使計算機與外部強電隔離。輸出電路還使計算機與外部強電隔離。輸出接口電路輸出接口電路：繼電器輸出繼電器輸出PLC內內部部電電路路內內部部電電路路JYCOM+-交流電源或交流電源或直流電源直流電源輸出三種形式：輸出三種形式：繼電器繼電器 - 低速大功率，驅動交、直流負載；低速大功率，驅動交、直流負載；可控硅可控硅 - 高速大功率，驅動交流

19、負載；高速大功率，驅動交流負載；晶體管晶體管 - 高速小功率，驅動直流負載。高速小功率，驅動直流負載。繼電器輸出電路繼電器輸出電路晶體管輸出電路晶體管輸出電路晶閘管輸出電路晶閘管輸出電路（2）模擬量）模擬量I/O模塊模塊模擬量模擬量I/O模塊的主要任務就是對輸入信號進行模塊的主要任務就是對輸入信號進行A/D轉換，對輸出信號進行轉換，對輸出信號進行D/A轉換，其轉換精度由轉轉換，其轉換精度由轉換器的位數決定。換器的位數決定。 （3）特殊）特殊I/O模塊模塊特殊特殊I/O模塊是為了降低費用或簡化編程過程，增強模塊是為了降低費用或簡化編程過程，增強PLC的功能，擴大的功能，擴大PLC應用范圍而開發的

20、各種應用范圍而開發的各種I/O模模塊，也經常作為獨立的模塊供塊，也經常作為獨立的模塊供PLC系統根據具體的系統根據具體的工藝控制要求進行選擇配置。工藝控制要求進行選擇配置。1）PID過程控制模塊過程控制模塊過程控制：是指對連續變化的模擬量的閉環控制。過程控制：是指對連續變化的模擬量的閉環控制。過程控制通常采用過程控制通常采用PID（比例（比例-積分積分-微分）控制微分）控制方式。方式。閉環控制運算由閉環控制運算由PID過程控制模塊中的過程控制模塊中的CPU完成。完成。2）高速計數模塊）高速計數模塊PLC有最高工作頻率受掃描周期的限制，一般僅有有最高工作頻率受掃描周期的限制，一般僅有幾十幾十Hz

21、。但是在工業控制中，有時要求。但是在工業控制中，有時要求PLC對來自對來自旋轉編碼器、機械開關或電子開關的高速脈沖進行旋轉編碼器、機械開關或電子開關的高速脈沖進行計數。由此產生的高速計數模塊可以對幾十千計數。由此產生的高速計數模塊可以對幾十千Hz甚甚至上兆至上兆Hz的脈沖進行計數，以保證能及時驅動負載。的脈沖進行計數，以保證能及時驅動負載。 3）運動控制模塊）運動控制模塊運動控制模塊一般帶有微處理器，用來控制運動物運動控制模塊一般帶有微處理器，用來控制運動物體的位置、速度和加速度，它可以控制直線運動或體的位置、速度和加速度，它可以控制直線運動或旋轉運動。模塊用存儲器來存儲給定的運動曲線，旋轉運

22、動。模塊用存儲器來存儲給定的運動曲線，從位置傳感器得到當前的位置值，并與給定值相比從位置傳感器得到當前的位置值，并與給定值相比較，比較的結果用來控制伺服電動機或步進電動機較，比較的結果用來控制伺服電動機或步進電動機的驅動裝置。在機床、裝配機械、機器人、電梯等的驅動裝置。在機床、裝配機械、機器人、電梯等場合得到廣泛地應用。場合得到廣泛地應用。4）通信模塊）通信模塊PLC的通信模塊用來完成的通信模塊用來完成PLC之間、之間、PLC與其它智與其它智能控制設備或主計算機之間的通信。能控制設備或主計算機之間的通信。 5）熱電阻）熱電阻/熱電耦模塊熱電耦模塊在生產中，溫度是最常見的一種信號，廠商也專門在生

23、產中，溫度是最常見的一種信號，廠商也專門生產了相應的熱電阻生產了相應的熱電阻/熱電耦模塊，它們提供了熱電耦模塊，它們提供了PLC與熱電阻和熱電耦的連接接口。與熱電阻和熱電耦的連接接口。 3. 電源電源PLC一般使用一般使用220V交流電源或交流電源或24V直流電源供電。直流電源供電。PLC內部則通過直流穩壓電源為各功能模塊提供工內部則通過直流穩壓電源為各功能模塊提供工作電壓。作電壓。4. 編程器及其它外部設備編程器及其它外部設備編程器的基本作用是編輯、調試和輸入用戶程序，編程器的基本作用是編輯、調試和輸入用戶程序，同時還可以用于監視系統運行時各種編程元件的工同時還可以用于監視系統運行時各種編程

