第三章 PLC组成与工作原理

1、2022-2-121北京工业大学北京工业大学电子信息与控制工程学院电子信息与控制工程学院2015.4第三章 PLC组成和工作原理 主讲：张会清2022-2-122 PLCPLC的种类和规格很多，不同厂家生产的的种类和规格很多，不同厂家生产的PLCPLC、大、中、小型大、中、小型PLCPLC的功能不尽相同，但它们的基本的功能不尽相同，但它们的基本结构、组成和工作原理大体相同。结构、组成和工作原理大体相同。 重点和难点：重点和难点：PLCPLC的工作原理和工作过程。的工作原理和工作过程。要求：要求：学习学习PLCPLC组成、特点、主要性能指标和接线，组成、特点、主要性能指标和接线， 理解和掌握理解

2、和掌握PLCPLC的工作原理和工作过程。的工作原理和工作过程。2022-2-123本章主要内容本章主要内容：第三节第三节 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理第二节第二节 可编程序控制器的组成可编程序控制器的组成第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述第四节第四节 PLCPLC系统与其它控制系统比较系统与其它控制系统比较第五节第五节 PLCPLC的主要性能指标的主要性能指标第六节第六节 PLCPLC的的I/OI/O接线接线2022-2-124第一节 可编程控制器概述一、可编程控制器的产生 见第一讲二、可编程控制器的发展 见第一讲2022-2-125什么是什么是PLCPLC

3、： 可编程序控制器（可编程序控制器（Programmable ControllerProgrammable Controller）简称简称PCPC或或PLCPLC。 PLCPLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为发出来的，并逐渐发展成为 以微处理器为核心，将以微处理器为核心，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。工业控制装置。3-1 可编程控制器概述2022-2-126 国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）于）于19871987年颁布了可编程控年颁布

4、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制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：下： “可编程控制器是一种可编程控制器是一种数字运算数字运算操作的操作的电子系统电子系统，专，专为在为在工业环境下应用工业环境下应用而设计。它采用而设计。它采用可编程序的存储器可编程序的存储器，用来在其内部存储用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算数和算术运算等操作的等操作的指令指令，并通过，并通过数字式和模拟式的数字式和模拟式的输入和输出输入和输出，控制各种类型控制各种类型的机械或生产过程。可编程的机械或生产过程。可编程控制器及其

5、有关外围设备，都应按控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成易于与工业系统联成一个整体一个整体，易于扩充易于扩充其功能的原则设计其功能的原则设计”。 3-1 可编程控制器概述2022-2-127 19691969年由美国数字设备公司年由美国数字设备公司（DECDEC）根据美国通用汽车根据美国通用汽车公司（公司（GMGM）的要求）的要求研制成功。研制成功。 ： 19681968年美国通用汽车公司年美国通用汽车公司General MotorsGeneral Motors （GMGM），），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要

6、，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，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，以降低成本，缩短周期。以降低成本，缩短周期。并提出并提出1010项招标指标。这就是著名项招标指标。这就是著名的的GM 10GM 10条。条。 3-1 可编程控制器概述一、可编程控制器的产生2022-2-128 编程简单，可在现场修改程序； 可靠性高于继电器控制柜； 体积小于继电器控制柜； 维护方便，最好是插件式； 可将数据直接送入管理计算机； 在成本上可与继电器控制柜竞争； 输入可以是交

7、流115V； 输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等； 通用性强，扩展方便； 用户程序存贮器容量至少能扩展到4K。GM10条是可编程序控制器出现的直接原因：2022-2-129：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 继电器控制系统继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、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，但适应性差，但简单易懂、价格便宜；简单易懂、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，但编程困难但编程困难； 采用面

8、向控制过程、面向问题的采用面向控制过程、面向问题的“自然语言自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）（梯形图）一、可编程控制器的产生2022-2-1210功能完备功能完备 灵活灵活通用通用 通用工业控制装置通用工业控制装置 简单易懂、操作方便简单易懂、操作方便价格便宜价格便宜2022-2-1211可编程控制器的发展19691969： 主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称：随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制领域，真正成为一种电子计算机工业控

9、制装置，故称为可编程控制器，简称PC(P Programmable C Controller)。但由于PC容易和个人计算机 (Personal Computer)相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。2022-2-1212：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，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。二、可编程控制器的发展 PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工

10、程的核心设备。 PLC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。 PLC今天已成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。2022-2-1213 自从第一台自从第一台PLCPLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制始研制PLCPLC，并得到了迅速的发展。各国，并得到了迅速的发展。各国PLCPLC都有自己的特色。都有自己的特色。欧洲：西门子（欧洲：西门子（SiemensSiemens）；）； 法国的施耐德法国的施耐德 TETE（TelemecaniqueTelemecanique）；）；美国：美国：A-BA-

