二章PLC软硬件组成及工作原理

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1、第二章第二章 PLC软、硬件组成及工作原理软、硬件组成及工作原理2.1 PLC概述概述2.1.1 PLC的的定义定义2.1.2 发展趋势发展趋势2.1.3 PLC与其他工业系统的比较与其他工业系统的比较2.1.4 PLC的特点及应用领域的特点及应用领域2.1.1 PLC的定义的定义在在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称：的发展历程中，有过几个不同的名称：可可 编编 程程 序序 矩矩 阵阵 控控 制制 器器 PMC（ Programmable Matrix Controller）可可 编编 程程 序序 顺顺 序序 控控 制制 器器 PSC （ Programmable Sequence Co

2、ntroller）可可 编编 程程 序序 逻逻 辑辑 控控 制制 器器 PLC（ Programmable Logic Controller）可编程序控制器可编程序控制器PC（Programmable Controller）1969年年美美国国数数字字设设备备公公司司（DEC）根根据据招招标标的的要要求求，研研制制出出世世界界上上第第一一台台可可编编程程序序控控制制器器，并并在在GM公公司司汽汽车车生生产产线线上上首次应用成功。首次应用成功。1980年年美美国国电电气气制制造造商商协协会会（NEMA）正正式式将将其其命命名名为为编编程程序控制器（序控制器（Programmable Contro

3、ller），简称），简称 PC。19691969年年美美国国数数字字设设备备公公司司（DECDEC）根根据据招招标标的的要要求求，研研制制出出世世界界上上第第一一台台可可编编程程序序控控制制器器，并并在在GMGM公公司司汽汽车车生生产产线线上上首首次次应应用用成功。成功。19801980年年美美国国电电气气制制造造商商协协会会（NEMANEMA）正正式式将将其其命命名名为为编编程程序序控控制器（制器（Programmable ControllerProgrammable Controller），），简称简称 PCPC。国国际际电电工工委委员员会会（IECIEC）于于19821982年年1111

4、月月、19851985年年1 1月月、19871987年年2 2月月三三次次为为PLCPLC下下定定义义，最最终终确确定定为为：“可可编编程程序序控控制制器器是是一一种种数数字字运运算算操操作作的的电电子子系系统统，专专为为在在工工业业环环境境下下应应用用而而设设计计。它它采采用用可可编编程程序序的的存存储储器器，用用来来在在其其内内部部存存储储执执行行逻逻辑辑运运算算、顺顺序序控控制制、定定时时、计计数数和和算算术术运运算算等等操操作作的的命命令令，并并通通过过数数字字式式模模拟拟式式的的输输入入和和输输出出，控控制制各各种种类类型型的的机机械械或或生生产产过过程程。有有关关外外围围设设备备

5、，都都应应按按易易于于与与工工业业控控制制系系统统联联成成一一个个整整体体，易易于于扩扩充充功功能的原则而设计能的原则而设计”。2.1.2 PLC的的定义定义2.1.2 PLC的产的产生与发展趋势生与发展趋势1. PLC1. PLC的产生与发展的产生与发展19681968年年，美美国国最最大大的的汽汽车车制制造造商商通通用用汽汽车车公公司司（GMGM），为为了了适适应应汽汽车车型型号号不不断断更更新新的的需需要要，提提出出了了十十条条技技术术指指标标在在社社会会上上公公开开招招标标，制造一种新型的工业控制装置。这些功能是：制造一种新型的工业控制装置。这些功能是：（1 1）容易编程）容易编程（2

6、 2）维修方便，采用模块式结构）维修方便，采用模块式结构（3 3）可靠性高于继电）可靠性高于继电- -接触器控制系统接触器控制系统（4 4）体积小于继电）体积小于继电- -接触器控制系统接触器控制系统（5 5）具备与计算机通信的功能）具备与计算机通信的功能（6 6）成本具有竞争性）成本具有竞争性（7 7）输入输出电源使用市电（）输入输出电源使用市电（115V115V）（8 8）输出为）输出为115V/2A115V/2A，驱动电磁阀和接触器，驱动电磁阀和接触器（9 9）通用性强，能在恶劣环境下工作）通用性强，能在恶劣环境下工作（1010）存储设备可扩充至）存储设备可扩充至4K4K个存储字节个存储

7、字节2.1.2 PLC的产的产生与发展趋势生与发展趋势1. PLC1. PLC的产生与发展的产生与发展19691969年年美美国国研研制制出出世世界界上上第第一一台台PLCPLC以以后后，日日本本、德德国国、法法国国等等国国相相继继研研制制了了各各自自的的PLCPLC。此此阶阶段段产产品品的的主主要要特特点点是是CPUCPU由由中中小小规规模模的的数数字字集集成成电电路路构构成成，存存储储器器为为磁磁芯芯存存储储器器；控控制制功功能能简简单单，只只能能完完成成定定时时、计计数数及及逻逻辑辑功能。为继电功能。为继电- -接触器的替代品。接触器的替代品。7070年年代代中中期期，PLCPLC进进入

8、入了了实实用用化化阶阶段段。7070年年代代末末和和8080年年代代初初，PLCPLC进进入入了了成成熟熟阶阶段段。主主要要特特点点：采采用用CPUCPU微微处处理理器器，存存储储器器变变为为半半导导体体存存储储器器，具具有有数数据据处处理理能能力力，能能实实现现对对模模拟拟量量的的控控制制，软软件件上上开开发发出出了了自自诊诊断断功功能能，可可靠性进一步提高。靠性进一步提高。2.1.2 PLC的产的产生与发展趋势生与发展趋势8080年年代代中中期期：CPUCPU开开始始采采用用8 8位位/16/16位位微微处处理理器器，数数据据处处理理能能力力和和速速度度大大大大提提高高，PLCPLC开开始

9、始具具备备一一定定的的通通信信能能力力，为为PLCPLC的的分分散散控控制制、集集中中管管理理奠奠定定了了重重要要基基础础；软软件件开开发发出出了了面面向向对对象象的的梯梯形形图图语语言言和和逻逻辑辑助助记记符符语语言言，为为PLCPLC的普及使用提供了必要条件。的普及使用提供了必要条件。8080年年代代中中期期至至9090年年代代中中期期：超超大大规规模模集集成成电电路路促促使使PLCPLC完完全全计计算算机机化化，CPUCPU开开始始使使用用3232位位机机；数数学学运运算算、数数据据处处理理能能力力大大大大提提高高，增增加加了了运运动动控控制制、模模拟拟量量PIDPID控控制制网网络通信

10、功能，体积进一步减小，可靠性进一步加强。络通信功能，体积进一步减小，可靠性进一步加强。2020世世纪纪9090年年代代中中期期至至今今：CPUCPU使使用用1616位位/32/32位位微微处处理理器器，运算速度更快、功能更强能使用多种编程语言。运算速度更快、功能更强能使用多种编程语言。2. PLC2. PLC的国内外发展状况及主要产品厂家的国内外发展状况及主要产品厂家美国美国PLCPLC发展得最快：发展得最快：19841984年有年有4848家，生产家，生产150150多种多种PLCPLC；19871987年有年有6363家，生产家，生产243243种种PLCPLC；19961996年有年有7

