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1、PLC可编程控制器及其系统可编程控制器及其系统主主讲：郎讲：郎朗朗可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC目目录录第第2 2章章接线程序控制及存储程序控制的基本概念接线程序控制及存储程序控制的基本概念2.1 2.1 可编程序控制器的组成结构可编程序控制器的组成结构2.2 2.2 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理2.3 2.3 可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的编程语言可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC第第2章接线程序控制及存储程序控制的基本概念章接线程序控制及存储程序控制的基本概念接线程序控制及存储程序控制的基本概念接线程序控制及存储程序控制的基
2、本概念:在继电器控制系统和电子器件控制系统中，要完成一个在继电器控制系统和电子器件控制系统中，要完成一个控制任务，支配控制系统工作的控制任务，支配控制系统工作的“程序程序”是由各分立电器元是由各分立电器元件（继、接触器、电子元件等）用导线连接起来加以实现的，件（继、接触器、电子元件等）用导线连接起来加以实现的，这样的控制系统称为接线程序控制系统。系统方框图如图这样的控制系统称为接线程序控制系统。系统方框图如图11所示。所示。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC如果支配控制系统工作的程序是存放在存储器中，系统如果支配控制系统工作的程序是存放在存储器中，系统要完成的控制任务是通过存储
3、器中的程序来实现，这样的要完成的控制任务是通过存储器中的程序来实现，这样的控制系统称为存储程序控制系统。系统方框图如图控制系统称为存储程序控制系统。系统方框图如图12所所示。示。 输入设备 程序存储器 输出设备 被控制的生产机械或生产过程 图12 存储程序控制系统 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC可编程控制器就是一种存储程序控制器。其输入设备和输出设可编程控制器就是一种存储程序控制器。其输入设备和输出设备和继电器控制系统相同，但它们是直接接到备和继电器控制系统相同，但它们是直接接到可编程控制可编程控制器的输入端和输出端的。器的输入端和输出端的。控制程序是通过编程器而写到控制程
4、序是通过编程器而写到可编程控制器的程序存储器中，可编程控制器的程序存储器中，每个程序语每个程序语句都有一个顺序，运行时依次读取存储中的程句都有一个顺序，运行时依次读取存储中的程序语序语句，对他们的内容解释并加以执行，执行结果用以接句，对他们的内容解释并加以执行，执行结果用以接通到输出设备，控制被控对象工作。通到输出设备，控制被控对象工作。在存储程序控制系统中，控制程序的修改不需要改变控制器内在存储程序控制系统中，控制程序的修改不需要改变控制器内部的接线（即硬件），而只需通过编程器改变程序存储器中部的接线（即硬件），而只需通过编程器改变程序存储器中某些语句的内容。某些语句的内容。返回可编程控制器
5、原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2.1可编程序控制器的组成结构可编程序控制器的组成结构2.1.1中央处理器中央处理器CPU2.1.2存储器存储器2.1.3输入输入/输出模块输出模块2.1.4智能模块智能模块可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2.1 可编程序控制器的组成结构可编程序控制器的组成结构PLC实质上一种工业控制用的专用计算机，实质上一种工业控制用的专用计算机，PLC系统的系统的实际组成与微型计算机基本相同，它也是有硬件实际组成与微型计算机基本相同，它也是有硬件系统和系统和软件软件系统组成。系统硬件系统组成。系统硬件见下图。见下图。一一PLC的硬件系统的硬件系统可编
6、程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLCPLC的的硬硬件件系系统统由由 主主 机机 ， I/O扩扩展展机机及及外外部部设设备备组组成成。主主机机内内各各部部分分均均通通 过过 总总 线线 连连PLC的的硬硬件件系系统统。总总线线分分电电源源总总线线、控控制制总总线线、地地址址总总线和数据总线。线和数据总线。图2-1PLC的硬件系统简化图返回可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2.1.1 2.1.1 中央处理器中央处理器CPUCPUCPUCPU在在PLCPLC控制系统中的作用类似于人体的神经中枢，控制系统中的作用类似于人体的神经中枢，它是它是PLCPLC的运算、控制中心，用来
7、实现逻辑运算，算术的运算、控制中心，用来实现逻辑运算，算术运算，并对全机进行控制，指挥运算，并对全机进行控制，指挥PLCPLC有条不紊的工作。有条不紊的工作。其主要任务有：其主要任务有：1. 1. 控制从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储；控制从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储；2. 2. 用扫描方式通过用扫描方式通过I/OI/O部件接收现场的状态与数据，部件接收现场的状态与数据，并存入输入状态表或数据存储器中；并存入输入状态表或数据存储器中；可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC3. 3. 诊诊 断电源、断电源、PLCPLC内部电路的工作故障和编程中的语内部电路的工作故
