可编程序控制器的基础知识

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1、可编程序控制器可编程序控制可编程序控制器器（PLC）可编程序控制器课程内容课程内容任务一任务一 可编程序控制器的基础知识可编程序控制器的基础知识任务二任务二 CX-programmer编程软件的使用编程软件的使用任务三任务三 可编程序控制器的内部资源可编程序控制器的内部资源任务四任务四 基本逻辑控制基本逻辑控制任务五任务五 程序流向控制程序流向控制任务六任务六 定时器控制定时器控制任务七任务七 计数器控制计数器控制 任务八任务八 数据运算控制数据运算控制任务九任务九 程序控制指令程序控制指令任务十任务十 可编程序控制器系统设计可编程序控制器系统设计可编程序控制器任务一任务一 可编程序控制器的基

2、础知识可编程序控制器的基础知识学习目标：学习目标：1. 了解可编程序控制器的产生与发展了解可编程序控制器的产生与发展2. 了解可编程序控制器的定义与特点了解可编程序控制器的定义与特点3. 了解可编程序控制器的功能与分类了解可编程序控制器的功能与分类4. 了解可编程序控制器的性能指标了解可编程序控制器的性能指标5. 掌握可编程序控制器的基本组成掌握可编程序控制器的基本组成6. 了解可编程序控制器的工作方式及周期扫描机制了解可编程序控制器的工作方式及周期扫描机制7. 掌握可编程序控制器的硬件接线方法掌握可编程序控制器的硬件接线方法END可编程序控制器 教学内容：任务一任务一 可编程序控制器的基础知

3、识可编程序控制器的基础知识END 1.1 1.1 可编程序控制器的产生与发展可编程序控制器的产生与发展可编程序控制器的产生与发展可编程序控制器的产生与发展 1.2 1.2 可编程序控制器的定义与特点可编程序控制器的定义与特点可编程序控制器的定义与特点可编程序控制器的定义与特点 1.3 1.3 可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的基本组成 1.4 1.4 可编程序控制器的功能与分类可编程序控制器的功能与分类可编程序控制器的功能与分类可编程序控制器的功能与分类 1.5 1.5 可编程序控制器的工作方式可编程序控制器的工作方式可编程序控制器的工作方

4、式可编程序控制器的工作方式 可编程序控制器1.1 1.1 可编程序控制器的产生与发展可编程序控制器的产生与发展 PLC 控制示例： 水处理水处理 电力电力工业工业 任务一 可编程序控制器的基础知识 END可编程序控制器1.1.1 1.1.1 可编程序控制器的产生可编程序控制器的产生1969年，美国年，美国DEC公司研制出世界上第一台可编程控制器。公司研制出世界上第一台可编程控制器。GM10条条是促使其问世的直接原因。是促使其问世的直接原因。任务一 可编程序控制器的基础知识 END1.1.编程方便，可在现场修改程序；编程方便，可在现场修改程序；2.2.维修方便，最好是插件式结构；维修方便，最好是

5、插件式结构；3.3.可靠性高于继电器控制装置；可靠性高于继电器控制装置；4.4.体积小于继电器控制装置；体积小于继电器控制装置；5.5.数据可以直接输入管理计算机；数据可以直接输入管理计算机；6.6.可以直接用交流可以直接用交流115V115V输入；输入；7.7.输出为交流输出为交流 115V115V，负载电流要求，负载电流要求 2A2A以上，可直接驱动电以上，可直接驱动电磁阀、接触器等负载元件；磁阀、接触器等负载元件；8.8.通用性强，易扩展，扩展时原系统只需很少变更；通用性强，易扩展，扩展时原系统只需很少变更；9.9.用户存储器容量大于用户存储器容量大于4KB4KB；10.10.成本可与继

6、电器控制装置竞争。成本可与继电器控制装置竞争。GM10GM10条条可编程序控制器1.1.2 1.1.2 可编程序控制器的发展可编程序控制器的发展第一阶段： PLC刚问世时任务一 可编程序控制器的基础知识 END 功能简单，只能完成逻辑运算、定时、计数等功能，硬功能简单，只能完成逻辑运算、定时、计数等功能，硬件方面以分离元件为主，存储器采用磁芯存储器，存储容件方面以分离元件为主，存储器采用磁芯存储器，存储容量为量为12KB左右，一台左右，一台PLC只能取代只能取代200300个继电器，个继电器，没有成型的编程语言。没有成型的编程语言。第二阶段：集成电路技术 集成电路技术的发展及微处理器的产生使集

7、成电路技术的发展及微处理器的产生使PLC技术得到技术得到了较大发展。了较大发展。一、可编程序控制器的发展过程一、可编程序控制器的发展过程可编程序控制器1.1.2 1.1.2 可编程序控制器的发展可编程序控制器的发展任务一 可编程序控制器的基础知识 END第三阶段：单片机的出现第五阶段：RISC芯片在计算机行业的大量使用第四阶段：超大规模集成电路技术一、可编程序控制器的发展过程可编程序控制器1.1.2 1.1.2 可编程序控制器的发展可编程序控制器的发展任务一 可编程序控制器的基础知识 END二、可编程序控制器的发展趋势2.向多品种方向发展向多品种方向发展1.向高速、大存储容量方向发展向高速、大

