高等教育最新西门子PLC学习资料

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1、模块四模块四 认识西门子认识西门子 知识目标：知识目标：熟练掌握西门子熟练掌握西门子PLC的工作原理、的工作原理、结构特点及硬件组成；熟练使用编程软件进行结构特点及硬件组成；熟练使用编程软件进行操作操作能力目标：能力目标：初步具有初步具有PLC的硬件设计能力，对的硬件设计能力，对西门子的系统进行正确接线；具有西门子软件西门子的系统进行正确接线；具有西门子软件的操作能力的操作能力学习内容 PLC的产生与发展 PLC的组成及基本工作原理 PLC的性能、特点及分类 PLC的应用领域 学习目标：了解PLC的产生原因了解PLC的发展过程掌握PLC的组成掌握PLC的基本工作原理理解PLC的性能理解PLC的

2、特点理解PLC的分类理解PLC的控制功能 什么时什么时间？谁提出间？谁提出要造要造PLCPLC？ 二十世纪六十年代末期，美二十世纪六十年代末期，美国汽车制造工业竞争十分激烈，国汽车制造工业竞争十分激烈，为了适应市场为了适应市场从少品种大批量生从少品种大批量生产向多品种小批量生产的转变产向多品种小批量生产的转变，为了尽可能减少转变过程中控制为了尽可能减少转变过程中控制系统的设计制造时间，减少经济系统的设计制造时间，减少经济成本，成本，19681968年美国通用汽车公司年美国通用汽车公司GMGM（GenerlMotorsGenerlMotors）公开招标，公开招标，要求用新的控制装置取代生产线要求

3、用新的控制装置取代生产线上的继电接触器控制系统。上的继电接触器控制系统。4.1 PLC的产生和发展 什么时间？谁什么时间？谁最先造出世界上的最先造出世界上的第一台第一台PLCPLC？ 19691969年美国数字设备公年美国数字设备公司司DECDEC（DIGTALDIGTAL）根据上述根据上述要求，首先研制出了世界上要求，首先研制出了世界上第一台可编程控制器第一台可编程控制器PDP-14PDP-14，用于通用汽车公司的生产用于通用汽车公司的生产线，取得了满意的效果。线，取得了满意的效果。 4.1 PLC的产生和发展KM2SB1SB3FRQFRFUM3 SB2KM1KM2KM1KM2KM1KM2K

4、M1 继电接触器电动机正反转控制线路继电接触器电动机正反转控制线路QFRFUM3 KM1KM2 M+ 0V M1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 S7-200CPU L N COM0 0.0 0.1 0.2 0.3SB1 SB2 SB3KM1 KM2KM1KM2PLC电动机正反转控制线路I0.0Q0.0I0.1I0.2Q0.1Q0.0I0.1Q0.1I0.0I0.2Q0.0Q0.1PLC电动机正反转控制程序( )( ) PLC从产生到现在经从产生到现在经历了几代的发展过程？历了几代的发展过程？ 第第二二代代PLC（19731975年年）：采采用用了了8位位微微处处理理器器及及半半导导体

5、体存存储储器器，增增加加了了数数字字运运算算、传传送送、比比较较等等功功能能，能能实实现模拟量的控制，开始具备自诊断功能，初步形成系列化。现模拟量的控制，开始具备自诊断功能，初步形成系列化。 从从PLC产生到现在，已发展到第四代产品。其过程基产生到现在，已发展到第四代产品。其过程基本可分为：本可分为： 第第一一代代PLC（19691972年年）：大大多多用用一一位位机机开开发发，用用磁磁芯芯存存储储器器存存储储，只只具具有有单单一一的的逻逻辑辑控控制制功功能能，机机种种单一，没有形成系列化。单一，没有形成系列化。 第第四四代代PLC（1983年年现现在在）：不不仅仅全全面面使使用用16位位、3

6、2位位高高性性能能微微处处理理器器，高高性性能能位位片片式式微微处处理理器器，RISC(reduced instruction set computer)精精简简指指令令系系统统CPU等等高高级级CPU，而而且且在在一一台台PLC中中配配置置多多个个微微处处理理器器，进进行行多多通通道道处处理理，同同时时生生产产了了大大量量内内含含微微处处理理器器的的智智能能模模块块，使使得得第第四四代代PLC产产品品成成为为具具有有逻逻辑辑控控制制功功能能、过过程程控控制制功功能能、运运动动控控制制功功能能、数数据处理功能、联网通信功能的真正名符其实的多功能控制器。据处理功能、联网通信功能的真正名符其实的多

7、功能控制器。 第第三三代代PLC（19761983年年）：随随着着高高性性能能微微处处理理器器及及位位片片式式CPU在在PLC中中大大量量的的使使用用，PLC的的处处理理速速度度大大大大提提高高，从从而而促促使使它它向向多多功功能能及及联联网网通通信信方方向向发发展展，增增加加了了多多种种特特殊殊功功能能，如如浮浮点点数数的的运运算算、三三角角函函数数、表表处处理理、脉脉宽宽调调制制输输出出等，自诊断功能及容错技术发展迅速。等，自诊断功能及容错技术发展迅速。 由由于于PLC的的发发展展，使使其其功功能能已已经经远远远远超超出出了了逻逻辑辑控控制制的的范范围围，因因而而用用“PLC”已已不不能能

