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1、10.3.1 10.3.1 可编程序控制器的结可编程序控制器的结构和工作原理构和工作原理* *10.310.3 可编程序控制器可编程序控制器可编程序控制器可编程序控制器10.3.210.3.2 可编程序控制器的可编程序控制器的 基本指令和编程基本指令和编程第10章10.3.3 10.3.3 可编程序控制器的可编程序控制器的 应用举例应用举例返回上页下页概述概述 可编程序控制器可编程序控制器（Programmable Controller)，是采用微计算机技术制造的一种通用自动控制装是采用微计算机技术制造的一种通用自动控制装置。简称置。简称PC。第10章返回上页下页概述概述可编程序控制器的定义：
2、可编程序控制器的定义： 可编程序控制器是一种数字运算操作的电可编程序控制器是一种数字运算操作的电 输入和输输入和输出，控制各种机械或生产过程。出，控制各种机械或生产过程。子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用子系统，专为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可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的操作指令，并通过数字式或模拟式的返回上页下页第10章可编程序控制器的特点可编程序控制器的特点（1）灵活、通用灵活、通用 继电器控制系统中，由继电器控制系统中，
3、由人工通过布线、焊接、固定人工通过布线、焊接、固定等手段组装完成整个系统。等手段组装完成整个系统。若改变工艺，就需要重新接若改变工艺，就需要重新接线。耗费大量的人力、物力线。耗费大量的人力、物力和时间。和时间。返回上页下页第10章 可编程序控制器是通过存储在存储器中的可编程序控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，只要编写程序以及极少程序实现控制功能的，只要编写程序以及极少的接线即可。的接线即可。 可编程序控制器可用于不同的控制对象，可编程序控制器可用于不同的控制对象，改变软件就可以实现不同的控制要求。改变软件就可以实现不同的控制要求。返回上页下页第10章部件屏蔽部件屏蔽多级滤波多级滤
4、波电源调整与保护电源调整与保护 光电隔离光电隔离模块式结构模块式结构监控程序定期检测监控程序定期检测信息保护和恢复信息保护和恢复 电池后备电池后备（2）可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强 可编程序控制器采用微电子技术，大量的可编程序控制器采用微电子技术，大量的工作动作是由无触点的半导体电路来完成的，工作动作是由无触点的半导体电路来完成的，提高了可靠性、抗干扰能力。提高了可靠性、抗干扰能力。硬件措施：软件措施：返回上页下页第10章（3）编程简单、使用方便编程简单、使用方便 可编程序控制器使用专门的指令语言编程，可编程序控制器使用专门的指令语言编程，指令少、语法简单。指令少、语法简单。
5、可编程序控制器均采用继电控制形式的可编程序控制器均采用继电控制形式的“梯形图梯形图”编程方式。沿用了继电器控制线路中编程方式。沿用了继电器控制线路中的一些图形符号和定义，直观清晰。的一些图形符号和定义，直观清晰。返回上页下页第10章（4）功能强、体小量轻、易于机电一体化 可编程序控制器能完成控制、计时、计数可编程序控制器能完成控制、计时、计数步进等控制功能还能完成步进等控制功能还能完成A/D、D/A 转换、数转换、数字运算和数据处理以及通讯联网、生产过程监字运算和数据处理以及通讯联网、生产过程监控等。控等。返回上页下页第10章 可编程序控制器是专为工业控制而设计的可编程序控制器是专为工业控制而