24、元件的工作狀態情況。作狀態情況。 （1） 編程器編程器 用于輸入和編輯用戶程序，監視用于輸入和編輯用戶程序，監視PLC運行時各種編運行時各種編程元件的工作狀態。程元件的工作狀態。1） 專用編程器：專用編程器：簡易編程器：只能輸入和編輯指令表程序，不能直簡易編程器：只能輸入和編輯指令表程序，不能直接輸入和編輯梯形圖程序。接輸入和編輯梯形圖程序。圖形編程器：可以直接生成和編輯梯形圖程序，分圖形編程器：可以直接生成和編輯梯形圖程序，分為液晶顯示編程器和為液晶顯示編程器和CRT編程器。編程器。 2）通用計算機開發系統）通用計算機開發系統 采用以通用計算機為基礎的編程系統，對于不同型采用以通用計算機為基

25、礎的編程系統，對于不同型號和廠家的號和廠家的PLC，只需采用相應的編程軟件即可。，只需采用相應的編程軟件即可。 既可以編制、修改既可以編制、修改PLC各種語言的程序，進行文各種語言的程序，進行文檔管理，對工業現場和系統仿真，監視系統運行，檔管理，對工業現場和系統仿真，監視系統運行，還可以利用網絡軟件，構成還可以利用網絡軟件，構成PLC網絡控制系統。網絡控制系統。 （2）人）人/機接口裝置機接口裝置人人/機接口用來實現操作人員與機接口用來實現操作人員與PLC控制系統之間的控制系統之間的對話。對話。最基本的人最基本的人/機接口是由按鈕、轉換開關、撥碼開關、機接口是由按鈕、轉換開關、撥碼開關、指示燈

26、、指示燈、LED數字顯示器和聲光報警器等元件組成的數字顯示器和聲光報警器等元件組成的控制臺。控制臺。人人/機接口上這些元件狀態的改變，一方面作為機接口上這些元件狀態的改變，一方面作為PLC的輸入信號，控制的輸入信號，控制PLC的運行狀態；另一方面接收的運行狀態；另一方面接收PLC的輸出信號，指示的輸出信號，指示PLC系統的工作情況。系統的工作情況。（3）外存儲器）外存儲器PLC的的CPU模塊內的半導體存儲器稱為內存儲器，模塊內的半導體存儲器稱為內存儲器，簡稱為內存。而磁帶和磁盤稱為外存儲器。簡稱為內存。而磁帶和磁盤稱為外存儲器。7.2.2 分類分類 1. 按硬件結構分類按硬件結構分類 整體式整

27、體式PLC 模塊式模塊式PLC 疊裝式疊裝式PLC2. 按按I/O點數分類點數分類 超小型或微型超小型或微型PLC 小型小型PLC 中型中型PLC 大型大型PLC3. 按功能分類按功能分類PLC按功能可分為低檔、中檔和高檔三類。按功能可分為低檔、中檔和高檔三類。低檔低檔PLC主要用于邏輯控制、順序控制等單機控制主要用于邏輯控制、順序控制等單機控制系統和比較簡單的自動化系統；系統和比較簡單的自動化系統；中檔中檔PLC則已經可以滿足多數復雜控制系統的需求；則已經可以滿足多數復雜控制系統的需求；高檔高檔PLC通常用于大規模分布式網絡系統。通常用于大規模分布式網絡系統。7.2.3 基本工作原理基本工作

28、原理掃描周期：每掃描一個循環所用的時間稱為掃描周期：每掃描一個循環所用的時間稱為 掃掃描周期。描周期。PLC的工作方式：循環掃描工作方式。的工作方式：循環掃描工作方式。CPU從第一條指令開始執行，遇到結束符又返回第從第一條指令開始執行，遇到結束符又返回第一條，不斷循環。一條，不斷循環。工作模式工作模式PLC：運行（：運行（Run）和停止（）和停止（Stop）工作模式。）工作模式。 （1）運行（）運行（Run）自診斷處理自診斷處理通信信息處理通信信息處理輸入處理輸入處理程序執行程序執行輸出處理輸出處理 說明說明PLC在運行（在運行（Run）狀態下，通常將執行一次掃描）狀態下，通常將執行一次掃描操