8、描描述述其其多多功功能能的的特特点点。1980年年，美美国国电电气气制制造造商商协协会会(NEMA)给给它它起起了了一一个个新新的的名名称称，叫叫programmable controller”，简简称称PC。由由于于PC这这 一一 缩缩 写写 在在 我我 国国 早早 已已 成成 为为 个个 人人 计计 算算 机机 (personal computer)的的代代名名词词，为为避避免免造造成成名名词词术术语语混混乱乱，因因此此在在我国仍沿用我国仍沿用PLC表示可编程控制器。表示可编程控制器。 正正是是由由于于PLC具具有有多多种种功功能能，并并集集三三电电（电电控控装装置置、电电仪仪装装置置、电

9、电气气传传动动控控制制装装置置）于于一一体体，使使得得PLC在在工工厂厂中中备备受受欢欢迎迎，用用量量高高居居首首位位，成成为为现现代代工工业业自自动动化化的的三三大大支支柱柱（PLC、机机器器人人、CAD/CAM）之之一。一。硬件软件+4.2 PLC的组成和基本工作原理4.2.1 PLC的组成中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展 接口电源编程器系 统 总 线通信接口1.PLC的硬件系统(一)PLC的硬件系统中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展 接口电源编程器系 统 总 线通信接口中央处理单元 PLC的中央处理单元主要由微处理器的中央处理单元主要由微处理器CPU、存储器存储器R

10、OM/RAM和微处理器和微处理器I/O接口组成。接口组成。 微处理器微处理器CPU CPU作为整个作为整个PLC的核心起着总指挥的作用，的核心起着总指挥的作用，是是PLC的运算和控制中心。的运算和控制中心。 存储器存储器RAM/ROM 存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息。信息。 微处理器微处理器I/O接口接口 它一般由数据输入寄存器、选通电路和中断它一般由数据输入寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路构成，负责微处理器及存储器与外请求逻辑电路构成，负责微处理器及存储器与

11、外部设备的信息交换。部设备的信息交换。n n4 4种种CPUCPU各有晶体管输出和各有晶体管输出和8 8继电器输出两种继电器输出两种类型，具有不同电源电压和控制电压。各类类型，具有不同电源电压和控制电压。各类型的型号如表所示。型的型号如表所示。 中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展 接口电源编程器系 统 总 线通信接口 这这是是PLCPLC与与被被控控设设备备相相连连接接的的接接口电路。口电路。 用用户户设设备备需需输输入入PLCPLC的的各各种种控控制制信信号号，如如限限位位开开关关、操操作作按按钮钮、选选择择开开关关、行行程程开开关关以以及及其其它它一一些些传传感感器器输输出出的的

12、开开关关量量或或模模拟拟量量( (要要通通过过模模数数变变换换进进入入机机内内) )等等，通通过过输输入入接接口口电电路路将将这这些些信信号号转转换换成成中中央央处处理理单单元元能能够接收和处理的信号。够接收和处理的信号。 输输出出接接口口电电路路将将中中央央处处理理单单元元送送出出的的弱弱电电控控制制信信号号转转换换成成现现场场需需要要的的强强电电信信号号输输出出，以以驱驱动动电电磁磁阀阀、接接触触器、电机等被控设备的执行元件。器、电机等被控设备的执行元件。输入输出接口直流输入接口电路示意图内部电路输入LED IN IN COM交流输入接口电路示意图内部电路输入LED IN IN COM继电

13、器输出接口电路示意图内部电路输出LED OUT OUT COMLL双向晶闸管输出接口电路示意图输出LED OUT OUT COMLL内部电路晶体管输出接口电路示意图L+ OUT OUT COMLL输出LED内部电路中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展 接口电源编程器系 统 总 线通信接口 中中小小型型的的PLCPLC输输入入输输出出接接口口都都是是与与中中央央处处理理单单元元CPUCPU制制造造在在一一起起的的，为为了了满满足足被被控控设设备备输输入入输输出出点点数数较较多多的的要要求求，常常需需要要扩扩展展数数字字量量输输入入输输出出模模块块；为为了了满满足足模模拟拟量量控控制制的的

14、需需要要，常常需需要要扩扩展展模模拟拟量量输输入入输输出出模模块块，如如A/DA/D、D/AD/A转转换换模模块块等等；I/OI/O扩扩展展接接口口就是为连接各种扩展模块而设计的。就是为连接各种扩展模块而设计的。 I/O扩展接口的连接S7-200常用常用I/O扩展单元型号及输入、输出端子分配扩展单元型号及输入、输出端子分配类型类型型号型号输入端子数输入端子数输出端子数输出端子数数字量数字量扩展模扩展模块块EM221EM2218 80 0EM222EM2220 08 8EM223EM2234/8/164/8/164/8/164/8/16模拟量模拟量扩展模扩展模块块EM231EM2313 30 0

