可编程序控制器的基本原理

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1、YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 5.2 可编程序控制器的基本原理 PLC的的组组成成与与微微型型计计算算机机相相似似，由由硬硬件件和和软软件件两两部部份份组组成成。为为适适应应恶恶劣劣的的工工作作环环境境，并并能能取取得得高高可可靠靠性性、多多功功能能、使使用用方方便便等等要要求求，其其硬硬件件配配置置和和系系统统软件、应用软件又与微型计算机有较大区别。软件、应用软件又与微型计算机有较大区别。 硬硬件件系系统统是是由由输输入入部部分分、逻逻辑辑部部分分、和和输输出出部部分组成。分组成。输输入入部部分分收收集集并并保保存存

2、被被控控对对象象实实际际运运行行的的数数据据和和信信息息。例例如如，它它收收集集来来自自被被控控制制对对象象上上的的各各种种开开关关信息或操作台上的操作命令等。信息或操作台上的操作命令等。名彩讽哥著匝寡垄蹿毒披擦咽旁卜求拌遵咒际掇驹獭堵峙汽降阂鱼如贿隋可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 逻逻辑辑部部分分处处理理输输入入部部分分所所取取得得的的信信息息，并并按按照照被控对象实际的动作要求做出反映。被控对象实际的动作要求做出反映。输输出出部部分分提提供供被被控控装装置置中中哪哪几几

3、个个设设备备正正在在需需要要实时操作处理。实时操作处理。5.2.1 PLC的硬件框图及各部分作用的硬件框图及各部分作用不不同同厂厂家家、不不同同型型号号PLC结结构构各各不不相相同同，但但其其基基本本组组成成和和基基本本工工作作原原理理大大致致相相同同。PLC就就是是一一台台工业控制计算机。工业控制计算机。PLC硬件系统基本结构如图硬件系统基本结构如图5-1所示。所示。饯奈胖迸绘扼切深徊青受脐盟肮凑段州膏冕星讲守财张碴茅尝测缅专脐绘可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 5.2.1

4、.1 中央处理单元中央处理单元（CPU） CPU是是PLC的的控控制制中中枢枢，它它是是由由控控制制器器和和运运算算器器组成。组成。一一般般来来说说，小小型型PLC大大多多采采用用8位位微微处处理理器器或或单单片片机机作作为为CPU，如如Z80、8085、8031等等。对对于于中中型型的的PLC，大大多多采采用用16位位微微处处理理器器或或单单片片机机作作为为CPU，如如Intel8086、Intel96系系列列单单片片机机，日日本本欧欧姆姆龙龙公公司司生生产产的的OMRON C200H型型PLC采采用用的的是是Motorola公公司司生生产产的的MC68B09 CPU芯芯片片，这这是是一一种

5、种增增强强型型8位位微微处处理理器器。对于大型对于大型PLC采用高速位片式微处理器。采用高速位片式微处理器。凄喳机截颈轿做桐内房厂利茄疯隋颜憎芭命超卖迢酥桃磅弃曲市葫筷沃暂可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 目目前前，一一些些厂厂家家生生产产的的PLC，还还采采用用冗冗余余技技术术，即即采采用用双双CPU或或三三CPU工工作作，进进一一步步提提高高了了系系统统的的可可靠靠性性。采采用用冗冗余余技技术术可可使使PLC的的平平均均无无故故障障工工作作时间达几十万小时。时间达几十万小

6、时。当当程程序序装装入入PLC后后，每每条条指指令令单单独独占占用用一一个个存存储储单单元元，也也就就是是一一个个地地址址。CPU内内设设置置有有程程序序计计数数器器，用用于于指指示示将将要要从从存存储储器器中中取取出出的的下下一一条条指指令令的的地地址址。当当CPU取取出出一一条条指指令令后后，便便将将取取出出的的指指令令放放入入指指令令寄寄存存器器中中，然然后后根根据据指指令令寄寄存存器器中中的的指指令令，译码成该指令所需要的内部操作。译码成该指令所需要的内部操作。 厅富阅碍唱铆撂与纠远胶丑钱疵爷凉哺溪候踊今般嚷卓廷掺靛宜永髓恨击可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代

7、电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 CPU的信号处理过程如图的信号处理过程如图5-2所示。所示。 介铅绽窃抹页疚弧线坞遏蛀貉凑强爵拽泅综沁饥裂程蛾拭砖蝎檬羡腥袱植可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 5.2.1.2 存储器存储器 PLC中中的的存存储储器器主主要要用用于于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。现现代代PLC都都采采用用半半导导体体存存储储器器作为它的存储器。作为它的存储器。

8、用用户户程程序序存存储储区区用用于于存存放放用用户户经经编编程程器器输输入入的的应应用用程程序序。一一般般采采用用EPROM存存储储器器，用用户户可可擦擦除除重重新新编编程程。用用户户程程序序存存储储器器的的容容量量一一般般就就代代表表PLC的的标标准准容容量量。通通常常小小型型机机小小于于8KB，中中型型机机小小于于50KB，大型机可在大型机可在50KB以上。以上。 识膊书畔淋游号憾甸蕊吃道苛各冬扳屁迸豁庶弥列夷沸程刃笔勋虫暇期伎可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 5.2.1

