1、 可編程序控制器（Programmable Controller）簡稱（PC），后又稱為可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器( (Programmable Logic Controller)簡稱（PLC）， 是在繼電器控制技術和計算機技術的基礎上開發出來的， 并逐漸發展成為以微處理器為核心，將自動化技術、計算機技術、 通信技術融為一體的新型工業控制裝置。它具有結構簡單、可靠性高、通用性強、易于編程、使用方便等優點。 l 常識常識:PLC:PLC技術、技術、CAD/CAMCAD/CAM技術技術和機器人機器人為現代工業自動化的三大支柱。3.1 PLC3.1 PLC的產生和定義的產生和定義 l 一、一、

2、PLCPLC的產生的產生l 產生背景：產生背景：20世紀20年代以來，繼電器控制曾一度占據工業控制領域的主導地位。l 繼電器控制系統的繼電器控制系統的弱點弱點 ： 體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應性差等。尤其是可靠性差、不具有尤其是可靠性差、不具有通用通用性、靈活性性、靈活性。 PLCPLC的由來的由來 *1968年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GMGM）為適應汽車型號不斷翻新（小批量、多品種、多規格、低成本和高質量），提出要用一種新型的控制裝置取代繼電接觸器控制裝置，擬定了十項公開招標的技術要求。 十項技術要求十項技術要求 l 1. 編程簡單方便，可在現場修改程序；l

3、2. 硬件維護方便，最好是插件式結構；l 3. 可靠性要高于繼電器控制裝置；l 4. 體積小于繼電器控制裝置;l 5. 可將數據直接送入管理計算機；l 6. 成本上可與繼電器柜競爭；l 7. 輸入可以是交流115V (注：美國電網電壓是110V) ；l 8. 輸出為交流115V，2A以上，能直接驅動電磁閥；l 9.通用性強，擴展方便，原有系統只需做很小的改動；l 10. 用戶程序存儲器容量至少可以擴展到4KB。l 從上述10項指標可以看出，它實際上就是當今可編程序控制器最基本的功能。將它們歸納一下，其核心為以下四點：l (1) 用計算機代替繼電器控制盤。l (2) 用程序代替硬件接線。 l (

4、3) 輸入/輸出電平可與外部裝置直接連接。l (4) 結構易于擴展。* 1969年美國數字設備公司（DECDEC）研制出世界上第一臺可編程序控制器（PDP-14型）二、二、PLCPLC的定義的定義 ?可編程序控制器可編程序控制器(PLC)(PLC)P ProgrammablerogrammableL LogicogicC Controllerontroller定義定義 國際電工委員會（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標準草案第三稿。在草案中對可編程控制器定義如下： “可編程控制器可編程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

5、執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式和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圍設備，都應按易于與工業系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。 注：注：近年來，可編程控制器發展很快，幾乎每年都推出不少新系列產品，其功能已超出了上述定義的范圍。 區別于微機控制系統的重要特征 工業環境工業環境抗干擾能力抗干擾能力適應能力適應能力應用范圍應用范圍3.23.2 PLCPLC的發展與應用的發展與應用一、可編程序控制器的發展概況一、可編程序控制器的發展概況 第一階段（初創期） 第二階段（成熟期） 第三階段（大發展期） 第四階段（繼續發

6、展階段）誕生于20世紀60年代末:MODICON084是世界上第一種投入生產的PLC。崛起于20世紀70年代：首先在汽車流水線上大量應用。成熟于20世紀80年代：全面采用微電子處理器技術，得到大量推廣應用，年銷售始終以高于20%的增長率上升，奠定了其在工業控制中不可動搖的地位。突破于20世紀90年代：從傳統的單機向多CPU和分布式及遠程控制系統發展；編程語言和應用多樣化。第一階段第一階段（19691972）l 編程語言： 采用計算機的初級語言l 硬件結構： 采用中、小規模集成電路初創期把計算機的程序存儲技術引入繼電器控制系統 功績PDP-14可編程序邏輯控制器（Programmable Log

7、ic Controller）簡稱簡稱PLCl可編程序控制器僅具有邏輯運算、定時、計數等一些功能，因此稱為可編程序邏輯控制器，簡稱PLC。第二階段第二階段（19731978）l 硬件：采用微處理器l 控制功能：增多l 編程技術：開發了梯形圖編程法 成熟期進入實用化階段 可編程序控制器（Programmable Controller）簡稱簡稱PCNEMAPLC？l 個人計算機（Personal Computer ）簡稱）簡稱PCl 為與個人計算機（為與個人計算機（PC）相區別，又把可編程序）相區別，又把可編程序控制器簡稱為控制器簡稱為PLC。 70年代后隨著電子技術和計算機技術的發展，微處理技術應

