第1章PLC概述

1、第第1 1章章 PLCPLC概述概述 PLC的产生、发展及应用领域的产生、发展及应用领域 1.1 PLC的组成和基本工作原理的组成和基本工作原理 1.2 PLC的组成和基本工作原理的组成和基本工作原理 1.3 1.1.1 PLC的产生的产生 1968年美国通用汽车公司（年美国通用汽车公司（General Motors Corporation，GM）公开招标，要）公开招标，要 求用新的控制装置取代生产线上的继电求用新的控制装置取代生产线上的继电 器器接触器控制系统，其具体要求如下。接触器控制系统，其具体要求如下。 编程简单，可在现场修改和调试程编程简单，可在现场修改和调试程 序。序。 维护方便，

2、采用插入式模块结构。维护方便，采用插入式模块结构。 可靠性高于继电器可靠性高于继电器接触器控制系接触器控制系 统。统。 与继电器与继电器接触器控制系统相比体接触器控制系统相比体 积小，能耗低。积小，能耗低。 能与管理中心计算机系统进行通信。能与管理中心计算机系统进行通信。 购买、安装成本可与继电器控制柜购买、安装成本可与继电器控制柜 相竞争。相竞争。 采用市电输入（美国标准系列电压采用市电输入（美国标准系列电压 值值AC 115 V），可接受现场的开关信号。），可接受现场的开关信号。 采用市电输出（美国标准系列电压采用市电输出（美国标准系列电压 值值AC 115 V），具有驱动接触器线圈、电）

3、，具有驱动接触器线圈、电 磁阀和小功率电动机的能力。磁阀和小功率电动机的能力。 系统扩展时，原系统只需做很小的系统扩展时，原系统只需做很小的 改动。改动。 用户程序存储器容量至少用户程序存储器容量至少4 KB。 1969年美国数字设备公司根据上述要年美国数字设备公司根据上述要 求，首先研制出了世界上第求，首先研制出了世界上第1台可编程序控台可编程序控 制器制器PDP-14，并在通用汽车公司的自动生，并在通用汽车公司的自动生 产线上试用获得成功。从此以后，这项研产线上试用获得成功。从此以后，这项研 究技术迅速发展，从美国、日本、欧洲普究技术迅速发展，从美国、日本、欧洲普 及到全世界。及到全世界。

4、 因为这种新型工业控制装置可以通过因为这种新型工业控制装置可以通过 编程改变控制方案，且专门用于逻辑控制，编程改变控制方案，且专门用于逻辑控制， 所以人们称这种新型工业控制装置为可编所以人们称这种新型工业控制装置为可编 程序逻辑控制器（程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。）。 1.1.2 PLC的发展 从从PLC的发展来看，有向小型化和大的发展来看，有向小型化和大 型化两个方向发展的趋势。型化两个方向发展的趋势。 小型小型PLC有两个发展方向，即小（微）有两个发展方向，即小（微） 型化和专业化。随着数字电路集成度的提型化和专业化。随着数字电路集

5、成度的提 高，元器件体积的减小，高，元器件体积的减小，PLC的结构更加的结构更加 紧凑，设计制造水平也在不断提高。微型紧凑，设计制造水平也在不断提高。微型 化的化的PLC不仅体积小，功能也大有提高。不仅体积小，功能也大有提高。 大型化指的是大中型大型化指的是大中型PLC向着大容量、向着大容量、 智能化和网络化方向发展，使它能与计算智能化和网络化方向发展，使它能与计算 机组成集成控制系统，对大规模、复杂系机组成集成控制系统，对大规模、复杂系 统进行综合性的自动控制。统进行综合性的自动控制。 1.1.3 PLC的应用领域的应用领域 1开关量控制开关量控制 2模拟量控制模拟量控制 3运动控制运动控制