8、存储容量方向发展可编程序控制器1.1.3 1.1.3 国内外主要国内外主要PLCPLC产品概况产品概况 1 1 美国的美国的PLCPLC产品产品任务一 可编程序控制器的基础知识 END 美国是美国是PLC生产大国，在美国注册的生产大国，在美国注册的PLC厂商己超过厂商己超过百家。其中百家。其中AB公司、通用电气公司、通用电气(GE)公司、莫迪康公司、莫迪康(MODICON)公司、德州仪器公司、德州仪器(T1)公司、公司、 歌德歌德(Gould)公公司、西屋公司等都是著名的大公司。司、西屋公司等都是著名的大公司。AB公司是美国公司是美国最大的最大的PLC制造商，其产品约占美国制造商，其产品约占美

9、国PLC市场市场50的份的份额。额。A-B PLC可编程序控制器1.1.3 1.1.3 国内外主要国内外主要PLCPLC产品概况产品概况 2 欧洲的欧洲的PLC产品产品任务一 可编程序控制器的基础知识 END德国的西门子德国的西门子(SIEMENS)、AEG及法国的及法国的TI公司是欧洲著名的公司是欧洲著名的PLC制造商。德国的西门子的电子产品以性能精良而久负盛名。制造商。德国的西门子的电子产品以性能精良而久负盛名。 西门子的主推产品是西门子的主推产品是S5系列，有系列，有S590U、S5 95U；S5100U；S5115U；S5115UH：S5155U；S5155H是是 西门子近期推出了西门

10、子近期推出了S7系列机，有系列机，有S7200(小型小型)、S7。300(中型中型)及及S7400(大型大型)。施耐德施耐德Modicon TSX Premium西门子西门子S7-300系列系列西门子西门子S5系列系列可编程序控制器1.1.3 1.1.3 国内外主要国内外主要PLCPLC产品概况产品概况 3 日本的日本的PLC产品产品任务一 可编程序控制器的基础知识 END日本的小型日本的小型PLC很有特色如欧姆龙、三菱、松下、富士、日立、东很有特色如欧姆龙、三菱、松下、富士、日立、东芝等。在世界小型芝等。在世界小型PLC市场上，市场上， 日本产品约占有日本产品约占有70的份额。在的份额。在中

11、国，中国，OMRON产品的销量居首位。产品的销量居首位。 OMRONOMRON公司的公司的PLCPLC产品，大、中、小、微型具全，微型机：产品，大、中、小、微型具全，微型机：SPSP系列；小型系列；小型机：机：P P型、型、H H型、型、CPM1ACPM1A系列、系列、CPM2ACPM2A系列以及系列以及CPM2CCPM2C、CQM1CQM1、CQM1HCQM1H等；中型等；中型机：机：C200HC200H、C200H (C200HX/C200HG/C200HE)C200H (C200HX/C200HG/C200HE)、CS lCS l系列。大型机：系列。大型机：C1000H/C2000HC1

12、000H/C2000H、CV(CV500/CV1000/CV2000/CVM1)CV(CV500/CV1000/CV2000/CVM1)等。等。欧姆龙欧姆龙CPM2C-S1口口0C小型小型PL欧姆龙欧姆龙C60P欧姆龙欧姆龙CPM1A-20CDRA-A可编程序控制器1.1.3 1.1.3 国内外主要国内外主要PLCPLC产品概况产品概况 3 日本的日本的PLC产品产品任务一 可编程序控制器的基础知识 END三菱公司三菱公司的的PLC也是较早进入中国市场的产品。其小型机也是较早进入中国市场的产品。其小型机F1/F2系系列列(F1/F212M、 F1/F220M、F1/F240M、F1/F260M

13、) ；FX系列系列(FX16M、FX24M、FX32M、48M、FX64M、FX80M)；FX2系列系列(FX2 16M、FX224M、FX2 32M、FX248M、FX264M、FX2 80M)；FX2N (FX2N16M/FX2N128M)；三菱公司的中、大型机为；三菱公司的中、大型机为A系列，典型产品有系列，典型产品有A1、A2、A3系列等。系列等。三菱三菱FX1N系列系列三菱三菱FX2N系列系列三菱三菱MELSEC-Q系列系列可编程序控制器1.1.3 1.1.3 国内外主要国内外主要PLCPLC产品概况产品概况 3 日本的日本的PLC产品产品任务一 可编程序控制器的基础知识 END松下