11、B（Allen-BradlyAllen-Bradly）、）、GEGE（General ElectricGeneral Electric）、）、 ModiconModicon 等等；日本：三菱电机（日本：三菱电机（Mitsubishi ElectricMitsubishi Electric）、）、 欧姆龙欧姆龙（OMRONOMRON）、）、 FUJIFUJI、松下（、松下（FPFP系列等）、东芝、光洋等。系列等）、东芝、光洋等。（日本主要发展中小型（日本主要发展中小型PLCPLC，其小型机性能先进，结构紧凑，其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜）。价格便宜）。 目前国内市场还有韩国的三星和目前国

12、内市场还有韩国的三星和LGLG、台湾等、台湾等PLCPLC产品。产品。2022-2-1214 我国不少科研单位和工厂在研制和生产我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLCPLC，生产，生产 厂家有厂家有3030余家，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、余家，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门上海香岛电机制造公司、厦门A-BA-B公司等。但在目前上市的公司等。但在目前上市的众多众多PLCPLC产品中，还没有形成规模化的生产和名牌产品。产品中，还没有形成规模化的生产和名牌产品。 从技术角度来看，国内外的小型从技术角度来看，国内外的小型PLCPLC差距正在缩小。如差距正在缩

13、小。如无锡信捷、兰州全志等公司生产的微型无锡信捷、兰州全志等公司生产的微型PLCPLC已经比较成熟，已经比较成熟，有些国产有些国产PLCPLC（如和利时、科迪纳）已经拥有符合（如和利时、科迪纳）已经拥有符合IECIEC标准标准的编程软件、支持了现场总线技术等。的编程软件、支持了现场总线技术等。 2022-2-1215我国在我国在 7070年代末和年代末和 8080年代初开始引进年代初开始引进PLCPLC。我国。我国早期独立研制早期独立研制PLCPLC的单位有：的单位有：北京机械工业自动化研究所，北京机械工业自动化研究所，上海工业自动化仪表研究所，上海工业自动化仪表研究所，大连组合机床研究所，大

14、连组合机床研究所，成都机床电器研究所，成都机床电器研究所，中科院北京计算机所及自动化所，中科院北京计算机所及自动化所，长春一汽，长春一汽，上海起重电器厂，上海起重电器厂，上海香岛机电公司，上海香岛机电公司，上海自力电子设备厂等单位。上海自力电子设备厂等单位。以上诸单位都没有形成规模化生产以上诸单位都没有形成规模化生产2022-2-1216辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产产PLCPLC；无锡电器和日本光洋合资生产的无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC;PLC;中美合资的厦门中美合资的厦门 A AB B公司生产的公司生产的PLCPLC；上海香岛机电公司引进技术

15、生产的上海香岛机电公司引进技术生产的PLC;PLC;上海上海OMRONOMRON公司公司; ;西安西安SiemensSiemens公司等。公司等。2022-2-1217三、可编程控制器的分类 （1）一体式）一体式 （整体式）（整体式）PLC 将电源、将电源、CPU、I/O 电路都集中装在一个机箱内。电路都集中装在一个机箱内。 一般小型一般小型 PLC 采用这种结构。采用这种结构。 （2）模块式）模块式 PLC 将将 PLC 各部分分成若干个单独的模块，各部分分成若干个单独的模块， 如如 CPU 模块、模块、I/O 模块、电源模块、功能模块。模块、电源模块、功能模块。 一般大、中型一般大、中型

16、PLC 采用模块式结构。采用模块式结构。2022-2-1218CPU电电 源源通通信信接接口口输输入入接接口口I/O扩扩展展接接口口I/O扩扩展展模模块块输输出出接接口口存储器存储器系统系统 用户用户程序程序 程序程序外部设备外部设备编程器编程器计算机计算机打印机打印机条码扫描仪条码扫描仪图形监控设备图形监控设备PLC主机主机按钮按钮触点触点行程开关行程开关用户输入设备用户输入设备指示灯指示灯电磁线圈电磁线圈电磁阀电磁阀用户输出设备用户输出设备整体式整体式PLC组成示意图组成示意图2022-2-1219可编程序控制器的物理结构整体式2022-2-1220 CPU 模块模块 智能智能I/O模块模

17、块 通信模块通信模块 编程器编程器 PLC / 上位计算机上位计算机 工工 业业 现现 场场 过过 程程 输入模块输入模块 输出模块输出模块 模块式模块式PLC组成示意图组成示意图系统总线系统总线(地址、数据、控制总线地址、数据、控制总线)2022-2-1221可编程序控制器的物理结构模块式2022-2-1222Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板中、大型机：中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合模块式。可根据需要在主板上随意组合。2022-2-1223超小型机超小型机小型机小型机中型机中型机大型机大型机超大型机超大型机64 64 2562