6、 4数据处理数据处理 5通信连网通信连网 1.2.1 PLC的组成 PLC主要由主要由CPU模块、输入模块、输模块、输入模块、输 出模块和编程器组成，如图出模块和编程器组成，如图1-1所示。所示。 图图1-1 PLC控制系统示意图控制系统示意图 1CPU模块模块 2I/O模块模块 （1）输入模块）输入模块 开关量输入模块用来接收从按钮、选开关量输入模块用来接收从按钮、选 择开关、数字拨码开关、接近开关、光电择开关、数字拨码开关、接近开关、光电 开关、限位开关、压力继电器等来的开关开关、限位开关、压力继电器等来的开关 量输入信号。量输入信号。 图图1-2所示为某直流输入模块的内部电所示为某直流输

7、入模块的内部电 路和外部接线图，图中只画出了一路输入路和外部接线图，图中只画出了一路输入 电路，输入电流为数毫安；电路，输入电流为数毫安；1M是同一组输是同一组输 入点各内部输入电路的公共点。入点各内部输入电路的公共点。 图图1-2 直流输入模块电路直流输入模块电路 当图当图1-2中外部连接的触点接通时，光中外部连接的触点接通时，光 电耦合器中两个反并联的发光二极管亮、电耦合器中两个反并联的发光二极管亮、 光敏三极管导通；外部连接触点断开时，光敏三极管导通；外部连接触点断开时， 光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏三极光耦合器中的发光二极管熄灭，光敏三极 管截止，信号经内部电路传送给管截止，信号经

8、内部电路传送给CPU模块。模块。 （2）输出模块）输出模块 输出模块用来控制接触器、电磁铁、输出模块用来控制接触器、电磁铁、 指示灯、电磁阀、数字显示装置、报警装指示灯、电磁阀、数字显示装置、报警装 置等输出设备。模拟输出模块用来控制调置等输出设备。模拟输出模块用来控制调 节阀、变频器等执行装置。节阀、变频器等执行装置。 S7-200 PLC的的CPU模块的数字量输出模块的数字量输出 电路的功率组件有驱动直流负载的场效应电路的功率组件有驱动直流负载的场效应 晶体管和小型继电器，后者既可以驱动交晶体管和小型继电器，后者既可以驱动交 流负载又可以驱动直流负载，负载电源由流负载又可以驱动直流负载，负

9、载电源由 外部提供。外部提供。 图图1-3所示为继电器输出模块电路，继所示为继电器输出模块电路，继 电器同时起隔离和功率放大作用。每一路电器同时起隔离和功率放大作用。每一路 只给用户提供一对常开触点。只给用户提供一对常开触点。 图图1-3 继电器输出模块电路继电器输出模块电路 图图1-4所示为使用场效应晶体管的输出所示为使用场效应晶体管的输出 电路。输出信号送给内部电路中的输出锁电路。输出信号送给内部电路中的输出锁 存器，再经光电耦合器送给场效应晶体管，存器，再经光电耦合器送给场效应晶体管， 后者的饱和导通状态和截止状态相当于触后者的饱和导通状态和截止状态相当于触 点的接通和断开。点的接通和断

10、开。 图中稳压管用来抑制判断过电压和外图中稳压管用来抑制判断过电压和外 部的浪涌电压，以保护场效应晶体管，场部的浪涌电压，以保护场效应晶体管，场 效应晶体管输出电路的工作频率可达效应晶体管输出电路的工作频率可达20 100 kHz。 图图1-4 场效应管输出电路场效应管输出电路 3编程器编程器 编程器用来生成用户程序，并用它进编程器用来生成用户程序，并用它进 行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行编辑、检查、修改和监视用户程序的执 行情况。行情况。 4电源电源 PLC一般使用一般使用AC 220 V电源或电源或DC 24 V电源。内部的开关电源为各模块提供电源。内部的开关电源为各模块提供 不同