11、070余家，生产近余家，生产近300300种种PLCPLC。著著名名厂厂家家有有ABAB（AllenAllenBradleyBradley）艾艾伦伦一一布布拉拉德德利利公公司司，MODICONMODICON莫莫迪迪康康公公司司，GEGEFSNUCFSNUC公公司司，TITI（Texas Texas InstrumentInstrument）德德州州仪仪器器公公司司，WESTHOUSE WESTHOUSE ElectricElectric西西屋屋电电气气公公司司，IPMIPM（International International Parallel Parallel MachinesMachin

12、es）国际并行机器公司等。国际并行机器公司等。2.1.2 PLC的产的产生与发展趋势生与发展趋势欧洲欧洲PLCPLC的厂家有的厂家有6060余家余家: :西门子（西门子（SiemensSiemens）于于19731973年研制出第一台年研制出第一台PLCPLC。金钟默勒金钟默勒 （KlocknerKlockner Moeller Moeller GmbhGmbh），），AEGAEG，法国的法国的TE(TelemecaniqueTE(Telemecanique）( (施耐德）施耐德）瑞士的瑞士的SelectronSelectron公司等。公司等。19711971年年，日日本本从从美美国国引引进进

13、PLCPLC技技术术，由由日日立立公公司司研研制制成成功功日本第一台日本第一台PLCPLC。日本生产日本生产PLCPLC的厂家有的厂家有4040余家：余家：三三 菱菱 电电 机机 (MITSUBISHI)(MITSUBISHI)， 欧欧 姆姆 龙龙 (OMRON),(OMRON),富富 士士 电电 机机（Fuji Fuji ElectricElectric）, ,东东芝芝（TOSHIBATOSHIBA）, , 光光洋洋（KOYO),KOYO),松松下电工（下电工（MEWMEW）, ,和泉（和泉（IDECIDEC）, , 安川等公司。安川等公司。2.1.2 PLC的产的产生与发展趋势生与发展趋势

14、我我国国在在7070年年代代末末和和8080年年代代初初开开始始引引进进PLCPLC。我我国国早早期期独独立立研制研制PLCPLC的单位有：的单位有：北北京京机机械械工工业业自自动动化化研研究究所所，上上海海工工业业自自动动化化仪仪表表研研究究所所，大大连连组组合合机机床床研研究究所所，成成都都机机床床电电器器研研究究所所，中中科科院院北北京京计计算算机机所所及及自自动动化化所所，长长春春一一汽汽，上上海海起起重重电电器器厂厂，上上海海香香岛岛机机电电公公司司，以以上上诸诸单单位位都都没没有有形形成成规规模模化化生产。生产。合合资资企企业业有有辽辽宁宁无无线线电电二二厂厂引引进进德德国国西西门

15、门子子技技术术生生产产PLCPLC；无无锡锡电电器器和和日日本本光光洋洋合合资资生生产产的的 PLC; PLC; 中中美美合合资资的的厦厦门门 ABAB公公司司生生产产的的PLCPLC；上上海海香香岛岛机机电电公公司司引引进进技技术术生生产的产的PLC; PLC; 上海上海OMRONOMRON公司公司; ; 西安西安SiemensSiemens公司等。公司等。2.1.2 PLC的产的产生与发展趋势生与发展趋势3. 3. PLCPLC的发展趋势的发展趋势PLCPLC两两个个发发展展方方向向一一是是向向小小型型化化、微微型型化化发发展展；二二是是向向大大型化、网络化、多功能方向发展。主要体现：型化

16、、网络化、多功能方向发展。主要体现：（1 1）向向高高速速度度、大大存存储储容容量量方方向向发发展展（CPUCPU处处理理速速度度nsns级级；内存内存2M2M字节）字节）（2 2）向多品种方向发展和提高可靠性）向多品种方向发展和提高可靠性( (超大型和超小型）超大型和超小型）（3 3）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLCPLC）（4 4）分散型、智能型、与现场总线兼容的分散型、智能型、与现场总线兼容的I I0 0（5 5）加强联网和通信的能力加强联网和通信的能力（6 6）控控制制的的开开放放和和模模块块化化的的体体系系结结构构OMACOMA

17、C（open open Modular Architecture for ControlModular Architecture for Control）2.1.2 PLC的产的产生与发展趋势生与发展趋势主要著名品牌：主要著名品牌：美国美国A AB B公司（公司（AllenAllenBradleyBradley）德国西门子公司（德国西门子公司（SiemensSiemens）法国的法国的TETE（TelemecaniqueTelemecanique）( (施耐德）施耐德）日本欧姆公司（日本欧姆公司（OMRONOMRON）日本三菱电机株式会社（日本三菱电机株式会社（MITSUBISHIMITSUB

18、ISHI）日本富士电机株式会社（日本富士电机株式会社（Fuji ElectricFuji Electric）日本东芝公司（日本东芝公司（TOSHIBATOSHIBA）日本的光洋电子（日本的光洋电子（KOYOKOYO）和中国的华光电子和中国的华光电子(CKE(CKE）日日 本本 松松 下下 电电 工工 株株 式式 会会 社社 （ MEWMEW） ： （ Matsushita Matsushita Electric Works LtdElectric Works Ltd）2.1.2 PLC的产的产生与发展趋势生与发展趋势1. 1. 与继电与继电- -接触器控制系统的比较接触器控制系统的比较（1 1

19、）灵灵活活性性和和可可扩扩展展性性。继继电电系系统统灵灵活活性性和和可可扩扩展展性性差差，继继电电器器触触点点数数目目有有限限，PLCPLC系系统统有有软软件件和和硬硬件件构构成成，要要改改变变控控制制功功能能只只需需要要修修改改控控制制软软件件即即可可，其其软软继继电电器器触触点点理理论上可使用无数次，灵活性和可扩展性极佳。论上可使用无数次，灵活性和可扩展性极佳。（2 2）可靠性和可维护性）可靠性和可维护性（3 3）控制速度和稳定性）控制速度和稳定性分别为分别为msms级和级和 s s级级（4 4）延时的可靠精度和可调性）延时的可靠精度和可调性（5 5）设计与施工）设计与施工（6 6）系统价

20、格）系统价格2.1.3 PLC与其他工业控制系统的比较与其他工业控制系统的比较2.1.3 PLC与其他工业控制系统的比较与其他工业控制系统的比较可可编编程程控控制制器器与与工工业业控控制制计计算算机机（简简称称工工业业PCPC机机）都都是是用用来来进进行行工业控制，但二者相比仍有不同。工业控制，但二者相比仍有不同。（1 1）硬件方面）硬件方面工工业业PCPC机机是是由由通通用用微微型型计计算算机机推推广广应应用用发发展展起起来来的的，通通常常由由微微型型计计算算机机生生产产厂厂家家开开发发生生产产，在在硬硬件件方方面面具具有有标标准准总总线线结结构构，各各种种机机型型兼兼容容性性强强。而而PL

21、CPLC则则是是针针对对工工业业顺顺序序控控制制，由由电电气气控控制制厂厂家家研研制制发发展展起起来来的的，其其硬硬件件结结构构专专用用，各各个个厂厂家家产产品品不不通通用用，标标准准化化程程度度较较差差。但但是是PLCPLC的的信信号号采采集集和和控控制制输输出出的的功功率率强强，可可不不必必再再加加信信号号变变换换和和功功率率驱驱动动环环节节，而而直直接接和和现现场场的的测测量量信信号号及及执执行行机机构构对对接接；在在结结构构上上，PLCPLC采采取取整整体体密密封封模模板板组组合合形形式式；在在工工艺艺上上，对对印印刷刷版版、插插座座、机机架架都都有有严严密密的的处处理理；在在电电路路

