第三章 可编程控制器的组成与工作原理

1、第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 第第2章章 可编程控制器的组成与工作原理可编程控制器的组成与工作原理 2.12.1PLCPLC的发展、分类及应用的发展、分类及应用 2.22.2结构和工作原理结构和工作原理 2.32.3技术性能指标技术性能指标 2.42.4编程语言编程语言 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 本章内容包括：本章内容包括：l l PLC的发展、分类及应用的发展、分类及应用l l 结构及工作原理结构及工作原理l l 主要技术性能指标主要技术性能指标l l 常用编程语言常用编程语言返回本章首页返回本章首页第第

2、2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2.1PLC的发展、分类及应用的发展、分类及应用 2.1.1产生产生 2.1.2定定义义2.1.3发展发展 2.1.4特点特点 2.1.5分类分类 2.1.6应用应用 返回本章首页返回本章首页第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 随着社会的进步，工业的发展，控制对象越来越多，随着社会的进步，工业的发展，控制对象越来越多，其逻辑关系也越来越复杂，用继电器组成的控制系统其逻辑关系也越来越复杂，用继电器组成的控制系统就会变得非常庞大，从而造成系统的不稳定和造价昂就会变得非常庞大，从而造成系统的不稳定

3、和造价昂贵。主要表现在：贵。主要表现在：当某个继电器损坏、甚至继电器的某触点接触不良当某个继电器损坏、甚至继电器的某触点接触不良都会影响系统的运行；都会影响系统的运行；继电器本身并不太贵，但控制柜内元件的安装和接继电器本身并不太贵，但控制柜内元件的安装和接线工作量极大，造成系统价格偏高；线工作量极大，造成系统价格偏高；产品需要不断地更新换代，生产设备的控制系统不产品需要不断地更新换代，生产设备的控制系统不断地作相应的调整。但对庞大的系统而言，日常维护断地作相应的调整。但对庞大的系统而言，日常维护已很难，再作调整难度更大。已很难，再作调整难度更大。第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程

4、控制器的组成与工作原理 解决问题的设想解决问题的设想 鉴于以上问题，1968年美国通用汽车公司(General Motors)向传统的继电器控制系统提出了挑战： 设想是否能用一种新型的控制器，引入这种控制器后可使庞大的系统减小，并且能方便地进行修改、调整。按照这个宗旨，该公司向外公开招标，提出如下十大指标： 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 GE公司公开招标的十大指标：公司公开招标的十大指标：. 编程简单，可在现场改程序；. 维护方便，最好是插件式 ；. 可靠性高于继电器控制柜；. 体积小于继电器控制柜；. 成本低于继电器控制柜；第第2 2章可编程控制器的

5、组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 . 可将数据直接输入计算机 ；. 输入可以是市电(AC110v)；. 控制程序容量 4KB；. 输出可驱动市电2A以下的负荷，能直接驱动电磁阀 ；. 扩展时，原有的系统仅作少许更改。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 结果结果n这次招标引起了工业界的密切注视，吸引了不少大公司前来投标，最后DEC公司一举中标，并于1969年研制成功第一台PC，当时命名为PC(Programmable Controller)。n这台PLC投运到汽车生产线后，取得了极为满意的效果，引发了效仿的热潮，从此PLC技术得以迅猛的发展。第第

6、2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2.1.2 PLC的定义及其术语 1. 定义定义 可编程序控制器是一种数字运算的电子系可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境条件下应用而设计。它采统，专为在工业环境条件下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等辑运算、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、模拟式的输入输操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。出，控制各种类型的机械或生产过程。 第第2 2章可编程控

7、制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 NEMA 1987年作的定义年作的定义n 美国电气制造协会（NEMA）1987年作的定义如下：“它是一种带有指令存储器、数字或模拟I/O接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。”第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2. PLC PC 之争之争nPC (Programmable Controller)nPC (Personal Computer)nPLC (Programmable Logic Controller)第第2 2章可编程控制器的组成与