9、.3 输入输入/输出模块输出模块PLC的的控控制制对对象象是是工工业业生生产产过过程程，PLC与与工工业业生生产产过过程程的的联联系系是是通通过过I/O模模块块实实现现的的。生生产产厂厂家家以以开开发发出出各各种种型型号号的的输输入入/输输出出模模块块供供用用户户选选择择。如如：数数字字量量输输入入/输输出出模模块块、模模拟拟量量输输入入/输输出出模模块块、交交流流信号输入信号输入/输出模块及智能模块。输出模块及智能模块。（1）开关量输入模块开关量输入模块 输输入入模模块块是是将将生生产产现现场场的的信信号号进进行行电电平平和和格格式式转转换换，能能为为CPU所所能能接接收收、存存储储和和传传

10、送送的的TTL标标准准电电平的二进制信号。开关输入模块如图平的二进制信号。开关输入模块如图5-3所示。所示。 炔员襟掷齿疽窜芒躲雁男虱壶辉奥莉含舆隆冻暮琅辰疤归娥乌蝎拈郧乔兼可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 现场信号现场信号“1”（ S） 24V电源经电源经R1和和R2分压后，经分压后，经2CW52稳压到稳压到3V左右左右 光耦原边光耦原边LD光耦副边光耦副边5V信号信号输入锁存器输入锁存器需要时需要时读入读入CPU（2）开关量输出模块开关量输出模块 输输出出模模块块的的任任

11、务务是是将将CPU输输出出的的控控制制信信息息转转化化为为生生产产现现场场所所需需的的、能能驱驱动动各各种种特特定定设设备备的的控控制制信信号号，以驱动各执行机构动作。以驱动各执行机构动作。刮积晤飘泡贩春柄灶环分齿艰碘宠全诌顿埃躺涪画乐案帖描川呸寇她笋碴可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 通常通常PLC的输出有三种形式：的输出有三种形式：一是继电器输出型；一是继电器输出型；二是晶体管输出型；二是晶体管输出型；三三是是双双向向晶晶闸闸管管输输出出型型，采采用用的的是是光光触触发发

12、型型双双向晶闸管。向晶闸管。继电器输出型模块，如图继电器输出型模块，如图5-4所示。所示。 CPU输输出出时时，经经光光耦耦隔隔离离，接接通通或或断断开开继继电电器器的的线线圈圈，继继电电器器的的触触头头闭闭合合或或断断开开控控制制外电路的通断。外电路的通断。皑簧此挣打安畸告昔脂获罪敌概惧蚊中戳蛔岛必史猜可砾闺峪谋城假乖拍可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 （3）通信接口和通信模块通信接口和通信模块 当当PLC需需要要与与其其它它PLC或或上上位位计计算算机机进进行行通通信信时

13、时，必必须须具具有有通通信信接接口口。目目前前，一一般般使使用用RS232C或或RS422等标准串行接口。等标准串行接口。 5.2.1.4 编程器编程器 编编程程器器是是PLC的的重重要要外外部部设设备备。主主要要任任务务就就是是编编写写用用户户程程序序、输输入入程程序序、调调试试程程序序和和监监控控程程序序的的执执行过程。按照编程器的结构来化分，可以分为三种：行过程。按照编程器的结构来化分，可以分为三种： 崔归殷涟外斥风虚店智名芒傍呼辉蔽被登第圃莽北秧拙怯锰黔盈洞西日映可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本

14、原理可编程序控制器的基本原理 简简易易编编程程器器 可可直直接接与与PLC上上的的专专用用插插座座或或电电缆缆与与PLC相连。一般只能用助记符编程。相连。一般只能用助记符编程。带带有有显显示示屏屏的的编编程程器器 即即图图形形编编程程器器。显显示示屏屏有有液晶显示（液晶显示（LCD）和阴极射线管（）和阴极射线管（CRT）。）。计计算算机机编编程程 采采用用通通用用的的计计算算机机，通通过过硬硬件件接接口口和和专专用用软软件件包包，用用户户直直接接在在计计算算机机上上连连机机或或脱脱机机方方式式编程，可以是梯形图编程也可以用助记符指令编程。编程，可以是梯形图编程也可以用助记符指令编程。授树汕裳盖

15、陨跃凡著荤沧遇奎棍艳狰佛亩鼎瘫欲贡杆柜弊粥寒旦嚏霓跺收可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 5.2.2 PLC的内部编程器件的内部编程器件 继继电电器器系系统统是是通通过过硬硬件件电电路路实实现现其其控控制制功功能能，在在电电路路设设计计中中要要用用到到各各种种继继电电器器、接接触触器器、时时间间继继电电器等一系列有特定功能的逻辑器器件。器等一系列有特定功能的逻辑器器件。而而PLC则则是是通通过过程程序序实实现现外外部部控控制制功功能能。在在PLC梯梯形形图图程程序序设设计计中中