14、电工公司的松下电工公司的PLC产品中，产品中，FP0为微型机，为微型机，FP1为整为整体式小型机，体式小型机，FP3为中型机，为中型机，FP5/EPl0 (FPl0的改进型的改进型)、FP20为大型机，其中为大型机，其中FP20是最新产品。是最新产品。松下松下FP1-C16松下松下FP1-C72可编程序控制器1.1.3 1.1.3 国内外主要国内外主要PLCPLC产品概况产品概况 4 我国的我国的PLC产品产品任务一 可编程序控制器的基础知识 END 中国科学院自动化研究所的中国科学院自动化研究所的PLC0088，北京联想计算机集团公司，北京联想计算机集团公司的的GK40，上海机床电器厂的，上

15、海机床电器厂的CKY40，上海起重电器厂的，上海起重电器厂的F40MR旧旧R，苏州电子计算机厂的，苏州电子计算机厂的YZPC001A，原机电部北京机械，原机电部北京机械工业自动化研究所的工业自动化研究所的MPC001/20、KB 20/40，杭州机床电器厂，杭州机床电器厂的的DKK02， 天津中环自动化仪表公司的天津中环自动化仪表公司的DJK S 84/86/480，上，上海自立电子设备厂的海自立电子设备厂的KKI系列，上海香岛机电制造有限公司的系列，上海香岛机电制造有限公司的ACMYS80、ACMYS256、无锡华光电子工业有限公司、无锡华光电子工业有限公司(合资合资)的的SR10、SR/2

16、0/21等。等。江苏无锡江苏无锡HL-26R2小型小型PLC可编程序控制器本节小结本节小结 可编程序控制器是以微处理器为核心，综合计算机技可编程序控制器是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。动控制装置。 1969年，美国年，美国DEC公司研制出世界上第一台可编程控公司研制出世界上第一台可编程控制器。制器。GM10条是促使其问世的直接原因。条是促使其问世的直接原因。 追溯追溯PLC的发展历史可以看到，世界上的发展历史可以看到，世界上200多家多家PLC厂厂商，商，400多品种的多品种的PLC

17、产品大体可以按地域分成三个流派：产品大体可以按地域分成三个流派：一个流派是美国；一个流派是欧洲产品；还有一个流派是一个流派是美国；一个流派是欧洲产品；还有一个流派是日本产品。日本产品。 任务一 可编程序控制器的基础知识 END可编程序控制器1.1.美国电气制造商协会美国电气制造商协会(NEMA)(NEMA) PC PC是一种数字的电子装置，它使用可编程序的存储器以及存是一种数字的电子装置，它使用可编程序的存储器以及存储指令，能够完成逻辑、顺序、定时、计数及算术运算等功能，储指令，能够完成逻辑、顺序、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟的输入、输出接口控制各种机械或生产过程。并通过数字或

18、模拟的输入、输出接口控制各种机械或生产过程。任务一 可编程序控制器的基础知识 END1.2 1.2 可编程序控制器的定义与特点可编程序控制器的定义与特点 2 2. .国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC） 可编程序控制器可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业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储器，用来在其内部存环境下应用而设计。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、计数和算术运算等操作的指储执行逻辑运算、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、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机

19、械令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制器系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。控制器系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。1.2.11.2.1可编程序控制器的定义可编程序控制器的定义可编程序控制器1.灵活性和通用性强。灵活性和通用性强。任务一 可编程序控制器的基础知识 END1.2.21.2.2可编程序控制器的特点可编程序控制器的特点 2.抗干扰能力强、可靠性高。抗干扰能力强、可靠性高。4.PLC与外部设备的连接简单、使用方便。与外部设备的连接简单

20、、使用方便。3.编程语言简单易学。编程语言简单易学。5.PLC的功能强、功能的扩展能力强。的功能强、功能的扩展能力强。6.PLC控制系统的设计、调试周期短。控制系统的设计、调试周期短。7.PLC体积小、重量轻、易于实现机电一体化。体积小、重量轻、易于实现机电一体化。可编程序控制器 整体式整体式PLCPLC的组成示意图的组成示意图任务一 可编程序控制器的基础知识 END1.31.3可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的基本组成 1.3.1 1.3.1 可编程序控制器的硬件组成可编程序控制器的硬件组成 可编程序控制器组合式组合式PLCPLC的组成示意图的组成示意图任务一 可编程序控制器的基础知识

21、 END1.3.1 1.3.1 可编程序控制器的硬件组成可编程序控制器的硬件组成 可编程序控制器1. .主机（主机（CPU模块）模块） 任务一 可编程序控制器的基础知识 END1.3.1 1.3.1 可编程序控制器的硬件组成可编程序控制器的硬件组成 2. .电源电源3.3.输入输入/输出模块输出模块7. .其他外设其他外设6. .编程器编程器5. .扩展口扩展口4. .功能模块功能模块可编程序控制器1 1. .系统程序系统程序 任务一 可编程序控制器的基础知识 END1.3.2 1.3.2 可编程序控制器的软件组成可编程序控制器的软件组成 2 2. .用户程序用户程序 3.3.编程语言编程语言