8、障和编程中的语法错误；法错误；4. PLC4. PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；辑或算术运算等；5. 5. 根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出寄存根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出寄存器表的内容，再经由输出部件实现输出控制、制表打器表的内容，再经由输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。印或数据通信等功能。6. 6. 接受中断请求并作处理接受中断请求并作处理2.1.1结束可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及
9、应用PLC2.1.2存储器存储器存储器即内存，用来存储数据和程序。它包括可以随机存取存储器即内存，用来存储数据和程序。它包括可以随机存取的存取存储器（的存取存储器（RAM，用户程序）和在工作中只能读出，用户程序）和在工作中只能读出，不能写入的只读存储器（不能写入的只读存储器（ROM或或EPROM，系统程序）。，系统程序）。注意：注意：PLC中的系统程序关系到中的系统程序关系到PLC的性能，不能由用户直的性能，不能由用户直接存取，因而接存取，因而PLC产品中所列存储器形式机器容量一般都产品中所列存储器形式机器容量一般都是指是指RAM。如果容量如果容量不够，厂家提供了存储器扩展功能。不够，厂家提供
10、了存储器扩展功能。2.1.2结束可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC 2.1.3 2.1.3 输入输入/ /输出模块输出模块I/OI/O模块是模块是CPUCPU与现场与现场I/OI/O设备或其它外部设备之间的连接部件。设备或其它外部设备之间的连接部件。1. 1. 输入部件输入部件输入部件是输入部件是PLCPLC与工业生产现场被控对象之间的连接部件，是现与工业生产现场被控对象之间的连接部件，是现场信号进入场信号进入PLCPLC的桥梁。该部件接收由主令元件、检测元件来的桥梁。该部件接收由主令元件、检测元件来的信号。的信号。常见的主令元件常见的主令元件: :按钮开关按钮开关常见的检测元
11、件常见的检测元件: :行程开关行程开关 、限位开关、限位开关 、光电检测开关、光电检测开关 、继电、继电器触点及其它各类传感器。其功能是检测一些物理量（如距器触点及其它各类传感器。其功能是检测一些物理量（如距离离 、速度、速度 、位置、位置 、压力、压力 、流量、流量 、液位、液位 、温度、温度 、电压、电压 、电流等）在设备工作中的状态。、电流等）在设备工作中的状态。输入方式有两种：输入方式有两种：数字量输入（开关量数字量输入（开关量 、接点），、接点），模拟量输入（电平输入），要经模拟量输入（电平输入），要经A/DA/D转换才能进入转换才能进入PLCPLC。可编程控制器原理及应用可编程控制
12、器原理及应用PLC2）输出部件）输出部件输出部件也是输出部件也是PLC与现场设备之间的连接部件。与现场设备之间的连接部件。希望它能直接驱动执行元件，如电磁阀、微电机、接触器、希望它能直接驱动执行元件，如电磁阀、微电机、接触器、灯和音响灯和音响等。等。因此，输出部件中的输出级常是一些大功率器件，如机械触因此，输出部件中的输出级常是一些大功率器件，如机械触点式继电器、无触点交流开关（双向可控硅）及直流开关点式继电器、无触点交流开关（双向可控硅）及直流开关（晶体三极管）等。其功能是控制现场设备进行工作（如（晶体三极管）等。其功能是控制现场设备进行工作（如电动机的起、停，正电动机的起、停，正/反转，阀
13、门的开、关，设备的转动、反转，阀门的开、关，设备的转动、移动、升降等）。移动、升降等）。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC一般一般PLCPLC配置配置I/OI/O电平转换模块及电气隔离模块。电平转换模块及电气隔离模块。电平转换模块电平转换模块( (I/OI/O接口实现）接口实现）输入电平转换是用来将输入端不同电压或电流的信号源转换成微输入电平转换是用来将输入端不同电压或电流的信号源转换成微处理器所能接收的低电压信号。输出电平转换是用来将微处处理器所能接收的低电压信号。输出电平转换是用来将微处理器控制的低电平信号转换成控制设备所需的电压或电流信理器控制的低电平信号转换成控制设备所
14、需的电压或电流信号。号。电气隔离模块电气隔离模块: :PLCPLC在微处理器部分与在微处理器部分与I/OI/O回路之间采用了回路之间采用了 光电隔离措施，这样光电隔离措施，这样能有效的隔离微处理器与能有效的隔离微处理器与I/OI/O回路之间的联系，而不致引起回路之间的联系，而不致引起PLCPLC故障或误操作。以提高故障或误操作。以提高PLCPLC的抗干扰能力。的抗干扰能力。为了与现场信号连接，输入部件上设有输入接线端子排。为了滤为了与现场信号连接，输入部件上设有输入接线端子排。为了滤除信号的噪声和便于除信号的噪声和便于PLCPLC内部对信号的处理，其内部还有滤内部对信号的处理，其内部还有滤波、
15、电平转换信号锁存电路。波、电平转换信号锁存电路。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLCCPU输出锁存器输出锁存器输出电路输出电路输出端子输出端子总线总线输出模块组成框图现场执行部件现场执行部件现场信号现场信号输入端子输入端子输入电路输入电路输入锁存器输入锁存器总线总线输入模块组成框图CPU可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC(1)开关量输入模块（开关量输入模块（P15）1）直流输入模块（图）直流输入模块（图2.2）图2.2直流输入模块电路原理可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2）交流输入模块（图）交流输入模块（图2.3）图2.3交流汇点输入模块电路原理