29、作的操作的5個階段所需的時間稱為掃描周期。個階段所需的時間稱為掃描周期。掃描周期與掃描周期與CPU的運行速度、的運行速度、PLC硬件配置及用戶硬件配置及用戶程序的長短有關，典型值為程序的長短有關，典型值為1 ms100ms。PLC通過設置通過設置CPU內部的監視定時器來監視每次掃內部的監視定時器來監視每次掃描的時間是否超過規定時間，以避免程序進入死循描的時間是否超過規定時間，以避免程序進入死循環。環。 （2）停止（）停止（Stop）模式）模式自診斷處理自診斷處理通信信息處理通信信息處理輸入處理輸入處理程序執行程序執行輸出處理輸出處理 “自診斷處理自診斷處理”階段階段PLC檢查檢查CPU模塊內部

30、的硬件是否正常，復位監控定模塊內部的硬件是否正常，復位監控定時器（時器（WDT）；）；檢查程序執行結果是否正確，進行奇偶校驗；檢查程序執行結果是否正確，進行奇偶校驗；判斷程序執行時間是否超時；判斷程序執行時間是否超時；刷新具有斷電保持功能的繼電器現有值以及完成其它刷新具有斷電保持功能的繼電器現有值以及完成其它一些內部工作。一些內部工作。如果出現故障，則停止中央處理工作并報警提示。如果出現故障，則停止中央處理工作并報警提示。 “通信信息處理通信信息處理”階段階段PLC與編程器交換信息；與編程器交換信息；PLC與別的帶微處理器的智能裝置通信（如數字處與別的帶微處理器的智能裝置通信（如數字處理器）；

31、理器）；PLC與網絡通訊，當與網絡通訊，當PLC配有網絡通訊模塊時，應配有網絡通訊模塊時，應與通訊對象進行數據交換。與通訊對象進行數據交換。“輸入處理輸入處理”階段（采樣）階段（采樣）采樣：采樣：PLC以掃描工作方式按順序將所有的輸入信以掃描工作方式按順序將所有的輸入信號讀入到輸入映象寄存器中進行存儲。號讀入到輸入映象寄存器中進行存儲。 輸入映象寄存器從輸入映象寄存器從PLC的存儲器中劃分出來專門用的存儲器中劃分出來專門用來存放輸入信號狀態的存儲區。來存放輸入信號狀態的存儲區。當外接的輸入觸點電路接通時，對應的輸入映象寄存當外接的輸入觸點電路接通時，對應的輸入映象寄存器為器為“1”狀態；狀態；

32、外接的輸入觸點電路斷開時，對應的輸入映象寄存器外接的輸入觸點電路斷開時，對應的輸入映象寄存器為為“0”狀態。狀態。注意注意在一個掃描工作周期內，采樣結果的內容不會改變，在一個掃描工作周期內，采樣結果的內容不會改變，它是它是PLC程序執行時使用的輸入量的依據。程序執行時使用的輸入量的依據。外部輸入信號狀態在被采樣后發生的變化，只能在外部輸入信號狀態在被采樣后發生的變化，只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入。下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入。“程序執行程序執行”階段階段CPU從用戶程序的第一條指令開始，逐條執行，直從用戶程序的第一條指令開始，逐條執行，直到程序結束。到程序結束。在執行某條指令

33、時，先從映象寄存器中將有關數據在執行某條指令時，先從映象寄存器中將有關數據讀出來，然后根據指令的要求執行相應的運算、處讀出來，然后根據指令的要求執行相應的運算、處理，最后將運算的結果寫入到對應的元件映象寄存理，最后將運算的結果寫入到對應的元件映象寄存器中，供后面指令程序執行時使用。器中，供后面指令程序執行時使用。輸除映象寄存器從輸除映象寄存器從PLC的存儲器中劃分出來專門用的存儲器中劃分出來專門用來存放輸除信號狀態的存儲區。來存放輸除信號狀態的存儲區。注意注意除輸入映象寄存器外，各編程元件的映象寄存器的內除輸入映象寄存器外，各編程元件的映象寄存器的內容隨著程序的執行而變化；容隨著程序的執行而變