18、56 20482048 819681961 2 KB 2 4 KB4 16 KB16 64 KB64 128 KB 分类分类 I/O 点数点数 CPU 存储器存储器8 位处理器位处理器 8 位处理器位处理器8 位字处理器位字处理器和位处理器和位处理器16 位字、位位字、位浮点处理器浮点处理器32 位或多个位或多个16 位字、位位字、位浮点处理器浮点处理器2022-2-1224低档机低档机中档机中档机高档机高档机具有逻辑运算、定时、计数、具有逻辑运算、定时、计数、移位、自诊断、监控等基本功移位、自诊断、监控等基本功能，有的还具备能，有的还具备AI/AO 、数据、数据传送、运算、通讯等。传送、运算

19、、通讯等。 除上述功能，还有数制转换、除上述功能，还有数制转换、子程序调用、通讯联网功能，子程序调用、通讯联网功能，有的还具备中断控制、有的还具备中断控制、PID 回回路控制等。路控制等。 除上述功能，还有较强的数据除上述功能，还有较强的数据处理功能、模拟量调节、函数处理功能、模拟量调节、函数运算、监控、智能控制、通讯运算、监控、智能控制、通讯联网功能等。联网功能等。分类分类 主要功能主要功能 应用场合应用场合开关量控制、顺序控制、开关量控制、顺序控制、 定时定时/计数控制、计数控制、 少量模拟量控制等。少量模拟量控制等。 过程控制、位置控制等。过程控制、位置控制等。 大规模过程控制系统，大规

20、模过程控制系统，构成分布式控制系统，构成分布式控制系统， 实现全局自动化网络。实现全局自动化网络。2022-2-1225四、PLCPLC的主要特点的主要特点 1.1.内部程序无触点免配线，可靠性高、抗干扰能力强。内部程序无触点免配线，可靠性高、抗干扰能力强。 平均无故障运行时间可达几十万小时以上。平均无故障运行时间可达几十万小时以上。 PLCPLC是专门为工业环境下应用而设计的，在硬件和软件是专门为工业环境下应用而设计的，在硬件和软件上采用了以下几种抗干扰措施：上采用了以下几种抗干扰措施： （1 1）采用无触点电子开关代替继电器触头；用软件程序）采用无触点电子开关代替继电器触头；用软件程序代替

21、硬接线；代替硬接线； （2 2）硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；）硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施； （3 3）软件上采用数字滤波、故障诊断等措施；采用循环软件上采用数字滤波、故障诊断等措施；采用循环扫描的工作方式；扫描的工作方式；WatchdogWatchdog等电路等电路. . （4 4）结构上采用密封、防尘、抗振等措施；采用模块式）结构上采用密封、防尘、抗振等措施；采用模块式结构。结构。2022-2-12263. 3. 编程简单、使用方便、柔性好；编程简单、使用方便、柔性好；4. 4. 可实现逻辑控制、过程控制和运动控制可实现逻辑控制、过程控制和运动控制一体化，

22、可以方便、灵活地组合成各种不一体化，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统。同规模和要求的控制系统。 5. 5. 系统的设计、安装、调试方便，工作量系统的设计、安装、调试方便，工作量少，周期短。少，周期短。6. 6. 维修工作量小，维护方便；维修工作量小，维护方便；7. 7. 体积小，重量轻，能耗低体积小，重量轻，能耗低, ,易于实现机电易于实现机电一体化一体化. .2. 2. 控制系统结构简单，功能完善，通用性强，控制系统结构简单，功能完善，通用性强， 扩展方便；扩展方便；2022-2-1227 PLC 的软硬件体系结构是封闭而不是开放的。的软硬件体系结构是封闭而不是开放的。如专

23、用总线、专用通讯网络及协议，如专用总线、专用通讯网络及协议，I/O 模板不通模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。 编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、 语言结构均不一致。语言结构均不一致。 因此各公司的因此各公司的 PLC 互不兼容互不兼容。2022-2-1228五、可编程序控制器的主要功能五、可编程序控制器的主要功能 逻辑控制功能：通过逻辑控制功能：通过“与与”、“或或”、“非非”等逻辑等逻辑指令，代替继电器进行组合逻辑和顺序逻辑控制。指令，代替继电器进行组合逻辑和顺序逻辑控制。 定时计数控制功能定时计数控制

24、功能 数据处理功能：数学运算、逻辑运算、比较、数传等数据处理功能：数学运算、逻辑运算、比较、数传等 步进控制功能：按工序进行顺序控制步进控制功能：按工序进行顺序控制 。A AD D与与D DA A转换功能转换功能 运动控制功能：机床、机械手、机器人控制运动控制功能：机床、机械手、机器人控制 。 过程控制功能：对温度、压力等模拟量进行过程控制功能：对温度、压力等模拟量进行PID控制控制 扩展功能扩展功能 远程远程I0功能功能 通信联网功能通信联网功能 1. 监控功能监控功能 2022-2-1229六、六、PLCPLC的应用场合的应用场合逻辑控制逻辑控制 ：可取代传统继电器系统和顺序控制器。：可取

