第1章plc基础知识

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1、可编程序控制器的编程方法与工程应用可编程序控制器的编程方法与工程应用第第 1 1 章章 PLCPLC基础知识基础知识 主要内容主要内容 1.1 PLC概述 1.2 PLC系统与继电器系统比较 1.3 PLC组成 1.4 PLC工作原理 1.5 PLC特点与分类 1.6 PLC的发展趋势 1.7 PLC的技术指标FX-PLC1.1 概述概述1.1.1 什么是什么是PLC？可编程序控制器（可编程序控制器（Programmble Controller）简称简称PC或或PLC 是一种工业是一种工业控制装置控制装置 PLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来是在电器控制技术和计算机技术的基础上开

2、发出来的，并逐渐发展成为的，并逐渐发展成为“以微处理器以微处理器”为核心，将自动化技术、为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。1.1 概述概述1.1.1 什么是什么是PLC？ 定义定义定义定义 国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）于于1987年颁布了可编程控制器年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存

3、储器，用来在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辑运算、顺序控制、定时、计数和算术在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计功能的原则设计”。 1.1 概述概述1.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展 世界上第一台世界上第一台PL

4、C 1969年由美国数字设备公司（年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽根据美国通用汽车公司（车公司（GM）的要求研制成功。的要求研制成功。 背景背景背景背景： 1968年美国通用汽车公司（年美国通用汽车公司（GM），），为了适应汽车型为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。本，缩短周期。附：附：GM十大

5、要求通用汽车公司（通用汽车公司（GM）对）对PLC的十大要求：的十大要求：（1）编程简单，可在现场修改程序）编程简单，可在现场修改程序（2）维护方便，采用插件式结构）维护方便，采用插件式结构（3）可靠性高于继电器控制柜）可靠性高于继电器控制柜（4）体积小于继电器控制柜）体积小于继电器控制柜（5）成本可与继电器控制柜竞争）成本可与继电器控制柜竞争（6）可将数据直接送入计算机）可将数据直接送入计算机（7）可直接使用）可直接使用115V交流输入电压交流输入电压（8）输出采用）输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等负载交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等负载（9）通用性强，扩展方

6、便）通用性强，扩展方便（10）能存储程序，存储器容量可扩展到）能存储程序，存储器容量可扩展到4KB返回1.1 概述概述1.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展 设计思想设计思想设计思想设计思想：吸取继电器和计算机两者的优点吸取继电器和计算机两者的优点 继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简简单易懂、价格便宜；单易懂、价格便宜； 计算机计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好功能强大、灵活（可编程）、通用性好。1.1 概述概述1.1

7、.2 PLC的产生与发展的产生与发展70707070年代初期年代初期年代初期年代初期： 仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）70707070年代中期年代中期年代中期年代中期： 微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能 80808080年代以后年代以后年代以后年代以后：随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，

8、功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。1.1 概述概述1.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展近年来近年来近年来近年来PLCPLC发展迅速发展迅速发展迅速发展迅速 PLC由于性价比高、高可靠性的特点，由于性价比高、高可靠性的特点，已成为自动化已成为自动化工程的核心设备。工程的核心设备。 PLC成为具备计算机功能的一种通用工成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。业控制装置，其使用量高居首位。 PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机、机器人、器人、CAD/CAM）之一

9、。之一。1.1 概述概述1.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展在各国的发展在各国的发展在各国的发展在各国的发展1969年，美国数字公司（年，美国数字公司（DEC）根据十项要求研制出世界）根据十项要求研制出世界上第一台可编程序控制器上第一台可编程序控制器PDP-14，并在，并在GM公司自动装配线公司自动装配线上试用，获得成功。上试用，获得成功。1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出日本年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出日本第一台可编程序控制器第一台可编程序控制器DSC-8。1973年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程序控制器。年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程序控制