16、图可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC 图2.4交流分隔输入方式电路原理图可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC 3）交直流输入模块（图）交直流输入模块（图2.5）图2.5光电耦合器以上三种是以上三种是PLC常用的常用的I/O模块。模块。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC图2.6汇点式输入接线(a)直流模块；(b)交流模块图2.7分隔式输入接线可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC(2)开关量开关量输出模块的基本原理：输出模块的基本原理：图2.8晶体管输出可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC图图2.9可控硅输出可控硅输出可编程
17、控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC图2.10继电器输出可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC(3)模拟量模拟量输入模块的基本原理输入模块的基本原理在选择使用模拟量在选择使用模拟量输入模块时，主要应考虑如下几个技术要输入模块时，主要应考虑如下几个技术要求：求：输入量输入量类型：电压，电流；类型：电压，电流；输入量输入量程：常见为程：常见为010V(420mA)；输入极性：如输入极性：如5V；输入通路数：常见有单路、输入通路数：常见有单路、8路和路和16路；路；转换精度：主要决定于转换精度：主要决定于A/D转换芯片规格，如转换芯片规格，如8位、位、10位和位和12位；位；转换
18、速度：常见有转换速度：常见有10100s可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC图2.11模拟量输入模块结构框图1）输入信号处理2）AD转换器3）输出信号处理4）故障检测5）控制逻辑6）光电隔离（抗干扰、不需公共点）可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC(4)模拟量模拟量输出模块的基本原理输出模块的基本原理在选择使用模拟量在选择使用模拟量输出模块时，主要考虑以下技术要求：输出模块时，主要考虑以下技术要求：输出量输出量类型：电压或电流类型：电压或电流(取决于输出驱动方式或连接方取决于输出驱动方式或连接方法法)；输出精度：主要取决于输出精度：主要取决于D/A转换器的精度，如转
19、换器的精度，如8位或位或12位；位；输出通道数：取决于输出转换开关，常见的有单路或输出通道数：取决于输出转换开关，常见的有单路或8路；路；输出幅度：决定于输出级；输出幅度：决定于输出级；输出极性：单向或双向。输出极性：单向或双向。模拟量输出模块的基本结构如图模拟量输出模块的基本结构如图2.12所示。所示。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC图2.12模拟量输出模块结构框图它是由输出锁存器、光电隔离、它是由输出锁存器、光电隔离、D/AD/A转换器、输出多路开关和控制转换器、输出多路开关和控制逻辑逻辑5 5部分组成。部分组成。它的作用有两个：它的作用有两个：一是根据一是根据CPUCP
20、U送来的地址确定是否送来的地址确定是否选中本模块；选中本模块；二是根据二是根据CPUCPU送来的控制信号和输送来的控制信号和输出通道地址，先将系统总线上的数出通道地址，先将系统总线上的数据送入输出锁存器，然后启动据送入输出锁存器，然后启动D/AD/A转换，最后接通相应通道的模拟开转换，最后接通相应通道的模拟开关，将关，将D DA A输出的电压信号输送到输出的电压信号输送到本通道的输出驱动器。本通道的输出驱动器。2.1.3结束可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2.1.4 2.1.4 智能模块智能模块智能模块与一般的模块的不同点：智能模块与一般的模块的不同点：* *自身带有自身带有
21、CPUCPU、存储器、和系统程序。、存储器、和系统程序。种类：种类：PLCPLC之间的通讯模块、之间的通讯模块、PIDPID调节的模拟量控制模块、高速计调节的模拟量控制模块、高速计数器模块、数字位置译码模块、阀门控制模块等。数器模块、数字位置译码模块、阀门控制模块等。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC(1)(1)通信模块通信模块 1 1）FXFX232ADP232ADP适配器适配器图2.13FX232ADP系统组成图为了适应可编程控制器网络化的要求，一般在小型可编程控制器上都设有为了适应可编程控制器网络化的要求，一般在小型可编程控制器上都设有RS422通讯接通讯接口或口或RS2
22、32C通讯接口；在中大型可编程控制器上都设有专用的通讯模块。如：三菱通讯接口；在中大型可编程控制器上都设有专用的通讯模块。如：三菱F、F1、F2系列都设有标准的系列都设有标准的RS422接口，接口，FX系列设有系列设有RS232C通讯适配器通讯适配器FX-232ADP等。等。FX-232ADP能够与各种具有能够与各种具有RS232C接口的通讯设备连接，实现数据交接口的通讯设备连接，实现数据交换。换。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC#通信工作方式（一台通信工作方式（一台PLC与一台与一台PC机）：机）：直直接接通通过过RS232口口无无需需适适配配器器的的通通信信方方式式，这这