8、工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 3. 3. 常用术语常用术语 n点数点数 指能够输入 / 输出开关量、模拟量的总个数。一般是4或8的倍数。 n扫描周期扫描周期 是指PLC执行系统监控程序、用户程序、I/O刷新一次所用的时间。它直接反映PLC的响应速度，因此是PLC的重要指标之一，其单位是ms/kw (kb)。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2.1.3发展发展 1. 发展及现状发展及现状 2. 发展趋势发展趋势 （1）与计算机联系密切）与计算机联系密切 （2）发展多样化）发展多样化 （3）模块化）模块化 （4）网络与通信能力增强）网络与通信能力增

9、强 （5）多样化与标准化）多样化与标准化 （6）工业软件发展迅速）工业软件发展迅速 返回本节返回本节第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2.1.4特点特点 1. 可靠性高可靠性高、抗干扰能力强2.程序可变、具有柔性 3.编程简单、使用方便 4.功能强大功能强大 、完善、完善5.组合灵活、扩充方便6.减少了工作量 7.体积小、重量轻、环境要求低 8.成本低、水平高 返回本节返回本节第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 1、可靠性高、抗干扰能力强、可靠性高、抗干扰能力强 故障原因故障原因设备故障原 因外部环境、温度、灰尘、有害气

10、体的影响由I/O线、电源线等引入的干扰振动、冲击引起的器件损坏等辐射干扰电磁干扰存储器信息的丢失、出错内部元器件的老化、失效程序错误运行进入死循环第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 解决方法解决方法硬件n常规手段常规手段 ：优质元器件 ，合理的系统结构 n隔离隔离 ：I/O电路光电隔离，无电气回路的联接点 n滤波滤波 ：对供电系统及输入回路采用模拟量滤波和数字滤波n屏蔽屏蔽 ：导电、导磁性能良好的材料 ，防电磁波辐射的干扰 n增强电源的适应性增强电源的适应性 ：开关电源 n采用模块式结构采用模块式结构 ：一旦某模块有故障，能迅速更换第第2 2章可编程控制器的

11、组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 解决方法软件n设置警戒时钟设置警戒时钟WDT (看门狗看门狗) n系统软件对用户软件自动进行检查系统软件对用户软件自动进行检查 n掉电保护掉电保护 n自检自检 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 生产工艺或设备改变后，在原设计的生产工艺或设备改变后，在原设计的PLC功能备功能备用量够用的情况下，可不变用量够用的情况下，可不变PLC的硬件，只要改编控的硬件，只要改编控制程序即可。制程序即可。 这点就充分体现了这点就充分体现了PLC具有继电器控制系统所不具有继电器控制系统所不具备和无可比拟的优点。故具备和无可比拟的优

12、点。故PLC除应用于单机控制外，除应用于单机控制外，还在柔性制造单元还在柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统、柔性制造系统(FMC)、工厂自动化工厂自动化(FA)中被大量采用。中被大量采用。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 PLC采用与继电器控制逻辑图非常接近的采用与继电器控制逻辑图非常接近的“梯梯形图形图”进行编程，这种编程方法既具备传统控制进行编程，这种编程方法既具备传统控制线路的易懂易编，清晰直观优点，又顾及了多数线路的易懂易编，清晰直观优点，又顾及了多数电气技术人员的读图习惯和微机应用水平，易于电气技术人员的读图习惯和微机应用水平，易于被大众接受

13、，因此受到普遍欢迎，这种面向生产被大众接受，因此受到普遍欢迎，这种面向生产的编程方法与目前微机控制中常用的汇编语言或的编程方法与目前微机控制中常用的汇编语言或高级语言编程相比，其优点是显而易见的。高级语言编程相比，其优点是显而易见的。 为进一步优化编程，为进一步优化编程，PLC还针对实际问题设计还针对实际问题设计了诸如步进顺控指令、移位指令、鼓形控制器等了诸如步进顺控指令、移位指令、鼓形控制器等功能性指令，减少编程工作量，加快了开发速度。功能性指令，减少编程工作量，加快了开发速度。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 现代的现代的PLC还具有数字量及模拟量的

14、输入输出、还具有数字量及模拟量的输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序检测、功率驱逻辑和算术运算、定时、计数、顺序检测、功率驱动、联网通信、人机对话、自检、记录和显示等功动、联网通信、人机对话、自检、记录和显示等功能，使控制系统的水平大大提高，功能更加完善。能，使控制系统的水平大大提高，功能更加完善。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 PLC除摸块化外，还具有各种扩充单元，I/O点数及各种I/O方式、I/O量均可选择，可以方便地适应不同的控制对象。第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 由于由于PLC是采用软件编程来实现