10、器。我国从我国从1974年也开始研制，年也开始研制，1977年开始工业应用。年开始工业应用。（辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司等）1.1 概述概述1.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展生产厂家生产厂家生产厂家生产厂家 全世界全世界PLC生产厂家约有生产厂家约有200家家,生产生产300多个品种多个品种,主要集中在美国、德主要集中在美国、德国和日本。国和日本。(1)美国的美国的PLC A-B（ALLEN-BRADLRY）公司：）公司：SLC-500系列、系列、PLC-5系列、系列、PLC-5/250系列系列 GE（通用）公司：（通用）公司：GE-1、GE

11、-1/J、GE-1P、GE-、GE-等。等。(2)德国的德国的PLC 西门子公司：西门子公司：S7-200、S7-300、S7-400系列系列PLC。(3)日本的日本的PLC 松下电工：松下电工：FP0、FP1、FP2、FP3 立石电机公司立石电机公司(欧姆龙欧姆龙)：C20、C120、C500、C1000H等。等。 三菱公司：三菱公司：F1、F2、FX0、FX2、A系列等。系列等。(4)无锡华光的无锡华光的PLC：SH、SU、SG系列。系列。FX-PLCFX0SFX0NFX1S / FX1NFX2NAnSQnA / AnAQnS1.1 概述概述1.1.3 PLC的应用领域的应用领域 目前，P

12、LC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。 从PLC应用类型看，大致可归纳为以下几个方面：n开关量逻辑控制n运动控制 n过程控制（PID闭环控制 ）n数据处理 n通信联网1.1 概述概述1.1.3 PLC的应用领域的应用领域n开关量逻辑控制 冲压机械、包装机械的控制，化工系统中各种泵和电磁阀的控制，冶金系统的高炉上料系统的控制，各种生产线的控制。n运动控制 PLC使用专用的运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，可实现单轴/双轴/3轴位置控制，使运动控制和顺序控

13、制功能有机的结合在一起。如金属切削机床、金属成形机械、装配机器人、电梯等。1.1 概述概述1.1.3 PLC的应用领域的应用领域n过程控制（PID闭环控制） n过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。nPLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量和数字量之间的A/D转换和D/A转换，并对模拟量实行闭环PID（比例积分微分）控制。n现代的大中型PLC一般都有PID闭环控制功能，广泛应用于塑料挤压成形机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备。1.1 概述概述1.1.3 PLC的应用领域的应用领域n数据处理 现代PLC具有数学运算（包括四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算以及求反、循环、移

14、位、浮点数运算）、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人柔性制造系统。n通信联网 PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其它智能控制设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。PLC与其它智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。 1.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较控制系统与电器控制系统的比较1.2.1 电器控制系统组成电器控制系统组成1.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较控制系统与电器控制系统的比较1.2.2 PLC控制系统组成控制系统组成1.

15、2 P LC控制系统与电器控制系统的比较控制系统与电器控制系统的比较1.2.3 PLC等效电路等效电路n例：三相异步电动机的启停控制输入设备输入设备 输出设备输出设备 1.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较控制系统与电器控制系统的比较1.2.3 PLC等效电路等效电路n三相异步电动机的PLC控制系统1.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较控制系统与电器控制系统的比较1.2.4 PLC控制系统与电器控制系统的区别控制系统与电器控制系统的区别 控制方法上：控制方法上： 硬硬硬硬 ： 软软软软控制速度上：控制速度上： 速度速度速度速度 慢慢慢慢 ： 快快快快 定时和计数控制上：定时和计数控

16、制上： 精度精度精度精度 低低低低 ： 高高高高 可靠性和可维护性上：可靠性和可维护性上： 可靠性可靠性可靠性可靠性 低低低低 ： 高高高高1.3 P LC组成组成1.3.1 PLC组成概述组成概述 PLC的基本组成与一般的微机系统类似的基本组成与一般的微机系统类似： 是一种是一种以微处理器为核心的、以微处理器为核心的、以微处理器为核心的、以微处理器为核心的、用于控制的用于控制的用于控制的用于控制的特殊计算机。特殊计算机。 PLC的基本组成包括的基本组成包括硬件与软件硬件与软件硬件与软件硬件与软件两部分两部分 PLC PLC的硬件：的硬件：的硬件：的硬件：CPU模块（模块（CPU和存储器）、输

