PLC基本工作原理

1、第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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的特点 理解plc的分类 理解plc的控制功能 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电

2、类专业规划教材 plc应用技术 可编程控制器的英文名称是 programmable controller，早期简称 pc，后来为了与个人计算机（pc） 区分，在行业中多称之为 programmable logic controller，即 可编程逻辑控制器，简称plc，而这 种称呼又与可编程控制器的起源和它 本身的特点有关。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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

3、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。 1.1 plc的产生和发展 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等

4、职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 1.1 plc的产生和发展 编程容易，并可在现场修改程序； 维修方便，采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制柜； 体积小于继电器控制柜； 成本可与继电器控制柜竞争； 具有通讯功能，可将数据直接送入管理计算机； 可以使用115 v交流输入电压； 输出采用115 v交流电压，能直接驱动电磁阀； 通用性好，易于扩展； 用户程序存储器容量至少能扩展到4kb。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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plcp

5、lc？ 1969 1969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线，用于通用汽车公司的生产线， 取得了满意的效果。取得了满意的效果。 1.1 plc的产生和发展 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 km2 sb1 sb3 fr q fr fu m 3 sb2 km1 km2 km1 km2 km1km2 km1 第1章

6、plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 i0.0 q0.0 i0.1i0.2q0.1q0.0 i0.1 q0.1 i0.0i0.2q0.0q0.1 plc电动机正反转控制程序 ( ) ( ) 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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？ 第二代第二代plc（19731975年）：采用了年）：采用了8位微处理器及位微处理器及 半导体存储器，增加了数字运算、传送、比较等功能，能实半

7、导体存储器，增加了数字运算、传送、比较等功能，能实 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： 第一代第一代plc（19691972年）：大多用一位机开发，年）：大多用一位机开发， 用磁芯存储器存储，只具有单一的逻辑控制功能，机种用磁芯存储器存储，只具有单一的逻辑控制功能，机种 单一，没有形成系列化。单一，没有形成系列化。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教

8、材 plc应用技术 第四代第四代plc（1983年现在）：不仅全面使用年现在）：不仅全面使用16位、位、32 位高性能微处理器，高性能位片式微处理器，位高性能微处理器，高性能位片式微处理器，risc(reduced instruction set computer)精简指令系统精简指令系统cpu等高级等高级cpu，而，而 且在一台且在一台plc中配置多个微处理器，进行多通道处理，同时中配置多个微处理器，进行多通道处理，同时 生产了大量内含微处理器的智能模块，使得第四代生产了大量内含微处理器的智能模块，使得第四代plc产品产品 成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数成为具有逻辑控制

9、功能、过程控制功能、运动控制功能、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功能控制器。 第三代第三代plc（19761983年）：随着高性能微处理器及年）：随着高性能微处理器及 位片式位片式cpu在在plc中大量的使用，中大量的使用，plc的处理速度大大提高，的处理速度大大提高， 从而促使它向多功能及联网通信方向发展，增加了多种特殊从而促使它向多功能及联网通信方向发展，增加了多种特殊 功能，如浮点数的运算、三角函数、表处理、脉宽调制输出功能，如浮点数的运算、三角函数、表处理、脉宽调制输出 等，自诊断功能及容错技术发展迅速。等，自诊断功

10、能及容错技术发展迅速。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 由于由于plc的发展，使其功能已经远远超出了逻辑控的发展，使其功能已经远远超出了逻辑控 制的范围，因而用制的范围，因而用“plc”已不能描述其多功能的特点。已不能描述其多功能的特点。 1980年，美国电气制造商协会年，美国电气制造商协会(nema)给它起了一个新给它起了一个新 的名称，叫的名称，叫programmable controller”，简称，简称pc。由于。由于 pc这一缩写在我国早已成为个人计算机这一缩写在我国早已成为个人计算机(person

11、al computer)的代名词，为避免造成名词术语混乱，因此在的代名词，为避免造成名词术语混乱，因此在 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。 正是由于正是由于plc具有多种功能，并集三电（电控装具有多种功能，并集三电（电控装 置、电仪装置、电气传动控制装置）于一体，使得置、电仪装置、电气传动控制装置）于一体，使得 plc在工厂中备受欢迎，用量高居首位，成为现代工在工厂中备受欢迎，用量高居首位，成为现代工 业自动化的三大支柱（业自动化的三大支柱（plc、机器人、机器人、cad/cam） 之一。之一。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高