22、上上，又又有有一一系系列列的的抗干扰措施。因此，抗干扰措施。因此，PLCPLC的可靠性更能满足工业现场环境的要求。的可靠性更能满足工业现场环境的要求。2.1.3 PLC与其他工业控制系统的比较与其他工业控制系统的比较（2 2）软件方面）软件方面工工业业PCPC机机可可借借用用通通用用计计算算机机丰丰富富的的软软件件资资源源，对对算算法法复复杂杂，实实时时性性强强的的控控制制任任务务能能较较好好的的适适应应。PLCPLC在在顺顺序序控控制制的的基基础础上上，增增加加了了PIDPID等等控控制制算算法法，它它的的编编程程采采用用梯梯形形图图语语言言，易易于于被被熟熟悉悉电电气气控控制制线线路路而而

23、不不太太熟熟悉悉微微机机软软件件的的工工厂厂电电气气技技术术人人员员所所掌掌握握，但但是是，一一般般微微型型计计算算机机的的通通用用软软件件还还不不能直接在能直接在PLCPLC上应用，还要经过二次开发。上应用，还要经过二次开发。（3 3）使用环境）使用环境（4 4）工工作作方方式式 PLCPLC采采用用扫扫描描方方式式工工作作，有有利利于于实实现现顺顺序序控制；工业计算机采用中断方式处理外部信号请求。控制；工业计算机采用中断方式处理外部信号请求。（6 6）PLCPLC易于掌握，而工业计算机需要专门人员。易于掌握，而工业计算机需要专门人员。2.1.4 PLC的分类的分类（1 1）按）按 I IO

24、 O点数分类点数分类I IO O点数小于点数小于3232为微型为微型PLCPLC；I IO O点数在点数在3232128128为微小型为微小型PLCPLC；I IO O点数在点数在128128256256为小型为小型PLCPLC；I IO O点九在点九在25625610241024为中型为中型PLCPLC；I IO O点数大于点数大于10241024为大型为大型PLCPLC；I IO O点数在点数在40004000以上为超大型以上为超大型PLCPLC。以以上上划划分分不不包包括括模模拟拟量量I I0 0点点数数，且且划划分分界界限限不不是是固固定定不不变的。变的。（2 2）按控制性能进行分类）

25、按控制性能进行分类高档机高档机S7-400S7-400、中档机、中档机S7-300S7-300和低档机和低档机S7-200S7-2002.1.4 PLC的分类的分类（3 3）按结构形式分类）按结构形式分类整整体体式式PLCPLC：又又称称单单元元式式或或箱箱体体式式。整整体体式式PLCPLC是是将将电电源源、CPUCPU、I I0 0部部件件都都集集中中装装在在一一个个机机箱箱内内。一一般般小小型型PLCPLC采采用这种结构。用这种结构。模模块块式式PLCPLC：将将PLCPLC各各部部分分分分成成若若干干个个单单独独的的模模块块，如如 CPUCPU模模块块、I I0 0模模块块、电电源源模模

26、块块和和各各种种功功能能模模块块。模模块块式式PLCPLC由由框框架架和和各各种种模模块块组组成成。模模块块插插在在插插座座上上。一一般般大大、中中型型PLCPLC采采用用模模块块式式结结构构，有有的的小小型型PLCPLC也也采采用用这这种种结构。结构。有的有的PLCPLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLCPLC。模块式模块式Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板2.1.4 PLC的分类的分类2.1.5 PLC的特点及应用领域的特点及应用领域 可靠性高可靠性高( (平均无故障时间平均无故障时间3-53-5万

27、小时）万小时）硬硬件件方方面面主主要要模模块块均均采采用用大大规规模模或或超超大大规规模模集集成成电电路路，大大量量开开关关动动作作由由无无触触点点的的电电子子存存储储器器完完成成，I/OI/O系系统统设设计计有有完完善善的的通通道道保保护护和和信信号号调调理理电电路路；软软件件方方面面具具有有极极强强的的自自检及保护功能。检及保护功能。 编程简单编程简单可可采采用用电电气气工工程程技技术术人人员员比比较较熟熟悉悉的的梯梯形形图图语语言言，易易学学易易懂。懂。 通用性强通用性强 体积小、结构紧凑、安装、维护方便体积小、结构紧凑、安装、维护方便 重量轻、价格低重量轻、价格低主主要要是是PLCPL

28、C的的软软、硬硬件件体体系系结结构构是是封封闭闭而而不不是是开开放放的的：如如专专用用总总线线、专专家家通通信信网网络络及及协协议议，I/OI/O模模板板不不通通用用，甚甚至至连机柜、电源模板亦各不相同。连机柜、电源模板亦各不相同。编编程程语语言言虽虽多多数数是是梯梯形形图图，但但组组态态、寻寻址址、语语言言结结构构均均不一致，因此各公司的不一致，因此各公司的 PLCPLC互不兼容。互不兼容。SIEMENSSIEMENS等等公公司司已已经经开开发发出出以以个个人人计计算算机机为为基基础础，在在WindowsWindows平平台台下下，结结合合IEC1131IEC11313 3国国际际标标准准的

29、的新新一一代代开开放放体系结构的体系结构的PLCPLC。应用领域应用领域（1 1）开开关关量量逻逻辑辑控控制制；（2 2）运运动动控控制制；（3 3）闭闭环环过过程程控制；（控制；（4 4）数据处理；（）数据处理；（5 5）联网通信）联网通信 2.1.5 PLC的特点及应用领域的特点及应用领域PLCPLC的应用领域的应用领域PLCPLC在在工工业业自自动动化化中中起起着着举举足足轻轻重重的的作作用用，在在国国内内外外已已广广泛泛应应 用用于于机机械械、冶冶金金、石石油油、化化工工、轻轻工工、纺纺织织、电电力力、电电子子、食食品品、交交通通等等行行业业。经经验验表表明明，80 80 以以上上的的

30、工工业业控制可以使用控制可以使用PLCPLC来完成。来完成。在在日日本本，凡凡8 8个个以以上上中中间间继继电电器器组组成成的的控控制制系系统统都都已已采采用用PLCPLC来取代。来取代。2.1.5 PLC的特点及应用领域的特点及应用领域2.2 2.2 PLCPLCPLCPLC的硬件组成的硬件组成的硬件组成的硬件组成本节主要内容包括：本节主要内容包括：PLCPLC的硬件组成和工作原理的硬件组成和工作原理PLCPLC的基本组成的基本组成PLCPLC的工作原理的工作原理PLCPLC控控制制系系统统主主要要有有CPUCPU模模块块、输输入入输输出出模模块块、电电源源模模块块和外部设备组成。其结构图可

31、由下图表示。和外部设备组成。其结构图可由下图表示。小小型型PLCPLC其其各各种种部部件件都都是是集集成成在在一一起起的的，只只有有大大中中型型的的PLCPLC其其各各部部分分才会比较明显。才会比较明显。2.2.1 CPU2.2.1 CPU2.2.1 CPU2.2.1 CPU模块模块模块模块CPUCPU模模块块主主要要由由微微处处理理器器（CPUCPU）芯芯片片和和存存储储器器组组成成。它它的的功功能能是是不不断断地地采采集集输输入入信信号号，执执行行用用户户程程序序，刷新系统的输出。刷新系统的输出。硬件类型：硬件类型：（1 1）通用处理器：）通用处理器：80868086、8028680286