17、入和存储器）、输入/输出模块、输出模块、 电源、编程器和通信接口等电源、编程器和通信接口等 PLC PLC的软件：的软件：的软件：的软件：系统程序和用户程序系统程序和用户程序1.3 P LC组成组成1.3.1 PLC组成概述组成概述编程编程器器写入器电电 源源输输入入单单元元输输出出单单元元CPU通通信信接接口口扩扩展展接接口口存储器存储器1.3 P LC组成组成1.3.2 PLC中的CPU PLC中常采用的中常采用的CPU有三类：有三类： 1) 通用微处理器通用微处理器（如80286、80386、80486、Pentium 系列等） 2) 单片微处理器单片微处理器（如Z80、8031、805

18、1、8086等） 3) 位片式微处理器位片式微处理器(如AMD2900) 小型PLC：大多采用8位通用微处理器和单片微处理器， 中型PLC：大多采用16位通用微处理器或单片微处理器 大型PLC：大多采用高速位片式微处理器（32位） PLC中中CPU的作用：的作用： 它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。 1.3 P LC组成组成1.3.3 PLC中的存储器存储器的类型存储器的类型： 1）RAM 随机存储器。可读可写，断电不保存，读写速度快，价格低，改写方便，不稳定。一般为RAM配备一个锂电池，以保证掉电时不会丢失信息。 2）ROM 只读存储器。可读不可写，断电保存。 3）EPRO

19、M 可紫外线擦除可编程的只读存储器。可读可写，断电保存，读写速度慢，改写不方便，但稳定。用紫外线照射芯片上的透镜窗口，可以擦除已写入的内容，再写入新内容。 4）EEPROM 可电擦除可编程的只读存储器。与EPROM区别在于用高电压就可擦除，改写方便，但价格比ROM和EPROM都贵。1.3 P LC组成组成1.3.3 PLC中的存储器存储器的作用存储器的作用存储器的作用存储器的作用: : 用来存储程序和数据。系统程序系统程序系统程序系统程序: : 系统程序由PLC的制造厂家编写的，在PLC使用过程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，它关系到PLC的性能。系统程序 由制造厂家直接固化在只读存储器

20、ROM、EPROM或EEPROM中，用户不能访问和修改。1.3 P LC组成组成1.3.3 PLC中的存储器 用户程序用户程序用户程序用户程序: : : : 是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而编制的应用程序，它和PLC控制对象的要求有关。 为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。 为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在EPROM中。 现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。1.3 P LC组成组成1.3.4 PLC中的输入/输出模块 I / I / OO模块的作

21、用：模块的作用：模块的作用：模块的作用： 传传递递信信号号：输入模块用来接收和采集输入信号；输出模块将处理结果送给被控对象，以实现控制目的。 电电平平转转换换功功能能： PLC内部CPU模块的工作电压一般是5V，而外部输入输出信号电压一般较高，如直流24V和交流220V。 光光电电隔隔离离功功能能：用光电耦合器、光电可控硅、小型继电器等器件来隔离外部输入电路和负载。输入输入输入输入/ /输出模块：输出模块：输出模块：输出模块：简称I / O 模块，是联系外部现场与CPU模块的桥梁。1.3 P LC组成组成1.3.4 PLC中的输入/输出模块 I / O I / O 接口的类型接口的类型接口的类