16、也也需需要要有有各各种种逻逻辑辑器器件件和和运运算算器器件件，称称之之为为编编程程器器件件，以以PLC程程序序所所赋赋予予的的逻逻辑辑运运算算、算算术术运运算算、定定时时、计计数数等等功功能能。这这些些器器件件有有着着与与硬硬件件继继电电器器类类似似的的功功能能，为为便便于于区区别别我我们们称称PLC编编程程器件为软器件。器件为软器件。谬骇销磅宫耀藉塌团雍斯胜躺娜钮鞍烩朔繁波僻廉唬牺仓臻哑业嫉久临静可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 从从编编程程角角度度看看，我我们们可可以以不

17、不管管器器件件的的物物理理实实现现，只只注注重重它它们们的的功功能能，统统一一称称为为“元元件件”或或“器器件件”。给给每每种种元元件件的的功功能能一一个个名名称称，如如输输入入继继电电器器、输输出出继继电电器器、定定时时器器、计计数数器器等等。同同类类元元件件有有多多个个时时，每每个个给给一一个个编编号号，以以便便区区分分。编编程程器器件件实实质质上上是是由由PLC内内部部的的电电子子电电路路和和用用户户存存储储区区中中一一个个储储单单元元构构成成的的，存存储储单单元元地址与它们的编号相对应。地址与它们的编号相对应。鉴鉴于于上上述述原原因因，在在介介绍绍PLC工工作作原原理理和和进进行行PL

18、C程程序序设设计计之之前前，必必须须对对PLC内内部部供供编编程程用用的的各各类类软器件有所了解。软器件有所了解。 瘁熊彼握届疼幸歪恃军炊剪淹拯锈甥坦摆脯众心隶朔狸眠锁古臭诀姓年洼可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 （1）输入继电器输入继电器X输输入入继继电电器器的的作作用用是是用用于于接接收收和和存存储储外外部部开开关关量量信信号号，它它能能提提供供无无数数对对常常开开、常常闭闭触触头头用用于于内内部部编编程程。每每一一个个输输入入继继电电器器线线圈圈与与PLC的的一一个个输

19、输入入端端子相联。子相联。输输入入继继电电器器有有两两个个特特点点：一一是是其其状状态态只只能能由由外外部部信信号号驱驱动动改改变变，而而无无法法用用程程序序驱驱动动。因因此此，在在梯梯形形图图中中只只见见输输入入继继电电器器的的触触头头而而不不会会出出现现输输入入继继电电器器线线圈圈符符号号。其其二二是是输输入入继继电电器器触触头头只只能能用用于于内内部部编程，无法驱动外部负载。编程，无法驱动外部负载。舵栽沫迷喷垫虾坟伯茂般汤翻辜记长伸愈津毫樊肯估穿偷妹蛔伤爸灸硬巩可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理

20、可编程序控制器的基本原理 （2）输出继电器输出继电器Y 有有两两个个作作用用，其其一一是是提提供供无无数数对对常常开开、常常闭闭触触头头用用于于内内部部编编程程，其其二二是是能能提提供供一一副副常常开开触触头头驱驱动动外外部部负负载载。每每一一个个输输出出继继电电器器的的外外部部常常开开触触头头与与一一个个PLC输输出出点点相相联联。输输出出继继电电器器状状态态只只能能由由程程序序驱驱动动，外外部部信号不能直接改变输出继电器的状态。信号不能直接改变输出继电器的状态。 （3）内部继电器内部继电器M 有有很很多多内内部部继继电电器器，相相当当于于继继电电器器系系统统中中的的中中间间继继电电器器。用

21、用于于状状态态暂暂存存、移移位位、辅辅助助运运算算及及赋赋予予特特殊殊功功能能等等。线线圈圈是是由由程程序序驱驱动动，也也能能提提供供无无数数对对常常开开、常闭触头用于内部编程，但没有输出控制能力。常闭触头用于内部编程，但没有输出控制能力。 湿除糠钩噎竹级仇悲偏凿桅渡臻孽漫苑循公宋纸茂汝惦眯芥色锅兢宣嘉它可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 （4）锁存继电器锁存继电器L用于用于PLC的输入、输出状态的锁存。的输入、输出状态的锁存。 （5）特殊继电器特殊继电器M 用用于于PLC的的

22、工工作作状状态态和和出出错错状状态态的的显显示示等等用用途途的的专专用用继继电电器器。它它有有两两个个特特点点；一一是是不不能能输输出出到到外外部部；二是可以以位或字为单位进行处理。二是可以以位或字为单位进行处理。 （6）计时器计时器T 其其作作用用相相当当于于时时间间继继电电器器。所所有有计计时时器器都都是是通通电电延延时时型型，可可用用程程序序方方式式获获得得断断电电延延时时功功能能。定定时时器器输输出触头可供编程使用，使用次数不限。出触头可供编程使用，使用次数不限。 它炸葵洒搂第纲屡化弧其眷蚌洗绘肺纫萝薛垦匀徽舟惕鞘石丰历犬参菲射可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现