8、用，PLC還增加了算術運算、數據傳送和數據處理等功能。第三階段第三階段（19781984）lPLC應用面擴大、銷售額劇增 l功能進一步增強、處理速度更快 大發展期 隨著大規模、超大規模集成電路等微電子技術的迅速發展，16位和32位微處理器應用于PLC中，使PLC得到迅速發展。PLC不僅控制功能增強，可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯網、數據處理和圖象顯示等功能。 第四階段第四階段l性能/價格比大幅度提高 l編程語言多樣化l人機對話能力增強 繼續發展階段l具備了計算機功能的一種通用工業控制裝置，成為現代工業自動化的三大技術支柱（PLC技術、機器人、

9、CAD/CAM）之一。二、可編程序控制器發展趨勢二、可編程序控制器發展趨勢大型化大型化小小型型化化發展趨勢發展趨勢 1. 1.加強加強PLCPLC通信聯網的信息處理能力通信聯網的信息處理能力2.2.開放性和標準化開放性和標準化3.3.體積小型化，運算速度高速化體積小型化，運算速度高速化4.4.軟軟PLCPLC的出現的出現（一）大型化（一）大型化* *大存儲容量大存儲容量* *高速度高速度* *高性能高性能* *增加增加I/OI/O點數點數方向發展：方向發展： 主要表現主要表現 1、增強網絡通信功能2、發展智能模塊3、外部故障診斷功能4、編程語言、編程工具標準化、高級化5、實現軟件、硬件標準化6

10、、編程組態軟件發展迅速（二）小型化（二）小型化* *簡易化簡易化* *體積小體積小* *功能強功能強* *價格低價格低方向發展：方向發展： lPLC具有體積小、可靠性高、功能強、程序設計方便、通用性強、維護方便等優點，在各個行業中有著廣泛的應用，以成為現代工業控制的三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）。l 1. 模擬控制模擬控制 l 在工業生產過程中，許多連續變化的需要進行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實現工業領域對模擬量控制的廣泛要求，目前大部分PLC產品都具備處理這類模擬量的功能。特別是當系統中模擬量控制點數不多，同時混有較多的開關量時，PLC具有其

11、他控制裝置所無法比擬的優勢。另外，某些PLC產品還提供了典型控制策略模塊，如PID模塊，從而可實現對系統的PID等反饋或其他模擬量的控制運算。三、三、PLC的功能和應用的功能和應用l 2 . 開關邏輯和順序控制開關邏輯和順序控制 l 這是PLC應用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現各種簡單或十分復雜的控制要求。l 3. 3. 定時控制定時控制 l PLC具有很強的定時、計數功能，它可以為用戶提供數十甚至上百個定時器與計數器。對于定時器，其定時間隔可以由用戶加以設定。對于計數器，如果需要對頻率較高的信號進行計數，則可以選擇高速計數器。l 4. 4

12、. 數據處理數據處理 l 新型PLC都具有數據處理的能力，它不僅能進行算術運算、數據傳送，而且還能進行數據比較、數據轉換、數據顯示打印等功能，有些PLC還可以進行浮點運算和函數運算。l 5. 5. 信號聯鎖系統信號聯鎖系統 l 信號聯鎖是安全生產所必需的。在信號聯鎖系統中，采用高可靠性的PLC是安全生產的要求。對安全要求高的系統還可采用多重的檢出元件和聯鎖系統，而對其中的邏輯運算等，可采用冗余的PLC實現。l 6.6.通信聯網通信聯網l 把PLC作為下位機，與上位機或同級的可編程序控制器進行通信，可完成數據的處理和信息的交換，實現對整個生產過程的信息控制和管理，因此PLC是實現工廠自動化的理想

13、工業控制器。PLCPLC的應用領域的應用領域 1.中小型單機電氣控制系統中小型單機電氣控制系統2.制造業自動化制造業自動化3.運動控制運動控制4.過程控制過程控制3.3 PLC3.3 PLC的的特點特點l PLC是綜合繼電接觸器控制技術和計算機控制技術而開發的，是以微處理器為核心，集計算機技術、自動控制技術、通信技術于一體的控制裝置，PLC具有其他控制器無法比擬的特點：l 1、可靠性高，抗干擾能力強。l PLC是專門為工業環境下應用而設計的，在硬件和軟件上都采用了抗干擾措施 。l 2、編程簡單，使用方便l PLC編程語言：梯形圖、指令語句、功能圖。l 大多數PLC采用梯形圖的編程語言。梯形圖與