15、EM232EM2320 02 2EM235EM2353 31 1例如，某一控制系统选用例如，某一控制系统选用CPU 224，系统所需的输入输出点系统所需的输入输出点数各为：数字量输入数各为：数字量输入24点、数字量输出点、数字量输出20点、模拟量输入点、模拟量输入6点、模拟量输出点、模拟量输出2点。点。本系统可有多种不同模块的选取组合，下表所示为其中的本系统可有多种不同模块的选取组合，下表所示为其中的一种可行的系统输入输出组态状况。一种可行的系统输入输出组态状况。n n若若按按表表的的扩扩展展方方式式，各各模模块块在在I/OI/O链链中中的的位位置置排排列列方方式式也也可可以以有有多多种种，如

16、如图图所所示示为为其其中中的的一一种模块连接形式种模块连接形式。扩展连接图扩展连接图中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展 接口电源编程器系 统 总 线通信接口 通通 信信 接接 口口 用用 于于PLCPLC与与计计算算机机、PLCPLC、变变频频器器、触触摸摸屏屏等等智智能能设设备备之之间间的的连连接接，以以实实现现PLCPLC与与智智能能设设备备之间的数据传送。之间的数据传送。通信接口的连接输入输出接口I/O扩展 接口中央处理单元编程器接口电源编程器系 统 总 线通信接口 用于将编用于将编程器与程器与PLCPLC进行进行连接，以实现连接，以实现编程器对编程器对PLCPLC的的操作。操

17、作。中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展 接口电源编程器系 统 总 线通信接口 编程器编程器用作用户用作用户程序的编制、编辑、调试程序的编制、编辑、调试和监视，还可以通过其键和监视，还可以通过其键盘去调用和显示盘去调用和显示PLCPLC的一的一些内部状态和系统参数，些内部状态和系统参数，它经过编程器接口与中央它经过编程器接口与中央处理器单元联系，完成人处理器单元联系，完成人机对话操作。机对话操作。 PLC手持编程器液晶显示窗工作方式开关指令键数字键编辑键通信电缆PLC的电源中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展 接口电源编程器系 统 总 线通信接口 电电源源部部件件将将交交流流电

18、电源源转转换换成成供供PLC的的中中央央处处理理器器、存存储储器器等等电电子子电电路路工工作作所所需需要要的的直直流流电电源源，同同时时还还向向各各种种扩扩展展模模块块提提供供24V直直流流电电源。源。1输入接线输入接线图2-4 CPU224输入电路接线图4.1.2输入输出接线输入输出接线2输出接线输出接线 晶体管输出电路接线图晶体管输出电路接线图图2-5 CPU224晶体管输出电路接线图2输出接线输出接线 继电器输出电路接线图继电器输出电路接线图 图2-6 CPU224继电器输出电路的接线图4.2 STEP7-Micro/WIN编程软件介绍编程软件介绍 输出窗口 状态条 程序编辑器 局部变量

19、表浏览条 指令树 交叉引用 数据块 状态图 符号表图4-10 STEP7-Micro/WIN编程软件的主界面STEP7-Mirco/WIN主要编程功能主要编程功能 1.1.编程元素及项目组件编程元素及项目组件编程元素及项目组件编程元素及项目组件 STEP7-MircoWINSTEP7-MircoWIN的一个基本项目包括程序块、的一个基本项目包括程序块、数据块、系统块、符号表、状态表、交叉引用表。程数据块、系统块、符号表、状态表、交叉引用表。程序块、数据块、系统块须下载到序块、数据块、系统块须下载到PLCPLC，而符号表、状，而符号表、状态表、交叉引用表不下载到态表、交叉引用表不下载到PLCPL

20、C。 程序块由可执行代码和注释组成，可执行代码由程序块由可执行代码和注释组成，可执行代码由一个主程序和可选子程序或中断程序组成。程序代码一个主程序和可选子程序或中断程序组成。程序代码被编译并下载到被编译并下载到PLCPLC，程序注释被忽略。在，程序注释被忽略。在“ “指令树指令树” ”中中 右击右击“ “程序块程序块” ”图标可以插入子程序和中断程序。图标可以插入子程序和中断程序。 数据块由数据（包括初始内存值和常数值）和注释两部分组成。数据被编译后，下载到PLC，注释被忽略。 系统块用来设置系统的参数，包括通信口配置信息、保存范围、模拟和数字输入过滤器、背景时间、密码表、脉冲截取位和输出表等

21、选项。单击“浏览栏”上的“系统块”按钮，或者单击“指令树”内的“系统块”图标，可查看并编辑系统块。系统块的信息须下载到PLC，为PLC提供新的系统配置。2.2.梯形图程序的输入梯形图程序的输入梯形图程序的输入梯形图程序的输入（1 1） 建立项目建立项目 通过菜单命令通过菜单命令“ “文件文件” ” “新建新建” ”或单击工具栏中或单击工具栏中“ “新建新建” ”快捷按钮，可新建一个项目。此时，程序编辑快捷按钮，可新建一个项目。此时，程序编辑器将自动打开。器将自动打开。（2 2） 输入程序输入程序 在程序编辑器中使用的梯形图元素主要有触点、线在程序编辑器中使用的梯形图元素主要有触点、线圈和功能块