25、代传统继电器系统和顺序控制器。如各种机床、自动电梯、装配生产线、电镀流水线、如各种机床、自动电梯、装配生产线、电镀流水线、运输和检测等的控制。运输和检测等的控制。 运动控制运动控制 ：可用于精密金属切削机床、机械手、：可用于精密金属切削机床、机械手、机器人等设备的控制。机器人等设备的控制。 过程控制过程控制 ：通过配用：通过配用A AD D、D DA A转换模块及智能转换模块及智能PIDPID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行闭环调节控制。速度等连续变化的模拟量进行闭环调节控制。数据处理：数据处理：数学运算、数据传输、转换

26、、排序、数学运算、数据传输、转换、排序、查表、位操作。查表、位操作。 1.1.多级控制与联网多级控制与联网 ：利用利用PLCPLC的网络通信功能模块的网络通信功能模块及远程及远程I IO O控制模块实现多台控制模块实现多台PLCPLC之间、之间、PLCPLC与上位与上位计算机的链接，以完成较大规模的复杂控制。计算机的链接，以完成较大规模的复杂控制。 2022-2-1230 七、PLC的编程语言 不同厂家不同厂家PLCPLC所用语言和符号不尽相同，所用语言和符号不尽相同，但它但它们的语言的基本结构和功能是们的语言的基本结构和功能是大同小异大同小异的。最常用的。最常用的是梯形图语言、功能块图语言和

27、指令表语言。的是梯形图语言、功能块图语言和指令表语言。 19931993年国际电工委员会（年国际电工委员会（IECIEC）正式颁布了）正式颁布了PLCPLC国际标准国际标准IEC1131IEC1131，后改为，后改为IEC61131IEC61131，其中第，其中第三部分三部分IEC61131-3IEC61131-3规范了规范了PLCPLC的编程语言。分为图的编程语言。分为图形化编程语言和文本化编程语言。形化编程语言和文本化编程语言。2022-2-1231 （一）图形化编程语言有：（一）图形化编程语言有：l梯形图（梯形图（LADLAD或或LDLD，Ladder DiagramLadder Dia

28、gram）l功能块图功能块图( (FBDFBD,Function Block Diagram),Function Block Diagram)l顺序功能图（顺序功能图（SFCSFC,Sequential Function Chart,Sequential Function Chart）（二）文本化编程语言有：（二）文本化编程语言有：l指令表（指令表（ILIL，Instruction List,Instruction List,也有称作助记符语也有称作助记符语 言或语句表）言或语句表）l结构化文本（结构化文本（STST，Structured TextStructured Text） 属于高级语言

29、，类似属于高级语言，类似C C语言及语言及BASICBASIC语言，用来描述函语言，用来描述函数、功能块和程序的行为等，常用在大、中型数、功能块和程序的行为等，常用在大、中型PLCPLC。2022-2-1232全全自自动动洗洗衣衣机机梯梯形形图图语语言言2022-2-1233 PLCPLC是一种是一种特殊计算机。特殊计算机。 PLCPLC的基本组成包括的基本组成包括两部分两部分中央处理器（中央处理器（CPUCPU）、存储器、）、存储器、 输输 入接口、输出接口、通信接口、电源等。入接口、输出接口、通信接口、电源等。系统程序和用户程序。系统程序和用户程序。可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的

30、基本组成第二节 可编程控制器的组成2022-2-1234一、可编程序控制器的基本组成中央处理单元中央处理单元CPU 存储器存储器: RAM和和EPROMI/O接口接口 模拟量输入模块模拟量输入模块 模拟量输出模块模拟量输出模块 开关量输入模块开关量输入模块 开关量输出模块开关量输出模块 智能模块智能模块 接口和扩展接口模块接口和扩展接口模块 电源模块电源模块 编程工具编程工具 1 1、硬件系统、硬件系统 专用编程器专用编程器 2022-2-1235地址总线地址总线 控制总线控制总线数据总线数据总线2022-2-12362 2、软件系统、软件系统系统程序：系统程序： 用户程序用户程序 ：系统程序

31、由系统程序由PLCPLC生产厂家提供，并固生产厂家提供，并固化在化在EPROMEPROM中，用户不能直接读写中，用户不能直接读写 。包括包括: :用户通过编程器或用户通过编程器或PCPC机写入到机写入到PLCPLC的的RAMRAM内存中的用内存中的用PLCPLC语言编写的程序，语言编写的程序，可以修改和更新。当可以修改和更新。当PLCPLC断电时被锂电断电时被锂电池保持池保持 。系统管理程序，用户指令解释程序，系统管理程序，用户指令解释程序，标准程序模块及系统调用程序（专用标准程序模块及系统调用程序（专用编程软件）。编程软件）。2022-2-1237 PLC PLC中常采用的中常采用的CPUC

