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1、第7章可编程控制器7.1 PLC的结构和工作原路7.1.1 PLC的基本结构7.1.2 各部分电路介绍1. CPU芯片 CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢，是L的运算和控制核心，所有PLC的动作（程序输入、执行、通信以及自检等）都需要CPU的参与。 2存储器 PLC的存储器是采用具有记忆功能的半导体器件，它是由寄存器构成的，1位寄存器仅能存放1位二进制数字（0或1）。 （1）系统程序存储器（2）用户程序存储器（3）数据存储器 3. 基本I/O电路7.1.2 各部分电路介绍 基本输入/输出电路也称为基本I/O单元。PLC就是通过基本I/O单元与工业生产现场相连接的。 4.电源电路 PLC
2、电源的输入电压有直流12V、24V、48V和交流110V、220V，使用时可根据需要选择。 5.接口电路 PLC接口电路通常包括通信端口、I/扩展端口和外围端口三个部分。6.专用功能单元7.1.2 各部分电路介绍 为了适合PLC功能不断增强的需求，就需要有各种类型的专用单元模块。 7编程工具（1）简易编程器 （2）图形编程器（3）计算机辅助编程简易编程器可以直接与PLC上的专用插座相连，或通过电缆与PLC相连。 图形编程器可直接输入梯形图程序。 可以输入、编辑、修改用户程序，监控系统运行，打印文件，采集和分析数据，在显示器屏幕上显示系统运行状况 7.1.3 PLC的主要性能指标1.I/O点数
3、I/O点数是PLC可以接受的输入开关信号和输出开关信号的总和，即I/O映射区的位数。 2.内存配置和容量在编制PLC程序时，需要大量的内部寄存器（简称内存）来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志等信息。 3.扫描速度扫描速度是指PLC执行1KW(千步)用户程序所需的速度，以 ms/KW为单位表示，例如20ms/KW，表示扫描1KW的用户程序所需的时间为20ms。 7.1.3 PLC的主要性能指标5.支持软件 为了编制PLC程序，多数厂家都开发了计算机支持软件。 6. 专用功能单元的种类 专用功能单元的种类越多，则PLC所能完成的功能相对越多。 7.可扩展性 在选择PLC时
4、，需要考虑PLC的可扩展性，它主要包括输入/输出点数的扩展、存储容量的扩展、通信联网功能的扩展以及可扩展的模块数量。8.可靠性措施 PLC除了在硬件和软件方面采取了很多可靠性措施之外，通常还根据PLC的特殊要求采取相应的特殊措施，如热备份、冗余等。 7.1.4 PLC的基本工作原理1.PLC的循环扫描方式2.PLC的循环扫描过程7.1.4 PLC的基本工作原理（1）数据输入及处理阶段 PLC在读输入阶段，以扫描方式依次读入所有输入信号的通/断状态，并将它们存入到输入映像存储器中。 （2）用户程序执行阶段 用户程序放在用户程序存储器中。在程序执行阶段，CPU按（梯形图）先左后右，先上后下的顺序对
5、逐条指令进行解释、执行，直到执行END指令才结束对该用户程序的扫描。（3）数据输出及处理阶段 对应于存放PLC处理结果的数据区，称为输出映像寄存器，又称输出映像区。PLC的CPU不能直接驱动负载。 3. PLC的I/O响应时间7.1.4 PLC的基本工作原理（1）产生I/O响应滞后的原因1）输入电路的时间常数 2）输出电路的时间常数 3）用户语句位置的安排和指令类型的选用，也影响PLC输入/输出的响应时间4）P LC的循环扫描周期 （2） 最短响应时间（3）最长响应时间7.2 PLC的基本指令和编程7.2.1基本指令系统特点1.图形式指令结构：程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于
6、理解和记忆。 2.明确的变量常数：图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填入。 3.简化的程序结构：PLC的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能， 4.简化应用软件生成过程：使用汇编语言和高级语言编写程序，要完成编辑、编译和连接三个过程。 5.强化调试手段：PLC的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用PLC和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。7.2.2编程语言的形式指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强