6、设计的专用计算机，结构紧凑、坚固耐用、功耗低。专用计算机，结构紧凑、坚固耐用、功耗低。易于装入机械设备内部，是实现机电一体化十易于装入机械设备内部，是实现机电一体化十分理想的控制设备。分理想的控制设备。返回上页下页第10章 可编程序控制器是一种以计算机（微处理可编程序控制器是一种以计算机（微处理器）为核心的通用的工业控制装置，按结构形器）为核心的通用的工业控制装置，按结构形式的不同分为式的不同分为整体式整体式和和组合式组合式两类。两类。整体式：整体式： 将中央处理器、存储将中央处理器、存储器、输入输出接口、通信器、输入输出接口、通信接口、电源等部件构成主接口、电源等部件构成主机。另有独立的机。
7、另有独立的I/O 扩展扩展单元与主机配合使用。单元与主机配合使用。返回上页下页第10章10.3.110.3.1 可编程序控制器的结构和工作原理可编程序控制器的结构和工作原理组合式：组合式： 将将 CPU 单元、智能单元、智能I/O单元、输入输出单元、单元、输入输出单元、通信单元等部件分别组装通信单元等部件分别组装成模块，各模块插在底板成模块，各模块插在底板上模块之间通过底板上的上模块之间通过底板上的总总线相互联系。线相互联系。返回上页下页第10章 可编程序控制器是以微处理器为核心的电可编程序控制器是以微处理器为核心的电子系统，包括输入、输出单元，中央处理器及子系统，包括输入、输出单元，中央处理
8、器及电源等，加上外围设备组成最基本的可编程序电源等，加上外围设备组成最基本的可编程序控制器控制系统。控制器控制系统。返回上页下页第10章PCPC组成框图组成框图中央处理器中央处理器按照系统程序赋予的功能，完成以下任务：按照系统程序赋予的功能，完成以下任务：将用户程序的执行结果送至输出端。将用户程序的执行结果送至输出端。在运行状态，逐条读取用户程序，进行解释和在运行状态，逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作。执行，完成用户程序中规定的各种操作。用扫描的方式接收输入信号，送入用扫描的方式接收输入信号，送入PC的数据寄的数据寄存器保存起来。存器保存起来。诊断电源、诊断电源、
9、PC内部电路的工作状态和编程的语内部电路的工作状态和编程的语法错误。法错误。接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。返回上页下页第10章存储器存储器系统程序存储器系统程序存储器EPROM 用来存放系统程序，用来存放系统程序，用户不能直接更改。系统用户不能直接更改。系统程序包括系统管理程序、程序包括系统管理程序、用户指令解释程序和标准用户指令解释程序和标准程序模块与系统调用。程序模块与系统调用。 系统程序的质量，决系统程序的质量，决定了可编程序控制器的性能。定了可编程序控制器的性能。返回上页下页第10章用户程序存储器用户程序存储器RAM 用来存放用户程序，
10、用来存放用户程序，其内容可以由用户任意修其内容可以由用户任意修改或增删。用户程序是用改或增删。用户程序是用户根据控制功能要求编制户根据控制功能要求编制的应用程序。的应用程序。 用户存储器容量的大用户存储器容量的大小，是反映可编程序控制小，是反映可编程序控制器性能的重要指标。器性能的重要指标。返回上页下页第10章输入和输出变换电路输入和输出变换电路输入接口模块输入接口模块输入模块是接收和采集外部控制信号的窗口。输入模块是接收和采集外部控制信号的窗口。 输入模块接收操作指输入模块接收操作指令和现场的状态信息，通令和现场的状态信息，通过输入电路的滤波、光电过输入电路的滤波、光电隔离和电平转换等将这些
11、隔离和电平转换等将这些信号转换成微处理器能够信号转换成微处理器能够接收和处理的数字信号。接收和处理的数字信号。开关量输入信号、模拟量输入信号开关量输入信号、模拟量输入信号信号类型分为：信号类型分为：返回上页下页第10章输入组件输入组件 输入组件主要包括光电耦合隔离、输入接输入组件主要包括光电耦合隔离、输入接口和输入状态寄存器。口和输入状态寄存器。 开关量输入模块按照输入端电源类型的不开关量输入模块按照输入端电源类型的不同分为：同分为：直流输入单元直流输入单元 交流输入单元交流输入单元返回上页下页第10章直接输入单元直接输入单元交流输入单元交流输入单元输出接口模块输出接口模块是是PC向外部设备输