22、型接口的类型： 开关量输入/输出接口 1)常用开关量输入接口开关量输入接口开关量输入接口开关量输入接口： 直流输入接口、交流输入接口、 交/直流输入接口 2)常用开关量输出接口开关量输出接口开关量输出接口开关量输出接口： 继电器输出接口：响应速度慢、动作频率低，可驱动交流或直流负载 晶体管输出接口：响应速度快、动作频率高，只能用于驱动直流负载 晶闸管输出接口：响应速度快、动作频率高，只能用于驱动交流负载 模拟量输入/输出接口1.3 P LC组成组成1.3.4 PLC中的输入/输出模块 输入输入输入输入/ /输出（输出（输出（输出（I/OI/O）点数点数点数点数： PLCPLC的的I / OI

23、/ O点数点数是指PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数的总和。 I/O点数是选择PLC的重要依据之一 当I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展1.3 P LC组成组成1.3.5 PLC中的通信接口PLCPLC配有各种通信接口与外部设备连接配有各种通信接口与外部设备连接配有各种通信接口与外部设备连接配有各种通信接口与外部设备连接 与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印 与监视器连接，可将控制过程图像显示出来 与 P L C 连接，组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制 与计算机连接，组成多级分布式控制系统，控制与管理相结合 与人机界面（触摸屏）连

24、接 与智能接口模块连接。智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口 ，PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。 与编程器连接1.3 P LC组成组成1.3.6 PLC中的扩展接口扩展接口扩展接口扩展接口扩展接口（是用于连接护展单元的接口）。 当PLC基本单元I/O点数不能满足要求时，可通过扩展接口连接扩展单元以增加系统的增加系统的I/O点数点数1.3 P LC组成组成1.3.6 PLC中的扩展接口n通信与扩展接口的连接实例通信与扩展接口的连接实例通信与扩展接口的连接实例通信与扩展接口的连

25、接实例1.3 P LC组成组成1.3.7 PLC中的电源 PLC配有开关式稳压电源，以提供内部电路使用。 与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。因此，对于电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值15%的范围内波动。 许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感 器供电。1.3 P LC组成组成1.3.8 PLC编程器编程器的作用编程器的作用编程器的作用编程器的作用：是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备。 简易编程器 专用编程器专用编程器 编程器编程器编程器编程器 智能

26、编程器 （图形编程器） 通用编程系统：通用编程系统：PCPC上配专用编程软件包上配专用编程软件包（计算机辅助编程）1.3 P LC组成组成1.3.8 PLC编程器1.3 P LC组成组成1.3.8 PLC写入器写入器写入器:是用来将用户程序固化到EPROM存储器中的一种PLC外部设备。为了使调试好用户程序不易丢失，经常用EPROM写入器将PLC内RAM保存的程序保存到EPROM中。1.4 PLC工作原理工作原理1.4.1 扫描工作方式PLC的工作方式是的工作方式是扫描工作方式扫描工作方式扫描工作方式扫描工作方式 例如：用户程序的执行（例如：用户程序的执行（用户程序的扫描工作过程）用户程序的扫描

27、工作过程） 从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行程序，直到程序结束。按程序存储顺序的先后，逐条执行程序，直到程序结束。按程序存储顺序的先后，逐条执行程序，直到程序结束。按程序存储顺序的先后，逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。1.4 PLC工作原

28、理工作原理1.4.2 PLC的扫描工作过程的扫描工作过程 检查检查CPUCPU等内部硬件，对监视定时器等内部硬件，对监视定时器（WDTWDT）复位以及其它工作。复位以及其它工作。 与其它智能装置（如编程器、计与其它智能装置（如编程器、计算机等）实现通信。算机等）实现通信。 将所有输入端的状态进行采样，存入相将所有输入端的状态进行采样，存入相应元件的应元件的输入映像寄存器输入映像寄存器。对用户程序扫描执行对用户程序扫描执行 ，并将结果存入，并将结果存入相应的相应的元件映像寄存器元件映像寄存器。将输将输出映像寄存器出映像寄存器中的状态，转到输中的状态，转到输出锁存器，输出驱动外部负载。出锁存器，输