32、、8038680386（2 2）单片机芯片：）单片机芯片：80318031、80968096（3 3）位片式微处理器：）位片式微处理器：AMD-2900AMD-2900小型小型PLCPLC多采用多采用8 8位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPUCPU中型中型PLCPLC多采用多采用1616位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPUCPU大型大型PLCPLC多采用高速位片式微处理器多采用高速位片式微处理器2.2.1 CPU2.2.1 CPU2.2.1 CPU2.2.1 CPU模块模块模块模块与与位位片片式式微微处处理理器器相相对对应应的的是是单单片片式式微微处处理理器器。位位

33、片片式式微微处处理理器器通通常常只只包包含含算算术术逻逻辑辑单单元元 (ALU)(ALU)、寄寄存存器器、多多路路选选择择器器和和随随机机存存储储器器等等部部件（见图）。件（见图）。位位片片式式微微处处理理器器的的运运算算操操作作和和数数据据流流程程，由由外外部部输输入入的的微微指指令令码码控控制制。当当用用位位片片式式微微处处理理器器构构成成一一个个中中央央处处理理单单元元时时，除除用用一一定定数数量量的的位位片片并并行行联联接接以以扩扩大大字字长长外外，还还要要配配以以控控制制微微指指令令的的微微程程序序序序列列器器和和存存放放微微指指令令的的可可编编程程序序存存储器等电路。储器等电路。这

34、这样样的的结结构构使使位位片片式式微微处处理理器器有有了了另另一一个个很很突突出出的的特特点点：用用位位片片式式微微处处理理器器构构成成的的中中央央处处理理单单元元的的指指令令系系统统不不是是事事先先确确定定的的，而而是是由由使使用用者者通通过过微微程程序序自自行行编编制制的的。位位数数可可扩扩展展和和指指令令系系统统可可自自行行编编制制这这两两个个特特点点，使使位位片片式式微微处处理理器具有很大的灵活性。器具有很大的灵活性。2.2.1 CPU2.2.1 CPU2.2.1 CPU2.2.1 CPU模块模块模块模块单单片片式式微微处处理理器器采采用用MOSMOS集集成成电电路路制制成成, ,而而

35、位位片片式式微微处处理理器器则采用则采用双极型集成电路双极型集成电路制成。制成。位位片片式式微微处处理理器器的的结结构构和和工工艺艺，使使其其具具有有高高速速的的特特点点。但但是，它的集成度较低，成本高而且使用不便。是，它的集成度较低，成本高而且使用不便。因因此此，位位片片式式微微处处理理器器主主要要用用于于构构成成大大型型计计算算机机的的中中央央处处理理单单元元和和要要求求实实现现高高速速实实时时信信号号处处理理的的各各种种专专用用处处理理器器, ,这一点正好补充了这一点正好补充了MOSMOS单片微处理器的不足。单片微处理器的不足。位位片片式式微微处处理理器器要要求求速速度度高高而而功功耗耗

36、又又为为封封装装所所限限，因因而而低低功功耗耗肖肖特特基基箝箝位位抗抗饱饱和和的的晶晶体体管管- -晶晶体体管管逻逻辑辑电电路路和和发发射射极耦合逻辑电路极耦合逻辑电路在位片式微处理器技术中占主导地位。在位片式微处理器技术中占主导地位。 2.2.1 CPU2.2.1 CPU2.2.1 CPU2.2.1 CPU模块模块模块模块1.1.中央处理单元（中央处理单元（CPUCPU）：）：作用：作用：接收与存储用户由编程器键入的用户程序和数据；接收与存储用户由编程器键入的用户程序和数据；检检查查编编程程过过程程中中的的语语法法错错误误、诊诊断断电电源源及及PLCPLC内内部部的的工工作作故故障；障；用用

37、扫扫描描方方式式工工作作，接接收收来来自自现现场场的的输输入入信信号号，并并输输入入到到输输入映像寄存器和数据储存器中；入映像寄存器和数据储存器中；在在运运行行方方式式下下，从从存存储储器器中中逐逐条条读读取取并并执执行行用用户户程程序序，完完成用户程序所规定的逻辑运算、算术运算及数据处理；成用户程序所规定的逻辑运算、算术运算及数据处理；根根据据运运算算结结果果，更更新新有有关关标标志志位位的的状状态态，刷刷新新输输出出映映像像寄寄存存器器的的内内容容，再再经经输输出出部部件件实实现现输输出出控控制制、打打印印制制表表或或数数据通信。据通信。2.2.1 CPU2.2.1 CPU2.2.1 CP

38、U2.2.1 CPU模块模块模块模块2. 2. 存储器存储器存存储储器器的的作作用用是是存存放放系系统统程程序序、用用户户程程序序和和工工作作状状态态数数据据。系统程序相当于个人计算机的操作系统。系统程序相当于个人计算机的操作系统。RAMRAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。ROMROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。E2PROME2PROM具具有有非非易易失失性性，可可以以用用编编程程装装置置对对其其进进行行编编程程，用用来存放用户程序和数据。来存放用户程序和数据。闪闪存存（FLASHFLAS

39、H）具具有有断断电电后后保保护护数数据据的的功功能能，作作用用同同E2PROME2PROM。PLCPLC内存的大小常用内存的大小常用RAMRAM构成，为防止电源掉电使构成，为防止电源掉电使RAMRAM中的信息丢失，常用锂电池做后备保护中的信息丢失，常用锂电池做后备保护2.2.1 CPU2.2.1 CPU2.2.1 CPU2.2.1 CPU模块模块模块模块2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 输入输入输入输入/ / / /输出模块输出模块输出模块输出模块输输出出接接口口作作用用：将将主主机机向向外外输输出出的的信信号号转转换换成成可可以以驱驱动动外外部部执执行行电电路路的的信信号号，以

40、以便便控控制制接接触触器器线线圈圈等等电电器器通通断断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器 - - 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体管晶体管 - - 高速小功率高速小功率输输入入接接口口作作用用：将将按按钮钮、行行程程开开关关或或传传感感器器等等产产生生的的信信号，转换成数字信号送入主机。号，转换成数字信号送入主机。采采用用光光电电隔隔离离，实实现现了了PLCPLC的的内内部部电电路路与与外外部部电电路路的的电电气隔离，减小了电磁干扰。气隔离，减小了电磁干扰。1. 1. 数

41、字量输入模块数字量输入模块直流输入模块直流输入模块COM光电耦合器光电耦合器直流电源直流电源输入端子输入端子发光二极管发光二极管2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 输入输入输入输入/ / / /输出模块输出模块输出模块输出模块分析：分析： R R1 1（3.3K3.3K）与与C C1 1（1000PF1000PF）组组成成RCRC低低通通滤滤波波器器，抑抑制制输输入入信信号号的的高高频频干干扰扰，R R2 2（470)470)是是C C1 1上上的的电电荷荷泄泄放放电电阻阻，当当SBSB断开时，断开时，C C1 1上的电荷通过上的电荷通过R R2 2泄放。泄放。采用采用光电耦合器，