23、只只适适用用于于具具有有两两个个串串口口的的PLC机机型型，它它除除了了有有一一个个RS422口口可可用用于于编编程程外外，还还带带有有一一个个RS232口口。故故用用户户可可以以利用利用RS232口直接与口直接与PC机的串口相连机的串口相连。通通过过RS422口口和和适适配配器器与与PC机机通通信信的的连连接接图图。这这种种方方式式 可可 以以 用用 于于 各各 种种 机机 型型 ， 但但 其其 缺缺 点点 是是 必必 须须 配配 备备 一一 个个RS422/RS232转转换换器器（即即适适配配器器）。而而且且RS422口口与与适适配配器之间的连接电缆必须用其专用电缆，即编程电缆。器之间的连
24、接电缆必须用其专用电缆，即编程电缆。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC#1:N通信工作方式的连接图（多台通信工作方式的连接图（多台PLC与一台与一台PC机通信机通信）：）：一台一台PC机最多可连接机最多可连接32台台PLC，可构成现场控制网络。这种通信方式要求，可构成现场控制网络。这种通信方式要求配备专用的通信模块配备专用的通信模块FX232ADP通讯适配器。与通讯适配器。与PC机相连的机相连的FX232ADP模模块使用块使用RS232电缆与电缆与PC的串口相连，与的串口相连，与PLC相连的相连的FX232ADP模块一般使用模块一般使用RS422电缆与电缆与PLC相连，而各个相
25、连，而各个FX232ADP间常采用间常采用RS485方式，只需用一方式，只需用一根双绞线连接即可。最远传输距离可达根双绞线连接即可。最远传输距离可达1km，传输速率可达，传输速率可达500kbps。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2 2）FX2NFX2N40AP/AW40AP/AW并联适配器并联适配器传送信号传送信号: : 主主从从 100100点（点（M800M800M899M899） 1010点（点（D490D490D499)D499) 从从主主 100100点（点（M900M900M999)M999) 10 10点（点（
26、D500D500D509D509）利用光纤并行通信适配器利用光纤并行通信适配器FX2N一一40AP和双绞线并行通信适配器和双绞线并行通信适配器FX2N-40AW，能够实现两，能够实现两系列系列PLC间的自动数据传送，达到两台间的自动数据传送，达到两台PLC并联运行的目的。并联运行的目的。主站与从站间的通信可以是主站与从站间的通信可以是l00/100点的点的0N/OFF信号和信号和10点点/l0点点的的l6位数据，用于通信的辅助继电器为位数据，用于通信的辅助继电器为M800M999，数据寄存器，数据寄存器为为D490D509。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC图图2.14FX48
27、5ADP模块系统模块系统3 3）FXFX485ADP485ADP适配器适配器可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC(2)闭环控制模块闭环控制模块1.用软件的方法去实现用软件的方法去实现PID闭环控制的方法；闭环控制的方法；2.专门设计的闭环控制模块。专门设计的闭环控制模块。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC(3)高速计数模块高速计数模块为了满足工业控制中快速变化过程，高速计数模块一为了满足工业控制中快速变化过程，高速计数模块一般具有以下功能：般具有以下功能：1）采样计数）采样计数2）设定计数值）设定计数值3）计数方式
28、设定）计数方式设定4）数值比较）数值比较5）输出控制）输出控制厂家不同计数模块的频率、范围也不同，计数器数量也不同。厂家不同计数模块的频率、范围也不同，计数器数量也不同。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC（4）编程器）编程器作用：作用：1、输入和编辑用户程序；、输入和编辑用户程序；2、对程序进行编辑检查和修改；、对程序进行编辑检查和修改；3、监视、监视PLC运行时用户软件中各种编程软件中各种编程元件运行时用户软件中各种编程软件中各种编程元件的工作状态。的工作状态。在程序输入、调试、检修时使用，多台在程序输入、调试、检修时使用，多台PLC可以共用一台编可以共用一台编程器。程器。编
29、程器分为以下编程器分为以下3类：类：可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC三菱公司的三菱公司的FX-20P编程器分为以下编程器分为以下3类：类：(1)简易编程器简易编程器*直接插入直接插入PLC的专用接口，的专用接口，PLC提供电源，按键输入，数提供电源，按键输入，数码管显示；码管显示；*体积小，携带方便，价格便宜，使用小型的体积小，携带方便，价格便宜，使用小型的PLC。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC三菱公司三菱公司触摸屏触摸屏(2)图形编程器图形编程器*键盘有功能键、字符键、数字健、和显示屏控制键；键盘有功能键、字符键、数字健、和显示屏控制键；*显示器多用液晶
30、显示编程内容、继电器占用情况、程序容量、调显示器多用液晶显示编程内容、继电器占用情况、程序容量、调试和执行时各种信号的状态和错误提示；试和执行时各种信号的状态和错误提示；*直接编辑梯形图，直观；直接编辑梯形图，直观；*监视功能强，和打印机相连；监视功能强，和打印机相连；*价格贵、使用与大、中型价格贵、使用与大、中型PLC的编程。的编程。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC(3)工业控制计算机作为编程器工业控制计算机作为编程器以上两种是专用的编程器，不同的厂家是不同的。以上两种是专用的编程器，不同的厂家是不同的。工业控制计算机作为编程器可以对不同的型号、不同厂家，工业控制计算机作为