22、 可编程序控制器1 1. .系统程序系统程序 任务一 可编程序控制器的基础知识 END1.3.2 1.3.2 可编程序控制器的软件组成可编程序控制器的软件组成 2 2. .用户程序用户程序 3.3.编程语言编程语言 系统程序是系统程序是PLCPLC赖以工作的基础，采用汇编语言赖以工作的基础，采用汇编语言编写，在编写，在PLCPLC出厂时就已固化于出厂时就已固化于ROMROM型系统程序存型系统程序存储器中。储器中。系统程序分为系统监控程序和解释程序。系统程序分为系统监控程序和解释程序。系统监控程序用于监视并控制系统监控程序用于监视并控制PLCPLC的工作，如诊的工作，如诊断断PLCPLC系统工作

23、是否正常，对系统工作是否正常，对PLCPLC各模块的工作进各模块的工作进行控制，与处设交换信息，根据用户的设定使行控制，与处设交换信息，根据用户的设定使PLCPLC比处在编制用户程序状态或者处在运行用户程序比处在编制用户程序状态或者处在运行用户程序状态等。状态等。解释程序用于把用户程序解释成微处理器能够执解释程序用于把用户程序解释成微处理器能够执行的程序。行的程序。可编程序控制器1 1. .系统程序系统程序 任务一 可编程序控制器的基础知识 END1.3.2 1.3.2 可编程序控制器的软件组成可编程序控制器的软件组成 2 2. .用户程序用户程序 3.3.编程语言编程语言 用户程序又称为应用

24、程序，是用户为完成某一特定用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一特定 的控制任务而利用的控制任务而利用PLCPLC的编程语言编制的程序。的编程语言编制的程序。用户程序通过编程器输入到用户程序通过编程器输入到PLCPLC的用户程序存储器中。的用户程序存储器中。可编程序控制器1 1. .系统程序系统程序 任务一 可编程序控制器的基础知识 END1.3.2 1.3.2 可编程序控制器的软件组成可编程序控制器的软件组成 2 2. .用户程序用户程序 3.3.编程语言编程语言 可编程控制器是通过程序对系统进行控制的，所以各可编程控制器是通过程序对系统进行控制的，所以各种机型的种机型的PLCPLC都有自

25、己的编程语言。都有自己的编程语言。 PLCPLC的编程语言有多种，如梯形图、语句表、逻辑功的编程语言有多种，如梯形图、语句表、逻辑功能图、逻辑方程式等。下面介绍常用的梯形图和语句能图、逻辑方程式等。下面介绍常用的梯形图和语句表编程语言。表编程语言。可编程序控制器PLC是一种工业控制用计算机，其组成与是一种工业控制用计算机，其组成与微型计算机基本相同。微型计算机基本相同。PLC的硬件一般由的硬件一般由主机、主机、I/O扩展机及外部设备组成扩展机及外部设备组成 可编程序控制器的软件组成包括系统程序可编程序控制器的软件组成包括系统程序 和用户程序和用户程序 任务一 可编程序控制器的基础知识 END本

26、节小结本节小结 可编程序控制器1.4.1可编程序控制器的功能可编程序控制器的功能 任务一 可编程序控制器的基础知识 END1.41.4可编程序控制器的功能与分类可编程序控制器的功能与分类 1.1.逻辑控制功能逻辑控制功能 2.2.定时控制功能定时控制功能 3.3.计数控制功能计数控制功能 4.4.步进控制功能步进控制功能 5.5.数据处理功能数据处理功能 6.6.回路控制功能回路控制功能 7.7.通讯联网功能通讯联网功能 8.8.监控功能监控功能 9.9.停电记忆功能停电记忆功能 10.10.故障诊断功能故障诊断功能 可编程序控制器1.4.2可编程序控制器的分类可编程序控制器的分类 任务一 可

27、编程序控制器的基础知识 END1.1.按结构形式分类按结构形式分类 （1 1）整体式）整体式PLCPLC： （2 2）组合式）组合式PLCPLC： 2.2.按控制规模分类按控制规模分类 （1 1）小型）小型PLCPLC：I/OI/O点数较少，在点数较少，在256256点以下的点以下的PLCPLC。（2 2）中型）中型PLCPLC：I/OI/O点数较多，在点数较多，在256256点以上、点以上、 20482048点以下的点以下的PLCPLC。（3 3）大型）大型PLCPLC：I/OI/O点数较多，在点数较多，在20482048点以上的点以上的PLCPLC。3 3按实现的功能分类按实现的功能分类

28、（1 1）低档机：）低档机： （2 2）中档机：）中档机： （3 3）高档机：）高档机：可编程序控制器1.4.3可编程序控制器的性能指标可编程序控制器的性能指标 任务一 可编程序控制器的基础知识 END1.1.输入输出点数。输入输出点数。 2.2.程序容量。程序容量。 3.3.指令的种类和条数。指令的种类和条数。4.4.指令处理速度。指令处理速度。5.5.内部器件的种类和数量。内部器件的种类和数量。6.6.扩展能力。扩展能力。7.7.智能单元的数量智能单元的数量可编程序控制器 系统程序存放在系统程序存储器中。这里说的存储容量指的系统程序存放在系统程序存储器中。这里说的存储容量指的是用户程序存储