42、防止强电干扰。光电耦合器，防止强电干扰。2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 输入输入输入输入/ / / /输出模块输出模块输出模块输出模块R R1 1C C1 1R R2 21. 数字量输入模块数字量输入模块交流输入模块交流输入模块C C为为隔隔离离电电容容，对对于于交交流流相相当当于于短短路路，R1R1和和R2R2构构成成分分压压电电路路，该该电电路路接接受受外外部部输输入入电电压压时时，其其工工作作原原理理基基本本与与直直流流输入模块类同。输入模块类同。2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 输入输入输入输入/ / / /输出模块输出模块输出模块输出模块2.2.数字量输

43、出模块数字量输出模块直流输出模块直流输出模块2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 输入输入输入输入/ / / /输出模块输出模块输出模块输出模块输输出出模模块块的的作作用用是是将将内内部部电电平平信信号号转转换换为为外外部部所所需需的的电电平平等等级级的的输输出出信信号号，并并传传给给外外部部负负载载。根根据据电电源源为为直直流流电可称为直流输出模块。电可称为直流输出模块。2.2.数字量输出模块数字量输出模块交流晶闸管输出模块交流晶闸管输出模块2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 输入输入输入输入/ / / /输出模块输出模块输出模块输出模块采采用用双双向向光光控控晶晶闸闸

44、管管驱驱动动的的。工工作作原原理理是是：当当输输出出锁锁存存器器的的对对应应位位为为1 1时时，发发光光二二极极管管导导通通发发光光，使使双双向向晶晶闸闸管管触发导通从而使负载得电。触发导通从而使负载得电。2.2.数字量输出模块数字量输出模块交直流继电器输出模块交直流继电器输出模块2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 输入输入输入输入/ / / /输出模块输出模块输出模块输出模块采采用用固固体体继继电电器器驱驱动动的的。工工作作原原理理是是：当当输输出出锁锁存存器器的的对对应应位位为为1 1时时，使使线线圈圈得得电电，常常开开触触点点吸吸合合，使使负负载载得得电电。带负载能力较强，频

45、率较低。带负载能力较强，频率较低。3. 3. 模拟量输入模块模拟量输入模块模模拟拟量量输输入入模模块块是是把把模模拟拟信信号号转转换换成成PLCPLC的的CPUCPU可可以以处处理理的的数数字字量量。又又称称A/DA/D转转换换模模块块，一一般般模模拟拟输输入入信信号号都都为为标标准准的的传传感感器器信信号号。模模拟拟量量输输入入模模块块把把模模拟拟信信号号转转换换成成数数字字，一般为一般为1212位二进制数。位二进制数。4. 4. 模拟量输出模块模拟量输出模块模模拟拟量量输输出出模模块块是是把把PLCPLC的的CPUCPU要要输输出出的的数数字字量量转转换换成成外外部部设备需要的模拟量（电压

46、或电流），又称为设备需要的模拟量（电压或电流），又称为D/AD/A转换模块。转换模块。5. 5. 扩展接口模块扩展接口模块扩展接口模块的作用是扩大扩展接口模块的作用是扩大PLCPLC的控制规模。的控制规模。6. 6. 通信接口模块通信接口模块2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 输入输入输入输入/ / / /输出模块输出模块输出模块输出模块2.2.3 2.2.3 2.2.3 2.2.3 电源模块电源模块电源模块电源模块把把外外部部供供应应的的电电源源（一一般般为为单单相相8585260V260V、50/60HzAC50/60HzAC电电源源）变变换换成成系系统统内内部部各各单单元元所

47、所需需的的电电源源（5V5V和和15VDC15VDC电电源源) )。有有的的电电源源单单元元还还向向外外提提供供24V24V隔隔离离直直流流电电源源，可可供供开开关关量量输入单元连接的现场无源开关等使用。输入单元连接的现场无源开关等使用。可可编编程程序序控控制制器器的的电电源源一一般般采采用用开开关关式式电电源源，其其特特点点是是输输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。2.2.4 2.2.4 2.2.4 2.2.4 各种接口、高性能模块各种接口、高性能模块各种接口、高性能模块各种接口、高性能模块便于扩展便于扩展小型机：一体机，

48、有接口可扩展。小型机：一体机，有接口可扩展。 电源模块CPU模块IO模块底 板中、大型机：模块式，可根据需要在主板上随意组合。中、大型机：模块式，可根据需要在主板上随意组合。2.2.4 2.2.4 2.2.4 2.2.4 各种接口、高性能模块各种接口、高性能模块各种接口、高性能模块各种接口、高性能模块编编程程设设备备可可以以是是专专用用的的手手持持式式的的编编程程器器；也也可可以以是是安安装装了了专专门门的的编编程程通通讯讯软软件件的的个个人计算机。人计算机。用用户户可可以以通通过过键键盘盘输输入入和和调调试试程程序序；另另外外在在运运行行时时，还还可可以以对对整整个个控控制制过过程程进进行行

49、监监控。控。PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTC EVTMT SVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR2.2.4 2.2.4 2.2.4 2.2.4 各种接口、高性能模块各种接口、高性能模块各种接口、高性能模块各种接口、高性能模块其其他他外外围围设设备备 显显示示器器、操操作作面板、打印机等。面板、打印机等。1. PLC1. PLC的基本配置的基本配置根据根据PLCPLC的结构类型，基本配置

50、分为的结构类型，基本配置分为3 3种：种：（1 1）整整体体式式结结构构S7-200S7-200，各各组组成成部部分分均均紧紧凑凑的的封封装在一个机壳内。装在一个机壳内。（2 2）模模块块式式结结构构S7-300/400S7-300/400这这种种结结构构的的PLCPLC控控制制点点数数比比较较多多、功功能能比比较较强强。各各模模块块功功能能是是独独立立的的，外外形形尺尺寸一致，安装时将这些框架或基板上即可。寸一致，安装时将这些框架或基板上即可。2.2.5 2.2.5 2.2.5 2.2.5 PLCPLCPLCPLC的配置的配置的配置的配置（3 3）混混合合式式结结构构 混混合合式式PLCPL

51、C由由PLCPLC主主机机和和扩扩展展模模块块组组成成。其其中中PLCPLC主主机机由由CPUCPU、存存储储器器、通通信信电电路路、基基本本输输入入/ /输输出出模模块块、电电源源等等基基本本模模块块组组成成，相相当当于于一一个个整整体体式式的的PLCPLC，可以单独完成控制功能。可以单独完成控制功能。2. PLC2. PLC的扩展配置的扩展配置如如果果控控制制系系统统的的输输入入/ /输输出出点点数数比比较较多多，而而控控制制规规律律又又不不是是很很复复杂杂，采采用用大大型型PLCPLC成成本本上上不不经经济济，可可以以采采用用扩扩展配置方式，即主机带扩展机的配置。展配置方式，即主机带扩展

52、机的配置。（1 1）近近程程扩扩展展配配置置近近程程扩扩展展机机主主要要用用于于扩扩大大控控制制规规模模，在在主主机机上上使使用用模模块块，除除CPUCPU模模块块外外，均均可可在在扩扩展展机机上使用。上使用。2.2.5 2.2.5 2.2.5 2.2.5 PLCPLCPLCPLC的配置的配置的配置的配置（2 2）当当有有部部分分现现场场信信号号比比较较集集中中，而而又又与与其其他他现现场场信信号号相相距距较较远远时时，可可采采用用远远程程扩扩展展方方式式。远远程程扩扩展展机机主主要要用用于于扩扩大大控控制制距距离离。I/OI/O模模块块和和部部分分功功能能模模块块可可在在远远程程机机上上使用