12、等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 可编程序控制器的用途与特点可编程序控制器的用途与特点 可编程序控制器的用途可编程序控制器的用途 plc的应用通常可分为五种类型：的应用通常可分为五种类型： 顺序控制顺序控制 运动控制运动控制 闭环过程控制闭环过程控制 数据处理数据处理 通信和联网通信和联网 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 可编程序控制器的特点可编程序控制器的特点 抗干扰能力强，可靠性高抗干扰能力强，可靠性高 控制系统结构简单、通用性强、应用灵活控制系统结构简单、通用性强、应用灵活 编程方便，易

13、于使用编程方便，易于使用 功能完善，扩展能力强功能完善，扩展能力强 plc控制系统设计、安装、调试方便控制系统设计、安装、调试方便 维修方便，维修工作量小维修方便，维修工作量小 plc具有完善的自诊具有完善的自诊 断，履历情报存储及监视功能。断，履历情报存储及监视功能。 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 。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 硬 件 软 件 + 1.2 plc的组成和基本工作原理 1.2.1 plc的组成 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家

14、级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 (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rom/ram和微处

15、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外 部设备

16、的信息交换。部设备的信息交换。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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 这是这是plcplc与被控设备相连接的接与被控设备相连接的接 口电路。口电路。 用户设备需输入用户设备需输入plcplc的各种控制的各种控制 信号，如限位开关、操作按钮、选择信号，如限位开关、操作按钮、选择 开关、行程开关以及其它一些传感器开关、行程开关以及其它一些传感器 输出的开关量或模拟量输出的开关量或模拟量( (要通过模

17、数要通过模数 变换进入机内变换进入机内) )等，通过等，通过输入接口输入接口电电 路将这些信号转换成中央处理单元能路将这些信号转换成中央处理单元能 够接收和处理的信号。够接收和处理的信号。 输出接口输出接口电路将中央处理单元送电路将中央处理单元送 出的弱电控制信号转换成现场需要的出的弱电控制信号转换成现场需要的 强电信号输出，以驱动电磁阀、接触强电信号输出，以驱动电磁阀、接触 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 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 直流输入接口电路

18、示意图 内 部 电 路 输入led in in com 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 交流输入接口电路示意图 内 部 电 路 输入led in in com 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 输入接口电路示意图 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 汇点输入接线示意图汇点输入接线示意图 独立输入接线示意图独立输入接线示意图 第1章 plc基本工作

19、原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 继电器输出接口电路示意图 内 部 电 路 输出led out out com l l 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 双向晶闸管输出接口电路示意图 输出led out out com l l内 部 电 路 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 晶体管输出接口电路示意图 l+ out out com l l 输出led 内 部 电 路 第

20、1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 继电器输出电路继电器输出电路 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 继电器输出模块 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 汇点输出接线示意图汇点输出接线示意图 独立输出接线示意图独立输出接线示意图 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 中央 处

21、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 中小型的中小型的plcplc输入输出接口都是输入输出接口都是 与中央处理单元与中央处理单元cpucpu制造在一起的，制造在一起的， 为了满足被控设备输入输出点数较多为了满足被控设备输入输出点数较多 的要求，常需要扩展数字量输入输出的要求，常需要扩展数字量输入输出 模块；为了满足模拟量控制的需要，模块；为了满足模拟量控制的需要， 常需要扩展模拟量输入输出模块，如常需要扩展模拟量输入输出模块，如 a/da/d、d/ad/a转换模块等；转换模块等；i/oi/o扩展接口扩展接口 就是为连接

22、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。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 i/o扩展接口的连接 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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 信 接 口 用 于通 信 接 口 用 于 plcplc与计算机、与计算机、plcplc、 变频器、触摸屏等智变频器、触摸屏等智 能设备之间的连接，能设备之间的连

23、接， 以实现以实现plcplc与智能设备与智能设备 之间的数据传送。之间的数据传送。 1.plc的硬件系统 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 通信接口的连接 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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进进 行连接，以实行连接，以实 现编程器对现编程器对 plcplc的操作。的

24、操作。 1.plc的硬件系统 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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

25、作。 1.plc的硬件系统 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 第1章 plc基

26、本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 1.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 电源部件将交流电源转电源部件将交流电源转 换成供换成供plc的中央处理器、的中央处理器、 存储器等电子电路工作所需存储器等电子电路工作所需 要的直流电源，同时还向各要的直流电源，同时还向各 种扩展模块提供种扩展模块提供24v直流电直流电 源。源。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 pl