15、控制功能的，是采用软件编程来实现控制功能的，而继电器控制采用硬接线来实现。这就减少了设计、而继电器控制采用硬接线来实现。这就减少了设计、施工的工作量。同时，施工的工作量。同时，PLC能事先进行摸拟调试并能事先进行摸拟调试并且具有很强的监视功能，所以系统的调试、检修、且具有很强的监视功能，所以系统的调试、检修、维护的工作量得到大大地减少。维护的工作量得到大大地减少。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 由于PLC是专为工控而设计的专用计算机，所以其结构紧密、坚固、体积小巧、功能齐全，能直接投运在恶劣的工作环境。 一般PLC的功能若用继电器来实现，需用3至4个1

16、.8m高的大继电器控制柜。第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 PLC功能强大，使得控制系统的费用大量降低。功能强大，使得控制系统的费用大量降低。 PLC具有易修改性、高可靠性、易扩展性、易维护性，降低了日具有易修改性、高可靠性、易扩展性、易维护性，降低了日常运行的检修、维修工作量。常运行的检修、维修工作量。 PLC安装调试方便，开发、调试周期短，从而降低了设计、开发、安装调试方便，开发、调试周期短，从而降低了设计、开发、安装、调试的工作量。安装、调试的工作量。PLC靠软件编程实现控制功能，硬件及其备件均具有通用性，也靠软件编程实现控制功能，硬件及其备件均具有

17、通用性，也减少了采购的时间和费用。减少了采购的时间和费用。体积小、功能强，所以占地少、耗电小，每年节省的电费就可将体积小、功能强，所以占地少、耗电小，每年节省的电费就可将投资收回。投资收回。 PLC是一种专用工控计算机，实现了智能控制，从而使得控制水是一种专用工控计算机，实现了智能控制，从而使得控制水平上了新台阶，并且具有联网功能，很易构成综合控制系统。平上了新台阶，并且具有联网功能，很易构成综合控制系统。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2.1.5分类分类 1. 从结构上从结构上可编程序控制器从结构上可分为整体式和模块可编程序控制器从结构上可分为整体式

18、和模块式。式。返回本节返回本节第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2. 从规模上从规模上按按PLC的输入输出点数可的输入输出点数可分为小型、中型和大型。分为小型、中型和大型。 微型微型PLC : 32 I/O小型小型PLC : 256 I/O 中型中型PLC : 1024 I/O 大型大型PLC : 4096 I/O 巨型巨型PLC : 8195 I/O PCFP1-C16小型机小型机CPU POWER中、大型机中、大型机第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2.1.6 1. 工业工业1）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序

19、等；）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；2）模拟量控制，部分）模拟量控制，部分PLC或功能模块具有或功能模块具有PID控制功控制功能，可实现过程控制；能，可实现过程控制；3）监控，用）监控，用PLC可构成数据采集和处理的监控系统；可构成数据采集和处理的监控系统；4）建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资）建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。2. 其他行业其他行业可编程序控制器在其他行业的应用也日益广泛：在国可编程序控制器在其他行业的应用也日益广泛：在国防和民用，如建筑，环保，家用电器等。防和民用，如

20、建筑，环保，家用电器等。返回本节返回本节第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2.2结构和工作原理结构和工作原理 2.2.1结构结构 2.2.2工作原理工作原理 返回本章首页返回本章首页第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2.2.1结构结构 PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。图接口电路等组成。图2.1为一典型为一典型PLC结构简图。结构简图。图图2.1结构简图结构简

21、图CPU存储器电源部分输入单元输出单元编程器或其他设备按钮接触器电磁阀指示灯行程开关继电器触点第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 中央处理单元（中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。组成，这些电路都集成在一个芯片上。 CPU的主要功能：的主要功能：(1)控制用户程序和数据的接收和存储控制用户程序和数据的接收和存储(2)用扫描的方式通过用扫描的方式通过I/O部件接收现场信号的状态和部件接收现场信号的状态和数据数据,并存入输入映像寄存器或数据存储器中并存入输入映像寄存器或数据存储器中(3