22、，梯形图的每个网络必须从触点开始，以线圈和功能块，梯形图的每个网络必须从触点开始，以线圈或没有圈或没有ENOENO输出的功能块结束。线圈不允许串联使用。输出的功能块结束。线圈不允许串联使用。 （3 3）编辑程序）编辑程序 剪切、复制、粘贴或删除多个网络剪切、复制、粘贴或删除多个网络剪切、复制、粘贴或删除多个网络剪切、复制、粘贴或删除多个网络 通过用通过用SHIFTSHIFT键键+ +鼠标单击，可以选择多个相邻鼠标单击，可以选择多个相邻的网络，进行剪切、复制、粘贴或删除等操作。注的网络，进行剪切、复制、粘贴或删除等操作。注意：不能选择网络中的一部分，只能选择整个网络。意：不能选择网络中的一部分，

23、只能选择整个网络。 编辑单元格、指令、地址和网络编辑单元格、指令、地址和网络编辑单元格、指令、地址和网络编辑单元格、指令、地址和网络 用光标选中需要进行编辑的单元，单击右键，用光标选中需要进行编辑的单元，单击右键，弹出快捷菜单，可以进行插入或删除行、列、垂直弹出快捷菜单，可以进行插入或删除行、列、垂直线或水平线的操作。删除垂直线时把方框放在垂直线或水平线的操作。删除垂直线时把方框放在垂直线左边单元上，删除时选线左边单元上，删除时选“ “行行” ”，或按，或按“ “DEL”DEL”键。键。进行插入编辑时，先将方框移至欲插入的位置，然进行插入编辑时，先将方框移至欲插入的位置，然后选后选“ “列列”

24、 ”。 （4 4）程序的编译）程序的编译 程程序序编编译译操操作作用用于于检检查查程程序序块块、数数据据块块及及系系统统块块是是否否存存在在错错误误。程程序序经经过过编编译译后后，方方可可下下载载到到PLCPLC。 单单 击击 “ “编编 译译 ” ”按按 钮钮 或或 选选 择择 菜菜 单单 命命 令令“ “PLC”“PLC”“编编译译” ”，编编译译当当前前被被激激活活的的窗窗口口中中的程序块或数据块；的程序块或数据块； 单单击击“ “全全部部编编译译” ”按按钮钮或或选选择择菜菜单单命命令令“ “PLC”“PLC”“全全部部编编译译” ”，编编译译全全部部项项目目元元件件（程程序序块块、数

25、数据据块块和和系系统统块块）。使使用用“ “全全部部编编译译” ”，与与哪哪一一个个窗窗口口是是活活动动窗窗口口无无关关。编编译译的的结结果果显示在主窗口下方的输出窗口中。显示在主窗口下方的输出窗口中。 3.3.程序的上传下载程序的上传下载 （1 1） 下载下载 如果已经成功地在运行如果已经成功地在运行STEP 7-Micro/WINSTEP 7-Micro/WIN的个人计的个人计算机和算机和PLCPLC之间建立了通讯，就可以将编译好的程序下之间建立了通讯，就可以将编译好的程序下载至该载至该PLCPLC。如果。如果PLCPLC中已经有内容将被覆盖。单击工具中已经有内容将被覆盖。单击工具条中的条

26、中的“ “下载下载” ”按钮，或用菜单命令按钮，或用菜单命令“ “文件文件” ”“下载下载” ”。出现。出现“ “下载下载” ”对话框。根据默认值，在初次发出下对话框。根据默认值，在初次发出下载命令时，载命令时，“ “程序代码块程序代码块” ”、“ “数据块数据块” ”和和“ “CPUCPU配置配置” ”（系统块）复选框都被选中。如果不需要下载某个块，（系统块）复选框都被选中。如果不需要下载某个块，可以清除该复选框。单击可以清除该复选框。单击“ “确定确定” ”，开始下载程序。如，开始下载程序。如果下载成功，将出现一个确认框会显示以下信息：下载果下载成功，将出现一个确认框会显示以下信息：下载成

27、功。下载成功后，单击工具条中的成功。下载成功后，单击工具条中的“ “运行运行” ”按钮，或按钮，或“ “PLC” “PLC” “运行运行” ”，PLCPLC进入进入RUNRUN（运行）工作方式。（运行）工作方式。 注意：下载程序时注意：下载程序时PLCPLC必须处于停止状态，可根据提示必须处于停止状态，可根据提示进行操作。进行操作。(2)上传 可用下面的几种方法从PLC将项目文件上传到STEP 7-MicroWIN程序编辑器：单击“上载”按钮；选择菜单命令“文件”“上载”；按快捷键组合Ctrl+U。执行的步骤与下载基本相同，选择需上传的块（程序块、数据块或系统块），单击“上传”按钮，上传的程序

28、将从PLC复制到当前打开的项目中，随后即可保存上传的程序。3.程序的上传下载 4 4 选择工作方式选择工作方式 PLCPLC有运行和停止两种工作方式。单击工具有运行和停止两种工作方式。单击工具栏中的栏中的“ “运行运行” ”按钮或按钮或“ “停止停止” ”按钮可以进入相按钮可以进入相应的工作方式。应的工作方式。 5 5程序的调试与监控程序的调试与监控 在在STEP7-MicroWINSTEP7-MicroWIN编程设备和编程设备和PLCPLC之间建立通信并之间建立通信并向向PLCPLC下载程序后，可使下载程序后，可使PLCPLC进入运行状态，进行程序的进入运行状态，进行程序的调试和监控。调试和