29、出驱动外部负载。 1.4 PLC工作原理工作原理1.4.2 PLC的扫描工作过程的扫描工作过程 整整整整个个个个过过过过程程程程包包包包括括括括内内内内部部部部处处处处理理理理、通通通通信信信信服服服服务务务务、输输输输入入入入处处处处理理理理、程程程程序序序序执执执执行行行行、输输输输出出出出处处处处理五个阶段理五个阶段理五个阶段理五个阶段 整整整整个个个个过过过过程程程程扫扫扫扫描描描描执执执执行行行行一一一一遍遍遍遍所所所所需需需需的的的的时时时时间间间间称为称为称为称为扫描周期 扫扫扫扫描描描描周周周周期期期期与与与与CPUCPU运运运运行行行行速速速速度度度度、PLCPLC硬件配置及

30、用户程序长短硬件配置及用户程序长短硬件配置及用户程序长短硬件配置及用户程序长短有关。有关。有关。有关。 典型值为典型值为典型值为典型值为1 1100100msms1.4 PLC工作原理工作原理1.4.3 PLC执行程序的过程执行程序的过程1.4 PLC工作原理工作原理1.4.3 PLC执行程序的过程执行程序的过程u输入采样阶段输入采样阶段 作用是收集被控设备的信息或操作命令，由外部作用是收集被控设备的信息或操作命令，由外部输入电路、输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。输入继电器由接输入接线端子和输入继电器组成。输入继电器由接到输入端口的外部信号来驱动。到输入端口的外部信号来驱动。u程

31、序执行阶段程序执行阶段 按照程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信按照程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行运算、处理和判断，得出相应的输出。号的状态进行运算、处理和判断，得出相应的输出。u输出刷新阶段输出刷新阶段 是驱动外部负载用的，由输出继电器的外部常开是驱动外部负载用的，由输出继电器的外部常开触点、输出接线端子和外部电路组成。触点、输出接线端子和外部电路组成。1.4 PLC1.4 PLC工作原理工作原理1.4.4 PLC1.4.4 PLC扫描工作方式的特点扫描工作方式的特点 集中采样：集中采样： 在在一一个个扫扫描描周周期期中中，对对输输入入状状态态的的采采样样只只在在输输入

32、入处处理理阶阶段段进进行行。当当PLC进进入入程程序序处处理理阶阶段段后后输输入入端端将将被被封封锁锁，直直到到下下一一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。集中输出：集中输出： 在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映像像寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映像寄存器中。态一直保

33、存在输出映像寄存器中。1.4 PLC1.4 PLC工作原理工作原理1.4.4 PLC1.4.4 PLC扫描工作方式的特点扫描工作方式的特点 集中采样、集中输出的优缺点：1 1）提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性）提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性）提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性）提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性 PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。2 2） 降低了系统的响应速度降低了系统的响应速度降低了系统的响应速度降低了系统的响应速度 1.4 PLC1.4 PLC工作原理工作原理1.4.4 PLC1.4.4 PLC扫描工作

34、方式的特点扫描工作方式的特点输入输出滞后时间输入输出滞后时间 又称系统响应时间，是指又称系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时的外部输入信号发生变化的时刻，至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时刻，至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔。间间隔。它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。方式产生的滞后时间三部分组成。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。 对于小型对于小型PLC:PLC: I/O点数较少、用户程序较短点数较少

35、、用户程序较短 一般采用一般采用集中采样、集中输出集中采样、集中输出的工作方式的工作方式 对于大中型对于大中型PLC:PLC: I/O点数较多，控制功能强，用户点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度程序较长，为提高系统响应速度1.4 PLC1.4 PLC工作原理工作原理1.4.4 PLC1.4.4 PLC扫描工作方式的特点扫描工作方式的特点采用采用定期采样、定期输出方式定期采样、定期输出方式或中断输入、输出方式中断输入、输出方式以以及采用智能及采用智能I/O接口等多种方式接口等多种方式 。1.5 1.5 P LC的分类及特点 1.5.1 PLC1.5.1 PLC的分类的分类 P