22、)诊断诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误内部电路的工作故障和编程中的语法错误等等(4)根据运算结果根据运算结果,更新有关标志位的状态和输出映像寄更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容存器的内容,再经输出部件实现输出控制再经输出部件实现输出控制,制表或数据通制表或数据通信等功能信等功能第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 二二. 存储器存储器 n系统程序存储器系统程序存储器(1)系统管理程序(2)用户指令解释程序(3)标准程序模块与系统调用 n用户程序存储器用户程序存储器 n数据表存储器数据表存储器 (I/O映像存储器映像存储器) 第第2 2章可

23、编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 PLC的的I/O部分，因用户的需求不同有各种部分，因用户的需求不同有各种不同的组合方式不同的组合方式 1)开关量I/O模块2)模拟量I/O模块3)数字量I/O模块4)高速计数模块5)精确定时模块6)快速响应模块7)中断控制模块8)PID模块9)位置控制模块10)轴向定位模块11)通信模块。 以下我们详细介绍三三. 输入输出单元输入输出单元 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 (1)开关量输入模块开关量输入模块的作用： 接收现场设备的状态信号、控制命令等，如限位开关、操作按钮等，并且将此开关量信号转换成

24、CPU能接收和处理的数字量信号。 开关量输出模块的作用： 将经过CPU处理过的结果转换成开关量信号送到被控设备的控制回路去，以驱动阀门执行器、电动机的启动器和灯光显示等设备。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 开关量I/O模块的特性 仅有通、断两种状态；用发光二极管在面板上显示。 输入电压等级 、 464点/模块； 外部引线连接在模块面板的接线端子上； （有些模块使用插座型端子板，在不拆去外部连线的情况下，可迅速地更换模块，便于安装、检修） 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 开关量输入模块的几种型式开关量输入模块的几种

25、型式内部电路COM输入1输入 n图2.2 直流输入电路图图2.2描述了一个输入点的接口电路。其输入电路的一次电路与二次电路用光耦合器相连，当行程开关闭合时，输入电路和一次电路接通，上面的发光管用于对外显示，同时光耦合器中的发光管使三极管导通，信号进入内部电路，此输入点对应的位由0变为1。即输入映像寄存器的对应位由0变为1。通常通常PLC的输入类型可以是直流、交流的输入类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供和交直流。输入电路的电源可由外部供给，有的也可由给，有的也可由PLC内部提供。内部提供。第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 开关量输入模块的

26、几种型式开关量输入模块的几种型式内部电路COM输入1输入n.图图2.3交流输入电路图交流输入电路图图2.3为一种型号PLC的交流输入接口电路的电路图，采用的是外接电源第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 输入电压：指PLC外接电源的电压值。 输入点数：指输入模块开关量输入的个数。 AC 频率：指输入电压的工作频率，一般为5060Hz。 输入电流：指开关闭合时，流入模块内的电流。 一般为510mA。 输入阻抗：指输入电路的等效阻抗。 ON 电压：指逻辑“1”之电压值，开关接通时为“1”。 OFF电压：指逻辑“0”之电压值，开关断开时为“0”。 OFFON的响应时

27、间：指开关由断通时，导致内部逻辑由“0”“1”的变化时间。 ONOFF的响应时间：指开关由通断时，导致内部逻辑由“1”“0”的变化时间。 内部功耗：指整个模块所消耗的最大功率。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 继电器输出继电器输出晶体管输出晶体管输出可控硅可控硅输出输出( (均采用模块式均采用模块式) )每个输出点均有：LED发光管、隔离元件（光电管 / 继电器)、功率驱动元件输出保护电路第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 继电器输出继电器输出继电器输出继电器输出PLC内内部部电电路路内内部部电电路路JYCOM+-交流

28、电源或交流电源或直流电源直流电源第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 24v负载(b) 晶体管输出晶体管输出晶体管输出第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 0.01uf470(c) SSR/可控硅输出负载可控硅输出可控硅输出第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 输出模块的主要技术指标有：输出模块的主要技术指标有： 工作电压：指输出触点所能承受的外部负载电压。工作电压：指输出触点所能承受的外部负载电压。 最大通断能力最大通断能力 ：指输出触点在一定的电压下，能通过指输出触点在一定的电压下，能通过