29、器的容量。用户程序存储器容量决定了是用户程序存储器的容量。用户程序存储器容量决定了PLC可以可以容纳用户程序的长短，一般以字为单位来计算。每容纳用户程序的长短，一般以字为单位来计算。每1024个字为个字为1K字。中、小型字。中、小型PLC的存储容量一般在的存储容量一般在8K以下，大型以下，大型PLC的存储容的存储容量可达到量可达到256K2M。也有的也有的PLC用存放用户程序的指令条数来表用存放用户程序的指令条数来表示容量。示容量。1.1.存储容量存储容量2.2.输入输入/ /输出点数输出点数 I/O点数即点数即PLC面板上的输入、输出端子的个数。面板上的输入、输出端子的个数。 I/O 点数越

30、点数越多，外部可按的输入器件和输出器件就越多，控制规模就越大。因此多，外部可按的输入器件和输出器件就越多，控制规模就越大。因此I/O点数是衡量点数是衡量PLC性能的重要指标之一。性能的重要指标之一。任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器3.3.扫描速度扫描速度 扫描速度是指扫描速度是指PLC执行程序的速度，是衡量执行程序的速度，是衡量PLC性能的重要指性能的重要指标。一般以扫描标。一般以扫描1K字所用的时间来衡量扫描速度。字所用的时间来衡量扫描速度。PLC用户手册一般用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的操

31、执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。4.4.编程指令的种类和条数编程指令的种类和条数 这也是衡量这也是衡量PLC能力强弱的主要指标。编程指令种类及条数能力强弱的主要指标。编程指令种类及条数越多，其功能就越强，即处理能力、控制能力越强。越多，其功能就越强，即处理能力、控制能力越强。任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器5.5.内部器件的种类和数量内部器件的种类和数量 内部器件包括各种继电器、计数器内部器件包括各种继电器、计数器/定时器、数据存储器等。其定时器、数据存储器等。其种类越多、数量越大，存储备种信息的能力和控制能力就越强。种类越多

32、、数量越大，存储备种信息的能力和控制能力就越强。6.6.扩展能力扩展能力 PLC的扩展能力表现在以下几个方面。大部分的扩展能力表现在以下几个方面。大部分PLC可以用可以用I/O扩扩展单元进行展单元进行I/O点数的扩展：有的点数的扩展：有的PLC可以便用各种功能模块进行功能可以便用各种功能模块进行功能扩展等。扩展等。任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器7.7.智能单元的数量智能单元的数量 PLC不仅能完成开关量的逻辑控制，而且利用智能单元可完成不仅能完成开关量的逻辑控制，而且利用智能单元可完成模拟量控制、位置和速度控制以及通信联网等功能。智能单元种类的模拟量控制、位置和速度控制以及通

33、信联网等功能。智能单元种类的多少和功能的强弱是衡量多少和功能的强弱是衡量PLC产品水平高低的一个重要指标。各个生产品水平高低的一个重要指标。各个生产厂家都非常重视智能单元的开发，近年来智能单元的种类日益增多，产厂家都非常重视智能单元的开发，近年来智能单元的种类日益增多，功能越来越强。功能越来越强。任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器本节小结本节小结可编程序控制器的功能可编程序控制器的功能 包括逻辑控制功能包括逻辑控制功能 、计数控制功、计数控制功能能 、定时控制功能、定时控制功能 、步进控制功能、步进控制功能 、数据处理功能、数据处理功能 、回路控制功能回路控制功能 、通讯联网功能

34、、通讯联网功能 、监控功能、监控功能 、停电记忆功、停电记忆功能能 、故障诊断功能。、故障诊断功能。PLC的种类很多，其实现的功能、内存容量、控制规模、的种类很多，其实现的功能、内存容量、控制规模、外型等方面均存在较大的差异。因此，外型等方面均存在较大的差异。因此，PLC的分类没有一的分类没有一个严格的统一标准，而是按照结构形式、控制规模、实现个严格的统一标准，而是按照结构形式、控制规模、实现的功能进行大致地分类的功能进行大致地分类 任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器1.5 1.5 可编程序控制器的工作方式可编程序控制器的工作方式 输入部分：输入部分：它们直接接受来自操作台上的操

35、作命令，或来自它们直接接受来自操作台上的操作命令，或来自 被控对象上的各种状态信息，如按钮、开关、传被控对象上的各种状态信息，如按钮、开关、传 感器等感器等。 输出部分：输出部分：它们用来接受程序执行结果的状态，以操作各种它们用来接受程序执行结果的状态，以操作各种 被控对象，如电动机、电磁阀、状态指示部件等。被控对象，如电动机、电磁阀、状态指示部件等。 控制部分：控制部分：采用微处理器和存储器，执行按照被控对象的实采用微处理器和存储器，执行按照被控对象的实 际要求编制并存入程序存储器的程序，来完成控际要求编制并存入程序存储器的程序，来完成控 制任务。制任务。 1.5.1 1.5.1 存储程序控

