第4章PLC的组成与工作原理

1、v什么是什么是PLCPLC？ 是一种是一种工业控制装置工业控制装置 是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。v通用叫法通用叫法中文名称为中文名称为可编程控制器可编程控制器；英文名称为英文名称为Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller，简称，简称PLCPLC。v 19871987年

2、，国际电工委员会（年，国际电工委员会（IECIEC）定义定义： “ “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，可编程控制器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，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、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令，并通过数字式和模拟式计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业控制系程控制器及

3、其有关外围设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。 v因为继电器逻辑电路配线复杂因为继电器逻辑电路配线复杂v背景：背景：19681968年美国通用汽车公司年美国通用汽车公司（GMGM），为了适应汽车型号），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期

4、。降低成本，缩短周期。 v19681968年，年，GMGM公司提出公司提出十项设计标准十项设计标准： 编程简单，可在现场修改程序；编程简单，可在现场修改程序； 维护方便，采用插件式结构；维护方便，采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制柜；可靠性高于继电器控制柜； 体积小于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜； 成本可与继电器控制柜竞争；成本可与继电器控制柜竞争； 可将数据直接送入计算机；可将数据直接送入计算机； 可直接使用可直接使用115115V V交流输入电压；交流输入电压； 输出采用输出采用115V115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；

5、通用性强，扩展方便通用性强，扩展方便; ; 能存储程序，存储器容量可以扩展到能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB4KB。v 19691969年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，并应用于工业现场。并应用于工业现场。v 19711971年，日本从美国引进了这项新技术，并很快研制成年，日本从美国引进了这项新技术，并很快研制成了日本第一台可编程序控制器。了日本第一台可编程序控制器。19731973年，当时的西德和年，当时的西德和法国也研制出了自己的可编程序控制器并在工业领域开法国也研制出了自己的可编程序控制器并在工业领域开始应用。我国从始应用。我国

6、从19741974年开始研制，并于年开始研制，并于19771977年开始工业年开始工业应用。应用。 v 可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强 v 通用性强，使用方便通用性强，使用方便v 程序设计简单，易学易懂程序设计简单，易学易懂v 采用模块化结构，系统组合灵活方便采用模块化结构，系统组合灵活方便v 系统设计周期短系统设计周期短v 安装简便，调试方便，维护工作量小安装简便，调试方便，维护工作量小v 对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产 v按结构形式分按结构形式分整体式整体式PLCPLC 将电源、将电源、CPUCPU、I/OI/O接口等部件都集中装

7、在接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。v按结构形式分按结构形式分模块式模块式PLCPLC 将将PLCPLC各组成部分分别作成若干个单独的各组成部分分别作成若干个单独的模块，如模块，如CPUCPU模块、模块、I/OI/O模块、电源模块（有的含在模块、电源模块（有的含在CPUCPU模块中）以及各种功能模块。模块中）以及各种功能模块。v按结构形式分按结构形式分紧凑式紧凑式PLCPLC 还有一些还有一些PLCPLC将整体式和模块式的特点结将整体式和模块式的特点结合起来。合起来。v按按I/OI/O点数分点数分小型小型PLCP

8、LC I/O I/O点数为点数为256256点以下的为小型点以下的为小型PLCPLC （其中（其中I/OI/O点数小于点数小于6464点的为超小型或微型点的为超小型或微型PLCPLC）中型中型PLCPLC I/O I/O点数为点数为256256点以上、点以上、20482048点以下的为中型点以下的为中型PLCPLC大型大型PLCPLC I/O I/O点数为点数为20482048以上的为大型以上的为大型PLCPLC （其中（其中I/OI/O点数超过点数超过81928192点的为超大型点的为超大型PLCPLC）v向高速度、大容量方向发展向高速度、大容量方向发展为了提高为了提高PLCPLC的处理能力

9、，要求的处理能力，要求PLCPLC具有更好的响应速具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的度和更大的存储容量。目前，有的PLCPLC的扫描速度可的扫描速度可达达0.1ms/k0.1ms/k步左右。步左右。PLCPLC的扫描速度已成为很重要的一的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。个性能指标。在存储容量方面，有的在存储容量方面，有的PLCPLC最高可达几十兆字节最高可达几十兆字节v向小型化和大型化两个方向发展向小型化和大型化两个方向发展小型小型PLCPLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的更加灵活，为了

10、市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型超小型微型PLCPLC，最小配置的，最小配置的I/OI/O点数为点数为8 81616点，以点，以适应单机及小型自动控制的需要。适应单机及小型自动控制的需要。 大型化是指大中型大型化是指大中型PLC PLC 向大容量、智能化和网络化发向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、展，使之能与计算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。现已有复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/OI/O点数达点数达1638416384点的超大型点的超大型PLCPLC，其使用，其使用3232位微处理器，多位微处理器，多CPUC

11、PU并行工作和大容量存储器，功能强。并行工作和大容量存储器，功能强。v大力开发智能模块，加强联网与通信能力大力开发智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/OI/O模块、模块、通信和人机接口模块等。通信和人机接口模块等。PLCPLC的联网与通信有两类：的联网与通信有两类： PLC PLC之间联网通信，各之间联网通信，各PLCPLC生产厂家都有自己的专有联网手段；生产厂家都有自己的专有联网手段； PLC PLC与计与计算机之间的联网通信。算