29、监控。 （1 1）程序状态监控）程序状态监控 在程序编辑器窗口，显示希望测试的部分程序和网在程序编辑器窗口，显示希望测试的部分程序和网络，将络，将PLCPLC置于置于RUNRUN工作方式，单击工具栏中工作方式，单击工具栏中“ “程序状态程序状态” ”按钮或用菜单命令按钮或用菜单命令“ “调试调试” ”“程序状态程序状态” ”，将进入，将进入梯形图监控状态。在梯形图监控状态，用高亮显示位操梯形图监控状态。在梯形图监控状态，用高亮显示位操作数的线圈得电或触点通断状态。触点或线圈通电时，作数的线圈得电或触点通断状态。触点或线圈通电时，该触点或线圈高亮显示。运行中梯形图内的各元件状态该触点或线圈高亮显

30、示。运行中梯形图内的各元件状态将随程序执行过程连续更新变换。将随程序执行过程连续更新变换。（2）状态表监控）状态表监控 单击浏览条上的“状态表”按钮或使用菜单命令“检视”“元件” “状态表”，可打开状态表编辑器，在状态表地址栏输入要监控的数字量地址或数据量地址，点击工具栏中的“状态表”按钮，可进入“状态表” 监控状态。在此状态，可通过工具栏强制I/O点的操作，观察程序的运行情况，也可通过工具栏对内部位及内部存储器进行“写”操作来改变其状态，进而观察程序的运行情况。 。 5程序的调试与监控自诊断自诊断通讯处理通讯处理扫描输入扫描输入执行程序执行程序刷新输出刷新输出开机开机4.3 PLC的基本工作

31、原理 PLCPLC经过五个阶段经过五个阶段的工作过程，称为一个的工作过程，称为一个扫描周期，完成一个扫扫描周期，完成一个扫描周期后，又重新执行描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复上述过程，扫描周而复始地进行。始地进行。 自诊断自诊断通讯处理通讯处理扫描输入扫描输入执行程序执行程序刷新输出刷新输出开机开机 每每次次扫扫描描用用户户程程序序之之前前，都都先先执执行行故故障障自自诊诊断断程程序序。自自诊诊断断内内容容为为I0部部分分、存存储储器器、CPU等等，发发现现异异常常停停机机显显示示出出错错。若若自自诊诊断断正正常常，继继续续向下扫描。向下扫描。 PLCPLC检查是否有与编程检查是否有与

32、编程器、计算机等的通信请求，器、计算机等的通信请求，若有则进行相应处理，如接若有则进行相应处理，如接收由编程器送来的程序、命收由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错信息等的状态、数据、出错信息等发送给编程器进行显示。如发送给编程器进行显示。如果有与计算机等的通信请求，果有与计算机等的通信请求，也在这段时间完成数据的接也在这段时间完成数据的接受和发送任务。受和发送任务。 自诊断自诊断通讯处理通讯处理扫描输入扫描输入执行程序执行程序刷新输出刷新输出开机开机 PLCPLC的的中中央央处处理理器器对对各各个个输输入入端端进进行行扫扫描描，将将所所有有输

33、输入入端端的的状状态态送送到到输输入入映映象象寄存器。寄存器。 自诊断自诊断通讯处理通讯处理扫描输入扫描输入执行程序执行程序刷新输出刷新输出开机开机 中中央央处处理理器器CPUCPU将将逐逐条条执执行行用用户户指指令令程程序序，即即按按程程序序要要求求对对数数据据进进行行逻逻辑辑、算算术术运运算算，再再将将正正确确的的结结果果送送到到输输出出映映像像寄寄存器中。存器中。自诊断自诊断通讯处理通讯处理扫描输入扫描输入执行程序执行程序刷新输出刷新输出开机开机 当当所所有有的的指指令令执执行行完完毕毕时时，集集中中把把输输出出映映象象寄寄存存器器的的状状态态通通过过输输出出部部件件转转换换成成被被控控

34、设设备备所所能能接接受受的的电电压压或或电电流流信号，以驱动被控设备。信号，以驱动被控设备。 自诊断自诊断通讯处理通讯处理扫描输入扫描输入执行程序执行程序刷新输出刷新输出开机开机PLC经过这五个阶段的工作过程，称为一个扫描周期，完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。在不考虑第二个因素（通讯处理）时，扫描周期T的大小为： T=（读入一点时间输入点数）+（运算速度程序步数）+（输出一点时间输出点数）+故障诊断时间显然扫描周期主要取决于程序的长短，一般每秒钟可扫描数十次以上，这对于工业设备通常没有什么影响。但对控制时间要求较严格，响应速度要求快的系统，就应该精确的计算响应时间，