14、電器控制線路圖相似，具有形象、直觀、易學的特點。當生產流程需要改變時，可以現場改變程序，使用方便、靈活。同時，PLC編程器的操作和使用也很簡單。這也是PLC獲得普及和推廣的主要原因之一。l 3、功能完善、通用性強l 現代PLC不僅具有邏輯運算、定時、計數、順序控制等功能，而且還具有A/D和D/A轉換、數值運算、數據處理、PID控制、通信聯網以等許多功能。 l 4、設計安裝簡單、維護方便l PLC用軟件代替了傳統電氣控制系統的硬件，使得控制柜的設計、安裝的接線工作量大為減少。PLC用戶程序大部分可在實驗室進行模擬調試，縮短了應用設計調試周期。在維修方面，由于PLC的故障率極低，維修工作量很小；而

15、且PLC具很強的自診斷功能，如果出現故障，可根據PLC上指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。l 5、體積小、重量輕、能耗低 l 由于PLC采用了集成電路，其結構緊湊、體積小、能耗低。3.43.4 PLCPLC的分類的分類l 1 1、按輸入、按輸入/ /輸出點數分輸出點數分l 根據PLC的輸入/輸出（I/O）點數的多少，一般可將PLC分為以下3類。l 1 1）小型機）小型機l 小型PLC 的I/O總點數一般在256點以下，用戶程序存儲器容量在4KB字節以下。適合于控制單臺設備，開發機電一體化產品。 l 2 2）中型機）中型機l 中型PLC的I/O總點數在2562048點之間

16、，用戶程序存儲器容量達到28KB字節。適合于有溫度控制和開關動作要求復雜的機械以及連續生產過程控制的場合。l 3 3）大型機）大型機l 大型PLC的I/O總點數在2048點以上，用戶程序存儲器容量達到816KB字節。適用于設備自動化控制、過程自動化控制和過程監控系統。 小型機中型機大型機控制點數2048點用戶程存儲器容量8K字50K字 樣機西門子S7-200西門子S7-300西門子S7-400l 2 2、按結構形式分、按結構形式分l 根據PLC結構形式的不同，可分為整體式整體式、模模塊式塊式、疊裝式疊裝式和分布式分布式。l 1)1)整體式整體式l 又稱箱體式箱體式，從結構上看，早期的可編程序控

17、制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器或EPROM寫入器相連的接口、輸入/輸出端子、電源、指示燈等都裝配在一起的整體裝置。一個箱體就是一個完整的PLC。它的特點特點是結構緊湊，體積小，成本低，安裝方便，缺點缺點是輸入/輸出點數是固定的，不一定能適合具體的控制現場的需要。這類產品有OMRON公司的C20P、C40P、C60P，三菱公司的Fl系列，東芝公司的EX20/40系列等。一個完整的PLC安裝在一個機箱中。整體式整體式l 2 2）模塊式）模塊式l 模塊式結構又叫積木式。這種結構形式的特點是把PLC的每個工作單元都制成獨立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通信模

18、塊等。另外，機器上有一塊帶有插槽的母板，實質上就是計算機總線。把這些模塊按控制系統需要選取后，都插到母板上，就構成了一個完整的PLC。這種結構的PLC的特點特點是系統構成非常靈活，安裝、擴展、維修都很方便，缺點缺點是體積比較大。常見產品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西門子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。系統構成非常靈活，安裝、擴展和維修都很方便，但是體積比較大。模塊式模塊式模塊式模塊式Power in a Small Package!電源模塊電源模塊CPUCPU模塊模塊I/OI/O模塊模塊底底 板板l 3 3）疊裝式）疊裝式l 吸收了整體式和

19、模塊式的優點，其基本單元、擴張單元等高等寬，但是長度不同。它不用基板，僅用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個整齊的、體積小巧的長方體，而且輸入、輸出點數的配置也相當靈活。如三菱公司的FX2系列。l 4 4）分布式）分布式PLCPLCl 特點特點是各組模塊式可以安裝在不同的工作場所。l 注意：中央控制PLC（主站）與工作站（從站）之間一般需要通過總線進行連接與通信，構成一種網絡系統。整體式模塊式疊裝式特點電源,CPU,I/O集中在一個機箱內由機架和各種模塊組成整體式與模塊式結合起來優點結構緊湊,價格低,體積小配置靈活,裝配方便,便于擴展維修結構緊湊體積小配置靈活安裝方便樣機美國GE公司的GE-I系

20、列S7-300S7-400S7-2003 3、按功能分類、按功能分類 1) 1)低檔低檔PLCPLC：具有邏輯運算、定時、計數、移位以及自診斷、監控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術運算、數據傳送和比較、通信等功能，主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統。 2)2)中檔中檔PLCPLC：除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量輸入輸出、算術運算、數據傳送和比較、數制轉換、遠程I/O、子程序、通信聯網等功能，有些還可增設中斷控制、PID控制等功能，適用于復雜控制系統。 3)3)高檔高檔PLCPLC：除具有中檔PLC的功能外，還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運