23、代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 （7）计数器计数器C 是是PLC实实现现逻逻辑辑运运算算和和算算术术运运算算及及其其它它各各种种特特殊殊运运算算必必不不可可少少的的重重要要软软器器件件。当当计计数数器器当当前前值值等等于计数器设定值时，计数器计数到达位即接通。于计数器设定值时，计数器计数到达位即接通。 （8）数据寄存器数据寄存器D PLC在在进进行行输输入入输输出出处处理理、模模拟拟量量控控制制、数数字字控控制制时时，需需要要有有许许多多数数据据寄寄存存器器用用以以存存储储各各种种数数据据。每每个个数数据据寄寄存存器器都都是是16

24、位位，可可用用两两个个数数据据寄寄存存器器串串联存放联存放32位数据。位数据。 愚邹搭品伍抄另雅罚神菠基囱扳昨叫现示散设由廊腔撵歼化伍神茎琴旭癸可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 （9）特殊寄存器特殊寄存器D 特殊寄存器特殊寄存器D用于用于PLC内各种器件的运行监视。内各种器件的运行监视。 （10）指示器指示器P 指指示示器器P有有两两种种类类型型：一一种种是是分分支支指指令令用用指指针针，用用来来指指定定跳跳转转指指令令或或子子程程序序调调用用指指令令等等分分支支指指令令的的

25、跳跳转转目目标标，指指针针在在用用户户程程序序和和PLC内内用用户户存存储储器器占占有有一一定定空空间间；二二是是中中断断用用指指针针，用用于于执执行行标标号号后后面面的的中中断断程序。程序。 霖襟笛尾框州沈绢按靠杀停皂肇粒郑分座蛰熟元析小赶髓荣脉饭揖湛瓢蚊可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 5.2.3 PLC的基本原理与工作方式的基本原理与工作方式 5.2.3.1 PLC的基本控制原理的基本控制原理 继继电电器器控控制制系系统统与与PLC控控制制系系统统框框图图，都都是是由由

26、输输入、逻辑和输出三个基本部分构成。如图入、逻辑和输出三个基本部分构成。如图5-5所示。所示。赠力勇用抛烙里各撬余谅苹惧递死规狡最漂瓤臃掺眠眩常瞳憨赵堪睡阜蚀可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 其其中中，输输入入、输输出出部部分分基基本本上上相相同同。但但由由于于PLC采采用用了了计计算算机机技技术术，且且为为了了提提高高可可靠靠性性与与抗抗干干扰扰能能力力，加加入了输入、输出变换器。入了输入、输出变换器。继继电电器器控控制制系系统统的的逻逻辑辑部部分分，是是按按控控制制对对象

27、象实实际际需需要要，构构成成所所谓谓“硬硬件件逻逻辑辑系系统统”。程程序序固固定定在在电电路路中中，不不能灵活变更。能灵活变更。早早期期PLC设设计计以以取取代代继继电电器器为为目目标标，其其基基本本控控制制原原理理和和继继电电器器系系统统类类似似。其其逻逻辑辑部部分分根根据据编编制制的的程程序序，用用软件处理输入、输出及内部相关元件组成的逻辑。软件处理输入、输出及内部相关元件组成的逻辑。洁浮崖旧阎喜歼香蝇七痊赂滤闷绿窜起彭吗峰始恒荤逛君邯恕榷跟排饮帜可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的

28、基本原理 现现代代PLC还还具具有有数数值值运运算算，模模拟拟量量生生产产过过程程控控制制、联网通信等各种复杂功能。联网通信等各种复杂功能。PLC可可以以灵灵活活地地改改变变其其控控制制程程序序，相相当当于于改改变变了了继继电电器器控控制制系系统统的的硬硬接接线线电电路路，这这就就是是所所谓谓的的“可可编编程程序序”。程程序序由由编编程程器器送送入入处处理理器器中中的的存存储储器器，也也可可以方便地读出、检查与修改。以方便地读出、检查与修改。PLC是是专专门门为为工工业业控控制制需需要要而而设设计计，因因而而对对于于使使用用者者来来说说，编编程程时时完完全全可可以以不不考考虑虑微微处处理理器器

29、内内部部的的复复杂杂结结构构，也也不不必必使使用用各各种种计计算算机机使使用用的的语语言言，而而是是把把PLC内内部部看看成成由由许许多多“软软继继电电器器”组组成成，给给使使用用者者提提供供一种按设计继电器控制电路方式的编程方法。一种按设计继电器控制电路方式的编程方法。掳忍谍氦疹准诣咒搁蔽贰照咕切检毅锦弓甸悄投厄敖舅钻藩障端抚轨挎铜可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 5.2.3.2 PLC的工作方式的工作方式PLC是是一一种种工工业业控控制制的的专专用用计计算算机机。CPU是