35、细心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少扫描周期造成的响应延时等不良影响。（ ）程序执行输入电路输入映象寄存器输出映象寄存器输出电路接触器按钮按钮输入扫描执行程序输出刷新1.I/O1.I/O总点数总点数 I/OI/O总总点点数数是是衡衡量量PLCPLC接接入入信信号号和和可可输输出出信信号号的的数数量量。PLCPLC的的输输入入输输出出有有开开关关量量和和模模拟拟量量两两种种。其其中中开开关关量量用用最最大大I/OI/O点点数数表表示示，模模拟拟量量用用最最大大I/OI/O通通道道数数表表示。示。2.2.存储器容量存储器容量 存存储储器器容容量量是是衡衡量量可可存存储储用用户户应应用用程

36、程序序多多少少的的指指标标，通通常常以以字字或或K K字字为为单单位位。一一般般的的逻逻辑辑操操作作指指令令每每条条占占1 1个个字字，定定时时器器、计计数数器器移移位位操操作作等等指指令令占占2 2个字，而数据操作指令占个字，而数据操作指令占2424个字。个字。4.4.14.4.14.4.14.4.1 PLC PLC PLC PLC的性能指标的性能指标的性能指标的性能指标4.4 PLC的性能、特点及分类 3.3.编程语言编程语言 编编程程语语言言是是可可编编程程控控制制器器厂厂家家为为用用户户设设计计的的用用于于实实现现各各种种控控制制功功能能的的编编程程工工具具，它它有有多多种种形形式式，

37、常常见见的的是是梯梯形形图图编编程程语语言言及及语语句句表表编编程程语语言言，另另还还有有逻逻辑辑图编程语言、布耳代数编程语言等。图编程语言、布耳代数编程语言等。4.4.扫描时间扫描时间 扫描时间是指执行扫描时间是指执行1000条指令所需要的时间。条指令所需要的时间。一般为一般为10ms左右，小型机可能大于左右，小型机可能大于40ms。 5.5.内部寄存器的种类和数量内部寄存器的种类和数量 内内部部寄寄存存器器的的种种类类和和数数量量是是衡衡量量PLC硬硬件件功功能能的的一一个个指指标标。它它主主要要用用于于存存放放变变量量的的状状态态、中中间间结结果果、数数据据等等，还还提提供供大大量量的的

38、辅辅助助寄寄存存器器如如定定时时器器/计计数数器器、移位寄存器、状态寄存器等，以便用户编程使用。移位寄存器、状态寄存器等，以便用户编程使用。6.6.通讯能力通讯能力 通通讯讯能能力力是是指指可可编编程程控控制制器器与与可可编编程程控控制制器器、可可编编程程控控制制器器与与计计算算机机之之间间的的数数据据传传送送及及交交换换能能力力，它它是是工工厂厂自自动动化化的的必必备备基基础础。目目前前生生产产的的可可编编程程控控制制器器不不论论是是小小型型机机还还是是中中大大型型机机，都都配配有有一一至至两两个个、甚甚至至更多个通讯端口。更多个通讯端口。7.7.智能模块智能模块 智智能能模模块块是是指指具

39、具有有自自己己的的CPU和和系系统统的的模模块块。它它作作为为PLC中中央央处处理理单单元元的的下下位位机机，不不参参与与PLC的的循循环环处处理理过过程程，但但接接受受PLC的的指指挥挥，可可独独立立完完成成某某些些特特殊殊的的操操作作。如如常常见见的的位位置置控控制制模模块块、温温度度控控制制模块、模块、PID控制模块、模糊控制模块等等。控制模块、模糊控制模块等等。4.4.2 PLC的特点PLC的 特点可靠性多功能性模块结构易编程性4.4.3 PLC的分类按安装结构分模块式一体式叠装式按点数功能分中型机小型机大型机按生产厂家分类 1.1.1.1.日本立石（日本立石（日本立石（日本立石（OM

40、RONOMRONOMRONOMRON）公司）公司）公司）公司的的的的C C C C系列可编程序控系列可编程序控系列可编程序控系列可编程序控制器；制器；制器；制器；2.2.2.2.日本三菱（日本三菱（日本三菱（日本三菱（MITSUBISHIMITSUBISHIMITSUBISHIMITSUBISHI）公司）公司）公司）公司的的的的F F F F、F1F1F1F1、F2F2F2F2、FX2FX2FX2FX2系列可编程序控制器；系列可编程序控制器；系列可编程序控制器；系列可编程序控制器；3.3.3.3.日本松下（日本松下（日本松下（日本松下（PANASONICPANASONICPANASONICPA

41、NASONIC）电工公司）电工公司）电工公司）电工公司的的的的FP1FP1FP1FP1系列系列系列系列可编程序控制器；可编程序控制器；可编程序控制器；可编程序控制器；4.4.4.4.美国通用电气（美国通用电气（美国通用电气（美国通用电气（GEGEGEGE）公司）公司）公司）公司的的的的GEGEGEGE系列可编程序系列可编程序系列可编程序系列可编程序控制器；控制器；控制器；控制器；5.5.5.5.美国艾论美国艾论美国艾论美国艾论布拉德利（布拉德利（布拉德利（布拉德利（A-BA-BA-BA-B）公司）公司）公司）公司的的的的PLC-5PLC-5PLC-5PLC-5系列可编程序控制器；系列可编程序控