21、算、平方根運算及其他特殊功能函數的運算、制表及表格傳送功能等。4 4、按生產廠家分、按生產廠家分 1993年中國PLC市場排行榜上的世界十大廠家：l 美國 AB公司 （AllenBradley）l 德國西門子公司（Siemens）l 美國GEFanuc公司l 美國的莫迪康（Modicon）和法國的TE電器公司l 日本歐姆公司（OMRON）l 日本三菱電機株式會社（MITSUBISHI）l 日本富士電機株式會社（Fuji Electric）l 日本東芝公司（TOSHIBA）l 日本的光洋電子（KOYO）和中國的華光電子(CKE）l 日本松下電工株式會社（MEW）：Matsushita Elect

22、ric Works LtdlPLC的軟、硬件體系結構是封閉而不是開放的：如專用總線、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。l編程語言雖多數是梯形圖，但組態、尋址、語言結構均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。lSIEMENS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。3.5 PLC3.5 PLC的硬件結構和各部分的作用的硬件結構和各部分的作用PLC的基本組成的基本組成 PLC是一種工控計算機，與計算機的組成十分相似，但具有更強的與工業過程相連接的接口。 PLC的硬件結構主要由中央中央處理器（

23、處理器（CPUCPU）、存儲器（）、存儲器（RAMRAM、ROMROM）、輸）、輸入輸出（入輸出（I/OI/O）接口、電源及外圍編程設備）接口、電源及外圍編程設備等幾大部分構成等幾大部分構成。 其結構框圖如圖所示。結構框圖結構框圖PLCPLC各組成部分的作用各組成部分的作用1、中央處理單元（、中央處理單元（CPU） 微處理器：微處理器：實現邏輯運算、數學運算，實現邏輯運算、數學運算，協協 調控制系統內部各部分的工作調控制系統內部各部分的工作按照系統程序所賦予的任務運行按照系統程序所賦予的任務運行任務：任務：1. 控制接收與存儲用戶程序和數據控制接收與存儲用戶程序和數據2. 進行自診斷進行自診斷

24、3. 執行用戶程序執行用戶程序微處理器微處理器控制接口電路控制接口電路CPU 微處理器是可編程序控制器的核心，指揮PLC有條不紊地進行各種工作。l 作用：作用： 在可編程序控制器控制系統中，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，刷新系統的輸出。 微處理器具體作用具體作用 1 1）接收并存儲用戶程序和數據。）接收并存儲用戶程序和數據。 2 2）檢查、校驗用戶程序。）檢查、校驗用戶程序。 對正在輸入的用戶程序進行檢查，發現語法錯誤立即報警，并停止輸入；在程序運行過程中若發現錯誤，則立即報警或停止程序的執行。 3 3）接收現場的狀態或數據并存儲。）接收現場的狀態或數據并存儲。

25、 將接收到現場輸入的數據保存起來，在需要改數據的時候將其調出、并送到需要該數據的地方。 l 4 4）PLCPLC進入運行后，執行用戶程序，存儲執進入運行后，執行用戶程序，存儲執行結果，并將執行結果輸出。行結果，并將執行結果輸出。 當PLC進入運行狀態， CPU 根據用戶程序存放的先后順序，逐條讀取、解釋和執行程序，完成用戶程序中規定的各種操作，并將程序執行的結果送至輸出端口，以驅動可編程控制器的外部負載。 5 5）診斷電源、）診斷電源、PLCPLC內部電路的工作故障。內部電路的工作故障。 診斷電源、可編程控制器內部電路的故障，根據故障或錯誤的類型，通過顯示器顯示出相應的信息，以提示用戶及時排除

26、故障或糾正錯誤。 微處理器類型微處理器類型 1）通用微處理器（8080、8086、80286、80386等） 2）單片機（8031、8096等） 3）位片式微處理器（AM2900、AM2901、AM2903等） PLC大多用8位和16位微處理器。單片機是將微處理器、部分存儲器、部分輸入輸出接口以及連接它們的控制接口電路等集成在一塊芯片上的處理器，具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低成本等優點。控制接口電路控制接口電路 控制接口電路是微處理器與主機內部其他單元進行聯系的部件，主要有數據緩沖、單元選擇、信號匹配、中斷管理等功能。微處理器通過它來實現與各個單元之間的可靠的信息交換和最佳的時序配

27、合。控制接口電路控制接口電路 是微處理器與主機內部其他單元進行聯系的部件數據緩沖數據緩沖單元選擇單元選擇信號匹配信號匹配中斷管理中斷管理功能功能2 2、存儲器存儲器 用于存放系統程序、用戶程序及運算用于存放系統程序、用戶程序及運算數據的單元。數據的單元。 存儲器存儲器系統程序存儲器系統程序存儲器 用戶程序存儲器用戶程序存儲器 1）系統程序存儲器 存放由可編程控制器生產廠家編寫的系統監控程序系統監控程序，并固化在 ROM 內，用戶不能直接更改。2 2）用戶程序存儲器）用戶程序存儲器 根據控制要求而編制的應用程序稱為用戶程序。 小型的小型的PLCPLC的存儲容量一般在的存儲容量一般在8K8K字節以