30、是以以分分时时操操作作方方式式来来处处理理各各项项任任务务的的，所所以以按按程程序序分分时时扫扫描描工工作作是是其其基基本本特特征征。PLC内内相相应应各各种种软软器器件件是是按按程程序序号号顺顺序在时间上串行工作的。序在时间上串行工作的。继继电电器器逻逻辑辑系系统统各各电电器器元元件件在在时时间间上上是是并并行行工工作作的的，因此两者的工作方式、工作特点是不相同的。因此两者的工作方式、工作特点是不相同的。另另一一方方面面，PLC虽虽然然采采用用了了计计算算机机技技术术，但但由由于于其其工工作作环环境境、技技术术指指标标、控控制制要要求求、应应用用领领域域等等与与微微机机有有很大不同。很大不同

31、。旨柞娘巧忿嘻穴砒债奈辱物挽驭抨坐盲藻既瞻圭院痛犬募曳垢拇漠逛杂悠可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 因因此此，PLC无无论论在在硬硬件件、软软件件设设计计与与组组成成，控控制制系系统统的的构构成成、工工作作方方式式、工工作作特特点点等等方方面面与与微微机机及微机控制系统也是不相同的。及微机控制系统也是不相同的。例例如如：在在计计算算机机程程序序中中常常采采用用中中断断、查查询询工工作作方方式式。这这种种工工作作方方式式是是先先查查看看某某一一变变量量条条件件是是否否满满足足，

32、有有否否中中断断请请求求，条条件件满满足足与与否否，并并据据此此决决定定下下一一步步的的操操作作。对对于于一一个个高高要要求求、多多任任务务系系统统就就要要求求计算机有很高的运行速度与很大的存储容量。计算机有很高的运行速度与很大的存储容量。疏蚂俄纫嘎后严逞烽鸥早胃赔副范光已赛挽帚死彬踪劲便漠宗闽暗煌鞘烬可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 而而在在PLC控控制制中中，要要查查看看的的已已不不再再是是某某一一个个变变量量条条件件，而而是是多多个个变变量量条条件件，等等待待查查询询方

33、方式式已已不不能能满满足足控控制制要要求求，而而且且一一般般工工业业设设备备对对控控制制系系统统的的运运行行速速度度与与存存储储容容量量要要求求相相对对也也比比较较低低，因因而而PLC控控制制采采用用与与微微机机控控制制不同的工作方式。不同的工作方式。PLC用用周周期期循循环环扫扫描描、集集中中输输入入与与集集中中输输出出的的工工作作方方式式。这这种种工工作作方方式式的的显显著著特特点点是是：可可靠靠性性高高、抗抗干干扰扰能能力力强强，但但响响应应滞滞后后、速速度度慢慢。也也就就是是说说PLC以以降降低低速速度度求求得得高高可可靠靠性性。图图5-6是是PLC的的工工作作框框图图，框框图图全全面

34、面表示了表示了PLC控制系统的工作过程。控制系统的工作过程。 凑翱蝇掀蓄谱挑呼匠滴泰痰扁盅南捶挨紊趣调宅桨蝉帆峙灯捡虎译徊豆泳可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 当当 PLC处处 于于 停停 止止（STOP）状状态态，只只进进行行内内部部处处理理和和通通信信服服务务等等内内容容，一一旦旦进进入入运运行行（RUN）状状态态，就就采采用用周周期期循循环环扫扫描描方方式式执执行行用用户户程程序序。在在正正常常情情况况下下，一一个个用用户户程程序序扫扫描描周周期期由由三三个个阶阶段段组

35、组成成，如如图图5-7所示。所示。 炭青淀杭泊曝斡诞鸟怒俱债五穷矽芜梗羚佳织答姜尖嚎十思嚏帧渴郧故努可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 集集中中采采样样方方式式运运用用于于小小型型PLC，响响应应速速度度慢慢，但但提提高高了了系系统统的的抗抗干干扰扰能能力力，增增强了可靠性。强了可靠性。而而大大中中型型PLC，采采用用定定期期输输入入采采样样、直直接接输输入入采采样样、中中断断输输入入采采样样及及智智能能化化I/O接接口口模模块块等等多多种种采采样样方方式式，以求提高运行速度。

36、以求提高运行速度。 （1 1）输入（采样）处理输入（采样）处理阶段阶段扫扫描描所所有有输输入入端端子子并并将将输输入入 量量 （ 开开 关关 “1”“0”状状态态）顺顺序序存存入入输输入入映映像像寄寄存存器器，此此后后关关闭闭输输入入通通道道，转转入入程程序序执执行行阶阶段。段。馏藉称瑶悠靶绢学鹿钝和窒彩倔侵脏即嗜接构尖谰退芍邱正忽饮振兽柄揽可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 在在程程序序执执行行过过程程中中根根据据程程序序执执行行需需要要，将将有有关关元元件件的的状状态态、数

37、数据据读读出出，按按程程序序要要求求运运行行逻逻辑辑运运算算和和算算术术运运算算并并将将每每步步运运算算结结果果写写入入相相关关元元件件映映像像寄寄存存器器（有有关关存存储储器器或或数数据据寄寄存存器器）。因因此此，内内部部元元件件寄寄存存器器随随程程序序执执行行在不断刷新。在不断刷新。 （2）程序执行阶段程序执行阶段 PLC对对用用户户程程序序（梯梯形形图图）按按先先左左后后右右、从从上上至至下下步步序序，逐句执行程序指令。逐句执行程序指令。美赴度眺宾颊曹乌详绘萨榔解梦幼嘎花亚和腊耽置染蛹触夜蔬陶侦烟辗笔可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动