12、出逻辑运算结果的窗口。向外部设备输出逻辑运算结果的窗口。 输出模块将输出模块将 CPUCPU送出送出的弱电控制信号通过输出的弱电控制信号通过输出电路的光电隔离和功率放电路的光电隔离和功率放大等转换成现场需要的强大等转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触电信号输出，以驱动接触器、电磁阀、电磁铁等执器、电磁阀、电磁铁等执行元件。行元件。返回上页下页第10章输出组件输出组件 输出组件主要包括输出状态寄存器、输出输出组件主要包括输出状态寄存器、输出锁存器、光电耦合器和功率放大器。锁存器、光电耦合器和功率放大器。 可编程序控制器的开关量输出模块按输出可编程序控制器的开关量输出模块按输出电路所用开关器件
13、的不同分为：电路所用开关器件的不同分为：继电器输出继电器输出晶体管输出晶体管输出晶闸管输出晶闸管输出返回上页下页第10章继电器输出：继电器输出：在输出点频繁通断的场合不宜使用。在输出点频繁通断的场合不宜使用。 输出电路采用的开关器件是继电器。继电输出电路采用的开关器件是继电器。继电器输出电路中的负载电源可以根据需要选用直器输出电路中的负载电源可以根据需要选用直流或交流。流或交流。返回上页下页第10章晶体管输出：晶体管输出：在输出点频繁通断的场合（脉冲输出）使用。在输出点频繁通断的场合（脉冲输出）使用。 输出电路采用三极管作为开关器件。晶输出电路采用三极管作为开关器件。晶体管输出只能用于直流负载
14、。无触点输出，体管输出只能用于直流负载。无触点输出，使用寿命长，响应速度快。使用寿命长，响应速度快。返回上页下页第10章晶闸管输出：晶闸管输出： 输出电路采用的开关器件是双向晶闸管。输出电路采用的开关器件是双向晶闸管。双向晶闸管输出只能用于交流负载。双向晶闸管输出只能用于交流负载。返回上页下页第10章输入、输出接口方式有：输入、输出接口方式有： 输入、输出方式输入、输出方式分隔式输入分隔式输入/出方式出方式汇点式输入汇点式输入/ /出方式出方式返回上页下页第10章外围接口外围接口并行接口：并行接口： 可编程序控制器的可编程序控制器的CPU模块需要通过外围接模块需要通过外围接口模块才能与外部设备
15、相连。口模块才能与外部设备相连。按信息传递方式分为按信息传递方式分为并行并行和和串行串行两种形式：两种形式： CPU模块的数据总模块的数据总线、控制总线、地址总线、控制总线、地址总线等通过扁平电缆直接线等通过扁平电缆直接与外设相连，传送数据与外设相连，传送数据快但传送距离比较短。快但传送距离比较短。返回上页下页第10章串行接口：串行接口： 近程的串行通讯可直接通过近程的串行通讯可直接通过 RS-232 或或RS-422接口进行，远程的串行通讯则需要通接口进行，远程的串行通讯则需要通过调制解调器，用通讯电缆进行。过调制解调器，用通讯电缆进行。 计算机可通过串行计算机可通过串行接口与可编程序控制器
16、接口与可编程序控制器相连，进行在线编程或相连，进行在线编程或监控。监控。返回上页下页第10章编程工具编程工具 主要作用是用来编辑程序、调试程序和监主要作用是用来编辑程序、调试程序和监控程序的执行。以及在线测试可编程序控制器控程序的执行。以及在线测试可编程序控制器的内部状态和参数。的内部状态和参数。简易编程器简易编程器 只能输入和编辑语只能输入和编辑语句表程序，不能直接输句表程序，不能直接输入和编辑梯形图程序。入和编辑梯形图程序。可直接插在可直接插在PC的编程器的编程器插座上，或用电缆与插座上，或用电缆与PC相连。相连。返回上页下页第10章图形编程器图形编程器通用计算机通用计算机 可直接输入梯形