34、化；輸出映象寄存器的狀態在整個程序執行完畢之前不會輸出映象寄存器的狀態在整個程序執行完畢之前不會送到輸出端子上去影響輸出電路狀態的改變。送到輸出端子上去影響輸出電路狀態的改變。“輸出刷新輸出刷新”階段階段PLC將輸出映象寄存器的將輸出映象寄存器的“0”/“1”狀態傳送到輸出鎖狀態傳送到輸出鎖存器進行鎖存，以驅動存器進行鎖存，以驅動PLC系統輸出端的用戶設備。系統輸出端的用戶設備。當某輸出映象寄存器為當某輸出映象寄存器為“1”狀態時，系統外部負載通狀態時，系統外部負載通電工作；電工作；當某輸出映象寄存器為當某輸出映象寄存器為“0”狀態時，則使外部負載斷狀態時，則使外部負載斷電，停止工作。電，停止

35、工作。鎖存器中的內容將保持到下一次鎖存器中的內容將保持到下一次“輸出處理輸出處理”階段階段才會被更新，才會被更新，PLC外部的實際輸出狀態也隨之改變。外部的實際輸出狀態也隨之改變。說明說明PLC屬于一種屬于一種“串行串行”工作方式。工作方式。以循環掃描工作方式順序執行各個階段的工作，以循環掃描工作方式順序執行各個階段的工作，繼電控制系統可視為繼電控制系統可視為“并行并行”工作方式。工作方式。由實際硬件設備組成的，當某個繼電器的線圈通電由實際硬件設備組成的，當某個繼電器的線圈通電或斷電時，該繼電器的所有常開或常閉觸點無論處或斷電時，該繼電器的所有常開或常閉觸點無論處在控制線路的任何位置，都會立即

36、同時動作。在控制線路的任何位置，都會立即同時動作。由于由于PLC處理速度很快，采用處理速度很快，采用“串行串行”的處理方式的處理方式所造成的輸出對輸入在時間響應上的滯后并不影響所造成的輸出對輸入在時間響應上的滯后并不影響PLC在一般實際工程中的應用，同時還可避免繼電在一般實際工程中的應用，同時還可避免繼電接觸器控制系統中的觸點競爭和時序失控的問題。接觸器控制系統中的觸點競爭和時序失控的問題。 7.2.4 性能指標性能指標1. 編程語言編程語言PLC可采用不同的編程語言來編寫用戶程序，目前可采用不同的編程語言來編寫用戶程序，目前常用的有：梯形圖語言、助記符語言、流程圖語常用的有：梯形圖語言、助記

37、符語言、流程圖語言和言和Basic、C語言等高級語言。語言等高級語言。PLC能使用的編能使用的編程語言種類越多，其類型越高級。程語言種類越多，其類型越高級。2. 指令功能及數量指令功能及數量編程指令的功能越強、數量越多，表示編程指令的功能越強、數量越多，表示PLC的處理的處理和控制能力越強，用戶的編程也更為簡單、方便。和控制能力越強，用戶的編程也更為簡單、方便。3. I/O點總數點總數I/O點總數指點總數指PLC可以接受的輸入信號和輸出控制信可以接受的輸入信號和輸出控制信號的總和。點數越多，可以連接的外部設備就越多，號的總和。點數越多，可以連接的外部設備就越多，控制的規模就越大。控制的規模就越

38、大。4. 內部繼電器的種數和點數內部繼電器的種數和點數內部繼電器主要包括：輔助繼電器、特殊繼電器、內部繼電器主要包括：輔助繼電器、特殊繼電器、定時器、計數器和移位寄存器等，表征了定時器、計數器和移位寄存器等，表征了PLC的內的內部處理能力和運算功能。部處理能力和運算功能。5. 用戶程序存儲量用戶程序存儲量用戶程序存儲量表示用戶程序存儲量表示PLC能夠存放多少用戶程序。能夠存放多少用戶程序。一般的邏輯操作指令，每條指令只占一個字，計數、一般的邏輯操作指令，每條指令只占一個字，計數、定時和移位指令各占定時和移位指令各占2個字節，對于一般的數據操個字節，對于一般的數據操作指令，每條指令占作指令，每條