31、编程器可以对不同的型号、不同厂家，只要换编程软件。只要换编程软件。2.1.4结束可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2.2可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理2.2.1PLC的扫描的扫描2.2.2PLC的工作过程的工作过程2.2.3PLC的输入的输入/输出滞后现象输出滞后现象可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2.2 2.2 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理2.2.1 PLC2.2.1 PLC的扫描的扫描当当PLCPLC运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但CPUCPU是不是不能同时去执行
32、多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻能同时去执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。由于执行一个操作。由于CPUCPU的运算处理速度很高，使得外部出现的运算处理速度很高，使得外部出现的结果从宏观来看似乎是同时完成的。这种分时操作的过程的结果从宏观来看似乎是同时完成的。这种分时操作的过程为为CPUCPU对程序的扫描。对程序的扫描。扫描从扫描从00000000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条扫或跳转控制的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序，即顺序逐条执
33、行用户程序，直到程序结束。每描用户程序，即顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期，然后再从头开始扫描，扫描完一次程序就构成一个扫描周期，然后再从头开始扫描，并周而复始地重复。并周而复始地重复。扫描周期与扫描周期与CPUCPU运行速度、运行速度、PLCPLC硬件配置及用户程序长短有关。硬件配置及用户程序长短有关。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC*继电器控制是按并行方式工作的，只要有电流通路，可继电器控制是按并行方式工作的，只要有电流通路，可能有几个电器动作；能有几个电器动作；*PLC控制是按串行方式工作的，循环、顺序逐条执行用控制是按串行方式工作
34、的，循环、顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。但由于户程序，直到程序结束。但由于PLC的扫描速度快，通的扫描速度快，通常常PLC与电器控制装置在与电器控制装置在I/O的处理结果上并没有什么差的处理结果上并没有什么差别。别。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC 循环扫描的工作方式是循环扫描的工作方式是PLCPLC的一大特点，也的一大特点，也可以说可以说PLCPLC是是“串行串行”工作的，这和传统的继电工作的，这和传统的继电器控制系统器控制系统“并行并行”工作有质的区别，工作有质的区别，PLCPLC的串的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和行工作方式避免了继电器控制系统中触点
35、竞争和时序失配的问题。时序失配的问题。2.2.1结束可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2.2.2PLC的工作过程的工作过程PLC的工作过程就是程序执行过程，的工作过程就是程序执行过程，PLC投入运行后，便执投入运行后，便执行程序执行过程，它分为三个阶段，即输入采样阶段、程行程序执行过程，它分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。序执行阶段、输出刷新阶段。图2.16PLC的扫描工作过程可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC（1）输入采样阶段）输入采样阶段在这个阶段，在这个阶段，PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信以扫描方式按顺序将所有输入端的输
36、入信号状态读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号号状态读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的采样，或称输入刷的采样，或称输入刷新。新。（2）程序执行阶段）程序执行阶段在此阶段，在此阶段，PLC对程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图对程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行扫描。表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行扫描。（3）输出刷）输出刷新阶段新阶段当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元素映像寄当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元素映像寄存器中所有输出继电器状态转存到输出锁存电路，再去驱动存器中所有输出继电器状态转存到