17、图程可直接输入梯形图程序，还提供磁带录音机和序，还提供磁带录音机和打印机接口。打印机接口。 配用专用编程软件包配用专用编程软件包的通用计算机。的通用计算机。返回上页下页第10章可编程序控制器的分类可编程序控制器的分类 控制规模：主要是指控开关量的输入、控制规模：主要是指控开关量的输入、输出点数及模拟量的输入、输出路数。（主输出点数及模拟量的输入、输出路数。（主要以开关量计数）要以开关量计数）微机型：控制点数仅几十点。微机型：控制点数仅几十点。小型机：控制点数小型机：控制点数100-500点左右。点左右。中型机：控制点数中型机：控制点数500-1000点左右。点左右。大型机：控制点数大型机：控制
18、点数1000点以上。点以上。返回上页下页第10章 一次循环所用的时间称为一个扫描周期，一次循环所用的时间称为一个扫描周期，长短与用户程序的长短以及长短与用户程序的长短以及PC本身性能有关。本身性能有关。3 3、可编程序控制器的工作原理、可编程序控制器的工作原理 可编程序控制器都采用可编程序控制器都采用扫描工作方式扫描工作方式 可编程序控制器上电后，首先进行初始化，可编程序控制器上电后，首先进行初始化，然后进行循环工作过程。然后进行循环工作过程。 一次循环过程可归纳为五个工作阶段一次循环过程可归纳为五个工作阶段返回上页下页第10章 复位监视定时器，进复位监视定时器，进行硬件检查、用户内存检行硬件
19、检查、用户内存检查等。查等。 检查正常，进行下面检查正常，进行下面的操作。若有异常情况，的操作。若有异常情况，根据错误的严重根据错误的严重程度发出报警或程度发出报警或停止运行。停止运行。公共处理公共处理返回上页下页第10章 在程序执行阶段，在程序执行阶段，CPU按先左后右，先上后下的顺按先左后右，先上后下的顺序对每条指令进行解释、执序对每条指令进行解释、执行。行。CPU从输入映象寄存器从输入映象寄存器中读出各继电器的状态，根中读出各继电器的状态，根据用户程序给出的逻辑关系据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果再进行逻辑运算，运算结果再写入元件映象寄存器中。写入元件映象寄存器中。执行程序
20、执行程序返回上页下页第10章 若设定扫描周若设定扫描周期为固定值，则进期为固定值，则进入等待循环，直到入等待循环，直到该固定值到，再往该固定值到，再往下进行。下进行。 扫描周期计算处理扫描周期计算处理返回上页下页第10章输出刷新输出刷新：将输出继电器的元件映象寄存器：将输出继电器的元件映象寄存器的状态传送到输出锁存电路，经过输出电路的状态传送到输出锁存电路，经过输出电路隔离和功率放大，驱动外部负载。隔离和功率放大，驱动外部负载。I/O刷新刷新输入刷新输入刷新：CPU从输入电路中读出各输入点状从输入电路中读出各输入点状态，并将此状态写入输入映象寄存器中。态，并将此状态写入输入映象寄存器中。输入刷
21、新输入刷新输出刷新输出刷新返回上页下页第10章外设端口服务外设端口服务 完成与外设端口连接的外围设备或通讯适完成与外设端口连接的外围设备或通讯适配器的通信处理。配器的通信处理。 编程器将编辑、修编程器将编辑、修改的参数和命令发送给改的参数和命令发送给主机，主机将要显示的主机，主机将要显示的状态、数据等发送给编状态、数据等发送给编程器进行相应的显示。程器进行相应的显示。编程器通信：编程器通信：返回上页下页第10章 PC将接收上位将接收上位机发送来的指令并机发送来的指令并进行相应操作，把进行相应操作，把现场的现场的I/O状态、状态、PC 的工作状态、各种的工作状态、各种数据参数发送给上数据参数发送
22、给上位机和下位机。位机和下位机。上、下位机的通信：上、下位机的通信：返回上页下页第10章 根据根据PCPC的工作过程，输入端子到输出端子的工作过程，输入端子到输出端子的信号传递过程如下：的信号传递过程如下：返回上页下页第10章 梯形图梯形图 梯形图表达式是在原电器控制系统中常用梯形图表达式是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气控制原理图相呼应，形象、直观和实它与电气控制原理图相呼应，形象、直观和实用。用。10.3.210.3.2 可编程序控制器的基本指令和编程可编程序控制器的基本指令和编程1、PC程序的表达式程序的表达式