36、制存储程序控制 任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器1.5.2 PLC1.5.2 PLC控制系统的组成控制系统的组成任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器1.5.3 PLC1.5.3 PLC的循环扫描工作方式的循环扫描工作方式 1.1.可编程序控制器的工作方式可编程序控制器的工作方式循环扫描的工作方式：循环扫描的工作方式： PLC采用循环扫描的工作方式，它可以看成是一种由系统采用循环扫描的工作方式，它可以看成是一种由系统软件支持的扫描设备，不论用户程序运行与否，都周而复软件支持的扫描设备，不论用户程序运行与否，都周而复始地进行循环扫描，并执行系统程序规定的任务。每一个始地

37、进行循环扫描，并执行系统程序规定的任务。每一个循环所经历的时间称为一个扫描周期。每个扫描周期又分循环所经历的时间称为一个扫描周期。每个扫描周期又分为几个工作阶段，每个工作阶段完成不同的任务。为几个工作阶段，每个工作阶段完成不同的任务。 任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器任务一 可编程序控制器的基础知识 2.2.可编程序控制器的周期扫可编程序控制器的周期扫描机制描机制PLC上电后首上电后首先进行初始先进行初始化，然后进化，然后进入循环扫描入循环扫描工作过程。工作过程。一次循环扫一次循环扫描过程可归描过程可归纳为五个工纳为五个工作阶段。作阶段。可编程序控制器1.1.上电后初始处理上电

38、后初始处理 为为PLC工作做好准备，清除内部继电器区，并复位所有计时器，硬件工作做好准备，清除内部继电器区，并复位所有计时器，硬件检查、用户内存检查。检查检查、用户内存检查。检查I/O大衣的链接等。大衣的链接等。任务一 可编程序控制器的基础知识 在每一次扫描开始之前，在每一次扫描开始之前，CPU都要进行复位监视定时器、硬件检都要进行复位监视定时器、硬件检查、用户内存检查等操作。如果有异常情况，除了故障显示灯亮以外，查、用户内存检查等操作。如果有异常情况，除了故障显示灯亮以外，还判断并显示故障的性质。如果属于一般性故障则只报警不停机，等还判断并显示故障的性质。如果属于一般性故障则只报警不停机，等

39、待处理。如果属于严重故障，则停止待处理。如果属于严重故障，则停止PLC的运行。公共处理阶段所用的运行。公共处理阶段所用的时间一般是固定的，不同机型的的时间一般是固定的，不同机型的PLC有所差异。有所差异。可编程序控制器2.2.上位链接服务上位链接服务 在构成微机一在构成微机一PLC网络时，用于处理与微机间的通讯。上位网络时，用于处理与微机间的通讯。上位链接服务时间链接服务时间Tl在在0一一8ms之间。若未构成微机之间。若未构成微机PLC网络，网络，PC上上未装未装HOST LINK，则，则Tl=0若构成微机一若构成微机一PLC网络，则网络，则Tlmax8ms。任务一 可编程序控制器的基础知识

40、3.3.程序执行阶段程序执行阶段 在程序执行阶段，在程序执行阶段，CPU对用户程序按先左后右、先上后下的对用户程序按先左后右、先上后下的顺序逐条地进行解释和执行。顺序逐条地进行解释和执行。 CPU从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读取各继电器当从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读取各继电器当前的状态，根据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结前的状态，根据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果再写入元件映像寄存器中。果再写入元件映像寄存器中。可编程序控制器4.I/O4.I/O刷新阶段刷新阶段 在在I/O刷新阶段，刷新阶段，CPU要作两件事情。要作两件事情。 其一，从输入电路中读取各输

41、入点的状态，并将此状态写入输入其一，从输入电路中读取各输入点的状态，并将此状态写入输入映像寄存器中，也就是刷新输入映像寄存器的内容。自此输入映映像寄存器中，也就是刷新输入映像寄存器的内容。自此输入映像寄存器就与外界隔离，无论输入点的状态怎样变化，输入映橡像寄存器就与外界隔离，无论输入点的状态怎样变化，输入映橡寄存器的内容都保持不变，一直到下一个扫描周期的寄存器的内容都保持不变，一直到下一个扫描周期的I/O刷新阶段，刷新阶段，才会写进新内容。这就是说，各输入映像寄存器的状态要保持一才会写进新内容。这就是说，各输入映像寄存器的状态要保持一个扫描周期不变。个扫描周期不变。 其二，将所有输出继电器的元

42、件映像寄存器的状态传送到相应的其二，将所有输出继电器的元件映像寄存器的状态传送到相应的输出锁存电路中，再经输出电路的隔离和功率放大部分传送到输出锁存电路中，再经输出电路的隔离和功率放大部分传送到PLC的输出端，驱动外部执行元件动作。的输出端，驱动外部执行元件动作。 I/O刷新阶段的时间长短取决于刷新阶段的时间长短取决于I/O点数的多少。点数的多少。任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器5.5.外设端口服务阶段外设端口服务阶段 这个阶段里，这个阶段里，CPU完成与外设端口连接的外围设备的通信处理。完成与外设端口连接的外围设备的通信处理。 完成上述各阶段的处理后，又返回公共处理阶段，周而