28、下。字節以下。系統程序存儲器系統程序存儲器存放存放：l 監控程序監控程序l 用戶指令解釋用戶指令解釋l 標準程序模塊標準程序模塊l 系統調用管理程序系統調用管理程序l 系統參數系統參數系統程序關系到系統程序關系到PLC的性能，的性能，不能由用戶訪問和修改。不能由用戶訪問和修改。 用戶程序存儲器用戶程序存儲器用戶程序區用戶程序區數據區數據區系統區系統區用戶程序存儲器用戶程序存儲器用戶程序用戶程序工作數據工作數據系統參數系統參數系統參數系統參數（CPU組態數據）：組態數據）：* *輸入輸出組態輸入輸出組態 * *功能的設置功能的設置 類型類型l(1)(1)隨機讀取存儲器隨機讀取存儲器(RAM)(R

29、AM)l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，它是易失性的存儲器，當供電電源關掉后，其存儲的內容會丟失，因此在實際使用中，通常為其配備掉電保護電路，當正常電源關斷后，由備用電池為它供電，保護其存儲的內容不丟失。隨機讀取存儲器(RAM)在PLC中用作用戶程序的存儲器和數據的存儲器。類型類型l(2)(2)只讀存儲器只讀存儲器(ROM)(ROM)l ROM又稱掩膜只讀存儲器，它存儲的內容在其制造過程中確定，不允許再改變。只能讀出，不能寫入。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。lPROM是可編程只讀存儲器，它的存儲內

30、容是由用戶用編程器一次性寫入的，不能再改變。類型類型l(3) (3) EPROM是可擦除可編程只讀存儲器 它的存儲內容也是由用戶用編程器寫入的，但是可以在紫外線燈的照射下擦除，因此，它允許反復多次地擦除和寫入；為了調試和修改的方便，總是先把用戶程序存放在隨機存取存儲器(RAM)中，經過運行、考核、修改、完善、達到設計要求后，再把它固化到EPROM中，替代RAM使用。類型類型l(4)(4)可電擦除可編程的只讀存儲器可電擦除可編程的只讀存儲器(EEPROM)(EEPROM)l 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

31、得多。EEPROM用來存放用戶程序和需長期保存的重要數據。 3 3、輸入、輸出單元、輸入、輸出單元lPLC與被控對象之間傳送輸入輸出信號的接口部件，輸入/輸出單元有良好的電隔離和濾波功能。lPLC的CPU與現場I/O裝置或其它外部設備之間連接的接口部件接口部件。l是系統的眼、耳、手、腳，是聯系外部現場和CPU模塊的橋梁。I/OI/O單元的作用單元的作用l1 1）電平轉換功能：）電平轉換功能：由于外部輸入設備和輸出設備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內部CPU的處理的信息只能是標準電平。 2 2）光電隔離和濾波功能：）光電隔離和濾波功能：以提高PLC的抗干擾能力。 3 3）狀態指示：）狀態指

32、示：工作狀況直觀，便于維護。類型類型晶體管輸出方式晶體管輸出方式晶閘管輸出方式晶閘管輸出方式繼電器輸出方式繼電器輸出方式 輸輸入入單單元元輸輸出出單單元元直流直流交流交流交直流交直流（1 1）開關量輸入）開關量輸入 / / 輸出接口輸出接口 l 1）開關量輸入接口l 開關量輸入器件：按鈕、選擇開關、數字撥碼開關、行程開關、接近開關、光電開關、繼電器觸點等。l 作用：現場的數字（開關）量信號變成可編程控制器內部處理的標準信號。 l 分類：按可接納的外部信號電源的類型不同分為直流輸入接口單元和交流輸入接口單元。l一般單元式PLC中輸入接口單元都使用可編程本機的直流電源供電，不再需要外接電源。 l

33、2）開關量輸出接口l 開關量輸出器件：接觸器線圈、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。l 作用：將PLC內部的標準信號轉換成現場執行機構所需的開關量信號。l 開關量輸出接口類型： l 繼電器輸出（電磁隔離）繼電器輸出（電磁隔離）l 說明：用于交流、直流負載，但接通斷開的頻率低。l 晶體管輸出（光電隔離）晶體管輸出（光電隔離）l 說明：有較高的接通斷開頻率，用于直流負載。l 晶閘管輸出（光觸發型進行電氣隔離）晶閘管輸出（光觸發型進行電氣隔離）l 說明：僅適用于交流負載。 （2）模擬量輸入/輸出接口l1）模擬量輸入接口 l作用：將現場的模擬量標準信號轉換成PLC內部處理的由若