32、PU有三类：有三类： 1) 1) （如（如Z80Z80、80868086、8028680286等）等） 2) 2) （如（如80318031、80968096等）等） 3) 3) ( (如如AMD29WAMD29W等等) ) 小型小型PLCPLC：大多采用：大多采用8 8位通用微处理器和单片微位通用微处理器和单片微 处理器，单处理器，单CPUCPU。 中型中型PLCPLC：大多采用：大多采用1616位通用微处理器或单片微位通用微处理器或单片微 处理器，双处理器，双CPUCPU或多或多CPUCPU。 大型大型PLCPLC：大多采用高速位片式微处理器（：大多采用高速位片式微处理器（32 32 位）

33、，双位），双CPUCPU或多或多CPUCPU。二、二、PLCPLC硬件各部分的作用硬件各部分的作用1 . CPU 1 . CPU 对于双对于双CPUCPU系统，一般一个为系统，一般一个为，采用，采用8 8位、位、1616位位或或3232位处理器；另一个为位处理器；另一个为，采用由各厂家设计制造，采用由各厂家设计制造的专用芯片。的专用芯片。2022-2-1238二、PLC硬件各部分的作用1 . CPU 的作用的作用 诊断故障：诊断故障：诊断诊断PLCPLC电源、内部电路的工作电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。状态及编制程序中的语法错误。 采集数据：采集数据：采集现场的状态或数据，并

34、送入采集现场的状态或数据，并送入PLCPLC的寄存器中。的寄存器中。 执行指令：执行指令：逐条读取指令，完成各种运算和逐条读取指令，完成各种运算和操作。操作。 输出结果：输出结果：将处理结果送至输出端。将处理结果送至输出端。 响应请求：响应请求：响应各种外部设备的工作请求。响应各种外部设备的工作请求。 2022-2-12392.2.存储器存储器的作用的作用 PLCPLC存储空间一般包括以下三个区域：存储空间一般包括以下三个区域： 系统程序存储区系统程序存储区; ; 工作数据区工作数据区( (包括包括I IO O映象区和系统软设备等映象区和系统软设备等);); 用户程序存储区用户程序存储区。 2

35、022-2-1240（1 1）系统程序存储器系统程序存储器 2022-2-1241数据存储器（数据存储器（RAMRAM）：存放各种工作数据）：存放各种工作数据I/OI/O映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈、数映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等存储器。存储器。 存放输入、输出状态和数据的区域存放输入、输出状态和数据的区域 称作称作I I0 0映象映象区。分为开关量区。分为开关量I I0 0映象区和模拟量映象区和模拟量I I0 0映象区。映象区。 一个开关量一个开关量I I0 0占用存储单元中的一个位占

36、用存储单元中的一个位(bit)(bit)， 一个模拟量一个模拟量I/OI/O占用存储单元中的一个字占用存储单元中的一个字(16(16个个bit)bit)。 2022-2-1242PLC的等效电路2022-2-1243数据存储器（数据存储器（RAMRAM） 2022-2-1244 数据寄存器区数据寄存器区 ：用来存放各种数据，只：用来存放各种数据，只能按字使用，不能按位使用。能按字使用，不能按位使用。 特殊继电器、寄存器区特殊继电器、寄存器区 ：被系统内部：被系统内部占用，专门用于某些特殊目的，一般不能由用占用，专门用于某些特殊目的，一般不能由用户任意占用。户任意占用。 系统寄存器区：系统寄存器

37、区：用来存放各种重要信息用来存放各种重要信息和参数。通过用户程序，不能读取和修改系统和参数。通过用户程序，不能读取和修改系统寄存器的内容。寄存器的内容。 2022-2-1245 （3 3）用户存储器用户存储器 用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。存储器（数据区）两部分。 用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务采用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务采用用PLCPLC编程编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器可语言编写的各种用户程序。用户程序存储器可以是以是RAMRAM、EPROMEPROM或或EEPROME

38、EPROM存储器，其内容可以由用户修改存储器，其内容可以由用户修改或增删。或增删。 为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOSCMOS静态静态RAMRAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对丢失信息。为了防止干扰对RAMRAM中程序的破坏，当用户程中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在只读存储器序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在只读存储器EPROMEPROM中。现在有许多中。现在有许多PLCPLC直接采用直接采用EEPROMEEPROM作为用户

39、存储器。作为用户存储器。 PLCPLC产品手册中给出的产品手册中给出的“存储器类型存储器类型”和和“程序容量程序容量”是针对用户程序存储器而言的。是针对用户程序存储器而言的。2022-2-12463.3.输入输出接口电路输入输出接口电路（注意和注意和输入输出继电器输入输出继电器联系联系） （1 1） 输入接口电路输入接口电路包括开关量输入接口电路和模拟量输入接口电路。包括开关量输入接口电路和模拟量输入接口电路。 a. a. 开关量输入接口电路开关量输入接口电路 采用光电耦合电路，将按钮、行程开关、继采用光电耦合电路，将按钮、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、编码器等现场输电器触点、接近