27、c应用技术 2.plc的软件组成 系统管理程序系统管理程序 用户指令解释程序用户指令解释程序 标准化模块程序标准化模块程序 开关量逻辑控制程序开关量逻辑控制程序 模拟量运算控制程序模拟量运算控制程序 闭环控制程序闭环控制程序 工作站初始化程序工作站初始化程序 2 2）用户程序）用户程序 plc由硬件系统组成，由软件系统支持，硬件和由硬件系统组成，由软件系统支持，硬件和 软件共同构成了软件共同构成了plc系统。系统。plc的软件系统可分为：的软件系统可分为： 1）系统程序系统程序 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术

28、 1)1)系统程序系统程序 系统程序是用来控制和完成系统程序是用来控制和完成plcplc各种功能的程各种功能的程 序，这些程序是由序，这些程序是由plcplc制造厂家用相应制造厂家用相应 cpucpu的指令的指令 系统编写的，并固化到系统编写的，并固化到romrom中。它包括中。它包括 系统管理程序系统管理程序 用户指令解释程序用户指令解释程序 供系统调用的标准程序模块供系统调用的标准程序模块 2.plc的软件组成 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 系统管理程序系统管理程序 系统管理程序主要功能是运行时序分配管

29、理、系统管理程序主要功能是运行时序分配管理、 存储空间分配管理和系统自检等存储空间分配管理和系统自检等 。 用户指令解释程序用户指令解释程序 用户指令解释程序将用户编制的应用程序翻译用户指令解释程序将用户编制的应用程序翻译 成机器指令供成机器指令供cpu执行。执行。 供系统调用的标准程序模块供系统调用的标准程序模块 标准程序模块具有独立的功能，使系统只需调标准程序模块具有独立的功能，使系统只需调 用输入、输出、特殊运算等程序模块即可完成相应用输入、输出、特殊运算等程序模块即可完成相应 的具体工作的具体工作 。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机

30、电类专业规划教材 plc应用技术 2)2)用户程序用户程序 用户程序是用户根据工程现场的生产过程和工艺要用户程序是用户根据工程现场的生产过程和工艺要 求、使用求、使用plc生产厂家提供的专门编程语言而自行编制生产厂家提供的专门编程语言而自行编制 的应用程序。它包括：的应用程序。它包括： 开关量逻辑控制程序开关量逻辑控制程序 模拟量运算控制程序模拟量运算控制程序 闭环控制程序闭环控制程序 工作站初始化程序工作站初始化程序 2.plc的软件组成 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 工作站初始化程序是用户为工作站初始化

31、程序是用户为plc系统网络进行数系统网络进行数 据交换和信息管理而编制的初化程序，在据交换和信息管理而编制的初化程序，在plc厂商提厂商提 供的通信程序的基础上进行参数设定，一般采用高级供的通信程序的基础上进行参数设定，一般采用高级 语言实现。语言实现。 开关量逻辑控制程序开关量逻辑控制程序 开关量逻辑控制程序一般采用开关量逻辑控制程序一般采用plc生产厂商提生产厂商提 供的如梯形图、语句表等编程语言编制。供的如梯形图、语句表等编程语言编制。 模拟量运算控制和闭环控制程序模拟量运算控制和闭环控制程序 模拟量运算控制和闭环控制程序是大中型模拟量运算控制和闭环控制程序是大中型plc系系 统的高级应

32、用程序，通常采用统的高级应用程序，通常采用plc厂商提供的相应程厂商提供的相应程 序模块及主机的汇编语言或高级语言编制。序模块及主机的汇编语言或高级语言编制。 工作站初始化程序工作站初始化程序 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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 plc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

33、程，扫描周而复 始地进行。始地进行。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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 每次扫描用户程序每次扫描用户程序 之前，都先执行故障之前，都先执行故障 自诊断程序。自诊断自诊断程序。自诊断 内容为内容为i0部分、存部分、存 储器、储器、cpu等，发现等，发现 异常停机显示出错。异常停机显示出错。 若自诊断正常，继续若自诊断正常，继续 向下扫描。向下扫描。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等