34、干位二進制數字表示的信號。模擬量輸入接口接受標準模擬信號，標準模擬信號可以是電壓信號或電流信號。l工業現場中模擬量信號的變化范圍一般是不標準的，在送入模擬量接口時一般都需經變送處理才能使用 。l模擬量信號輸入后一般經運算放大器放大后進行 A/D 轉換，再經光電耦合后轉換為PLC能識別數字量信號。 l2）模擬量輸出接口）模擬量輸出接口 l 作用：作用：將PLC運算處理后的數字量信號轉換模擬量信號輸出，即將二進制數字信號轉換成420 mA的電流輸出信號或010 V、15 V的電壓輸出信號，以提供給執行機構以滿足生產過程現場連續控制信號的需求。l 組成：組成：光電隔離、 D/A 轉換和信號驅動等。其

35、它常用接口l4、通信接口：、通信接口：通過各種通信接口，PLC可與監視器、打印機、PLC或計算機相連，實現數據和信息的交換 。l5、智能接口智能接口：閉環控制模板，高速計數模板等。l6、擴展接口：擴展接口：擴展接口用于將擴展單元與基本單元相連,使PLC的配置更加靈活。7 7、編程設備、編程設備l 作用：供用戶進行程序的編制，編輯，調試和監視。l 通過編程器可以把新的用戶程序輸入到PLC的RAM中，或者對RAM中已有程序進行編輯。通過編程器還可以對PLC的工作狀態進行監視和跟蹤。 l 編程器分類：l 1）簡易型：只能聯機編程，且往往需要將梯形圖轉化為機器語言助記符（指令表）后，才能輸入。它一般由

36、簡易鍵盤和發光二極管或其他顯示器件組成。l 2）智能型兩類（圖形編程器）：可以聯機，也可以脫機編程，具有 LCD （液晶顯示器）或 CRT 圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。l除了上述專用的編程器外，還可以利用計算機，配上PLC生產廠家提供的相應的軟件包來作為編程器，這種編程方式已成為PLC發展的趨勢。現在，有些PLC不再提供編程器，而只提供微機編程軟件，并且配有相應的通信連接電纜。編程器編程器*程序的編制、編輯、調試、監視*簡易型*智能型計算機編程計算機編程通信接口通信接口編程軟件編程軟件8 8、電源單元、電源單元把外部電源變換成系統內部各單元所需的電源 ，并可向外部提供直流2

37、4V穩壓電源，用于對外部供電，如傳感器等。采用開關電源電源的性能直接影響PLC的抗干擾能力 掉電保護電路后備電池電源(鋰離子電池鋰離子電池) l 電源單元是PLC的電源供給部分。它的作用是把外部供應的電源變換成系統內部各單元所需的電源，有的電源單元還向外提供直流電源，給與開關量輸入單元連接的現場電源開關使用。電源單元還包括掉電保護電路和后備電池電源，以保持RAM在外部電源斷電后存儲的內容不丟失。l 1）可編程序控制器使用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。l 2）對電源的穩定性要求不是太高，允許在額定電源電壓值的15%范圍波動。l

38、3)小型PLC，電源與CPU合為一體，中大型PLC，用單獨的電源模塊。9 9、其它外部設備（如外存儲器、其它外部設備（如外存儲器、EPROMEPROM寫入器、人機寫入器、人機接口裝置）接口裝置）一、一、PLCPLC控制系統的組成控制系統的組成3.6 3.6 可編程序控制器的工作原理可編程序控制器的工作原理PLCPLC控制系統由三控制系統由三部分組成：部分組成： 輸入部分輸入部分 邏輯部分邏輯部分 輸出部分輸出部分PLCPLC與繼電器控制系統的比較與繼電器控制系統的比較l 組成器件不同組成器件不同：繼電器控制線路是許多真正的硬件繼電器組成，而梯形圖則由許多所謂“軟繼電器”組成。 l 觸點數量不同

39、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數一般只有48對；而梯形圖中每個“軟繼電器”供編程使用的觸點數有無限對。l 實施控制的方法不同實施控制的方法不同：在繼電器控制線路中，實現某種控制是通過各種繼電器之間硬接線解決的。而PLC控制是通過梯形圖即軟件編程解決的。l 工作方式不同工作方式不同：在繼電器控制線路中，采用并行工作方式；而在梯形圖的控制線路中，采用串行工作方式。 圖3-7PLC控制系統與繼電器-接觸器控制系統的比較系統的每一個輸入點與輸入映象區的某一位相對應系統的每一個輸入點與輸入映象區的某一位相對應系統的每一個輸出點與輸出映象區的某一位相對應系統的每一個輸出點與輸