40、开关、光电开关、编码器等现场输入设备的入设备的控制信号开关状态转换控制信号开关状态转换成成CPUCPU所能接受和所能接受和处理的处理的数字信号数字信号。 分直流输入和交流输入。分直流输入和交流输入。2022-2-1247开关量直流输入接口电路图开关量直流输入接口电路图（1 1） 输入接口电路输入接口电路2022-2-1248（1 1） 输入接口电路输入接口电路2022-2-1249开关量交、直流输入接口电路开关量交、直流输入接口电路动画（交、直流输入模块动画（交、直流输入模块.swf.swf）（1 1） 输入接口电路输入接口电路2022-2-1250 作用：将现场仪表输出的（标准）模拟量信号作

41、用：将现场仪表输出的（标准）模拟量信号0-10mA0-10mA、4-20 4-20 mAmA、1-5VDC1-5VDC等转化为计算机可以处理的数字信号等转化为计算机可以处理的数字信号. .变送器：变送器： 温度变送器温度变送器 压力变送器压力变送器 流量变送器流量变送器 液位变送器液位变送器 成分分析仪成分分析仪传感器：传感器： Pt100Pt100 Cu50 Cu50 热电偶热电偶 现场仪表模拟信号现场仪表模拟信号420mA010mA15VDCmV、模数转换模数转换(A/D、AI)端口端口(地址地址)数 字 信数 字 信号号0409501023CPU数 字 信数 字 信号号040950102

42、3工程化转换工程化转换工程量工程量0100?kPa软件实现软件实现检测仪表检测仪表硬件滤波硬件滤波如：如：RC滤波滤波软件滤波软件滤波如：中值滤波如：中值滤波 软件软件RC滤波滤波 b b. . 模拟量输入接口电路模拟量输入接口电路 2022-2-1251模拟量输入：模拟量输入： 采样值采样值A/D 转换转换 8 位位/10 位位/ 12 位数字量位数字量 输入映像寄存器输入映像寄存器 AI。 S7200 PLC中，一个模拟量转换为中，一个模拟量转换为 12 位数位数 字量，但是占用字量，但是占用 AI 一个字长（一个字长（16 位）。位）。 输入模拟信号的大小：输入模拟信号的大小： 电压：电

43、压：10 10V， 0 10V，1 5V 电流：电流：20 20mA，0 20mA，4 20mA。 如在如在S S7 7200200 PLC PLC中：中：2022-2-1252 模拟量输入接口电路模拟量输入接口电路 2022-2-1253（2 2）输出接口电路）输出接口电路 包括开关量输出接口电路和模拟量输出接口包括开关量输出接口电路和模拟量输出接口电路。电路。 a.a.开关量输出接口电路开关量输出接口电路 采用光电耦合电路，采用光电耦合电路，将将CPUCPU处理过的向外输处理过的向外输出的数字信号转换成可以驱动外部（现场）执行出的数字信号转换成可以驱动外部（现场）执行电路的强电信号，电路的

44、强电信号，以驱动接触器、电磁阀等外部以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。设备的通断电。 另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。 有三种类型：有三种类型： 2022-2-1254 继电器输出型继电器输出型：为有触点输出方式，用于为有触点输出方式，用于接通或断开接通或断开开关频率较低的开关频率较低的直流负载或交直流负载或交流负载流负载回路回路。（。（低速大功率低速大功率）2022-2-1255 晶闸管输出型：晶闸管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断为无触点输出方式，用于接通或断开开开关频率较高的开关频率较高的交流交流电源负载。（高速大功率电源负载。（高

45、速大功率）动画动画（可控硅输出方式）（可控硅输出方式）.swf.swf）2022-2-1256L:负载L:负载输出端子输出端子LEDLED内内部部电电路路COMCOML LL L（c） 晶体管输出型（NPN集电极开路）输输出出端端子子L LE ED D内内部部电电路路C CO OM ML L: :负负载载L LL L（d） 晶体管输出型（PNP集电极开路） 晶体管输出型：晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断为无触点输出方式，用于接通或断开开开关频率较高的开关频率较高的直流直流电源负载。（高速小功率电源负载。（高速小功率）2022-2-1257利用模拟量输出电路（利用模拟量输出电路（D/

46、AD/A）或输出模块（）或输出模块（AOAO）将计算机）将计算机内部的数字信号转化为现场仪表可以接收的标准信号内部的数字信号转化为现场仪表可以接收的标准信号4 420mA20mA等。等。 如：如： 1212位数字量（位数字量（0 040954095） 4 420mA 20mA 2047 2047 对应的转换结果：对应的转换结果： 12mA12mA调节阀调节阀变频器变频器执行器控制信号执行器控制信号420mA010mA15VDC010VDC数模转换数模转换(D/A、AO)端口端口(地址地址)数 字 信数 字 信号号0409501023CPU工程量工程量0100软件实现软件实现数 字 信数 字 信