53、，远程站上需要电源模块。使用，远程站上需要电源模块。2.3.1 PLC2.3.1 PLC的系统程序的系统程序系系统统程程序序有有PLCPLC制制造造者者采采用用汇汇编编语语言言编编写写的的，固固化化与与ROMROM型型系系统统程程序序存存储储器器中中，用用于于控控制制PLCPLC本本身身的的运运行行，用用户户不能更改。包括下述三部分：不能更改。包括下述三部分：（1 1）系系统统管管理理程程序序系系统统程程序序最最重重要要的的部部分分，整整个个都由它主管：运行管理、存储空间管理、系统自检。都由它主管：运行管理、存储空间管理、系统自检。（2 2）用用户户指指令令解解释释和和编编辑辑程程序序解解释释

54、程程序序将将用用户户程程序序编编译译成成相相应应的的一一串串机机器器码码语语言言，然然后后通通过过CPUCPU完完成成任任务，为提高解释速度，用户程序是以内码形式存放的。务，为提高解释速度，用户程序是以内码形式存放的。（3 3）标标准准程程序序模模块块和和系系统统调调用用 这这部部分分是是由由许许多多独独立立的的程程序序块块组组成成的的，各各自自完完成成不不同同的的功功能能，如如有有些些完完成成输输入、输出功能，有些完成运算功能等。入、输出功能，有些完成运算功能等。2.3 2.3 2.3 2.3 PLCPLCPLCPLC的软件系统的软件系统的软件系统的软件系统2.3.2 PLC2.3.2 PL

55、C的用户程序的用户程序用用户户程程序序又又称称为为应应用用程程序序，是是用用户户为为完完成成某某一一控控制制任任务务而而利利用用PLCPLC的的编编程程语语言言编编制制的的程程序序。存存储储在在系系统统程程序序指指定的存储区域内。定的存储区域内。与与微微机机的的编编程程一一样样，用用户户程程序序需需要要一一个个编编程程环环境境、一一个个程序结构和一个编程方法。程序结构和一个编程方法。（1 1）用用户户环环境境由由系系统统程程序序生生成成，包包括括数数据据结结构构、用户元件区、用户程序存储区、用户参数等。用户元件区、用户程序存储区、用户参数等。（2 2）用户程序结构）用户程序结构线性程序、分块程

56、序、结构化程序。线性程序、分块程序、结构化程序。（3 3）用户的编程语言）用户的编程语言梯形图、语句表、功能块图。梯形图、语句表、功能块图。2.3 2.3 2.3 2.3 PLCPLCPLCPLC的软件系统的软件系统的软件系统的软件系统2.4 2.4 2.4 2.4 PLCPLCPLCPLC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理2.4.1 2.4.1 接线程序控制与存储程序控制接线程序控制与存储程序控制继继电电- -接接触触器器控控制制系系统统是是通通过过电电器器元元件件的的固固定定接接线线来来实实现现控控制制逻逻辑辑，完完成成控控制制任任务务的的。见见下下图图，只只有有S1S1和和S2S2

57、两两个开关都闭合后，灯个开关都闭合后，灯HL1HL1才能亮；才能亮；HL1HL1亮亮2s2s后，后，HL2HL2亮。亮。2.4 2.4 2.4 2.4 PLCPLCPLCPLC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理2.4.1 2.4.1 接线程序控制与存储程序控制接线程序控制与存储程序控制在在PLCPLC控控制制系系统统中中，用用户户根根据据控控制制要要求求编编制制出出相相应应的的控控制制程程序序，并并写写入入PLCPLC的的程程序序存存储储器器中中，控控制制系系统统运运行行时时，PLCPLC依依次次读读取取程程序序存存储储器器中中的的程程序序语语句句，对对其其内内容容进进行行解解释释并并加

58、以执行，加以执行，PLCPLC将执行的结果输出给相应的设备。将执行的结果输出给相应的设备。PLCPLC控制系统的软继电器的解释控制系统的软继电器的解释 （1 1）输输入入部部分分：外外部部输输入入信信号号由由外外部部输输入入电电路路，PLCPLC输输入接线端子和入接线端子和“输入继电器输入继电器”组成。组成。理理解解：外外部部输输入入信信号号经经PLCPLC接接线线端端子子去去驱驱动动输输入入继继电电器器的的线线圈圈，每每个个输输入入端端子子与与其其相相同同编编号号的的输输入入继继电电器器有有唯唯一一确定的对应关系。确定的对应关系。当当外外部部的的输输入入元元件件处处于于接接通通状状态态时时，

59、对对应应的的输输入入继继电电器器线线圈圈得得电电，在在程程序序中中其其常常开开触触点点闭闭合合，常常闭闭触触点点断断开开，编编程程时时应应注注意意“输输入入线线圈圈”只只能能由由外外部部信信号号驱驱动动，不不能能在在程程序序内内部部用用指指令令来来驱驱动动，因因此此，在在用用户户编编程程的的梯梯形形图图中中，只只能能出出现现“输输入入继继电电器器”的的触触点点，而而不不应应出出现现“输输入继电器入继电器”的线圈。的线圈。2.4 2.4 2.4 2.4 PLCPLCPLCPLC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理PLCPLC控制系统的软继电器的解释控制系统的软继电器的解释实实质质：见见输输入

60、入模模板板图图当当外外部部输输入入信信号号的的状状态态为为“1”1”或或“0” 0” 对应对应D D触发器为触发器为“1”1”或或“0”0”当当外外部部输输入入信信号号是是闭闭合合回回路路时时对对应应的的D D中中为为“1”1”，相相当当于常开触点闭合（接通于常开触点闭合（接通 ）当当外外部部输输入入信信号号是是断断开开回回路路时时对对应应的的D D中中为为“0”0”，相相当当于常开触点断开。于常开触点断开。故故在在梯梯形形图图中中可可取取用用无无数数次次常常开开或或常常闭闭触触点点，即即可可以以提提供任意多个动合或动断触点供供任意多个动合或动断触点供PLCPLC控制电路编程使用。控制电路编程

61、使用。结结论论：PLCPLC中中的的输输入入继继电电器器是是“软软继继电电器器”，它它本本质质上上是是存存储储单单元元，用用于于存存储储单单元元可可无无限限次次的的读读取取，所所以以有有无无数对常开常闭触点供编程时使用。数对常开常闭触点供编程时使用。2.4 2.4 2.4 2.4 PLCPLCPLCPLC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理（2 2）内内部部控控制制电电路路：由由用用户户程程序序形形成成，即即用用软软继继电电器器代代替替硬硬继继电电器器的的控控制制逻逻辑辑，由由梯梯形形图图语语言言编编制制。梯梯形形图图由由触触点点、线线圈圈或或功功能能方方框框等等构构成成，画画梯梯形形图图

62、时时，从从左左母母线线开开始始，经经过过触触点点、线线圈圈（或或功功能能方方框框）终终止止于于右右母母线线（s7-200s7-200右右母母线线省省略略）。读读梯梯形形图图时时，可可把把左左母母线线看看作作是是提提供供能能量量的的母母线线，触触点点闭闭合合可可以以使使能能流流流流过过，触触点点断断开开，阻阻止止能能流流流流过过，线线圈圈代代表表逻逻辑辑输输出出的的结结果果，实实际际上上，并并不不存存在在这这种种能能流流，只是为仿继电器的读法而已。只是为仿继电器的读法而已。2.4 2.4 2.4 2.4 PLCPLCPLCPLC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理（3 3）输输出出部部分分（