42、制器；系列可编程序控制器；系列可编程序控制器；6.6.6.6.德国西门子（德国西门子（德国西门子（德国西门子（SIEMENSSIEMENSSIEMENSSIEMENS）公司）公司）公司）公司的的的的S5S5S5S5、S7S7S7S7系列系列系列系列可编程序控制器。可编程序控制器。可编程序控制器。可编程序控制器。1.根据其外形和安装结构分根据其外形和安装结构分 单元式结构的特点是结构非常紧凑。它把可编程控单元式结构的特点是结构非常紧凑。它把可编程控制器的三大组成部分都装在一个金属或塑料外壳之中，制器的三大组成部分都装在一个金属或塑料外壳之中，即它将所有的电路都装入一个模块内，构成一个整体。即它将

43、所有的电路都装入一个模块内，构成一个整体。这样，体积小，成本低，安装方便。为了达到输入输这样，体积小，成本低，安装方便。为了达到输入输出点数灵活配置及易于扩展的目的，某一系列的产品通出点数灵活配置及易于扩展的目的，某一系列的产品通常都由不同点数的基本单元和扩展单元构成。常都由不同点数的基本单元和扩展单元构成。 1 1）一体式结构）一体式结构( (单元式单元式) ) 2 2）模块式结构）模块式结构 模模块块式式可可编编程程控控制制器器采采用用搭搭积积木木的的方方式式组组成成系系统统，在在一一个个机机架架上上插插上上CPU、电电源源、IO模模块块及及特特殊殊功功能能模模块，构成一个总块，构成一个总

44、IO点数很多的大规模综合控制系统。点数很多的大规模综合控制系统。3 3）叠装式）叠装式 以以上上两两种种结结构构各各有有特特色色。前前者者结结构构紧紧凑凑，安安装装方方便便，体体积积小小巧巧，易易于于与与机机床床、电电控控柜柜相相联联成成一一体体，但但由由于于其其点点数数有有搭搭配配关关系系，加加之之各各单单元元尺尺寸寸大大小小不不一一致致，因因此此不不易易安安装装整整齐齐。后后者者点点数数配配置置灵灵活活，又又易易于于构构成成较较多多点点数数的的大大系系统统，但但尺尺寸寸较较大大，难难于于与与小小型型设设备备相相联联。为为此此，有有些些公公司司开开发发出出叠叠装装式式结结构构的的PLC，它它

45、的的结结构构也也是是各各种种单单元元、CPU自自成成独独立立的的模模块块，但但安安装装不不用用机机架架，仅仅用用电电缆缆进进行行单单元元间间联联接接，且且各各单单元元可可以以一一层层层层地地叠叠装装。这这样样，既达到了配置灵活的目的，又可以做得体积小巧。既达到了配置灵活的目的，又可以做得体积小巧。2.2.按点数、功能分按点数、功能分 1 1）小型）小型PLCPLC 小型小型PLC又称为低档又称为低档PLC。这类这类PLC的规模较小，的规模较小，它的输入输出点数一般从它的输入输出点数一般从20点到点到128点。其中输入输出点。其中输入输出点数小于点数小于64点的点的PLC又称为超小型机。用户存储

46、器容量又称为超小型机。用户存储器容量小于小于2KB，具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能，有些还有少量的模拟量监控等基本功能，有些还有少量的模拟量I/O、算术运算、算术运算、数据传送、远程数据传送、远程I/O和通信等功能，可用于开关量控制、和通信等功能，可用于开关量控制、定时计数控制、顺序控制及少量模拟量控制等场合，定时计数控制、顺序控制及少量模拟量控制等场合，通常用来代替继电器通常用来代替继电器接触器控制，在单机或小规模生接触器控制，在单机或小规模生产过程中使用。产过程中使用。 2 2）中型）中型PLCPLC 中型中型PLCPLC的的

47、I/OI/O点数通常在点数通常在120120点至点至512512点之间，用户程序点之间，用户程序存储器的容量为存储器的容量为2KB2KB8KB8KB，除具有小型机的功能外，还具有除具有小型机的功能外，还具有较强的模拟量较强的模拟量I/OI/O、数字计算、过程参数调节如比例、积分、数字计算、过程参数调节如比例、积分、微分微分(PID)(PID)调节、数据传送与比较、数制转换、中断控制、调节、数据传送与比较、数制转换、中断控制、远程远程I/OI/O及通信联网功能。适用于既有开关量又有模拟量的及通信联网功能。适用于既有开关量又有模拟量的较为复杂的控制系统，如大型注塑机控制、配料和秤重等中较为复杂的控

48、制系统，如大型注塑机控制、配料和秤重等中小型连续生产过程控制小型连续生产过程控制 3 3）大型）大型PLCPLC 大型大型PLC又称为高档又称为高档PLC，I/O点数在点数在512点以上，其中点以上，其中I/O点数大点数大于于8192点的又称为超大型点的又称为超大型PLC，用用户程序存储器容量在户程序存储器容量在8KB以上，除以上，除具有中型机的功能外，还具有较强具有中型机的功能外，还具有较强的数据处理、模拟调节、特殊功能的数据处理、模拟调节、特殊功能函数运算、监视、记录、打印等功函数运算、监视、记录、打印等功能，以及强大的通信联网、中断控能，以及强大的通信联网、中断控制、智能控制和远程控制等