36、LC一般可从其一般可从其I/O点数、结构形式点数、结构形式和功能三方面进行分类：和功能三方面进行分类： 1.5 1.5 P LC的分类及特点 1.5.1 PLC1.5.1 PLC的分类的分类（按（按I/O点数分类）点数分类）根据PLC的I/O点数，PLC分为小型、中型和大型三类。1）小型小型PLC I/O点数为256点以下点以下的为小型PLC （其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）2）中中型型PLC I/O点数为256点点以以上上、2048点点以以下下的为中型PLC3）大型大型PLC I/O点数为2048以上以上的为大型PLC （其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）这个分

37、类界限不是固定不变的，它随PLC的发展而变化。1.5 1.5 P LC的分类及特点 1.5.1 PLC1.5.1 PLC的分类的分类（按结构形式分类）按结构形式分类） 根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式、模块式和叠装式PLC。 1）整体式整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。（小型PLC一般采用这种整体式结构。）1.5 1.5 P LC的分类及特点 1.5.1 PLC1.5.1 PLC的分类的分类（按结构形式分类）按结构形式分类） 2）模块式模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O

38、模块、电源模块以及各种功能模块。 模块插在模块插座上，模块插座焊在框架中的总线连接板上，各框架之间用I/O扩展电缆相连。大、中型PLC一般采用模块式结构。1.5 1.5 P LC的分类及特点 1.5.1 PLC1.5.1 PLC的分类的分类（按结构形式分类）按结构形式分类）3）叠装式）叠装式PLC 叠装式PLC是由基本单元、扩展单元和扩展模块通过扁平电缆连接而成。1.5 1.5 P LC的分类及特点 1.5.1 PLC1.5.1 PLC的分类的分类（按功能分类）按功能分类） 1 1）低档）低档）低档）低档PLCPLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输

39、入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机系统拟量控制的单机系统拟量控制的单机系统拟量控制的单机系统 。 2 2）中档）中档）中档）中档PLCPLC 具有低档PLC功能外，具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。 3 3）高档）高档）高档）高档PLCPLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、

40、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。 1.5 .5 P LC的分类及特点 1.5.2 1.5.2 PLC的特点 PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。 可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强 编程简单、使用方便编程简单、使用方便 功能完善、通用性强功能完善、通用性强 设计安装简单、调试维护方便设计安装简单、调试维护方便 体积小、重量轻、能耗低体积小、重量轻、能耗低 可靠性高、抗干扰能力强 可可

41、靠靠性性高高、抗抗干干扰扰能能力力强强是是PLC最最重重要要的的特特点点之之一一。PLC的的平均无故障时间可达几十万个小时平均无故障时间可达几十万个小时 。 硬硬件件方方面面：I/O接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。 软软件件方方面面：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操

42、作，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。1.5 P LC的分类及特点 1.5.2 PLC的特点 目前，各种PLC都采用梯形图语言为第一编程语言，梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。 同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。 许多PLC还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编程方法，进一步简化了编程。 编程简单、使用方便1.5 P LC的分类及特点 1.5.2 PLC的特点 功能完善、通用性强 现代PLC不仅具有逻辑运算、

43、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网以等许多功能。 同时，由于PLC产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。1.5 P LC的分类及特点 1.5.2 PLC的特点 设计安装简单、调试、维护方便 由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。 PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。 在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障

44、信息，迅速查明原因，维修极为方便。 1.5 P LC的分类及特点 1.5.2 PLC的特点体积小、重量轻、能耗低 PLC结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备1.5 P LC的分类及特点 1.5.2 PLC的特点1.6 PLC1.6 PLC的发展趋势的发展趋势 1.6.1 1.6.1 向高速度、高性能、大容量方向发展向高速度、高性能、大容量方向发展 为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。 模拟量控制方面出现了模糊控制、自适应和参数自整定控制。在