34、职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 plc plc检查是否有与编程检查是否有与编程 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，如若有则进行相应处理，如 接收由编程器送来的程序、接收由编程器送来的程序、 命令和各种数据，并把要命令和各种数据，并把要 显示的状态、数据、出错显示的状态、数据、出错 信息等发送给编程器进行信息等发送给编程器进行 显示。如果有与计算机等显示。如果有与计算机等 的通信请求，也在这段时的通信请求，也在这段时 间完成数据的接受和发送间完成数据的接受和发送 任务。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

35、刷新输出刷新输出 开机开机 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 plcplc的中央处的中央处 理器对各个输入理器对各个输入 端进行扫描，将端进行扫描，将 所有输入端的状所有输入端的状 态送到输入映象态送到输入映象 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 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 中央处理器中央处理器cpucpu 将逐条执行用户指令将逐条执行用户指令

36、程序，即按程序要求程序，即按程序要求 对数据进行逻辑、算对数据进行逻辑、算 术运算，再将正确的术运算，再将正确的 结果送到输出状态寄结果送到输出状态寄 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 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 当所有的指令执行当所有的指令执行 完毕时，集中把输出映完毕时，集中把输出映 象寄存器的状态通过输象寄存器的状态通过输 出部件转换成被控设备出部件转换成被控设备 所能接受的电压或电流所能接受的电压或电流 信号，以驱动被

37、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 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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 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

38、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，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。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 （ ） 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 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 梯形图（梯形图（lad）编程）编程 符号对

39、照符号对照 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 典型梯形图示意典型梯形图示意 典型的梯形图示意图典型的梯形图示意图 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 指令表（指令表（stl）编程）编程 指令表编程举例指令表编程举例 a）梯形图）梯形图 b）指令表）指令表 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 plc是专为工业控制设计的专用计算机，就电路作用而言，可看作

40、是是专为工业控制设计的专用计算机，就电路作用而言，可看作是 由一般继电器、定时器、计数器等元件组成由一般继电器、定时器、计数器等元件组成. plc的内部等效电路的内部等效电路 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 第二节第二节 plcplc控制与继电器控制的比较控制与继电器控制的比较 一、系统框图的比较一、系统框图的比较 继电器控制系统框图继电器控制系统框图 plc控制系统框图控制系统框图 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 二、二、

41、plc的等效电路图的等效电路图 接触器控制电动机单向旋转控制电路接触器控制电动机单向旋转控制电路 plc控制系统等效电路图控制系统等效电路图 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 u可编程控制器是基于电子计算机的工业控制器，可编程控制器是基于电子计算机的工业控制器， 从从plcplc产生的背景来看，产生的背景来看，plcplc系统与继电器控制系统与继电器控制 系统有着极深的渊源，因此可以比照着继电器系统有着极深的渊源，因此可以比照着继电器 系统来学习系统来学习plcplc的工作原理。的工作原理。 第1章 plc基本

42、工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 1.i/o1.i/o总点数总点数 i/o i/o总点数是衡量总点数是衡量plcplc接入信号和可输出信号的接入信号和可输出信号的 数量。数量。plcplc的输入输出有开关量和模拟量两种。其中的输入输出有开关量和模拟量两种。其中 开关量用最大开关量用最大i/oi/o点数表示，模拟量用最大点数表示，模拟量用最大i/oi/o通道通道 数表示。数表示。 2.2.存储器容量存储器容量 存储器容量是衡量可存储用户应用程序多少的存储器容量是衡量可存储用户应用程序多少的 指标，通常以字或指标，通常以字或k k字

43、为单位。一般的逻辑操作指令字为单位。一般的逻辑操作指令 每条占每条占1 1个字，定时器、计数器移位操作等指令占个字，定时器、计数器移位操作等指令占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。 1.3.1 plc1.3.1 plc的性能指标的性能指标 1.3 plc的性能、特点及分类 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 3.3.编程语言编程语言 编程语言是可编程控制器厂家为用户设计的用编程语言是可编程控制器厂家为用户设计的用 于实现各种控制功能的编程工具，它有多种形式，于实现各种控制功能

44、的编程工具，它有多种形式， 常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言，另还常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言，另还 有逻辑图编程语言、布耳代数编程语言等。有逻辑图编程语言、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 内部寄存器的种类和数量是衡量内部寄存器的种类和数量是衡量plc硬件功能的硬件功能的 一个指标。它主要用于存放变量的状态、中间结果、一个指标。它主要用于存放变量的状态、中间