47、号号0409501023工程化反变换工程化反变换b.模拟量输出接口电路模拟量输出接口电路2022-2-1258如在如在S7-200中，模拟量输出中，模拟量输出 数字量数字量输出映像寄存器输出映像寄存器 AQ D/A 转换（还原）转换（还原） 模拟量。模拟量。 S7200 PLC 中，输出模拟量未转换前是中，输出模拟量未转换前是 1 个个 字长的数字量，存放在字长的数字量，存放在 AQ 中。中。 输出模拟信号的大小：输出模拟信号的大小： 电压：电压：10 10V，0 10V，1 5V。 电流：电流：20 20mA，0 20mA，4 20mA。 2022-2-1259 模拟量输出接口电路模拟量输出

48、接口电路 2022-2-1260实质上，数字量输入、输出接口作用：实质上，数字量输入、输出接口作用： 将外部控制现场的数字信号（开关量，高电将外部控制现场的数字信号（开关量，高电平，如平，如24V24V或其它）与或其它）与PLCPLC内部信号的电平（低内部信号的电平（低电平，电平，5V5V）相互转换。）相互转换。模拟模拟 量输入、输出接口作用：量输入、输出接口作用： 将外部控制现场的模拟信号与将外部控制现场的模拟信号与PLCPLC内部的数字内部的数字信号相互转换。信号相互转换。2022-2-12614.4.电源作用电源作用 将外部输入的交流电转换成直流电，供将外部输入的交流电转换成直流电，供给

49、给PLCPLC的的CPUCPU、存储器、输人输出接口等内部、存储器、输人输出接口等内部电路，以满足工作需要。电路，以满足工作需要。 许多许多PLCPLC的直流电源采用直流开关稳压电的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。使用，而且还可为输入设备提供标准电源。 PLCPLC一般使用一般使用220V220V交流电源，然后转换交流电源，然后转换成内部需要的直流电源，电压为：成内部需要的直流电源，电压为： 24V24V、5V5V、12V12V等。等。2022-2-12625. 5. 编程器编程器 用于

50、用户程序的输入、编辑、检查、调试和用于用户程序的输入、编辑、检查、调试和修改、进行系统设置、内存监控等。分为手持编程修改、进行系统设置、内存监控等。分为手持编程器和上位机专用编程开发系统。器和上位机专用编程开发系统。 （1 1）手持编程器）手持编程器 采用助记符语言编程，可一机多用，具有使用采用助记符语言编程，可一机多用，具有使用方便、价格低廉的特点。方便、价格低廉的特点。缺点：缺点：不够直观不够直观 2022-2-12635、编程器 1） 专用编程器 简易指令编程器 图形编程器 2）PC计算机开发系统PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT

51、/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTC EVTMT SVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR2022-2-12645. 5. 编程器编程器 （2 2）上位机编程开发系统）上位机编程开发系统 通过通过PLCPLC的的RS232RS232外设通讯口外设通讯口( (或或RS422RS422口配以适口配以适配器配器) )与计算机联机，与计算机联机，利用专用工具软件利用专用工具软件（NPSTNPSTGRGR、FPSOFTFPSOFT、FPWINFPWINGRGR）对对PLCPLC进行编程和监控

52、进行编程和监控。 利用计算机进行编程和监控比手持编程工具更利用计算机进行编程和监控比手持编程工具更加直观和方便。加直观和方便。2022-2-1265 人机界面（操作员接口）人机界面（操作员接口） 外存储器外存储器 EEPROM 写入器写入器 通用打印机模块通用打印机模块 大屏幕彩色图形监控设备大屏幕彩色图形监控设备 条码扫描仪条码扫描仪 盒式磁带机盒式磁带机 PLC 或上位计算机或上位计算机 通讯接口通讯接口 CPU TD200操作员界面操作员界面2022-2-12666. 6. 输入输出输入输出I I0 0扩展接口扩展接口 若主机单元的若主机单元的I IO O点数不能满足需要点数不能满足需要

53、时，时，可通过此接口用扁平电缆线将可通过此接口用扁平电缆线将I IO O扩展单扩展单元与主机相连，以元与主机相连，以增加增加I IO O点数。点数。PLCPLC的最大的最大扩展能力主要受扩展能力主要受CPUCPU寻址能力和主机驱动能寻址能力和主机驱动能力的限制。力的限制。注意：只有注意：只有PLCPLC的的基本单元含有基本单元含有CPUCPU，扩展扩展单元单元没有没有CPUCPU。 2022-2-1267 PID 控制模块控制模块 高速计数模块高速计数模块 温度测量模块温度测量模块 运动控制模块运动控制模块 通信模块通信模块 ASCII 模块模块 BASIC 模块模块 中断控制模块中断控制模块