63、以以继继电电器器输输出出型型PLCPLC为为例例）由由在在PLCPLC内内部部且且与与内内部部控控制制电电路路隔隔离离的的输输出出继继电电器器的的外外部部动动合合触触点点、输输出出接接线线端端子子和和外外部部驱驱动动电电路路组组成成，用用于于驱驱动动外外部部负负载载，输输出出继继电电器器线线圈圈的的通通断断状状态态只只能能在在程程序序内内部部用用指指令令驱驱动动。PLCPLC内内部部控控制制电电路路中中有有许许多多输输出出继继电电器器，每每个个输输出出继继电电器器除除了了有有为为内内部部控控制制电电路路提提供供编编程程用用的的任任意意多多个个动动合合、动动断断触触点点外外，还还为为外外部部负负

64、载载电电路路提提供供了了一一个个实实际际的的动动合合触触点点与与外外部部接接线线端子相连，驱动外部负载，负载电路必须由外部电源提供。端子相连，驱动外部负载，负载电路必须由外部电源提供。问题：问题：1 1、梯形图中的常开、常闭触点是现场的物理开关触点吗？、梯形图中的常开、常闭触点是现场的物理开关触点吗？2 2、梯形图中的输出线圈是物理线圈吗？、梯形图中的输出线圈是物理线圈吗？2.4 2.4 2.4 2.4 PLCPLCPLCPLC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理PLCPLC与继电器控制的比较：与继电器控制的比较：PLCPLC的的程程序序控控制制中中，广广泛泛应应用用梯梯形形图图，并并使使

65、用用简简单单的的指指令令系系统统 将将梯梯形形图图变变成成PLCPLC能能接接受受的的程程序序，由由编编程程器器键键入入PLCPLC内内部部的的用用户户存存储储器器，为为了了便便于于应应用用和和推推广广，梯梯形形图图与与继继电电器器控控制制图图有有许许多多类类似似之之处处，同同时时，由由于于PLCPLC的结构、工作原理与继电器控制系统截然不同，故二者又存在许多差异。的结构、工作原理与继电器控制系统截然不同，故二者又存在许多差异。相同之处：相同之处：（1 1）电路结构形式基本相同；）电路结构形式基本相同；（2 2）梯形图大致沿用了继电器控制电路元件符号，仅个别处有些不同；）梯形图大致沿用了继电器

66、控制电路元件符号，仅个别处有些不同；（3 3）信号输入）信号输入/ /输出形式及控制的功能相同。输出形式及控制的功能相同。不同之处：不同之处：（1 1）组组成成器器件件不不同同：继继电电器器控控制制线线路路是是由由许许多多真真正正的的硬硬件件继继电电器器组组成成，而而梯梯形形图图则则由由许许多多“软软继继电电器器”组组成成，它它们们实实质质是是存存储储器器中中的的每每一一个个触触发器，硬件继电器易磨损，而发器，硬件继电器易磨损，而“软继电器软继电器”无磨损现象。无磨损现象。2.4 2.4 2.4 2.4 PLCPLCPLCPLC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理（2 2）工工作作方方式式

67、不不同同：在在继继电电器器控控制制线线路路中中，当当电电源源接接通通时时，线线路路中中各各继继电电器器都都处处于于受受制制约约状状态态，即即该该吸吸合合的的继继电电器器都都同同时时吸吸合合，不不该该吸吸合合的的继继电电器器都都因因受受某某种种条条件件限限制制不不能能吸吸合合；在在梯梯形形图图的的控控制制线线路路中中, ,图图中中各各软软继继电电器器都都处处于于周周期期性性循循环环扫扫描描接接通通中中，受受同同一一条条件件制制约约的各个继电器的动作次序由程序扫描顺序决定。的各个继电器的动作次序由程序扫描顺序决定。（3 3）触触点点数数量量不不同同：硬硬继继电电器器的的触触点点数数量量有有限限，用

68、用于于控控制制的的继继电电器器的的触触点点一一般般只只有有4 48 8对对，而而梯梯形形图图中中每每只只软软继继电电器器供供编编程程使使用用的的触触点点数数量量有有无无限限对对，因因为为存存储储器器中中的的触触发发器器状状态态（电电平平）可可去去用用任任意意次。次。（4 4）编编程程方方式式不不同同：在在继继电电器器控控制制线线路路中中，为为了了达达到到某某种种控控制制目目的的，要要求求安安全全可可靠靠，节节约约触触点点使使用用量量，因因此此设设置置了了许许多多制制约约关关系系连连锁锁环环节节。在在梯梯形形图图中中，用用于于是是扫扫描描工工作作方方式式，不不存存在在几几个个并并列列支支路路同同

69、时时动作的因素，大大简化了电路的设计。动作的因素，大大简化了电路的设计。2.4 2.4 2.4 2.4 PLCPLCPLCPLC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理PLCPLC控制系统等效电路图控制系统等效电路图 2.4 2.4 2.4 2.4 PLCPLCPLCPLC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理PLCPLC的工作原理的工作原理建立建立I/OI/O映像区映像区输输入入点点总总有有输输入入映映象象区区的的某某一一位位与之相对应与之相对应 I/OI/O映映象象区区的的大大小小与与系系统统控控制制的的规模有关。规模有关。 PLCPLC工工作作时时，将将采采集集到到的的输输入入信信号号

70、状状态态存存放放在在输输入入映映象象区区对对应应的的位位上上；将将运运算算的的结结果果存存放放到到输输出出映映象象区区对对应应的的位位上上。PLCPLC在在执执行行用用户户程程序序时时所所需需“输输入入继继电电器器”、“输输出出继继电电器器”的的数数据据取取用用于于I/OI/O映映象象区区，而而不不直直接接与与外外部部设设备备发生关系发生关系 。2.4 2.4 2.4 2.4 PLCPLCPLCPLC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理2.4.2 PLC2.4.2 PLC2.4.2 PLC2.4.2 PLC的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程定期检查用户

71、程序存储器、定期检查用户程序存储器、I/O单元的连接、单元的连接、I/O总线是否正常，定期复位监控定时器总线是否正常，定期复位监控定时器WDTPLC之间以及之间以及PLC与与PC之间；之间； PLC与其他带与其他带微处理器的智能装置通信微处理器的智能装置通信编程器、终端设备、彩色图形显示器、打印机编程器、终端设备、彩色图形显示器、打印机 以扫描的方式按顺序逐句扫描处理，运算结果存以扫描的方式按顺序逐句扫描处理，运算结果存入输出映象区对应位中入输出映象区对应位中 扫描的方式输入信号的状态存入输入映象区；结扫描的方式输入信号的状态存入输入映象区；结果存入输出映象区，直至传送到外部被控设备。果存入输