37、输出锁存电路，再去驱动用户输出设备（负载），这就是用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。的实际输出。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLCPLC重复地执行上述三个阶段，每重复一次就是一个工作周重复地执行上述三个阶段，每重复一次就是一个工作周期（或扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短（即组成期（或扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短（即组成程序的语句多少、程序的语句多少、CPUCPU运行速度、运行速度、PLCPLC硬件配置硬件配置）有关，但）有关，但CPU控制器控制读取指令、解释指令及执行指令的工作节奏控制器控制读取指令、解释指令及执行指令的工作节奏由震荡信号控制。由震荡
38、信号控制。例如例如FX2N系列系列PLC:基本指令基本指令0.08微秒微秒/指令指令;应用指令应用指令1.52微秒微秒/指令数百微秒指令数百微秒/指指令令PLC在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出刷新一次，在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出刷新一次，就保证了就保证了PLC在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存电路的内容或数据保持不变。电路的内容或数据保持不变。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC*PLC对对I/O的处理规则的处理规
39、则I/O处理规则执行过程如下图所示。处理规则执行过程如下图所示。1输入映像寄存器的数据，取决于输入端子在输入映像寄存器的数据，取决于输入端子在上个工作周期的输入采上个工作周期的输入采样阶段所刷新的状态。样阶段所刷新的状态。2输出映像寄存器的状态，由程序中输出指令的执行结果决定。输出映像寄存器的状态，由程序中输出指令的执行结果决定。3输出锁存电路中的数据，输出锁存电路中的数据，由上一个工作周期的输出刷新由上一个工作周期的输出刷新阶段存入到阶段存入到输出锁存电路中的数据来确定。输出锁存电路中的数据来确定。4输出端子上的输出状态，由输出锁存电路中数据来确定。输出端子上的输出状态，由输出锁存电路中数据
40、来确定。5程序执行中所需的输入，输出状态数据由输入映像寄存器和输出映程序执行中所需的输入，输出状态数据由输入映像寄存器和输出映像寄存器读出。像寄存器读出。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC*信息刷新方式信息刷新方式信息刷新方式有很多种，一般来说，输入刷新是在输入采样信息刷新方式有很多种，一般来说，输入刷新是在输入采样阶段进行，输出刷新是在输出采样阶段进行。阶段进行，输出刷新是在输出采样阶段进行。2.2.2结束可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2.2.3PLC的输入的输入/输出滞后现象输出滞后现象PLC有很多优越之处，但也有不足之处，其中最显著的使有很多优越之处，
41、但也有不足之处，其中最显著的使I/O有响应滞后现象。对于一般工业设备来说，这些滞后现象有响应滞后现象。对于一般工业设备来说，这些滞后现象是完全允许的。但对于某些设备，应尽量减少滞后时间。是完全允许的。但对于某些设备，应尽量减少滞后时间。当当PLC的输入端有一个输入信号发生变化到的输入端有一个输入信号发生变化到PLC输出端对输输出端对输入变化作出反应，需要一段时间。这个时间是响应时间或入变化作出反应，需要一段时间。这个时间是响应时间或滞后时间。滞后时间。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC图图2.17程序执行过程中各元素的时序图程序执行过程中各元素的时序图(a)梯形图；梯形图；(b
42、)时序图时序图可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC产生产生I/O响应滞后的原因一般是：响应滞后的原因一般是：1）执行程序按工作周期进行，每一工作周期又分输入采样、）执行程序按工作周期进行，每一工作周期又分输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段进行。程序执行、输出刷新三个阶段进行。2）产生输入）产生输入/输出响应滞后的其他原因还有输入滤波器电路输出响应滞后的其他原因还有输入滤波器电路的滞后作用、输出继电器的机械滞后作用。的滞后作用、输出继电器的机械滞后作用。2.2.3结束可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2.3可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的编程语言2.3.1
43、梯形图梯形图2.3.2语句表语句表2.3.3其他编程语言其他编程语言可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2.3可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的编程语言PLC是专为工业自动控制而开发的装置，其只要使用对象是是专为工业自动控制而开发的装置，其只要使用对象是广大电气技术人员及操作维护人员。为了满足他们的传统广大电气技术人员及操作维护人员。为了满足他们的传统习惯和掌握能力，通常习惯和掌握能力，通常PLC不采用微机的编程语言，而常不采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程，面向问题的常采用面向控制过程，面向问题的“自然语言自然语言”编程，有编程，有梯形图梯形图LAD，语句表，语句
44、表STL（助记符），控制系统流程图，（助记符），控制系统流程图，逻辑方程式或布尔代数式等。逻辑方程式或布尔代数式等。下面介绍下面介绍5个概念：个概念：可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC1、指令系统：一个、指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该所具有的指令的全体称为该PLC的的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前必