40、出映象區的某一位相對應 建立建立I/OI/O映象區映象區I I：O：Q0.0I0.I0.0 0存儲器 l 系統的輸入、輸出點的編址號與I/O映像區的映像寄存器地址號相對應。l PLC工作時，將采集到的輸入信號狀態存放在輸入映像區對應的位上；將運算的結果存放到輸出映像區對應的位上。l作用： I/O映像區使PLC工作時只和內存有關地址單元內所存信息狀態發生關系，而系統輸出也是只給內存某一地址單元設定一個狀態。優點優點l加快程序執行速度，使控制系統與外界隔開，提高系統的抗干擾能力，同時控制系統遠離實際控制對象，為硬件標準化生產創造了條件。二、二、PLCPLC循環掃描的工作方式循環掃描的工作方式 （一

41、）可編程序控制器的工作過程一）可編程序控制器的工作過程 在系統程序的監控下，周而復始地按固定順序對系統內部的各種任務進行查詢、判斷和執行，這個過程實質上是一個不斷循環的順序掃描過程。一個循環掃一個循環掃描過程所需的時間稱為描過程所需的時間稱為一個掃描周期一個掃描周期。周期循環掃描周期循環掃描l原因：l1）PLC在運行時需要處理許多操作；l2）PLC的CPU卻不能同時執行多個操作，每一刻只能執行一個操作。l具體表現在：在一個掃描周期內，前面執行的任務結果立即就可被后面將要執行的任務所用；可以通過設定一個監視定時器來監視每個掃描周期的時間是否超過規定值，避免某個任務進入死循環而引起的故障。PLC的

42、工作過程啟 動初始化運行監控處理中斷與編程器交換信息處理中斷與數字處理器交換信息處理中斷與外部設備交換信息處理中斷執行用戶程序輸入/輸出信息處理處理中斷一個掃描周期內基本上要執行以下六個任務一個掃描周期內基本上要執行以下六個任務l (1) 運行監控任務。為了保證系統可靠工作，PLC內部設置了系統監視定時器WDT，由它來監視掃描周期是否超時。PLC在每個掃描周期內都要對WDT進行復位操作，如果不能執行該任務，則WDT的計時會超過設定值，也就是掃描周期超過了規定時間，這表明系統的硬件或用戶軟件發生了故障。當WDT超時后，它會自動發出故障報警信號，并停止PLC的運行。WDT的時間設定值一般為掃描周期

43、的23倍，通常為100200 ms，很多PLC可以由用戶根據實際應用情況通過硬件或軟件來設定。 (2) 與編程器交換信息任務。編程器是PLC的外部設備，它與主機的外設I/O接口相連。作為編制、調試用戶程序的外部設備，編程器在PLC的外部設備中占有非常重要的地位，所以在主機的掃描周期中，把與編程器交換信息的任務單獨列出，而不包括在與外部設備信息交換的任務中。編程器是人機交互的設備，用戶把應用程序輸入到PLC中，或對應用程序進行在線運行監視和修改都要用到它。這就要求PLC能與編程器進行信息交換。當PLC執行到與編程器交換信息任務時，就把系統的控制權交給編程器，并啟動信息交換的定時器。 在編程器取得

44、控制權后，用戶就利用它來修改內存中的應用程序，對系統的工作狀態進行修改。如讀微處理器的狀態，讀或寫數字變量和邏輯變量，封鎖或開放輸入/輸出以及控制微處理器等。編程器在完成處理任務或達到信息交換的規定時間后，就把控制權交還給PLC。在每個掃描周期內都要執行此項任務。 (3) 與數字處理器(DPU)交換信息任務。一般大中型PLC多為雙處理器系統，一個是字節處理器(CPU)，另一個是數字處理器(DPU)。CPU是系統的主處理器，由它處理字節操作指令，控制系統總線，統一管理各種接口和輸入/輸出單元；DPU是系統的從處理器，它的作用是處理位操作指令，協助主處理器加快整個系統的處理速度。當PLC為雙處理器

45、系統時，就會有與數字處理器交換信息的任務。 該任務主要是數字處理器(DPU)的寄存器信息與主系統的寄存器信息和開關量信息的交換。這個任務占用的時間隨信息交換量而變化。在一般小型PLC中是沒有這個任務的。 (4) 與外部設備交換信息任務。該任務主要是PLC與上位計算機、其他PLC或一些終端設備(如彩色圖形顯示器、打印機等設備)進行信息交換。這一任務的大小和占用時間的長短隨主機外部設備的數量和數據通信量而變化。如果沒有連接外部設備，則該任務跳過。 (5) 執行用戶程序任務。用戶程序是由用戶根據實際應用情況而編制的程序，存放在RAM或EPROM中。PLC在每個掃描周期內都要把用戶程序執行一遍，用戶程