45、结果、 数据等，还提供大量的辅助寄存器如定时器数据等，还提供大量的辅助寄存器如定时器/计数器、计数器、 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。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 6.6.通讯能力通讯能力 通讯能力是指可编程控制器与可编程控制器、可通讯能力是指可编程控制器与可编程控制器、可 编程控制器与计算机之间的数据传送及交换能力，它编程控制器与计算机之间的数据传送及交换能力，它 是工厂自动化的必备基础。目前生产的可编程控制器是工厂自动化的必备基础。目前生产的可

46、编程控制器 不论是小型机还是中大型机，都配有一至两个、甚至不论是小型机还是中大型机，都配有一至两个、甚至 更多个通讯端口。更多个通讯端口。 7.7.智能模块智能模块 智能模块是指具有自己的智能模块是指具有自己的cpu和系统的模块。和系统的模块。 它作为它作为plc中央处理单元的下位机，不参与中央处理单元的下位机，不参与plc的的 循环处理过程，但接受循环处理过程，但接受plc的指挥，可独立完成某的指挥，可独立完成某 些特殊的操作。如常见的位置控制模块、温度控制些特殊的操作。如常见的位置控制模块、温度控制 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。 第1章 plc

47、基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 1.3.2 plc的特点 plc 的 特点 可靠性 多功能性 模块结构 易编程性 设计安装调试体积重量 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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

48、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)

49、 ) 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 2 2）模块式结构）模块式结构 模块式可编程控制器采用搭积木的方式组成系统，模块式可编程控制器采用搭积木的方式组成系统， 在一个机架上插上在一个机架上插上cpu、电源、电源、io模块及特殊功能模块及特殊功能 模块，构成一个总模块，构成一个总io点数很多的大规模综合控制系点数很多的大规模综合控制系 统。统。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 3 3）叠装式）叠装式 以上两种结构各有特色。前者

50、结构紧凑，安装方便，以上两种结构各有特色。前者结构紧凑，安装方便， 体积小巧，易于与机床、电控柜相联成一体，但由于其体积小巧，易于与机床、电控柜相联成一体，但由于其 点数有搭配关系，加之各单元尺寸大小不一致，因此不点数有搭配关系，加之各单元尺寸大小不一致，因此不 易安装整齐。后者点数配置灵活，又易于构成较多点数易安装整齐。后者点数配置灵活，又易于构成较多点数 的大系统，但尺寸较大，难于与小型设备相联。为此，的大系统，但尺寸较大，难于与小型设备相联。为此， 有些公司开发出叠装式结构的有些公司开发出叠装式结构的plc，它的结构也是各种，它的结构也是各种 单元、单元、cpu自成独立的模块，但安装不用

51、机架，仅用电自成独立的模块，但安装不用机架，仅用电 缆进行单元间联接，且各单元可以一层层地叠装。这样，缆进行单元间联接，且各单元可以一层层地叠装。这样， 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。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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为它的输入输出点数一般为256点以下。其中输入输出点点以下。其中

52、输入输出点 数小于数小于64点的点的plc又称为超小型机。用户存储器容量小又称为超小型机。用户存储器容量小 于于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、算术运 算、数据传送、远程算、数据传送、远程i/o和通信等功能，可用于开关量和通信等功能，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控制、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场合，通常用来代替继电器接触器控制，在单机或小接触器控制，在单机或小 规模生产过程中使

53、用。规模生产过程中使用。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 2 2）中型）中型plcplc 中型中型plcplc的的i/oi/o点数通常在点数通常在256256点至点至20482048点之间，用户程点之间，用户程 序存储器的容量为序存储器的容量为2kb2kb8kb8kb，除具有小型机的功能外，还具，除具有小型机的功能外，还具 有较强的模拟量有较强的模拟量i/oi/o、数字计算、过程参数调节如比例、积、数字计算、过程参数调节如比例、积 分、微分分、微分(pid)(pid)调节、数据传送与比较、数制转换、中断控调节

54、、数据传送与比较、数制转换、中断控 制、远程制、远程i/oi/o及通信联网功能。适用于既有开关量又有模拟及通信联网功能。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 等中小型连续生产过程控制等中小型连续生产过程控制 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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2048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

55、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

56、化网络等场合。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 1.4 plc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。 第1章 plc基本工作原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 高等职业技术教育机电类专业规划教材 plc应用技术 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