43、复始地进行完成上述各阶段的处理后，又返回公共处理阶段，周而复始地进行扫描。扫描。 图描述了信号从输入端子到输出端子的传递过程。在图描述了信号从输入端子到输出端子的传递过程。在I/O刷新阶段，刷新阶段，CPU从输入电路的输出端读出各输入点的状态，并将其写入输入映像寄存从输入电路的输出端读出各输入点的状态，并将其写入输入映像寄存器中。在紧接着的下一个扫描周期用户程序执行阶段，器中。在紧接着的下一个扫描周期用户程序执行阶段，CPU从输入映像寄从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出各继电器的状态，并根据此状态执行用户程存器和元件映像寄存器中读出各继电器的状态，并根据此状态执行用户程序，再将执行结果写入

44、元件映像寄存器中。在序，再将执行结果写入元件映像寄存器中。在I/O刷新阶段，将输出映橡刷新阶段，将输出映橡寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递到输出端子。寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递到输出端子。任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器PLC PLC 信号的传递过程信号的传递过程任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器分析分析 在执行用户程序阶段，要注意所使用的输入和输出数据的问题。设输入在执行用户程序阶段，要注意所使用的输入和输出数据的问题。设输入数据为允输出数据为数据为允输出数据为Yo在第在第n次扫描执行用户程序时，所依据的输入数据是第次扫描执行用

45、户程序时，所依据的输入数据是第n-1次扫描次扫描I/O刷新阶段读取的刷新阶段读取的X n-1；执行用户程序过程中，元件映像寄存器中执行用户程序过程中，元件映像寄存器中的数据既有第的数据既有第n-1次扫描存入的数据入次扫描存入的数据入Y ，也有本次执行程序的中间结果。第也有本次执行程序的中间结果。第n次扫描的次扫描的I/O刷新时输出的数据是刷新时输出的数据是Y n。 如图所示，在某一个扫描周期里执行用户程序的具体过程是：执行第一如图所示，在某一个扫描周期里执行用户程序的具体过程是：执行第一个梯级时，个梯级时，CPU从输入映像寄存器中读出从输入映像寄存器中读出00000号输入继电器的状态，设其号输

46、入继电器的状态，设其为为1；再读出；再读出00001号输入继电器的状态，设其为号输入继电器的状态，设其为0。由。由00000和和00001的状态的状态结算出结算出01000号继电器当前的状态是号继电器当前的状态是1。若此前。若此前01000的状态是的状态是0，则，则CPU用用当前的当前的1去改写元件映像寄存器中去改写元件映像寄存器中01000对应的位。下一步再执行第二个梯级，对应的位。下一步再执行第二个梯级，从元件映像寄存器中读出从元件映像寄存器中读出01000号继电器的状态号继电器的状态1(即前一步存入的即前一步存入的)，结算出，结算出01001号继电器的状态是号继电器的状态是1。若此前。若

47、此前01001的状态是的状态是0，则，则CPU用当前的用当前的1去改去改写元件映像寄存器中写元件映像寄存器中01001对应的位。本次扫描加刷新的结果是：对应的位。本次扫描加刷新的结果是：01000为为1，01001为为1。任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器结论结论 由上述分析可得出，执行用户程序的扫描阶段其特点是：由上述分析可得出，执行用户程序的扫描阶段其特点是： 其一其一，在执行用户程序的过程中，输入映像寄存器的状态不变。，在执行用户程序的过程中，输入映像寄存器的状态不变。 其二其二，元件映像寄存器的内容随程序的执行在改变，前一步的结，元件映像寄存器的内容随程序的执行在改变，前

48、一步的结算结果随即作为下一步的结算条件，这一点与输入映像寄存器完算结果随即作为下一步的结算条件，这一点与输入映像寄存器完全不同。全不同。 其三其三，程序的执行是由上而下进行的，所以各梯级中的继电器线，程序的执行是由上而下进行的，所以各梯级中的继电器线圈不可能同时改变状态。圈不可能同时改变状态。 其四其四，执行用户程序的结果要保持到下一个扫描周期的用户程序，执行用户程序的结果要保持到下一个扫描周期的用户程序执行阶段。在编写应用程序时，务必要注意执行阶段。在编写应用程序时，务必要注意PLC的这种循环扫描的这种循环扫描工作方式，不少应用程序的错误就是由于忽视了这个问题而造成工作方式，不少应用程序的错

49、误就是由于忽视了这个问题而造成的。的。 任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器6.PLC6.PLC的扫描时间的扫描时间 1 上电后初始处理 2 共同处理 Tc=2.6ms PLC与微机构成网络 08ms 3 上位链接服务 Tl = PLC与微机不构成网络 0ms 4 外设服务 T13ms 0.06XTms 5 运算处理 Tp=平均速度X指令条数 主机 输入 0.07ms/8个 6 I/O刷新 Tr = 输出 0.04ms/8个 远程 1.3ms+nX0.2ms扫描时间可编程序控制器例例 3131 某某PLC控制系统由主机和控制系统由主机和1号近程扩展机构成，型号为号近程扩展机构成，型