46、序的執行是按用戶程序的實際邏輯關系結構由前向后逐步掃描處理的，并把運行結果裝入輸出狀態暫存區中，系統的全部控制功能都在這一任務中實現。 (6) 輸入/輸出信息處理任務。PLC內部開辟了兩個暫存區，即輸入信號和輸出信號狀態暫存區。用戶程序從輸入信號狀態暫存區中讀取輸入信號狀態，運算處理后將結果放入輸出信號狀態暫存區中。輸入/輸出信號狀態暫存區與實際輸入/輸出單元的信息交換是通過輸入/輸出任務實現的。 輸入/輸出任務還包括對輸入/輸出擴展接口的操作，通過輸入/輸出擴展接口實現主機的輸入/輸出狀態暫存區與簡單輸入/輸出擴展環節中的輸入/輸出單元或與智能型輸入/輸出擴展環節中的輸入/輸出狀態區之間的信

47、息交換。PLC在每個掃描周期中都執行該任務。3、PLC用戶程序的工作過程（循環掃描工作方式）用戶程序的工作過程（循環掃描工作方式）用戶程序的完成可分為以下三個階段用戶程序的完成可分為以下三個階段輸入采樣階段輸入采樣階段PLCPLC順序讀入所順序讀入所有輸入端子的狀有輸入端子的狀態，并將讀入的態，并將讀入的信息存入內存中信息存入內存中所對應的輸入映所對應的輸入映像寄存器。像寄存器。程序執行階段程序執行階段 根據根據PLCPLC梯形梯形圖程序的掃描圖程序的掃描原則，按原則，按先左先左后右，先上后后右，先上后下下的步序，逐的步序，逐句掃描，執行句掃描，執行程序。程序。輸出刷新階段輸出刷新階段 將輸出

48、映像寄存器中將輸出映像寄存器中寄存器的狀態，轉存寄存器的狀態，轉存到輸出鎖存器，通過到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅動功率隔離電路，驅動功率放大電路，使輸出端放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信子向外界輸出控制信號，驅動外部負載。號，驅動外部負載。 特點特點l集中采樣與集中輸出的工作方式集中采樣與集中輸出的工作方式l外界信號狀態的變化要到下一個周期才被外界信號狀態的變化要到下一個周期才被讀入讀入l程序執行階段輸出映象區的內容隨著程序程序執行階段輸出映象區的內容隨著程序執行的進程而變化執行的進程而變化l輸入、輸出延遲響應輸入、輸出延遲響應l語句的安排影響響應時間語句的安排影響響應時間PLCPLC掃

49、描工作方式的特點掃描工作方式的特點l1 1、特點：集中采樣、集中輸出、循環掃描、特點：集中采樣、集中輸出、循環掃描l 1）集中采樣：集中采樣：對輸入狀態的掃描只在輸入采樣階段進行。即在程序執行階段或輸出階段，即使輸入端狀態發生變化，輸入映象寄存器的內容也不會改變，只有到下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入（響應滯后）。 2 2）集中輸出：）集中輸出：在一個掃描周期內，只有在輸出處理階段才將元件映象寄存器中的狀態輸出，在其它階段，輸出值一直保存在元件映象寄存器中。 注：注：在用戶程序中，如果對輸出多次賦值，則僅最后一次是有效的，即應避免雙線圈輸出。l 2 2、優點：提高系統的抗干擾能力。、優點

50、：提高系統的抗干擾能力。 集中采樣、集中輸出的掃描工作方式使PLC在工作的大部分時間與外設隔離，從根本上提高了系統的抗干擾能力，增強了系統的可靠性。l 3、缺點：響應滯后，降低系統的響應速度。缺點：響應滯后，降低系統的響應速度。 1）輸入模塊滯后時間：輸入模塊RC濾波電路的時間常數，典型值為10ms左右。 2）輸出模塊滯后時間 繼電器型輸出：10ms左右；晶閘管型輸出：通電滯后時間約1ms，斷電滯時的最大滯后時間10ms；晶體管型輸出：1ms以下。 3）掃描工作方式引起的滯后時間最長可達兩個掃描周期。 PLC總的響應延遲時間一般為幾十ms。但由于PLC的掃描速度極快，故對一般工業控制而言，此響應上的滯后完全允許。四、輸入、輸出延遲響應四、輸入、輸出延遲響應 1 1、輸入、輸出延遲響應、輸入、輸出延遲響應l PLCPLC是以掃描的方式處理信息，它是順序地、連續地、循是以掃描的方式處理信息，它是順序地、連續地、循環地逐條執行程序，在任何時刻它只能執行一條指令，即以環地逐條執行程序，在任何時刻它只能執行