72、出映象区，直至传送到外部被控设备。 清除内部继电器区，复位定时器等，并进行自诊清除内部继电器区，复位定时器等，并进行自诊断，对电源、断，对电源、PLC内部电路、用户程序的语法进内部电路、用户程序的语法进行检查。行检查。 可编程序控制器对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。 对对用户编程者来说，没有必要了解用户编程者来说，没有必要了解PLC系统的动作系统的动作过程，但对过程，但对PLC在运在运行状态执行用户指令的动作过程比了解。行状态执行用户指令的动作过程比了解。2.4.2 PLC2.4.2 PLC2.4.2 PLC2.4.2 PLC的循环扫描工作

73、过程的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程PLCPLC的工作过程举例的工作过程举例2.4.2 PLC2.4.2 PLC2.4.2 PLC2.4.2 PLC的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程如如果果热热继继电电器器FRFR动动作作（其其常常闭闭触触点点断断开开）后后需需要要手手动动复复位位，可可将将FRFR的的常常闭闭触触点点与与接接触触器器的的线线圈圈串串联联，这这样样，可可以以少少用用一一个个PLCPLC的的输输入入点点，梯梯形形图图I0.0I0.0、I0.1I0.1、I0.2I0.2是是输输入入量量，Q0.0Q0.0是输出量，它们是梯形

74、图的编程元件。是输出量，它们是梯形图的编程元件。I0.0I0.0与与接接在在输输入入端端子子0.00.0的的SB1SB1常常开开触触点点相相对对应应，I0.1I0.1与与接接在在输输入入端端子子0.10.1的的SB2SB2常常开开触触点点相相对对应应，I0.2I0.2与与接接在在输输入入端端子子0.10.1的的FRFR常常开开触触点点相相对对应应，Q0.0Q0.0与与接接在在输输出出端端子子0.00.0的的PLCPLC地输出电路和输出继电器地输出电路和输出继电器Q Q的的Q0.0Q0.0相对应；相对应；梯梯形形图图是是以以指指令令的的形形式式存存储储在在PLCPLC的的用用户户存存储储器器中中

75、，在在输输入入采采样样阶阶段段，CPUCPU将将SB1SB1、SB2SB2的的常常开开触触点点的的ON/OFFON/OFF状状态态读读入入响响应应的的输输入入映映像像寄寄存存器器，当当外外部部触触点点接接通通时时，将将“”送入中，反之存入送入中，反之存入“”。2.4.2 PLC2.4.2 PLC2.4.2 PLC2.4.2 PLC的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程PLCPLC举例分析（续）：举例分析（续）：执执行行第第一一条条指指令令时时，从从中中的的0.00.0中中取取二二进进制制数数，并并存存入入堆堆栈栈的的栈栈顶顶，执执行行第第二二条条指指令令时时，

76、从从的的0.00.0中中取取出出二二进进制制数数并并与与栈栈顶顶中中的的二二进进制制数数相相或或，运运算算结结果果存存入入栈栈顶顶，运运算算结结束束后后，只只保保留留运运算算结结果果，不不保保留留参参与与运运算算的的数数据据。执执行行第第三三条条指指令令时时，因因为为是是常常闭闭触触点点，取取的的. .的的二二进进制制数数后后，将将它它取取反反后后与与前前面面的的运运算算结结果果相相“与与”，然然后后存存入入栈栈顶顶，执执行行第第四四条条指指令令时时，将将栈栈顶顶中中的的二进制数复制到的二进制数复制到的Q0.0Q0.0中；中；在在输输出出刷刷新新阶阶段段，CPUCPU将将各各Q Q中中的的二二

77、进进制制数数送送到到输输出出模模块块并并锁锁存存起起来来，若若Q0.0Q0.0的的二二进进制制数数是是1 1，外外接接的的KMKM线线圈圈将将通通电，反之，将断开。电，反之，将断开。2.4.2 PLC2.4.2 PLC2.4.2 PLC2.4.2 PLC的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程输入、输出延迟响应输入、输出延迟响应 输输入入电电路路滤滤波波时时间间，它它由由RCRC滤滤波波电电路路的的时时间间常常数数决决定。改变时间常数可调整输入延迟时间。定。改变时间常数可调整输入延迟时间。 PLCPLC循环扫描的工作方式循环扫描的工作方式 用户程序中语句的安排用

78、户程序中语句的安排 PLCPLC对输入采样、输出刷新的集中处理方式对输入采样、输出刷新的集中处理方式 输输出出电电路路的的滞滞后后时时间间，它它与与输输出出电电路路的的输输出出方方式式有有关关。继继电电器器输输出出方方式式的的滞滞后后时时间间为为10ms10ms左左右右；双双向向晶晶闸闸管管输输出出方方式式，在在接接通通负负载载时时滞滞后后时时间间约约为为1ms1ms，切切断断负负载载时时滞滞后时间小于后时间小于10ms10ms；晶体管输出方式的滞后时间小于晶体管输出方式的滞后时间小于1ms1ms。2.4.2 PLC2.4.2 PLC2.4.2 PLC2.4.2 PLC的循环扫描工作过程的循环

79、扫描工作过程的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程CPU读读输输入入输入输出延迟时间输入输出延迟时间输入输出延迟时间输入输出延迟时间最短响应时间最短响应时间最短响应时间最短响应时间输入输入/输输出刷出刷新时新时间间最短响应时间=输入延迟时间+一个扫描周期+输出延迟时间输输出出刷刷新新CPU读读输输入入输入输入/输输出刷出刷新时新时间间输入输出延迟时间输入输出延迟时间输入输出延迟时间输入输出延迟时间最长响应时间最长响应时间最长响应时间最长响应时间最长响应时间=输入延迟时间+两个扫描时间+输出延迟时间输入输出延迟时间输入输出延迟时间输入输出延迟时间输入输出延迟时间最长响应时间最长响应时间最长响应时间

80、最长响应时间2.5 PLC2.5 PLC2.5 PLC2.5 PLC的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程2.5 PLC2.5 PLC2.5 PLC2.5 PLC的主要性能指标的主要性能指标的主要性能指标的主要性能指标PLCPLC的的技技术术指指标标有有很很多多种种，主主要要可可以以从从以以下下几几个个方方面面衡衡量量一个产品的技术性能。一个产品的技术性能。1.1.输入输入/ /输出（输出（I/OI/O）点数）点数2.2.存储器容量存储器容量3.3.扫描速度扫描速度4.4.指令种类和条数指令种类和条数5.5.特殊特殊I/OI/O单元单元6.6.支持软件支持软件

81、7.7.联网能力和网络通信能力联网能力和网络通信能力8.8.适应环境能力适应环境能力小结小结小结小结PLCPLC作作为为一一种种工工作作控控制制标标准准设设备备，尽尽管管厂厂家家和和种种类类繁繁多多，但是他们都具有相同的工作原理，使用方法也大同小异。但是他们都具有相同的工作原理，使用方法也大同小异。1.PLC1.PLC是是计计算算机机技技术术与与继继电电- -接接触触器器控控制制技技术术相相结结合合的的产产物物。它它为为工工业业环环境境下下的的应应用用而而设设计计，可可靠靠性性高高、使使用用方方便。便。2.PLC2.PLC的的功功能能不不断断增增强强，使使PLCPLC的的应应用用领领域域不不断断扩扩大大，使使用方式也更加丰富。用方式也更加丰富。3.PLC3.PLC的的组组成成主主要要有有CPUCPU模模块块、I/OI/O模模块块、电电源源模模块块和和外外部部设设备备等等，按按集集中中采采样样、集集中中输输出出、按按周周期期循循环环扫扫描描方方式式工作。工作。