45、人机接口方面，出现了面象对象的组态设计、系统开发和管理工具软件。 在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。1.6 PLC1.6 PLC的发展趋势的发展趋势1.6.2 1.6.2 向超大型、超小型两个方向发展向超大型、超小型两个方向发展 当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。 现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。 小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数

46、为816点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司系列PLC、西门子公司的LOGO系列PLC。 1.6 PLC1.6 PLC的发展趋势的发展趋势1.6.3 1.6.3 大力开发智能模块，加强联网与通信能力大力开发智能模块，加强联网与通信能力 为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。 加强PLC联网与通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网与通信有两类： PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段

47、； PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。 为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。 1.6 PLC的发展趋势的发展趋势1.6.4 增强外部故障的检测与处理能力增强外部故障的检测与处理能力 根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。 前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理； 而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步

48、提高系统的可靠性 1.6 PLC的发展趋势1.6.5 编程语言标准化 与个人计算机相比，PLC的硬件、软件体系结构都是封闭的而不是开放的。 在硬件方面，各厂家的CPU模块和I/O模块互不通用，各公司的总线、通信网络和通信协议一般也是专用的。编程语言虽然多用梯形图，但具体的指令系统和表达方式并不一致，因此各公司的PLC互不兼容。 为了解决这一问题，1994年5月国际电工委员会IEC公布了PLC的编程语言标准IEC1131-3。 标准中共有5种编程语言：顺序功能图、梯形图、功能块图、指令表和结构文本。 几乎所有的可编程控制器厂家都表示在将来完全支持IEC1131-3标准，但是不同厂家的产品之间的程

49、序转换仍有一个过程。 1994年5月国际电工委员会IEC公布了PLC的编程语言标准IEC1131-3。 (1) 状态转移图（SFC）(2) 梯形图（LD） (3) 指令表（IL）LD X0OR Y0ANI X1OUT Y0(4) 功能块图（FBD）(5) 结构文本（ST）1.6 PLC的发展趋势1.6.5 编程语言标准化1.7 PLC的技术指标的技术指标 (1) 输入输入/输出点数，即输出点数，即I/O总点数总点数 输入/输出点数是PLC外部输入、输出端子数，是PLC的最重要的一项技术指标。(2) 用户程序存储容量用户程序存储容量 用户程序存储容量是以存放用户程序的多少来衡量的，通常以字为单位

50、表示，对于一般的逻辑操作指令，每条指令占1个字，定时/计数指令每条占2个字；有些PLC是以编程的步数来表示用户程序存储容量的，一条指令包含若干步，一步占用一个地址单元，一个地址单元为两个字节。(3) 扫描速度扫描速度 扫描速度是指扫描1K字用户程序所需的时间，通常以ms/K字为单位表示。有些PLC以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/K步或s/步。1.7 PLC的技术指标的技术指标 (4)指令种指令种类 指令种类是衡量PLC软件功能强弱的重要技术指标，PLC具有的指令种类越多，说明其软件功能越强。(5)内部寄存器的配置及容量内部寄存器的配置及容量 PLC内部寄存器是用来存放变量状态、中间结果、定时计数等数据，其数量的多少、容量的大小，直接关系到用户编程的灵活方便与否。(6)特殊功能特殊功能 PLC除了基本功能外，还有很多特殊功能，例如自诊断功能、高速计数功能，联网通信功能等等。特殊功能越多，PLC 配置越灵活，适应性越强。思考思考 1.在一个扫描周期中在一个扫描周期中,如果在程序执行期间输入状态发如果在程序执行期间输入状态发生变化生变化,输入映像寄存器的状态是否也随之变化输入映像寄存器的状态是否也随之变化?为为什么什么?2.PLC为什么会产生输出响应滞后现象为什么会产生输出响应滞后现象?如何提高如何提高I/O响应的速度响应的速度?