39、指令占2個字節。小型個字節。小型PLC一般為幾一般為幾K字，大型字，大型PLC的用戶程序存儲器容量可達數十的用戶程序存儲器容量可達數十M字。字。6. 掃描速度掃描速度掃描速度指掃描速度指PLC執行用戶程序的速度，通常以毫秒執行用戶程序的速度，通常以毫秒每千字（每千字（ms/K字）為單位。字）為單位。7. 可擴展能力可擴展能力PLC的可擴展能力指的可擴展能力指I/O模塊的擴展、存儲容量的擴模塊的擴展、存儲容量的擴展以及各種功能模塊的擴展等。擴展能力越強，系展以及各種功能模塊的擴展等。擴展能力越強，系統的配置就越靈活，控制能力就越強。統的配置就越靈活，控制能力就越強。8. 工作環境：工作環境：一般

40、的一般的PLC都能保證在溫度都能保證在溫度055、濕度、濕度 85%（無凝霜）的環境下可靠工作。（無凝霜）的環境下可靠工作。此外，此外，PLC還包括附加功能、尺寸等指標。還包括附加功能、尺寸等指標。7.3西門子西門子S7-200系列系列可編程序控制器簡介可編程序控制器簡介西門子公司的西門子公司的micro automation SIMATIC S7-200系系列可編程序控制器是一種采用疊裝式結構的小型列可編程序控制器是一種采用疊裝式結構的小型PLC。 通訊電纜通訊電纜S7-200 CPU STEP7-Micro/WIN32 計算機計算機7.3.1 S7-200系統的基本組成系統的基本組成S7-

41、200系列系列PLC系統與其他系統與其他PLC系統的基本結構相系統的基本結構相同，主要由同，主要由CPU模塊、模塊、I/O模塊和編程器等外設組成。模塊和編程器等外設組成。 CPU模塊模塊中央處理單元（中央處理單元（CPU）集成在模塊的內部，負責執）集成在模塊的內部，負責執行程序和存儲數據等工作。行程序和存儲數據等工作。 I/O模塊模塊I/O模塊是系統的控制點，是模塊是系統的控制點，是PLC與外部聯系的橋梁。與外部聯系的橋梁。S7-200 CPU模塊自帶一定數量的數字量模塊自帶一定數量的數字量I/O，它們，它們分布在模塊的頂部和底部端子蓋內。分布在模塊的頂部和底部端子蓋內。底部端子蓋內不僅順序排

42、列著各個輸入端子，還提供底部端子蓋內不僅順序排列著各個輸入端子，還提供24V的直流傳感器電源；的直流傳感器電源；頂部端子蓋內則是輸出端子和頂部端子蓋內則是輸出端子和CPU模塊的電源輸入端。模塊的電源輸入端。2排排LED指示燈分別指示了各個輸入和輸出端的通指示燈分別指示了各個輸入和輸出端的通/斷斷狀態。狀態。2. 編程器和編程軟件編程器和編程軟件S7-200系列系列PLC的編程器分：的編程器分： 專用編程器專用編程器 通用計算機通用計算機3. 通訊電纜通訊電纜通訊電纜是編程系統和通訊電纜是編程系統和PLC聯系的橋梁。聯系的橋梁。最常見的通訊電纜是最常見的通訊電纜是PC/PPI電纜，它的標準長度是

43、電纜，它的標準長度是5米，具有光電隔離功能，內置米，具有光電隔離功能，內置RS232C/RS485轉換。轉換。 4. 擴展模塊擴展模塊為了更好地滿足控制系統的要求，西門子公司為為了更好地滿足控制系統的要求，西門子公司為S7-200系列系列PLC配置了豐富擴展模塊。配置了豐富擴展模塊。例如，數字量例如，數字量I/O模塊（如模塊（如EM221、EM222和和EM223）、模擬量）、模擬量I/O模塊（如模塊（如EM231、EM232和和EM235）、調制解調器模塊）、調制解調器模塊EM241、熱電耦、熱電耦/熱電阻熱電阻擴展模塊擴展模塊EM231、位置控制模塊、位置控制模塊SM253等。等。5. 文

44、本顯示器等外設文本顯示器等外設文本顯示器、觸摸屏、操作員面板（控制臺）等也文本顯示器、觸摸屏、操作員面板（控制臺）等也常稱為人機界面或人機接口，可以使用戶通過友好常稱為人機界面或人機接口，可以使用戶通過友好的操作界面輕松的完成各種調整和控制任務。的操作界面輕松的完成各種調整和控制任務。7.4 可編邏輯控制器程序設計可編邏輯控制器程序設計1. 編程語言編程語言 IEC1131-3包括五種編程語言：包括五種編程語言：順序功能圖（順序功能圖（Sequential function chart）；）；梯形圖（梯形圖（Ladder diagram）；）；功能塊圖（功能塊圖（Function block