29、的最大电流的最大电流 。漏电流漏电流 ：指当输出点断开时指当输出点断开时(逻辑逻辑“O”)，触点所流过，触点所流过的最大电流。的最大电流。回路数回路数 ：等于公共点的个数。独立式模块，等于输出等于公共点的个数。独立式模块，等于输出点数。点数。接通压降接通压降OFFON响应时间响应时间 ONOFF响应时间响应时间 内部功耗内部功耗同输入模块同输入模块 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 ： 汇点式：输出有汇点式：输出有1个公共点，各输出点属同一个回路，共个公共点，各输出点属同一个回路，共用用1个电源。个电源。独立式：输出无公共点，各输出点回路不同，可以使用独立

30、式：输出无公共点，各输出点回路不同，可以使用不同电压等级的电源。不同电压等级的电源。 (a) 汇点式(b) 独立式图2-5开关量输出模块接线方式COM第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 模拟量模拟量I/O模块常用的有：模块常用的有：A/D、D/A、热、热电偶电偶 / 热电阻输入等几种模块。热电阻输入等几种模块。 常用的有TTL电平I/O模块、拨码开关输入模块、LED/LCD/CRT显示控制模块、打印机控制模块等。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 精确定时模块是智能模块，能脱离精确定时模块是智能模块，能脱离PLC进行精确

31、的定时，进行精确的定时，定时时间到后会给出信号让定时时间到后会给出信号让PLC检测。检测。第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 四、编程工具四、编程工具 简易编程器简易编程器图形编程器图形编程器 用专用编程软件在个人计算机用专用编程软件在个人计算机(PC)上实现编上实现编程功能程功能 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 五、电源五、电源 电源是电源是PLC最重要的部分之一，是正常工最重要的部分之一，是正常工作的首要条件。当电网有强烈波动遭强干扰时，作的首要条件。当电网有强烈波动遭强干扰时，输出电压要保持平稳。因此在输出电压要

32、保持平稳。因此在PLC的电源中要的电源中要加入许多稳压抗扰措施，如浪涌吸收器、隔离加入许多稳压抗扰措施，如浪涌吸收器、隔离变压器、开关电源技术等。变压器、开关电源技术等。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2.2.2工作原理工作原理 一一. 循环扫描循环扫描PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图其工作过程如图2.4所示。所示。第第2 2章可编

33、程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 图图2.4 工作原理图工作原理图内部处理通信处理输入扫描执行用户程序输出处理RUN 方式 ？否是开 始图2.4中当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 按钮接触器按钮输入电路输入映象寄存器输出映象寄存器输出电路（ ）程序执行图图2.5程序执行原理图程序执行原理图可编程序控制器可编程序控制器的输入处理、执的输入处理、执行用户程序和输行用户程序和输出处理过程的原出

34、处理过程的原理如图理如图2.5所示。所示。PLC执行的五个执行的五个阶段，称为一个阶段，称为一个扫描周期，扫描周期，PLC完成一个周期后，完成一个周期后，又重新执行上述又重新执行上述过程，扫描周而过程，扫描周而复始地进行。复始地进行。第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 举例举例I/O状态表点 状态X00 0Y00 0Y01 0Y02 0Y00Y01Y02输入端子输出端子KA3HLKA1KA2Y00Y01Y02Y01X00Y01用户程序LD Y01OUT Y00LD X00OUT Y00LD Y01OUT Y02I/O刷新程序执行图2-7 扫描过程示意图X00

35、SB1第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 已知，第0扫描周期中：I/O点状态被刷新为: X00 (0) 0 Y00 (0) 0 Y01 (0) 0 Y02 (0) 0用户程序是按梯形图， 从头开始由左右，由上下，逐条执行，每个扫描周期程序执行的结果是： Y00 ( N )= Y01 ( N-1 ) Y01 ( N )= X00 ( N ) Y02 ( N )= Y01 ( N ) 状状态态分分析析Y00Y01Y02Y01X00Y01第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 由前面分析知：Y00 ( N )= Y01 ( N-1