23、返回上页下页第10章动断触点动断触点表示为表示为：PC内部内部继电器线圈继电器线圈表示为：表示为：动合触点动合触点表示为：表示为： 可编程序控制器梯形图在形式上类似于继可编程序控制器梯形图在形式上类似于继电器控制梯形图，用图形符号连接而成。电器控制梯形图，用图形符号连接而成。 助记符助记符返回上页下页第10章 语句表是一种与汇编语言类似的助记符编程表语句表是一种与汇编语言类似的助记符编程表达式用操作命令组成的语句表将梯形图控制逻辑描达式用操作命令组成的语句表将梯形图控制逻辑描述出来，并通过编程器输入到机器中去。述出来，并通过编程器输入到机器中去。 不同的可编程序控制器，语句表使用的助记符不同的
24、可编程序控制器，语句表使用的助记符不相同。不相同。 语句表语句表返回上页下页第10章可编程序控制器的语句：可编程序控制器的语句：操作码：操作码：用来指定要执行的功能。用来指定要执行的功能。操作数：操作数：包含为执行该操作所必须的信息。包含为执行该操作所必须的信息。 语句是用户程序的基础单元，每个控制功语句是用户程序的基础单元，每个控制功能由一条或多条语句组成的用户程序来完成。能由一条或多条语句组成的用户程序来完成。 每条语句是规定每条语句是规定CPU动作的指令。动作的指令。返回上页下页第10章2. PC的器件与器件编号的器件与器件编号返回上页下页第10章 基本指令基本指令直接对输入输出点进行操
25、作，包直接对输入输出点进行操作，包括输入、输出和逻辑括输入、输出和逻辑“与与”、“或或”、“非非”基本运基本运算等。算等。 可编程序控制器通过编制程序来确定控制可编程序控制器通过编制程序来确定控制对象的动作，程序是由一系列语句组成的。语对象的动作，程序是由一系列语句组成的。语句和微机的汇编语言形式类似，由指令组成。句和微机的汇编语言形式类似，由指令组成。3、F1-40MR基本指令基本指令返回上页下页第10章LD和和LD I指令指令LD、LD I指令指令的梯形图符号：的梯形图符号：N N：继电器编号：继电器编号功能：功能： LD指令表示动合触点与左侧母线连线；指令表示动合触点与左侧母线连线； L
26、D I指令表示动断触点与左侧母线连接。指令表示动断触点与左侧母线连接。 LD、LD I指令只能以位为单位进行操作，指令只能以位为单位进行操作，且不影响标志位。且不影响标志位。返回上页下页第10章LD 指令符号LDI 指令符号 若输出位为若输出位为PLC的输出点，则运算结果输的输出点，则运算结果输出到出到PLC的外部。的外部。 若输出位为若输出位为PLC的内部继电器，则逻辑运的内部继电器，则逻辑运算结果为中间结果不输出到算结果为中间结果不输出到PLC外部。外部。OUT 指令指令OUT 指令的梯形图符号指令的梯形图符号N N：继电器编号：继电器编号功能：功能：返回上页下页第10章LD 指令符号AN
27、D和和ANI指令指令AND、ANI指令指令的梯形图符号：的梯形图符号：N N：继电器编号：继电器编号功能：功能： ANI指令表示动断触点与前面的触指令表示动断触点与前面的触点电器相串联，即点电器相串联，即ANI后面的位取后面的位取“反反”后再后再与其前面的状态进行逻辑与其前面的状态进行逻辑“与与”的运算。并联的运算。并联触点的个数没有限制。触点的个数没有限制。返回上页下页第10章AND 指令符号ANI 指令符号 ORI指令表示动断触点与前面的触点电路指令表示动断触点与前面的触点电路相并联，即相并联，即ORI后面的位取后面的位取“反反”后再与其前后再与其前面的状态进行逻辑面的状态进行逻辑“或或”