45、须弄清编程之前必须弄清PLC的指令系统的指令系统2、程序：、程序：PLC指令的有序集合，指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程的用户程序。用户程序一般由用户设计，序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句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，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。更难读，所以多数程序用梯形图表达。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC3、梯形图：梯形图是通过连线把、梯形图：
46、梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在指令的梯形图符号连接在一起的连接图，用以表达所使用的一起的连接图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序。指令及其前后顺序。它与电气原理图很相似。它与电气原理图很相似。4、梯形图与助记符的对应关系：助记符指令与梯形图指令有严、梯形图与助记符的对应关系：助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，有了梯形图就可将其翻译成助记符程序，反格的对应关系，有了梯形图就可将其翻译成助记符程序，反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图。即梯形图的连之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图。即梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，线又可把指令的
47、顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC5、梯形图与电气原理图的关系：如果仅考虑逻辑控制，梯形图、梯形图与电气原理图的关系：如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一定的对应关系。如梯形图的输出与电气原理图也可建立起一定的对应关系。如梯形图的输出（OUT）指令，对应于继电器的线圈，而输入指令（如）指令，对应于继电器的线圈，而输入指令（如LD，AND，OR）对应于接点，等等。这样，原有的继电控制逻辑，）对应于接点，等等。这样，原有的继电控制逻辑，经
48、转换即可变成梯形图，再进一步转换，即可变成语句表程经转换即可变成梯形图，再进一步转换，即可变成语句表程序。序。有了这个对应关系，用有了这个对应关系，用PLC程序代表继电逻辑是很容易的。程序代表继电逻辑是很容易的。这也是这也是PLC技术对传统继电控制技术的继承。技术对传统继电控制技术的继承。下面介绍梯形图、语句表，通过介绍这两个内容进一步理解上面下面介绍梯形图、语句表，通过介绍这两个内容进一步理解上面五点。五点。返回可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2.3.1梯形图梯形图梯形图在形式上类似于继电器控制电路，如图梯形图在形式上类似于继电器控制电路，如图2.18所示。所示。它是用图形
49、符号等连接而成，它是用图形符号等连接而成，这些符号依次为常开接点，这些符号依次为常开接点，常闭接点，并联接点，串联常闭接点，并联接点，串联接点，继电器线圈等。每一接点，继电器线圈等。每一接点和线圈均对应一个编号。接点和线圈均对应一个编号。不同机型的不同机型的 L L，其编号，其编号方法不一。方法不一。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC输出继电器线圈输出继电器线圈输出继电器线圈输出继电器线圈KMSB1SB2KM梯形图中用梯形图中用表示表示 PLC 编程编程元件的动合触点元件的动合触点动断触点动断触点线圈线圈()连连动动线线路路梯梯形形图图PLC 输入输入继电器继电器动断触点动断触
50、点( (END) )动合触点动合触点X2X1Y1Y1动合触点动合触点()可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC梯形图的特点：梯形图的特点：1）梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列。每个继电器）梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列。每个继电器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑行起于左母线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑行起于左母线，然后是接点的各种连接，最后终于继电器线圈。整线，然后是接点的各种连接，最后终于继电器线圈。整个图形呈阶梯形。个图形呈阶梯形。2）梯形图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继电器，）梯形图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继电器，它实质上存储器中的