36、) Y01 ( N )= X00 ( N ) Y02 ( N )= Y01 ( N ) 周期号周期号X00 Y00 Y01 Y0200000112130400111111 0 00 0 0状态表状态表X00在后面的扫描周期中，呈现出右表中的状态：若第0扫描周期中，I/O点状态被刷新为:X00 (0) 0Y00 (0) 0 Y01 (0) 0Y02 (0) 0第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 二、扫描周期的计算方法二、扫描周期的计算方法 扫描周期的长短，对扫描周期的长短，对PLC系统的性能有一定的影响，系统的性能有一定的影响，例如较长的扫描时间对例如较长的扫

37、描时间对I/O响应时间，对系统运行的精确性响应时间，对系统运行的精确性均会产生不利的影响。均会产生不利的影响。 扫描时间ms产生的不利影响10内部0.01s时钟脉冲不起作用100内部0.1s时钟脉冲不起作用200内部0.2s时钟脉冲不起作用6500超过WDT定时值，迫使CPU停机第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 扫描周期的计算公式：扫描周期的计算公式：扫描周期（T）= 内部处理时间 + 通信服务时间 + 输入刷新时间 + 用户程序时间+ 输出刷新时间第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 n内部处理时间：是固定的（2.6ms

38、）。 n通信服务时间：如有，也是固定的外设部件：0.8mS（MAX）网络模块：8 mS（MAX）n输入刷新时间：将接在输入端子上元件的状态读入，并保存在“输入状态表” (I/O映像存储器)中所耗费的时间。 （ 0.07 mS / 8点 ）n用户程序时间：取决于程序的长度和指令的种类 n输出刷新时间：将“输出状态表” (I/O映像存储器)中的内容输出到接口电路中所耗费的时间。（ 0.04 mS / 8点 ）n 以以OMRON C200H PLC为例为例第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 例例1 C200H PLC配置：配置：4个个8点输入模块点输入模块+2个个

39、16点输入模块点输入模块O、 5个个8点输出模块点输出模块+2个个16点输出模块、程序点输出模块、程序5K个地址个地址(且仅使用且仅使用LD、OUT指令，其执行时间分别为指令，其执行时间分别为0.75、1.13s)解：当编程器要在上面运行时： T = 2.6+0.8 + (0.75+1.13) / 2 5.120 + 0.07 8 + 0.04 9 = 9.1 ms 若没有外设： T = 2.6 + (0.75+1.13) / 25.120 + 0.07 8 + 0.049 = 8.3 ms 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 三、系统响应时间三、系统响应时

40、间 PLC系统的响应时间是指输入信号有效后，到输系统的响应时间是指输入信号有效后，到输出元件动作所需要的时间。所以系统响应时间的长短与出元件动作所需要的时间。所以系统响应时间的长短与系统的扫描周期、输入响应时间、输出响应时间有关。系统的扫描周期、输入响应时间、输出响应时间有关。 例如图例如图2-82-8，如当，如当SBSB接通有效后，直到与接通有效后，直到与Y Y0000对应的对应的输出元件有效输出的时间即为该系统的响应时间输出元件有效输出的时间即为该系统的响应时间 X00Y00Y00X00图2-8 描述系统响应时间接线原理图SB第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工

41、作原理 1.1. 系统最小响应时间系统最小响应时间 若若PLC在一次输入刷新前，输入点能建立起有效输入信号；在一次输入刷新前，输入点能建立起有效输入信号；该信号通过输入刷新进入该信号通过输入刷新进入I/OI/O状态表；状态表；经扫描周期中程序的处理，得到的输出结果存入经扫描周期中程序的处理，得到的输出结果存入I/OI/O状态表；状态表；经输出刷新，经输出刷新， 将将I/OI/O状态表中的信号刷新到输出点；状态表中的信号刷新到输出点；直到内部输出元件直到内部输出元件 (J , SSR , T)给出有效的输出为止。给出有效的输出为止。这种响应时间为系统最小响应时间。这种响应时间为系统最小响应时间。