28、的运算。的运算。并联触点的个数没有限制。并联触点的个数没有限制。OR和和OR I指令指令OR、OR I指令指令的梯形图符号的梯形图符号N N：继电器符号：继电器符号功能：功能：返回上页下页第10章OR 指令符号ORI 指令符号 ANB指令用于逻辑块的串联连接，即指令用于逻辑块的串联连接，即对逻辑块进行逻辑对逻辑块进行逻辑”与与“的操作。每一个逻辑块的操作。每一个逻辑块都以都以LD或或LD I指令开始。指令开始。 ANB指令单独使用，后面没有操作数。指令单独使用，后面没有操作数。块处理指令块处理指令（ANB）ANB指令的使用：指令的使用：功能：功能：返回上页下页第10章 ORB指令用于逻辑块的并
29、联连接，即指令用于逻辑块的并联连接，即对逻辑块进行逻辑对逻辑块进行逻辑“或或”的操作。每一个逻辑的操作。每一个逻辑块都以块都以LD或或LDI指令开始。指令开始。 ORB指令单独使用，后面没有操作数。指令单独使用，后面没有操作数。块处理指令块处理指令（ORB）ORB指令的使用：指令的使用：功能：功能：返回上页下页第10章 END指令表示程序结束。指令表示程序结束。 END指令用于程序的结尾处，如果有子程指令用于程序的结尾处，如果有子程序，则序，则END指令放在最后一个子程序后。指令放在最后一个子程序后。 若整个程序没有若整个程序没有END指令，则指令，则PC不执行程不执行程序，并显示出错误信息。
30、序，并显示出错误信息。结束指令结束指令( END )END指令的梯形图符号：指令的梯形图符号：功能：功能：返回上页下页第10章END 指令符号 梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。 梯形图的最左边似起始母线，每一逻辑行梯形图的最左边似起始母线，每一逻辑行必须从起始母线开始画起，然后是触点的各种必须从起始母线开始画起，然后是触点的各种连接，最后终于继电器线圈。连接，最后终于继电器线圈。 梯形图中的每个编程元件应按一定的规则梯形图中的每个编程元件应按一定的规则加注字母和数字串。加注字母和数字串。4、基本编程规则基本编程规则返回上页下页第10章 用基本编程指令
31、编制控制程序，每个逻辑用基本编程指令编制控制程序，每个逻辑行中触点的串并联次数没有限制，指令表中基行中触点的串并联次数没有限制，指令表中基本编程指令的使用次数没有限制。本编程指令的使用次数没有限制。基本编程指令应用基本编程指令应用返回上页下页第10章例10.3.1继电器时序控制电路继电器时序控制电路10.3.3 10.3.3 可编程序控制器应用举例可编程序控制器应用举例可编程序控制器应用举例可编程序控制器应用举例返回上页下页第10章用可编程序控制器来实现时序控制用可编程序控制器来实现时序控制返回上页下页第10章可编程序控制器控制的等效电路图可编程序控制器控制的等效电路图返回上页下页第10章返回
32、上页下页第10章 例例10.3.210.3.2三相异步电动机三相异步电动机星形星形三角形起动三角形起动控制控制.第10章返回上页下页返回下页MQSFUKM1FRKMKMU1V1W1U2W2V2主电路控制功能如下：起动时接触器KMI和KMY通电，电动机接成星型降压启动。经过一定延时（预先设定）后，接触器KMY断电， KM通电，电动机接成三角形，在额定电压下正常运转。第10章返回上页下页返回下页MQSFUKM1FRKMKMU1V1W1U2W2V2主电路PC外部接线SBTSBPFRKM1KMKM电源PCX400X401X402COMY431Y432Y433COM第10章返回上页下页返回下页X400X401X402Y431Y433Y433Y431Y431T451T452T451T451Y431T452Y432K5Y432K100异步电动机Y起动梯形图KM1KMKM电源SBTSBPFRPCX400X401X402COMY431Y432Y433COMPC外部接线内内 部部定时器定时器内内 部部定时器定时器第10章返回上页下页返回下页X400X401X402Y431Y433Y433Y431Y431T451T452T451T451Y431T452Y432K5Y432K100异步电动机Y起动梯形图X400X401Y431Y432Y43310S0.5S时序波形