54、 2022-2-1268 一、PLCPLC的基本工作原理的基本工作原理 采用采用循环扫描、顺序执行循环扫描、顺序执行的的串行串行工作方式：工作方式： CPUCPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描，如果无跳转指令的循环扫描，如果无跳转指令, ,则从第一条指令开则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，回第一条指令，周而复始不断循环，每一个循环称周而复始不断循环，每一个循环称为为一个扫描周期。一个扫描周期。第三节 可编程控制器的工作原理一个扫描周期一个扫描周期主要分为主要分

55、为三个阶段：三个阶段： 输入采样阶段、输入采样阶段、程序执行阶段程序执行阶段、输出刷新阶段输出刷新阶段。 2022-2-1269全全自自动动洗洗衣衣机机梯梯形形图图语语言言2022-2-1270输入采样输入采样程序执行程序执行输出刷新输出刷新一个扫描周期一个扫描周期Y0Y1Yn输输入入映映像像寄寄存存器器采样采样元元件件映映像像寄寄存存器器写写写写读读X0Y0Y0M0输输出出锁锁存存电电路路输输出出端端子子输输入入端端子子 程序执行过程：程序执行过程：读读PLCPLC的工作过程的工作过程X0X1Xn刷新刷新 PLCPLC程序执行过程的三个阶段：输入采样、程序执行程序执行过程的三个阶段：输入采样

56、、程序执行和输出刷新。和输出刷新。2022-2-1271 功能功能 存放从输入端子采集来的外部信号，按存放从输入端子采集来的外部信号，按 1 1、0 0 的方式写入的方式写入 其其中，作为逻辑运算的依据。中，作为逻辑运算的依据。 在每一个扫描周期开始时对输入端子采样。在每一个扫描周期开始时对输入端子采样。 输入映像寄存器输入映像寄存器中的一位，对应一个物理输中的一位，对应一个物理输 入点。而一个物理输入点对应一个外部的入点。而一个物理输入点对应一个外部的“常常 开开”或或 “常闭常闭”触点（按钮、行程开关、触点（按钮、行程开关、）。）。 程序运行时，可以无数次地取用程序运行时，可以无数次地取用

57、输入映像寄存输入映像寄存 器器中的某一位的数据（中的某一位的数据（0或或1）。）。 在执行在执行“立即输入立即输入”指令时，程序运行时直接读指令时，程序运行时直接读 取物理输入点的状态，而不是从取物理输入点的状态，而不是从输入映像寄存输入映像寄存 器器中取数据。中取数据。2022-2-1272 功能功能 存放等待输出的控制信号。存放等待输出的控制信号。 在每一个扫描周期的最后，将在每一个扫描周期的最后，将输出映像寄存器输出映像寄存器 中的数据传到中的数据传到输出锁存器输出锁存器中，然后再输出到输中，然后再输出到输 出端子，以驱动（控制）外部负载。出端子，以驱动（控制）外部负载。 在执行在执行“

58、立即输出立即输出”指令时，程序运行时直接刷指令时，程序运行时直接刷 新新输出映像寄存器输出映像寄存器中某一位的状态，同时将该中某一位的状态，同时将该 位的状态输出到输出端子，而不需要等待扫描位的状态输出到输出端子，而不需要等待扫描 周期的输出时段。周期的输出时段。2022-2-1273 2022-2-1274输入采样阶段输入采样阶段： PLCPLC以扫描方式按顺序将所有输入信号读入到以扫描方式按顺序将所有输入信号读入到输输入映像寄存器入映像寄存器中存储。在本工作周期内这个采样结中存储。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，在果的内容不会改变，在PLCPLC执行程序时被使用执行程序时被使用,

59、 ,直到直到下一个周期输入采样阶段才更新。下一个周期输入采样阶段才更新。一个扫描周期一个扫描周期主要分为主要分为三个阶段：三个阶段：2022-2-1275程序执行阶段程序执行阶段： PLCPLC按顺序从上到下、从左到右逐条扫描每条指按顺序从上到下、从左到右逐条扫描每条指令，并分别从令，并分别从输入映像寄存器和元件映像寄存器输入映像寄存器和元件映像寄存器中中获得所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的获得所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入到结果写入到元件映像寄存器元件映像寄存器中保存。但这个这个结中保存。但这个这个结果在全部程序未执行完毕之前不会送到输出端口上。果在全部程序未执行完

60、毕之前不会送到输出端口上。2022-2-1276输出刷新阶段输出刷新阶段： 在执行完用户所有程序后，在执行完用户所有程序后，PLCPLC将将输出映像寄存输出映像寄存器器中的内容送入到寄存输出状态的中的内容送入到寄存输出状态的输出锁存器输出锁存器中，中，再去驱动用户设备。再去驱动用户设备。 不同型号的不同型号的PLCPLC，循环扫描周期在，循环扫描周期在0.50.5100ms100ms之间。之间。 在上位机编程软件可以控制模式切换： 编程模式用于程序编写和程序传送。在线监视模式用于程序调试，此时PLC程序运行，但仍可以通过软件进行程序的修改和参数的修改。运行模式是PLC正常使用状态下的模式，该模