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1、目录一、PLC的概述11.PLC的基本概念12.PLC的基本结构1二、PLC的特点及应用领域21.PLC的特点22. PLC的应用领域2三、PLC的发展历程31.早期的PLC（60年代末70年代中期）32.中期的PLC（70年代中期80年代中，后期）33.近期的PLC（80年代中、后期至今）3四、PLC的硬件31.PLC的物理结构32.CPU模块中的存储器43.I/O模块4五、PLC 的工作原理41.启动、保持、停止电路42.存储器的数据类型与寻址方式75.输出指令与其他指令96.定时器与计数器指令10七、数字量控制系统梯形图程序设计方法121.梯形图的经验设计法：122.根据继电器电路图设计
2、梯形图的方法123.顺序控制设计法与顺序功能图12八、PLC编程实现全自动洗衣机的控制141.全自动洗衣机概述142.洗衣机控制要求：147.系统检测与调试20十、参考文献202摘要 本文主要讲述的是PLC的硬件结构特点，工作原理和程序设计基础，还重点讲述了数字量控制系统梯形图程序设计方法和顺序功能图的绘制方法，最后用一个全自动洗衣机的控制系统的设计实例来说明了PLC的整个工作过程。关键字：PLC，工作原理，程序设计，顺序功能图一、PLC的概述1.PLC的基本概念可编程序控制器（PLC）是应用最广的以计算机技术为核心的自动控制装置，现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量,多品
3、种，多规格，低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，PLC正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC的应用面广，功能强大，使用方便，已经广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其它领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。PLC仍然处于不断的发展中，其功能不断增强，更为开放，它不但是单机自动化中应用最广的设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位。可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算
4、，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式，模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。2.PLC的基本结构PLC主要由CPU模块，输入模块，输出模块，编程器和电源模块组成（如图1-1所示）。(1) CPU模块CPU模块主要由微处理器和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存数据和程序。(2) I/O模块输入模块和输出模块简称为I/O模块，它们相当于人的眼，耳，手，脚，是联系外部现场设备和CP
5、U模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输出模块用来控制接触器，电磁阀，电磁铁，指示灯，数字显示装置和报警装置等输出设备；模拟量输出模块用来控制调节阀，变频器等执行装置。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。(3) 编程器编程器用来生成用户程序，并用它来编辑，检查，修改用户程序，监视用户程序，监视用户程序的执行情况。使用编程软件可以在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令表程序，并且可以实现不同编程语言之间的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。(4) 电源PLC使用AC220V电源或DC24V电源。内部的开关电源为各模块提供不同电压
6、等级的直流电源。二、PLC的特点及应用领域1. PLC的特点（1） 编程方法简单易学（2） 功能强，性能价格比高（3） 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强（4） 可靠性高，抗干扰能力强软件措施：求和检查和奇偶校验硬件措施：滤波，隔离，屏蔽和Watch dog（5） 系统的设计，安装，调试工作量少（6） 维修工作量小，维修方便（7） 体积小，能耗低2. PLC的应用领域（1）数字量逻辑控制:PLC用”与”,”或”,”非“等逻辑控制指令来实现触点和电路的串并联，代替继电器进行组合逻辑控制，定时控制与顺序逻辑控制。（2）运动控制：PLC使用专用的运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置，速度和加速
7、度进行控制，可以实现单轴，双轴，三轴和多轴位置控制，使运动控制与顺序控制有机的结合在一起。PLC的运动控制功能广泛地用于各种机械，例如金属切削机床，金属成形机械，装配机械，机器人，电梯等场合。（3）闭环过程控制：过程控制是指对温度，压力，流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PID闭环控制功能已经广泛地应用于塑料挤压成形机，加热炉，热处理炉锅炉等设备，以及轻工，化工，机械，冶金，电力，建材等行业。（4）数据处理：现代的PLC具有数学运算，数据传输，转换，排序和查表，位操作等功能，可以完成数据的采集，分析和处理。（5）通信联网：PLC与其它智能控制设备一起，可以组成“集中管理，分散控制“的分布式控制
8、系统。三、PLC的发展历程1.早期的PLC（60年代末70年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。2.中期的PLC（70年代中期80年代中，后期） 在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、