49、功能。制、智能控制和远程控制等功能。由于大型由于大型PLC具有比中小型具有比中小型PLC更更强大的功能，因此一般用于大规模强大的功能，因此一般用于大规模过程控制、分布式控制系统和工厂过程控制、分布式控制系统和工厂自动化网络等场合。自动化网络等场合。 4.44.4 PLC PLC的应用领域的应用领域1.1.逻辑量控制逻辑量控制 这是这是PLCPLC最基本的应用领域，可用最基本的应用领域，可用PLCPLC取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。在单机控制、多机群控和制和顺序控制。在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用自动生产线控制方

50、面都有很多成功的应用实例，如机床电气控制、起重机、皮带运实例，如机床电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机的控制、输机和包装机械的控制、注塑机的控制、电梯的控制、饮料灌装生产线、家用电器电梯的控制、饮料灌装生产线、家用电器( (电视机、冰箱、洗衣机等电视机、冰箱、洗衣机等) )自动装配线的自动装配线的控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线的控制等。线的控制等。 2.模拟量控制 PLC都具有模拟量处理功能，通过模拟量IO模块可对温度、压力、速度、流量等连续变化的模拟量进行控制，而且编程和使用都很方便。大、中型的PLC还具有PID闭环控制功能，运用

51、PID子程序或使用专用的智能PID模块，可以实现对模拟量的闭环过程控制。随着PLC规模的扩大，控制的回路己从几个增加到几十个甚至上百个，可以组成较复杂的闭环控制系统。PLC的模拟量控制功能已广泛应用于工业生产各个行业，例如自动焊机控制、锅炉运行控制、连轧机的速度和位置控制等都是典型的闭环过程控制的应用场合。 3.3.运动控制运动控制 运运动动控控制制是是指指PLCPLC对对直直线线运运动动或或圆圆周周运运动动的的控控制制，也也称称为为位位置置控控制制，早早期期PLCPLC通通过过开开关关量量I/OI/O模模块块与与位位置置传传感感器器和和执执行行机机构构的的连连接接来来实实现现这这一一功功能能

52、，现现在在一一般般都都使使用用专专用用的的运运动动控控制制模模块块来来完完成成。目目前前，PLCPLC的的运运动动控控制制功功能能广广泛泛应应用用在在金金属属切切削削机机床床、电电梯梯、机机器器人人等等各各种种机机械械设设备备上上，典典型型的的如如PLCPLC和和计计算算机机数数控控装装置置(CNC)(CNC)组组合合成成一一体体，构构成先进的数控机床。成先进的数控机床。4.4.数据处理数据处理 现现代代PLCPLC都都具具有有不不同同程程度度的的数数据据处处理理功功能能，能能够够完完成成数数学学运运算算( (函函数数运运算算、矩矩阵阵运运算算、逻逻辑辑运运算算) )、数数据据的的移移位位、比

53、比较较、传传递递、数数值值的的转转换换和和查查表表等等操操作作，对对数数据据进进行行采采集集、分分析析和和处处理理。数数据据处处理理通通常常用用在在大大、中中型型控控制制系系统统中中，如如柔柔性性制制造造系系统统、机机器器人的控制系统等。人的控制系统等。 5.通信联网通信联网 通通信信联联网网是是指指PLC与与PLC之之间间、PLC与与上上位位计计算算机机或或其其他他智智能能设设备备间间的的通通信信，利利用用PLC和和计计算算机机的的RS-232或或RS-422接接口口、PLC的的专专用用通通信信模模块块，用用双双绞绞线线和和同同轴轴电电缆缆或或光光缆缆将将它它们们联联成成网网络络，可可实实现

54、现相相互互间间的的信信息息交交换换，构构成成“集集中中管管理理、分分散散控控制制”的的多多级级分分布布式式控控制制系系统统，建建立立工工厂的自动化网络。厂的自动化网络。 传送带生产线控制传送带生产线控制灌装及包装机械灌装及包装机械木材加工木材加工电梯控制电梯控制空调控制空调控制纺织机械纺织机械印刷机械印刷机械本章小结本章小结 本章介绍了PLC的产生及发展情况，介绍了PLC的基本组成及工作原理、性能规格、结构类型及控制功能等。 1PLC的发展过程是随着微型计算机的发展而不断发展的。 2PLC是以微型计算机为核心辅以输入输出接口电路组成的一种微型计算机工业控制设备，它主要包括中央处理单元CPU、输

55、入/输出接口、I0扩展接口、通讯接口、编程器、电源等几个部分组成。 3PLC的工作方式区别于微型计算机的工作方式，它是周期扫描工作方式。在每个扫描周期中，PLC都要按通讯处理、扫描输入、执行程序、输出刷新的顺序依次不断循环工作。也正是由于PLC的这种“串行”工作方式，从而大大提高了PLC的抗扰性能。 4PLC的性能主要包括I/O点数、存储容量、编程语言、扫描时间、内部寄存器数量及种类、通讯能力、智能模块几方面，它们是选择使用PLC的依据。 5PLC的控制功能基本可涵盖自动控制领域，如逻辑量的控制、模拟量的控制、运动控制、网络通讯控制等等。 6PLC的种类可按结构类型、点数多少、功能强弱来分类。再见！