7、、性能好的PLC，其指令系统必然丰富。程序：PLC指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，更难读，所以多数程序用梯形图表达。梯形图：梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。
8、7.2.3编程基本元件1.继电器 PLC中的继电器也称为编程元件，它包括线圈、常开触点和常闭触点。在PLC内部的继电器并不是实际的硬继电器，而是一位存储器，因此称为“软继电器”。 2.定时器PLC中定时器的作用与继电器控制中的延时继电器或时间继电器相同。 普通定时器的符号 普通定时器的示例7.2.3编程基本元件3.计数器PLC中计数器的作用与数字电路中的计数器相同。 普通计数器的符号4.其他元件 除了上述的基本元件外，PLC 中还会使用到其他元件，如时序器、加法器、减法器、编码器、译码器等。 7.2.4梯形图编程以交流电动机的起停控制为例进行说明 继电器控制图与PLC梯形图的比较 PLC控制的
9、接线图 继电器控制线路7.2.5 梯形图与继电器控制图的区别1.继电器控制图使用的是硬继电器和定时器，靠硬件连接来组成控制电路，其触点的数量有限，设计时需要合理分配使用继电器及触点数；而PLC梯形图使用的继电器、定时器（或计数器）等是靠内部寄存器实现，它的（常开或常闭）触点数可以反复使用，使用次数不加限制。2.继电器控制图就是电路连接图，施工费力，更改困难；而PLC梯形图是利用计算机制作的，更改简单，调试方便。3.继电器控制图中的动作顺序与图形的编写顺序无关，而PLC梯形图的执行顺序与梯形图的编写顺序一致。因此，梯形图要按行从上至下编写，每行从左到右顺序编写，PLC执行时，视梯形图为程序。4.
10、继电器控制图中的最右侧一般是各种继电器的线圈，而PLC的梯形图中最右侧必须连接输出元素，可以是表示线圈的存储器“数”。5.继电器控制图中的线圈可以串联使用，而在PLC的梯形图中，输出元素只允许并联，不能串联。PLC梯形图的触点连接与继电器控制图一样，可以串联，也可以并联。6.在PLC梯形图中，结束标志是END。7.2.6 梯形图的设计与编程方法1.确定各元件的编号，分配I/O地址2.梯形图的编程规则（1）每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。（2）梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有接触点）。（3）线圈不能直接接在左边母线上。（4）
11、在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应尽量避免。（5）在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。 7.3 PLC的应用举例7.3.1 PLC在交通信号灯自动控制中的应用1控制要求7.3 PLC的应用举例（1）南北方向绿灯和东西方向的绿灯不能同时亮；如果同时亮，则应自动立即关闭信号灯系统，并立即发出报警信号。（2）系统工作后，首先南北红灯亮并维持25s；与此同时，东西绿灯亮，并维持20s时间，到20s时，东西绿
12、灯闪亮，闪亮3s后熄灭。（3）在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮并维持2s，然后东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮。（4）东西红灯亮并维持30s；与此同时，南北绿灯亮并维持25s；然后，南北绿灯闪亮3s后熄灭。（5）南北绿灯熄灭时，南北黄灯亮维持2s后熄灭；同时南北红灯亮，东西绿灯亮。至此，结束一个工作循环。7.3 PLC的应用举例2. I/O分配表 根据对交通指挥信号灯系统控制要求分析，系统采用自动控制方式，输入有开启与停止按钮信号；输出有东西方向、南北方向各两组指示信号和故障指示驱动信号。 3. 用PLC控制的梯形图设计7.3 PLC的应用举例(1) 当按下启动按钮，0000
13、0接通，中间继电器380000接通，002002线圈得电，南北红灯亮，与此同时，002002的常开触点闭合，002004线圈得电，东西绿灯亮。(2) 延时20秒后，TIM 0006的常闭触点接通，与该接点串联的TIM 0008的常开接点共同控制产生0.5秒的钟脉冲信号，使东西绿灯闪烁3s（闪烁6次）。(3) 经过3秒后，TIM 0007的常闭接点断开，002004线圈失电，东西绿灯熄灭。此时TIM 0007的常开接点闭合，002005线圈接通，东西黄灯亮2s。(4) 经过2秒后，TIM 0005的常闭接点断开，002005线圈失电，东西黄灯灭，这是启动TIM 0000进入延时。(5) 延时25s后，TIM 0000的常闭接点断开，002002线圈失电，南北红灯灭；同时，TIM 0000的常开接点闭合，002006接通，东西红灯亮；由于002006的常开接点闭合，0020000线圈得电，南北绿灯亮。