11、电压等级的直流电源。小型不同电压等级的直流电源。小型PLC可以可以 为输入电路和外部的电子传感器提供为输入电路和外部的电子传感器提供DC 24 V电源，驱动电源，驱动PLC负载的直流电源一般负载的直流电源一般 由用户提供。由用户提供。 1.2.2 PLC的操作模式 1操作模式操作模式 PLC有两种操作模式，即有两种操作模式，即RUN（运行）（运行） 模式与模式与STOP（停止）模式。在（停止）模式。在CPU模块模块 的面板上用的面板上用“RUN”和和“STOP”LED（发（发 光二极管）显示当前的操作模式。光二极管）显示当前的操作模式。 在在STOP模式下，模式下，CPU不执行用户程不执行用户

12、程 序，可以用编程软件创建和编辑用户程序，序，可以用编程软件创建和编辑用户程序， 设置设置PLC的硬件功能，并将用户程序和硬的硬件功能，并将用户程序和硬 件设置信息下载到件设置信息下载到PLC。 1.2.3 PLC的基本工作原理 PLC是按照集中采样、集中扫描的工是按照集中采样、集中扫描的工 作方式工作的。整个工作过程可分为作方式工作的。整个工作过程可分为5个阶个阶 段：自诊断，通信处理，读取输入，执行段：自诊断，通信处理，读取输入，执行 程序，改写输出，其工作过程如图程序，改写输出，其工作过程如图1-5所示。所示。 这种周而复始的循环工作模式称为扫描工这种周而复始的循环工作模式称为扫描工 作

13、模式。作模式。 1自诊断自诊断 2通信处理通信处理 3读取输入读取输入 4执行程序执行程序 5改写输出改写输出 PLC经过这经过这5个阶段的工作过程，称为个阶段的工作过程，称为 1个扫描周期。个扫描周期。 图图1-5 PLC扫描工作过程扫描工作过程 1.3.1 PLC的性能指标 1I/O总点数总点数 2存储器容量存储器容量 3编程语言编程语言 4扫描时间扫描时间 扫描时间是执行扫描时间是执行1 000条指令所需要的条指令所需要的 时间，一般为时间，一般为10 ms左右，小型左右，小型PLC可能大可能大 于于40 ms。 5内部寄存器的种类和数量内部寄存器的种类和数量 6通信能力通信能力 1.3

14、.2 PLC的分类 按按I/O点数、功能和存储器功能不同，点数、功能和存储器功能不同， PLC可分为小型、中型和大型可分为小型、中型和大型3类。类。 （1）小型）小型PLC 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，它的输入的规模较小，它的输入/输出点数一般在输出点数一般在 20128点。其中点。其中I/O点数小于点数小于64点的点的PLC 又称超小型又称超小型PLC。 用户存储器容量小于用户存储器容量小于2 KB，具有逻辑，具有逻辑 运算、定时、计数、移位、自诊断、监控运算、定时、计数、移位、自诊断、监控 等基本功能，有些还有少量的模拟量等基本功能，有些还有少量

15、的模拟量I/O、 算术运算、数据传送、远程算术运算、数据传送、远程I/O、通信等功、通信等功 能，通常用来代替继电器能，通常用来代替继电器接触器控制，接触器控制， 在单机或小规模生产过程中使用。在单机或小规模生产过程中使用。 （2）中型）中型PLC 中型中型PLC的的I/O点数通常在点数通常在128512点点 之间，用户程序存储器的容量为之间，用户程序存储器的容量为2 KB 8 KB。除具有小型机的功能外，还具有较。除具有小型机的功能外，还具有较 强的模拟量强的模拟量I/O、数字计算、过程参数调节、数字计算、过程参数调节、 数据传送与比较、数制转换、中断控制、数据传送与比较、数制转换、中断控制、 远程远程I/O及通信连网功能。及通信连网功能。 （3）大型）大型PLC 大型大型PLC又称高档又称高档PLC，I/O点数在点数在 512点以上，其中点以上，其中I/O点数大于点数大于8192点的又点的又 称为超大型称为超大型PLC，用户程序存储器容量在，用户程序存储器容量在 8 KB以上，除具有中型机的功能