45、diagram）；）；指令表（指令表（Instruction list）；）；結構文本（結構文本（Structured text）。）。 1. 順序功能圖（順序功能圖（SFC）順序功能圖：是一種位于其它四種編程語言之上的順序功能圖：是一種位于其它四種編程語言之上的圖形語言。圖形語言。SFC不是一種獨立的編程語言，而是作為不是一種獨立的編程語言，而是作為PLC的輔的輔助編程工具。它提供了一種組織程序的圖形方法，助編程工具。它提供了一種組織程序的圖形方法，主要用來編制順序控制程序。主要用來編制順序控制程序。 2. 功能塊圖（功能塊圖（FBD）功能塊圖功能塊圖FBD是一種類似于數字邏輯電路的圖形語是

46、一種類似于數字邏輯電路的圖形語言，但在言，但在FBD中允許嵌入別的語言。中允許嵌入別的語言。FBD用類似數字邏輯電路與、或、非門的方框來用類似數字邏輯電路與、或、非門的方框來表示邏輯運算關系，方框的左側為邏輯運算的輸表示邏輯運算關系，方框的左側為邏輯運算的輸入變量，右側為輸出變量，信號是自左向右流動入變量，右側為輸出變量，信號是自左向右流動的。它適合于具有數字電路基礎的設計人員使用。的。它適合于具有數字電路基礎的設計人員使用。 3. 結構文本（結構文本（ST）結構文本（結構文本（ST）是為）是為IEC1131-3標準創建的一種專標準創建的一種專用的高級編程語言。用的高級編程語言。與梯形圖相比，

47、與梯形圖相比，ST能實現更復雜的數學運算，同時，能實現更復雜的數學運算，同時，編寫的程序更簡潔和緊湊編寫的程序更簡潔和緊湊 4. 梯形圖（梯形圖（LD）梯形圖與繼電器控制系統的電路圖很相似，特別適梯形圖與繼電器控制系統的電路圖很相似，特別適用于開關量邏輯控制。用于開關量邏輯控制。梯形圖：由觸點、線圈和用方框表示的功能塊圖組成。梯形圖：由觸點、線圈和用方框表示的功能塊圖組成。 公共母線公共母線（Bus bar）觸點觸點線圈線圈梯形圖的構成梯形圖的構成梯形圖按自上而下，從左到右的順序排列。梯形圖按自上而下，從左到右的順序排列。從左母線開始，按一定的控制要求和規則連接每從左母線開始，按一定的控制要求

48、和規則連接每個觸點，最后以繼電器線圈結束。個觸點，最后以繼電器線圈結束。邏輯行邏輯行5. 指令表（指令表（IL）PLC指令表又稱為語句表（指令表又稱為語句表（Statement List）指令表與微機的匯編語言相似，采用助記符表達式指令表與微機的匯編語言相似，采用助記符表達式來表示操作功能，若干條指令組成了指令表程序。來表示操作功能，若干條指令組成了指令表程序。 LD I0.0O Q0.0AN I0.1= Q0.0指令表比較適合經驗豐富的程序員，可以實現某些指令表比較適合經驗豐富的程序員，可以實現某些不能用梯形圖或功能塊圖實現的功能。不能用梯形圖或功能塊圖實現的功能。 編程語言的相互轉換和選用

49、編程語言的相互轉換和選用 梯形圖：用于設計復雜的開關量控制程序。梯形圖：用于設計復雜的開關量控制程序。指令表：處理某些不能用梯形圖解決的問題。如數指令表：處理某些不能用梯形圖解決的問題。如數學運算，通訊設計等。學運算，通訊設計等。梯形圖編程的程序能轉換成指令表；梯形圖編程的程序能轉換成指令表；指令表編程的程序不一定能轉換成梯形圖。指令表編程的程序不一定能轉換成梯形圖。7.4.2 S7-200編程的基本概念編程的基本概念西門子西門子S7-200系列采用梯形圖、指令表和功能塊圖系列采用梯形圖、指令表和功能塊圖3種編程語言進行編程。種編程語言進行編程。通過通過STEP7-Micro/WIN32編程軟