50、号为C200H。 主机上装有主机上装有2个个8点输入模块，点输入模块，3个个16点输入模块，点输入模块，3个个12点输出模块。点输出模块。1号号扩展机上装有扩展机上装有2个个16点输入模块，点输入模块，3个个8点输出模块。用户程序为点输出模块。用户程序为5000条指条指令组成，假定汉有基本指令，每条指令执行时间平均为令组成，假定汉有基本指令，每条指令执行时间平均为0.94Ps。试计算试计算下列情况下的扫描时间下列情况下的扫描时间T5： PLC不与微机构成网络，不带编程器；不与微机构成网络，不带编程器； PLC不与微机构成网络，带编程器；不与微机构成网络，带编程器； PLC与微机构成网络，带编程

51、器。与微机构成网络，带编程器。任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器 解：解：该例中三种情况的共同处理时间Tc、运算处理时间T，和I/O刷新时间Tr相同的。因此，应先计算Tc、Tp和Tr。 Tc2.6ms Tp0.945000=4.7103(s)4.7ms 该例中输入模块共有：主机上2个8点输入模块：3个16点输入模块，扩展机上2个16点输入模块。由于16点模块按2个8点模块设计，因此，可认为有2+32+2212个8点输入模块共有：主机上3个12点输出模块，扩展机3个8点输出模块。12点输出模块可按2个8点模块计，所以可以认为有32+3=9个8点输出模块。因此，I/O刷新时间Tr为：

52、 Tr=0.0712+0.0491.2(ms)任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器PLC不与微机构成网络时，上位链接服务时间Tl=0。因此，不带编程器时的扫描时间为。 Ts=Tc+Tp+Tr2.6+4.7+1.2 8.5(ms)编程器时的扫描时间就是带外设时间的T，因T13ms，所以此时的外设服务时间To为0.8ms。带编程器时的扫描时间为 Ts=Tc+Tp+Tr+To2.6+4.7+1.2+0.89.3(ms) PLC与微机构成网络时，上位链接服务时间Tl=8ms，则 T=Tc+Tp+Tr+Tl2.6+4.7+1.2+816.5(ms)模块 因T13ms，所以外设服务时间为 To

53、=T0.0616.50.06=1(ms) Ts=Tc+Tp+Tr+Tl+To2.6+4.7+1.2=8+1=17.(ms)任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器例例 3232 某某C200H型型PLC系统，由主机和远程扩展机构成。主机上装系统，由主机和远程扩展机构成。主机上装有有3个个16点输入模块，点输入模块，2个个12点输出模块。远程扩展机上装有点输出模块。远程扩展机上装有3个个16点输入模块，一个点输入模块，一个12点输出模块。程序有点输出模块。程序有5000条指令，假定程条指令，假定程序中使用的指令均为基本指令，平均执行时间为序中使用的指令均为基本指令，平均执行时间为0.94

54、屿。试计算不屿。试计算不与微机构成网络且不带编程器时的扫描时间。与微机构成网络且不带编程器时的扫描时间。任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器 解：解：共同处理时间Tc=2.6m。因不与微机构成网络，故上位链接服务时间T l=0。因不带外设，所以外设服务时间To=0。 运算处理时Tp0.9450004.7103(ms)=4.7ms。 主机部分的3个16点模块可看作6个8点输入模块，2个12点输出模块可看作4个8点输出模块。远程扩展机部分3个16点输入模块和1个12点输出模块共占用4个通道。因此，I/O刷新时间为: Tr=0.076+0.044+(1.3+0.24)=2.68(ms)

55、所以，该PLC系统在不与微机构成网络，不带编程器时的扫描时间为: Ts=Tc+Tl+To+Tp+Tr=2.6+4.7+2.710(ms)任务一 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器本节小结本节小结可编程序控制器是一种存储程序控制器，支配控制系统工可编程序控制器是一种存储程序控制器，支配控制系统工作的程序存放在存储器中，利用程序来实现控制逻辑，完作的程序存放在存储器中，利用程序来实现控制逻辑，完成控制任务。在可编程序控制器构成的控制系统中，要实成控制任务。在可编程序控制器构成的控制系统中，要实现一个控制任务，首先要针对具体的被控对象，分析它对现一个控制任务，首先要针对具体的被控对象，分析它对控制系统的要求，然后编制出相应的控制程序，利用编程控制系统的要求，然后编制出相应的控制程序，利用编程器将控制程序写入可编程序控制器的程序存储器中。器将控制程序写入可编程序控制器的程序存储器中。共同处理、上位链接服务、外设服务、运算处理、共同处理、上位链接服务、外设服务、运算处理、IO刷刷新所占用的时间构成了新所占用的时间构成了PLC的扫描时间的扫描时间 。任务一 可编程序控制器的基础知识