42、第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 最小响应时间 = 输入响应时间 + 输出响应时间 + 1个周期的扫描时间 。 I刷新 系统用户程序扫描周期扫描周期 输入响应延时 输出响应延时最小响应时间外输入(SB)输入点(100)输出元件(a) 最小响应时序 O刷新最小响应时序最小响应时序第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2.2.系统最大响应时间系统最大响应时间 若在输入刷新刚完成后，输入点才建立起有效的输入信号，则必须：在下一周扫描周期的输入刷新时才能将这一信号写入I/O状态表；经扫描周期中程序的处理，得到的输出结果存入I/O状

43、态表；经输出刷新， 将I/O状态表中的信号刷新到输出点；直到内部输出元件 (J , SSR , T)给出有效的输出为止。这种响应时间为系统的最大响应时间。第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 最大响应时间 = 输入响应时间 + 输出响应时间 + 2个周期的扫描时间输入点(100) 输入响应延时输出元件 输出响应延时最大响应时间(b) 最大响应时序I刷新 系统用户程序扫描周期扫描周期O刷新最大响应时序最大响应时序第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 输入响应时间为1.5ms ；输出响应时间15ms ；扫描周期10ms。 系统最小

44、响应时间 = 1.5 + 15 + 1 10= 26.5 ms 系统最大响应时间 = 1.5 + 15 + 2 10= 36.5 ms 例如：例如：第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 其响应延迟时间可长达2个多扫描周期，可达几十ms。以上分析表明以上分析表明： 从外部输入触点动作有效到内部输出元件(继电器、晶体管、可控硅)的有效输出。这点对一般的应用场合无关紧要；但是，在某些特殊应用场合，这么大的延时是不允许的！此时，应考虑选用智能化的快速响应I/O模块，或选用更高速的PLC机型。第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 四四.

45、 与计算机的异同与计算机的异同 相同点：相同点：（1）基本结构相同）基本结构相同 （2）程序执行原理相同）程序执行原理相同 不同点：不同点： 两者的不同点主要体现在工作方式上。两者的不同点主要体现在工作方式上。第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 五五. 与继电接触器的异同与继电接触器的异同 相同点：相同点：图形结构和逻辑关系相同。图形结构和逻辑关系相同。 不同点：不同点：（1）实现原理不同）实现原理不同（2）工作方式不同）工作方式不同返回本节返回本节第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2.3技术性能指标技术性能指标 1.

46、外形尺寸外形尺寸 2. 输入输出点数输入输出点数 3. 机器字长机器字长 4. 速度速度5. 指令系统指令系统6. 存储器容量存储器容量7. 扩展性扩展性8. 通信功能通信功能 返回本章首页返回本章首页第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2.4编程语言编程语言 2.4.1 编程语言简介编程语言简介2.4.2 梯形图使用的符号、概念及注意事项梯形图使用的符号、概念及注意事项返回本章首页返回本章首页第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2.4.1 编程语言简介编程语言简介一、梯形图 它是由原继电器控制系统演变而来，与电气逻辑控制

47、原理图非常相似，形象、直观实用，是PLC的主要编程语言，绝大多数PLC均具有这种编程语言，下一节将对此作重点介绍。第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 二、助记符二、助记符 助记符也称语句表达式，它与计算机的汇编语言很助记符也称语句表达式，它与计算机的汇编语言很相似，但比汇编语言简单得多。相似，但比汇编语言简单得多。PLC简易编程器没有简易编程器没有梯形图编程功能，必须把梯形图翻译成助记符指令后梯形图编程功能，必须把梯形图翻译成助记符指令后再输入再输入PLC。微型、小型。微型、小型PLC常采用这种方法，故助常采用这种方法，故助记符也是一种用得最多的编程语言。记

48、符也是一种用得最多的编程语言。助记符是用若干个容易记忆的字符来代表助记符是用若干个容易记忆的字符来代表PLC的某种的某种操作功能。各操作功能。各PLC生产厂家使用的助记符不尽相同。生产厂家使用的助记符不尽相同。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 三、布尔表达式三、布尔表达式 它是一种找出输入量、辅助量它是一种找出输入量、辅助量(内部元件内部元件)、输出量、输出量之间关系，用布尔表达式或逻辑方程表达出来的编程之间关系，用布尔表达式或逻辑方程表达出来的编程方法。现今有少部分方法。现今有少部分PLC采用这种编程方法，它配有采用这种编程方法，它配有专用的布尔表达式