51、每位触发器，因此称为它实质上存储器中的每位触发器，因此称为“软继电器软继电器”，相应位的触发器为，相应位的触发器为“1”态，表示继电器线圈通电，态，表示继电器线圈通电，常开接点闭合，常闭接点打开。常开接点闭合，常闭接点打开。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC3 3）梯形图中，一般情况下某个编号的继电器线圈只能出现）梯形图中，一般情况下某个编号的继电器线圈只能出现一次，而继电器接点则可无限引用，既可是常开接点，一次，而继电器接点则可无限引用，既可是常开接点，又可是常闭接点。又可是常闭接点。4 4）梯形图是）梯形图是PLCPLC形象化的编程手段，其两端的母线是没有形象化的编程手段，
52、其两端的母线是没有任何电流可接的。梯形图中并没有真实的物理电流流动，任何电流可接的。梯形图中并没有真实的物理电流流动，而仅只能是而仅只能是“概念概念”电流，是用户程序运算中满足输出电流，是用户程序运算中满足输出执行条件的形象表示方法。执行条件的形象表示方法。概念概念“电流只能从左到右电流只能从左到右流动，层次改变只能先上后下。流动，层次改变只能先上后下。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC5 5）输入继电器供）输入继电器供PLCPLC接受外部输入信号，而不能由内部其接受外部输入信号，而不能由内部其他继电器的接点驱动。因此，梯形图中只出现输入继电他继电器的接点驱动。因此，梯形图中只
53、出现输入继电器的接点，而不出现其线圈，其接点表示相应的输入信器的接点，而不出现其线圈，其接点表示相应的输入信号。号。6 6）输出继电器供）输出继电器供PLCPLC作输出控制用。它通过开关量输出模作输出控制用。它通过开关量输出模块对应的输出开关（晶体管，双向可控硅或继电器触点）块对应的输出开关（晶体管，双向可控硅或继电器触点）去驱动外部负载。去驱动外部负载。因此，当梯形图中输出继电器线圈满足接通条件时，就表因此，当梯形图中输出继电器线圈满足接通条件时，就表示在对应的输出点有输出信号。示在对应的输出点有输出信号。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC7 7）PLCPLC的内部继电器不能
54、作输出控制用，其接点只能供的内部继电器不能作输出控制用，其接点只能供PLCPLC内部使用。内部使用。8 8）当）当PLCPLC处于运行状态时，处于运行状态时，PLCPLC就开始按照梯形图符号排列就开始按照梯形图符号排列的先后顺序（从上到下，从左到右）逐一处理，也就是的先后顺序（从上到下，从左到右）逐一处理，也就是说，说，PLCPLC对梯形图是按扫描方式顺序执行程序。因此不存对梯形图是按扫描方式顺序执行程序。因此不存在几条并行支路同时动作的因素，这在设计梯形图时可在几条并行支路同时动作的因素，这在设计梯形图时可减少许多约束关系的连锁电路，从而使电路设计大大简减少许多约束关系的连锁电路，从而使电路
55、设计大大简化。化。2.3.1结束可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2.3.2语句表语句表语句表类似于计算机汇编语言的形式，它是用指令的助记符语句表类似于计算机汇编语言的形式，它是用指令的助记符来编程的。不同的来编程的。不同的PLC，语句表使用的助记符不相同，以，语句表使用的助记符不相同，以FX2N型型PLC为例，对应于为例，对应于P61页图的语句表为：页图的语句表为：LDX0（表示逻辑操作开始，常开接点（表示逻辑操作开始，常开接点X0与母线连接）与母线连接）ORX2（常开接点并联）（常开接点并联）ANIX1（常闭接点串联）（常闭接点串联）OUTY4（输出）（输出）LDX3OUT
56、Y6可见，语句表是由若干条语句组成的程序。语句是程序的最可见，语句表是由若干条语句组成的程序。语句是程序的最小独立单元，每个操作功能由一条或几条语句来执行。每条小独立单元，每个操作功能由一条或几条语句来执行。每条语句表示给语句表示给CPU一条指令，规定一条指令，规定CPU如何操作。如何操作。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC操作码操作码操作数操作数操作码用助记符表示，它表明操作码用助记符表示，它表明CPU要完成的某种操作功能，要完成的某种操作功能，又称编程指令或编程命令。又称编程指令或编程命令。PLC全部编程指令的集合称为全部编程指令的集合称为指令系统。指令系统。操作数包括了为
57、执行某种操作所必须的信息，告诉操作数包括了为执行某种操作所必须的信息，告诉CPU用什用什么东西来执行此种操作。么东西来执行此种操作。2.3.2结束可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC2.3.3其他编程语言其他编程语言(1)功能块图功能块图使用逻辑框图表示各种控制条件，指令以方框图的形式出现的。使用逻辑框图表示各种控制条件，指令以方框图的形式出现的。可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLCFX2N系列系列PLC采用状态器采用状态器S进行机械手动作控制顺序功能图进行机械手动作控制顺序功能图可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC(2)逻辑方程式或布尔代逻辑方程式或布尔代数式对应于左图的逻辑方数式对应于左图的逻辑方程式为：程式为：(3)高级语言高级语言各类各类PLC同时具备两种或两种以上的编程语言，梯形同时具备两种或两种以上的编程语言，梯形图和语句表是都有的，厂家不同表示方法不同，但其图和语句表是都有的，厂家不同表示方法不同，但其编程的基本原理是相同的，只要掌握一种型号的编程的基本原理是相同的，只要掌握一种型号的PLC编程语言和方法，再去学习其他的类型的编程语言和方法，再去学习其他的类型的PLC编程语编程语言和方法容易得多。言和方法容易得多。2.3.3结束可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用PLC可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用