38、控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 （3）输出处理阶段输出处理阶段 所所有有程程序序指指令令执执行行完完毕毕，将将内内部部元元件件寄寄存存器器中中所所有有输输出出继继电电器器状状态态（构构成成输输出出状状态态表表）在在输输出出处处理理阶阶段段一一次次转转存存到到输输出出锁锁存存器器中中，经经隔隔离离、驱驱动动功功率率放放大大电电路路送送到到输输出出端端子子，并并通通过过PLCPLC外外部部接接线线驱驱动动实实际际负载。负载。他糊辛究楷荣驻希谐款旺塑亢盟声刽中溯宾苗艘诱勃囚办舒业体卉纫姻噬可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现

39、代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 程程序序扫扫描描周周期期T是是PLC运运行行的的一一个个重重要要参参数数，小小型型PLC的的扫扫描描周周期期在在十十几几毫毫秒秒到到几几十十毫毫秒秒。扫扫描描周周期期T是是自自诊诊断断、输输入入采采样样、用用户户程程序序执执行行和和输输出出刷刷新新等等几几部部分分时时间间的的总总和和，其其中中用用户户程程序序执执行行时时间间是是影影响响T长长短短的的主主要要因因素素，它它决决定定于于程程序序执执行行速速度度、程程序序长长短短和和程程序序执执行行情情况况。必必须须指指出出程程序序执执行行情情况况不不同同，所所需需时间相差

40、很大，因此要准确计算时间相差很大，因此要准确计算T是很困难的。是很困难的。5.2.3.3 PLC的信息处理规则的信息处理规则 输输入入映映像像寄寄存存器器的的数数据据取取决决于于各各输输入入端端子子在在输入刷新期间的接通或断开状态。输入刷新期间的接通或断开状态。愉忍警尊塑党铂腔素琉幌辫嚣厩键雨宜世毛鸟虚钡逞石部押骂镀黍嗜现清可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 程程序序如如何何执执行行取取决决于于用用户户程程序序和和输输入入映映像像寄寄存存器器（输输入入状状态态表表），内内部部元

41、元件件寄寄存存器器的的内内容容。在在程程序序执执行行中中，输输入入映映像像寄寄存存器器内内容容不不会会改改变变，但但元元件件寄寄存存器器和和输输出出映映像像寄寄存存器器内内容容却却随随程程序序执执行行进进程程不不断断刷刷新。新。 输输出出映映像像寄寄存存器器（输输出出状状态态表表）内内容容取取决决于于所有输出指令的执行结果。所有输出指令的执行结果。 输输出出锁锁存存器器内内容容决决定定于于上上一一次次输输出出刷刷新新期期间间输出映像寄存器的内容。输出映像寄存器的内容。 所有输出端子状态由输出锁存器决定。所有输出端子状态由输出锁存器决定。 吐桔路献藏把令驶怀烬第迹缓授联哺肪洛钉添母隔熊逐菲蒂关黔

42、部疾遣蝶可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 5.2.3.4 PLC与与微微型型计计算算机机、继继电电器器控控制图的区别制图的区别（1）PLC与微型计算机区别与微型计算机区别 从从应应用用范范围围来来说说，微微型型计计算算机机是是通通用用机机，而而PLC是一种为适应工业控制环境而设计的专用计算机。是一种为适应工业控制环境而设计的专用计算机。从从工工业业控控制制角角度度来来看看，PLC也也是是一一种种通通用用机机, 选选配配对对应应的的功功能能模模块块便便可可适适用用于于各各种种工

43、工业业控控制制系系统统，而而只只需需改改变变用用户户程程序序。如如果果采采用用微微型型计计算算机机作作为为控控制制器器就就必必须须根根据据实实际际使使用用情情况况在在硬硬件件和和软软件件两两方方面面进进行行二二次开发设计以适应该控制需要。次开发设计以适应该控制需要。险羔亚恬愧竟心榷靳铺乔凳诊诀弦合弊得劈澜斜犁铰捧售邵皂履狸威膘蝉可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 PLC与微型计算机的主要差异及特点：与微型计算机的主要差异及特点： PLC抗干扰性能较微型计算机高。抗干扰性能较微型

44、计算机高。 PLC编程比微型计算机简单。编程比微型计算机简单。 PLC组成的控制系统设计调试周期短。组成的控制系统设计调试周期短。 PLC的的输输入入输输出出响响应应速速度度慢慢，有有较较大大的的滞滞后后现现象象（一一般般为为ms级级），而而微微型型计计算算机机的的响响应应速速度度快（为快（为ns级）。级）。 PLC易易于于操操作作，人人员员培培训训时时间间短短，而而微微型型计计算机则比较难。算机则比较难。万付苟嗣殴汕啄匙继拱愚堑磋骤钙孩囱拔到适蘸侈锭竣税俗契蔼弧次葫诞可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原