49、编程器。专用的布尔表达式编程器。 布尔表达式编程法也是一种较好的编程方法，若布尔表达式编程法也是一种较好的编程方法，若没有专用编程器，采用此法先找出系统的布尔表达式没有专用编程器，采用此法先找出系统的布尔表达式组，然后再转换成梯形图编程。组，然后再转换成梯形图编程。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 四、功能块图四、功能块图 ( Function block diagram ) 这是一种建立在布尔表达式之上的图形语这是一种建立在布尔表达式之上的图形语言。实质上是一种将逻辑表达式用类似于言。实质上是一种将逻辑表达式用类似于“与与”、“或或”、“非非”等逻辑电

50、路结构图等逻辑电路结构图表达出来的图形编程语言。表达出来的图形编程语言。 这种编程语言及专用编程器也只有少量这种编程语言及专用编程器也只有少量PLC机型采用。例如西门子公司的机型采用。例如西门子公司的S5系列系列PLC采用采用STEP编程语言，它就有功能块图编程语言，它就有功能块图编程法。编程法。第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 五、功能表图五、功能表图 ( Function chart ) 也称顺序功能表图也称顺序功能表图 (Sequence Function chart )，简称，简称SFC 。 它是一种位于前述它是一种位于前述4种编程语言之上的一种图

51、形种编程语言之上的一种图形语言，用来编制较为复杂的顺序控制程序。语言，用来编制较为复杂的顺序控制程序。对较复杂的控制系统用梯形图作程序设计，存在如下对较复杂的控制系统用梯形图作程序设计，存在如下问题：问题： 1.设计方法很难掌握且设计周期长 2.装置投运后维护、修改困难。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 l用功能表图描述PLC所要完成的控制功能，然后再据此利用具有一定规则的技巧画出梯形图。这种用法，因为有功能表图易学易懂、描述简单清楚、设计时间少等优点。 六、高级语言 功能表图在功能表图在PLC编程过程中的用法：编程过程中的用法：第第2 2章可编程控制器

52、的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 2.4.2 2.4.2 梯形图使用的符号、概念及注意事项梯形图使用的符号、概念及注意事项 前面曾讲过，梯形图与继电器逻辑图的设前面曾讲过，梯形图与继电器逻辑图的设计思想是一致的，具体表达方式有点区别。计思想是一致的，具体表达方式有点区别。PLC的梯形图使用的是的梯形图使用的是“软元件软元件”(I点、点、O点、点、内部辅助继电器、计数器等内部辅助继电器、计数器等)。是。是PLC 存储器存储器中的某一位，由软件中的某一位，由软件(用户程序用户程序)实现逻辑运算，实现逻辑运算，使用和修改灵活方便。靠硬接线组成逻辑运算使用和修改灵活方便。靠硬接线组成逻辑

53、运算的继电器控制线路是无法与之相比的。的继电器控制线路是无法与之相比的。 第第2 2章可编程控制器的组成与工作原理章可编程控制器的组成与工作原理 一、梯形图中的符号、概念一、梯形图中的符号、概念 n母线：母线：梯形图的两侧各有梯形图的两侧各有1垂直的公共母线垂直的公共母线(Bus bar) ，母线之间是触点和线圈母线之间是触点和线圈 n触点触点 ：PLC内部的内部的I/O继电器、辅助继电器、特殊继电器、辅助继电器、特殊功能继电器、定时器、计数器、移位寄存的常开功能继电器、定时器、计数器、移位寄存的常开/闭闭触点，都用表触点，都用表3-2所示的符号表示，通常用字母数字所示的符号表示，通常用字母数字串或串或 I/O地址标注。触点实质上是存储器中某地址标注。触点实质上是存储器中某1位，位，其逻辑状态与通断状态间的关系见表其逻辑状态与通断状态间的关系见表 俗称名称俗称名称符符 号号说说 明明常开触点常开触点1为触点为触点“接通接通”，0为触点为触点“断开断开”常闭触点常闭触点1为触点为触点“断开断开”，0为触点为触点“接通接通”继电器线圈继电器线圈