50、件提供的菜單選項，編程軟件提供的菜單選項，用戶可以將滿足條件的梯形圖、指令表和功能塊圖用戶可以將滿足條件的梯形圖、指令表和功能塊圖3種編程語言所編寫的程序進行相互轉換。種編程語言所編寫的程序進行相互轉換。1. 編程語言編程語言2. 指令集指令集SIMATIC指令集指令集 ：由西門子公司提供，它的某些指：由西門子公司提供，它的某些指令不是令不是IEC1131-3中的標準指令。中的標準指令。通常通常SIMATIC指令的執行時間短，可使用梯形圖、指令的執行時間短，可使用梯形圖、功能塊圖和語句表語言。功能塊圖和語句表語言。 IEC1131指令集：只提供梯形圖、功能塊圖語言，指令集：只提供梯形圖、功能塊

51、圖語言，且指令較少。且指令較少。 3. PLC的程序結構的程序結構S7-200的用戶程序：包括主程序、子程序和中斷程序的用戶程序：包括主程序、子程序和中斷程序3種。種。每個用戶程序只能有一個主程序，主程序通過指令每個用戶程序只能有一個主程序，主程序通過指令控制整個應用程序的執行，每次控制整個應用程序的執行，每次CPU掃描都要執行掃描都要執行一次主程序。一次主程序。子程序：只在被其它程序調用時執行，最多可達子程序：只在被其它程序調用時執行，最多可達64個（個（SBR0SBR63）。）。中斷程序：可達中斷程序：可達128個（個（INT0INT127），它由），它由相應的中斷事件觸發，而不是被主程序

52、調用。相應的中斷事件觸發，而不是被主程序調用。4. 數據類型數據類型位數據（位數據（bit）：通常用來表示開關量的狀態。）：通常用來表示開關量的狀態。各繼電器、計數器和定時器的狀態都采用位數據表各繼電器、計數器和定時器的狀態都采用位數據表示。示。如：觸點的通和斷、線圈的通電和斷電。如：觸點的通和斷、線圈的通電和斷電。其值為二進制數其值為二進制數“1”或或“0”。 字節數據（字節數據（Byte）：）：8位二進制組成位二進制組成1個字節。個字節。MSB LSB76543210I0.1寄存器寄存器I0I0.516位整數（位整數（Word）:2個字節組成個字節組成1個字個字16位有符號整數（位有符號整

53、數（INT）：二進制補碼表示有符號數，）：二進制補碼表示有符號數，最高位為符號位。最高位為符號位。MSB15141312111098VB100LSB76543210VB101V存儲空間中編號為存儲空間中編號為100、101的的2個字節數據。個字節數據。 VW10032位整數（位整數（Double Word）：）： 2個字組成個字組成1個雙字。個雙字。MSB LSB310VB100VB101VB102VB103VD1005. 尋址方式尋址方式S7-200將信息存于不同的存儲器單元中，每個單元將信息存于不同的存儲器單元中，每個單元都有唯一的地址。都有唯一的地址。S7-200訪問數據的尋址方式：訪問

54、數據的尋址方式： 立即尋址；立即尋址； 直接尋址；直接尋址； 間接尋址。間接尋址。立即尋址：在指令中直接給出了操作數，通常立即立即尋址：在指令中直接給出了操作數，通常立即尋址方式用來提供常數、設置初始值等。尋址方式用來提供常數、設置初始值等。 間接尋址間接尋址使用指針對存儲區域數據進行間接使用指針對存儲區域數據進行間接存取，不能對獨立的位或模擬量進行間接尋址。存取，不能對獨立的位或模擬量進行間接尋址。直接尋址方式：用于位、字節、字或雙字數據。直接尋址方式：用于位、字節、字或雙字數據。 位存儲單元的直接尋址：需要指定元件名稱、字位存儲單元的直接尋址：需要指定元件名稱、字節地址和位號。節地址和位號

55、。例如：例如：I0.1“I”表示輸入，表示輸入，0為字節地址，位地址為為字節地址，位地址為2；對字節、字或雙字進行直接尋址則需要指定元件名對字節、字或雙字進行直接尋址則需要指定元件名稱、數據類型和首字節。稱、數據類型和首字節。例如：例如：VB100存取存取V存儲空間中編號為存儲空間中編號為100的字節數據。的字節數據。VW100存取存取VB100、VB101組成的字數據。組成的字數據。VD100存取存取VB100VB103組成的雙字數據。組成的雙字數據。直接地址與絕對地址直接地址與絕對地址I0.0絕對地址，有內存區和地址組成。絕對地址，有內存區和地址組成。INPUT1符號地址。符號地址。 “”