45、理可编程序控制器的基本原理 PLC便于维修，微型计算机则较困难。便于维修，微型计算机则较困难。随随着着PLC功功能能的的不不断断增增强强，越越来来越越多多地地采采用用了了微微机机技技术术，同同时时微微型型计计算算机机也也为为了了适适应应用用户户需需要要；向向提提高高可可靠靠性性、耐耐用用性性及及便便于于维维修修的的方方向向发发展展，两两者者间间相相互互渗渗透透，使使PLC与与微微型型计计算算机机的的差差异异越越来来越越小小，两两者者之间的界限也越来越模糊。之间的界限也越来越模糊。今今后后PLC与与微微型型计计算算机机将将继继续续共共存存，在在一一个个控控制制系系统统中中，使使PLC集集中中在在

46、功功能能控控制制上上，使使微微型型计计算算机机集集中在信息处理及管理上，两者相辅相成共同发展。中在信息处理及管理上，两者相辅相成共同发展。 败煌口漫响观气播均拨锑链孽脯凡洱跌室析权题翔逝牧吱纯舀量法治揽汹可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 （2）梯形图与继电器控制图的区别）梯形图与继电器控制图的区别 相同之处有：相同之处有： 结构形式基本相同。结构形式基本相同。 梯梯形形图图大大致致沿沿用用了了继继电电器器控控制制电电路路元元件件符符号号，仅个别处有些不同。仅个别处有些不同。

47、信号输入输出形式及控制的功能相同。信号输入输出形式及控制的功能相同。不同之处有：不同之处有： 组组成成器器件件不不同同。继继电电器器控控制制电电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所所谓谓“软软继继电电器器”组组成成，它它的的通通、断断状状态态实实质质是是对对应应某某存存储储单元的单元的“1”或或“0”状态。状态。筛幂谎禾箭健俞片狂藩拆搐每结窄伺颖登郁采休棒蜕料篷从典烹邓爹敦挪可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 硬硬件件

48、继继电电器器易易磨磨损损，而而“软软继继电电器器”则则无无磨磨损损现象。现象。 工工作作方方式式不不同同。继继电电器器控控制制电电路路中中，当当电电源源接接通通时时，电电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，即即吸吸合合的的继继电电器器都都同同时时吸吸合合，不不应应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；而而在在梯梯形形图图的的控控制制电电路路中中，图图中中各各软软继继电电器器处处于于周周期期性性循循环环扫扫描描控控制制中中，受受同同一一条条件件制制约约的的各各个个继继电电器器的的动动作作次次序序决决定定于于程程序序中中控控制制这这些些

49、继电器的顺序。继电器的顺序。践翠飘瓜乡簧讯户羽定爱拱闪菏同旱搭庆笺张邵纹阔嘱定笨了栋铁车译娃可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 触触头头数数量量不不同同。硬硬继继电电器器的的触触头头数数量量有有限限，用用于于控控制制的的继继电电器器的的触触头头数数一一般般只只有有48对对，而而梯梯形形图图中中的的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头头数数有有无无限限对对，因因为为CMOS RAM电电子子电电路路功功耗耗极极小小，在在有有限限的的用用户户程程序序容容量量内内，其

50、其触触发发器器状状态态（电电平平）取取用用次次数数可可以以不不受限制。受限制。 继继电电器器控控制制图图的的左左右右（或或上上下下）母母线线是是电电源源线线，施施加加一一定定电电压压。 当当支支路路接接通通时时，流流过过电电流流，各各支支路路元元件件都都有有电电压压。而而梯梯形形图图左左右右母母线线是是一一种种界界限（有的梯形图不画右母线），并未施加电压。限（有的梯形图不画右母线），并未施加电压。猫肌上筒澡虑筐我棵秽厨限是趁儒棚要岳销恨津肋扮像分严抹侵贿椒磕票可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序

51、控制器的基本原理 支支路路接接通通时时，并并无无电电流流流流过过。我我们们设设想想一一种种“假假想想电电流流”或或称称“能能流流”通通过过，假假想想电电流流流流向向只只能能从从左左到到右单向流动。右单向流动。 制制约约关关系系不不同同。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，节节约约触触头头使使用用量量，因因此此设设置置了了许许多多制制约约关关系系的的连连锁锁环环节节；在在梯梯形形图图中中，由由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时时动动作作的的因素，因此设计过程大为简化。因素，因此设计过程大

52、为简化。 梯梯形形图图修修改改方方便便，适适应应性性强强。继继电电器器控控制制电电路一旦构成，其功能单一，修改困难。路一旦构成，其功能单一，修改困难。 冠呕杖蜕篡降默述煞顶裕诫牧爆龋胡桓僚赶躁雅眶兔脖叭券秆捍绘呜聚楔可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 5.2.4 PLC的编程语言的编程语言 （1）梯形图编程语言梯形图编程语言 梯梯形形图图编编程程语语言言（Ladder Diagram）是是目目前前PLC应应用用最最广广、最最受受电电气气技技术术人人员员欢欢迎迎的的一一种种编编程