9、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。3.近期的PLC（80年代中、后期至今）进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。四、PLC的硬件1.PLC的物理结构根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式.模块式和混合式：（1）整体式PLC整体式又叫做单元式或箱体式，它的体积小，价
10、格低，小型PLC一般采用整体式结构。整体式PLC将CPU模块，I/O模块和电源装在一个箱型塑料机壳内。（2）模块式PLC模块式PLC的硬件组态方便灵活，I/O点数的多少，输入点数与输出点数的比例，I/O模块的种类和块数，特殊I/O模块的使用等方面的选择余地都比整体式PLC大得多，维修时更换模式，判断故障范围也很方便，因此叫复杂的，要求较高的系统一般选用模块式PLC。 2.CPU模块中的存储器 PLC使用以下几种物理存储器：（1）随机存取存储器（RAM）RAM又叫读写存储器，它是易失性的存储器，它的电源中断后，储存的信息将会丢失，RAM的工作速度高，价格便宜，改写方便。（2）只读存储器（ROM）
11、ROM的内容只能读出，不能写入，它是非易失性的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容，ROM用来存放PLC的系统程序。（3）可以电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）EEPROM是非易失性的，但是可以用编程装置对它进行编程，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，但是将信息写入所需的时间比RAM长得多。（4）可擦除可编程只读存储器(EPROM)3.I/O模块I/O模块是联系外部现场和CPU模块的桥梁，PLC通过I/O模块与工业生产过程现场相联系。PLC的I/O模块分为开关量I/O模块和模拟量I/O模块。（1）I/O模块的外部接线方式分为汇点式、分组式和分隔式三种。（2）输入模块交流输入方式
12、工作电压较高，抗干扰能力和工作稳定性较强，适合于在有油雾、粉尘等恶劣环境下使用。（3）输出模块：继电器输出模块，双向晶闸管输出模块和场效应晶体管型输出模块。五、PLC 的工作原理1.启动、保持、停止电路起动-保持-停止电路时一种用触点和线圈实现逻辑运算的电路。图5-1 启动、保持、停止电路 按下起动按钮SB1，它的常开触点接通，电流经过SB1的常开触点和停止按钮SB2的常闭触点，经过交流接触器KM的线圈，接触器的衔铁被吸合，使主电路中KM的三对常开触点闭合，异步电动机M的三相电源接通，电动机开始运行，控制电路中接触器KM的辅助常开触点同时接通。放开起动按钮后，SB1的常开触点断开，电流经KM的
13、辅助常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈，电动机继续运行。在电动机运行时按下停止按钮SB2，它的常闭触点断开，使KM得线圈失电，KM的主触点断开，异步电动机的三相电源被切断，电动机停止运行，同时控制电路中KM的辅助常开触点断开。当停止按钮SB2被放开，其常闭触点闭合后，KM的线圈仍然失电，电动机继续保持停止运行状态。2.PLC的操作模式及工作原理PLC通电后，需要对硬件和软件作一些初始化工作。为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号和输出信号的状态，初始化后PLC要反复不断地分阶段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。所以，PLC在RUN工作模式下，将采用周期性循
14、环扫描、分时操作的工作方式，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程序控制器还要完成内部处理、通信处理等工作。图5-2 PLC的扫描过程PLC的RUN工作模式和STOP工作模式下完成的扫描过程工作任务如图5-2所示。(1)读取输入（输入采样）PLC把所有输入电路的接通/断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器中寄存起来，作为程序执行时的条件。在程序执行期间，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。(2)执行用户程序PLC逐条顺序扫描执行用户程序（如果程序用梯形图表示，
15、则按先上后下，先左后右的顺序扫描执行）。执行程序指令时，所需要的输入状态或其它编程元件的状态分别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，而执行结果写入到元件映像寄存器中，这就是说，对于每个编程元件来说，元件映像寄存器中寄存的内容，会随程序执行的进程而变化。(3)通信处理可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。(4)CPU自诊断测试在内部处理阶段，可编程序控制器检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。(5)改写输出（输出刷新）输出刷新阶段，当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元件映像寄存器中所有的输出继电器的状态转存到输出锁存电路，再通过输出模块去驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。(6)中断程序的处理如果程序中使用了中断，中断事件发生时，CPU停止执行正常的扫描工作方式，立即执行中断程序。中断功能可以提高