56、 引導符號變量引導符號變量 INPUT1 全局符號名全局符號名7.4.3 S7-200的編程元件的編程元件1. 輸入繼電器（輸入繼電器（I）在在PLC的輸入處理階段，的輸入處理階段，PLC按順序將所有的輸入按順序將所有的輸入端子的接通端子的接通/斷開狀態讀入到對應的輸入映象寄存器斷開狀態讀入到對應的輸入映象寄存器中進行存儲。中進行存儲。每個輸入端子外接輸入電路接通時對應的映像寄存每個輸入端子外接輸入電路接通時對應的映像寄存器位為器位為ON（“1”狀態），反之為狀態），反之為OFF（“0”狀態）。狀態）。 在梯形圖中，輸入繼電器的常開觸點和常閉觸點可以在梯形圖中，輸入繼電器的常開觸點和常閉觸點可

57、以被多次使用。被多次使用。按位尋址的方式按位尋址的方式單獨讀取某個輸入點的狀態。單獨讀取某個輸入點的狀態。尋址格式為：尋址格式為：I字節地址字節地址.位地址位地址I0.0 I0.0常開觸點常開觸點I0.0常閉觸點常閉觸點CPU224模塊自帶模塊自帶14個數字量輸入點的尋址分別為：個數字量輸入點的尋址分別為：I0.0I0.7、I1.0I1.5。 按字節、字和雙字尋址的尋址格式為：按字節、字和雙字尋址的尋址格式為：I數據類型數據類型.起始字節地址。起始字節地址。 IB0I0.0I0.7所構成的所構成的1個字節數據。個字節數據。 IW0由由IB0和和IB1所構成的字所構成的字 。ID0由由IB0IB

58、3四個字節所構成的雙字四個字節所構成的雙字 輸出繼電器（輸出繼電器（Q） 每個輸出端子的狀態與每個輸出端子的狀態與PLC的輸出映像寄存器位對的輸出映像寄存器位對應。應。當某輸出映象寄存器位為當某輸出映象寄存器位為“1”時，時，PLC的輸出模塊的輸出模塊中該輸出端子和公共端間處于導通狀態，使外部負中該輸出端子和公共端間處于導通狀態，使外部負載通電工作。載通電工作。反之，則使外部負載斷電，停止工作。反之，則使外部負載斷電，停止工作。 在控制程序中，也可以按位、字節、字和雙字在控制程序中，也可以按位、字節、字和雙字4種種尋址的方式來存取輸出映象寄存器。尋址的方式來存取輸出映象寄存器。 按位尋址的方式

59、的尋址格式為：按位尋址的方式的尋址格式為：Q字節地址字節地址.位地址位地址Q0.0 字節、字和雙字尋址的尋址格式為：字節、字和雙字尋址的尋址格式為：Q數據類型數據類型.起始字節地址。起始字節地址。 Q0.0常開觸點常開觸點Q0.0常閉觸點常閉觸點線圈線圈Q0.0CPU224模塊自帶模塊自帶10數字量輸出點的尋址分別為：數字量輸出點的尋址分別為：Q0.0Q0.7、Q1.0Q1.1。 3. 位存儲器（位存儲器（M）位存儲器位存儲器M也稱為內部線圈，它們不能接收外部的也稱為內部線圈，它們不能接收外部的輸入信號，也不能直接驅動外部負載，相當于繼電輸入信號，也不能直接驅動外部負載，相當于繼電器控制系統的

60、中間繼電器，主要用來存放中間操作器控制系統的中間繼電器，主要用來存放中間操作狀態或存儲相關數據。狀態或存儲相關數據。M0.0常開觸點常開觸點M0.0常閉觸點常閉觸點線圈線圈M0.0S7-200 PLC的位存儲器的位存儲器M的有效地址為：的有效地址為：M0.0M31.7、MB0MB31、MW0MW30和和MD0MD27，共，共256位，位，32個字節。個字節。 4.變量存儲器（變量存儲器（V）變量存儲器變量存儲器V用于存放全局變量、程序執行過程中用于存放全局變量、程序執行過程中控制邏輯操作的中間結果和與任務相關的其它數據。控制邏輯操作的中間結果和與任務相關的其它數據。V有位、字節、字和雙字有位、