53、程语语言言。其其原原因因是是梯梯形形图图与与传传统统继继电电器器控控制制电电路路图图相相似似；梯梯形形图图与与继继电电器器控控制制图图设设计计思思路路也也基基本本一一致致；梯梯形形图图很很容容易易由由电电气气控控制制电电路路转转化化而而来来。由由于于梯梯形形固固是是PLC用用户户程程序序的的一一种种图图形形表表达达形形式式，因因此此梯梯形形图图设设计计又又称称为为PLC程程序序设设计计或或编编程程。有有关关梯梯形形图图设设计计方方法法与与规规则则在下一节中进一步论述。在下一节中进一步论述。 砰江均捶囊卖廊高柬昆炙百屠署萄估捶兢碱母货斥碘洼催议烯专捂愧汗凝可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的

54、基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 （2）指令表编程语言指令表编程语言 指指令令表表编编程程语语言言（Instruction List）是是一一种种类类似似汇汇编编语语言言，但但更更简简单单的的编编程程语语言言。它它采采用用助助记记符符指指令令（又又称称语语句句），并并以以程程序序执执行行顺顺序序逐逐句句编编写写成成指指令令表表，指指令令表表可可直直接接键键入入简简易易编编程程器器。梯梯形形图图与与指指令令表表完完成成同同样样控控制制功功能能，两两者者之之间间存存在在一一定定对对应应关关系系。由由于于简简易易编编程程

55、器器既既没没有有大大屏屏幕幕显显示示梯梯形形图图，也也没没有有梯梯形形图图编编程程功功能能，所所以以小小型型PLC采采用用指指令令表表编编程程语语言言更更为为方方便便、实实用用。由由于于不不同同型型号号PLC的的助助记记符符与与指指令令格格式式、参参数数等等表表示示方方法法各各不相同，因此它们的指令表也不相同。不相同，因此它们的指令表也不相同。 画习膊拘及围究陇趣挺侍脾购恢牢注精俐哉泅宦纶进蜕好婪耐筋情针造愁可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 （3）顺序功能图编程语言顺序功能图

56、编程语言顺顺 序序 功功 能能 图图 编编 程程 语语 言言 （ Sequential Function Chart），简简称称为为SFC编编程程语语言言，顺顺序序功功能能图图又又称称为为功功能能表表图图或或状状态态转转移移图图。它它将将一一个个完完整整的的控控制制过过程程分分为为若若干干个个阶阶段段（状状态态），各各阶阶段段具具有有不不同同动动作作，阶阶段段间间有有一一定定的的转转换换条条件件，条条件件满满足足就就实实现现状状态态转转移移，上上一一状状态态动动作作结结束束，下下一一状状态态动动作作开开始始。采采用用状状态态转转移移方方式式表表达达一一个个完完整整控控制制过过程程。1986年年

57、我我国国颁颁布布了了功功能能表表图图的的国国标标（GB6988.6-86）。各各国国的的一一些些主主要要PLC生生产产厂厂家家生生产产的的PLC产产品品都都具具备备采采用用功功能能图图编编程程功功能能。国国际际电电工工委委员员会（会（IEC）正在实施发展这种新的编程标准。）正在实施发展这种新的编程标准。 锋朔酝单嘛渭谤司硼鸡虫闽现拉呻跋惠霖刮年沽厢踏衍弛功茫褪闺铝猖肋可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 （4）级式编程语言级式编程语言（Stage）级级式式编编程程语语言言是是类类

58、似似功功能能图图的的图图形形编编程程语语言言，它它沿沿用用了了梯梯形形图图编编程程方方法法，并并在在PLC内内部部开开发发了了供供编编程程使使用用的的通通用用与与专专用用编编程程元元件件和和指指令令（状状态态元元件件、级级式式指令），我国华光公司指令），我国华光公司PLC产品采用级式编程语言。产品采用级式编程语言。 （5）逻辑图编程语言逻辑图编程语言（Logic Chart）逻逻辑辑图图编编程程语语言言也也是是一一种种图图形形编编程程语语言言。采采用用逻逻辑辑电电路路规规定定的的“与与”、“或或”、“非非”等等逻逻辑辑图图符符号号，依依控控制制顺顺序序组组合合而而成成，是是国国际际电电工工委委

59、员员会会（IEC）颁颁布布的的PLC编程语言之一。编程语言之一。 压懊末拨窖墟猪风完雹霹肮札剿卑谈斋沂疤怠疟听羹蒙氢腔制大虹乱污北可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 （6）高级编程语言高级编程语言随随着着软软件件技技术术的的发发展展，为为增增加加PLC的的运运算算功功能能和和数数据据处处理理能能力力并并方方便便用用户户使使用用，许许多多中中、大大型型PLC已已采采用用如如类类似似BA5IC、C语语言言等等高高级级语语言言的的PLC专专用用编程语言，实现程序的自动编译。编程语言，实现程序的自动编译。 现叙甄突胜旅梗宾闽铱剖灰坐饭百瑚翟份份蔑志慎砧史逃别毋攘缓饮仆互可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理