12、机之间的联网通信。为了加强联网与和通信能力，为了加强联网与和通信能力，PLCPLC生产厂家也在协商生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。 v增强外部故障的检测与处理能力增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明：在据统计资料表明：在PLCPLC控制系统的故障中，控制系统的故障中，CPUCPU占占5%5%，I/OI/O接口占接口占15%15%，输入设备占，输入设备占45%45%，输出设备占，输出设备占30%30%，线，线路占路占5%5%。前二项共前二项共20%20%故障属于故障属于PLCPLC的内部故障，它可通过的内部故障，它可通过P

13、LCPLC本本身的软、硬件实现检测、处理。身的软、硬件实现检测、处理。而其余而其余80%80%的故障属于的故障属于PLCPLC的外部故障。的外部故障。PLCPLC生产厂家都生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。进一步提高系统的可靠性。 v编程语言多样化编程语言多样化在在PLCPLC系统结构不断发展的同时，系统结构不断发展的同时，PLCPLC的编程语言也越的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。来越丰富，功能也不断提高。除了大多数除了大多数PLCPLC使用的使用的梯形图梯形图、语句表语句表语言外，为了适语

14、言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程步进编程语语言、面向过程控制的言、面向过程控制的流程图流程图语言、与计算机兼容的高语言、与计算机兼容的高级语言（级语言（BASICBASIC、C C语言等）等。多种编程语言并存、语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是互补与发展是PLCPLC进步的一种趋势。进步的一种趋势。FX 系列系列PLC的硬件配置图的硬件配置图直流输入单元电路直流输入单元电路 交流输入单元电路交流输入单元电路 汇点输入接线示意图汇点输入接线示意图独立独立输入接线示意图输入接线示意图继电器输出电路继电器输出电路晶体管晶体管输出电路

15、输出电路晶闸管晶闸管输出电路输出电路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 FX0 FX2 FX2C FX0 FX2 FX2C FX0S FX1S FX0N FX1N FX0S FX1S FX0N FX1N FX2N FX2NC FX2N FX2NC FX 特殊品种特殊品种输出形式输出形式单元类型单元类型I/O总点数总点数系列序号系列序号M基本单元基本单元E输入输出混合扩展单元输入输出混合扩展单元及扩展模块及扩展模块EX输入专用扩展模块输入专用扩展模块EY输出专用扩展模块输出专用扩展模块16256点点v型号的命名方式型号的命名方式 FX系列系列PLC型号说明

16、型号说明输入、输出继电器采用输入、输出继电器采用八进制八进制编号编号 初始化脉冲辅助继电器初始化脉冲辅助继电器 M8002M8002（M8003M8003）只在）只在PLCPLC开始运行的第一个扫描周期开始运行的第一个扫描周期内得电（断电），其余时间均断电（得电）。内得电（断电），其余时间均断电（得电）。 常用常用M8002M8002的的触点作为一些触点作为一些继电器的初始继电器的初始化复位信号化复位信号-分别提供周期为分别提供周期为10ms10ms、100ms100ms、1s1s、1min1min的时钟脉冲。的时钟脉冲。M8005-M8005-锂电池电压降低继电器锂电池电压降低继电器锂电池电

17、压低于规定值时动作，它的触点接通可编程控锂电池电压低于规定值时动作，它的触点接通可编程控制器面板上的指示灯，提醒工程技术人员更换锂电池。制器面板上的指示灯，提醒工程技术人员更换锂电池。M8030M8030：锂电池欠压指示灯特殊继电器锂电池欠压指示灯特殊继电器 使锂电池欠压指示灯熄灭。使锂电池欠压指示灯熄灭。M8033M8033：PLCPLC停止时输出保持特殊辅助继电器停止时输出保持特殊辅助继电器 RUNSTOP RUNSTOP时，输出保持时，输出保持RUNRUN前状态。前状态。M8034M8034：禁止全部输出特殊辅助继电器禁止全部输出特殊辅助继电器 当当M8034M8034线圈被接通时，则线

18、圈被接通时，则PLCPLC的所有输出自动断开。的所有输出自动断开。M8039M8039：定时扫描特殊辅助继电器定时扫描特殊辅助继电器 当当M8039M8039线圈被接通时，则线圈被接通时，则PLCPLC以以D8039D8039中指定的扫描中指定的扫描时间工作。时间工作。配合配合采用采用十进制十进制编号。编号。有无数个常开触点与常闭触点，编程时可随有无数个常开触点与常闭触点，编程时可随意使用；意使用；不用于步进顺控指令时，可作辅助继电器使不用于步进顺控指令时，可作辅助继电器使用。用。同样有通用状态同样有通用状态和断电保持状态和断电保持状态，其比，其比例分配可由外设设定。例分配可由外设设定。T10

19、K123X0T10Y1 RSTT250K345X1X2T250Y1T250 如果如果X1X1为为ONON，则，则T250T250用当前值计数器累计用当前值计数器累计100ms100ms的时钟的时钟脉冲。当达到设定值脉冲。当达到设定值K345K345时，定时器的输出触点动作。在累时，定时器的输出触点动作。在累计过程中，即使输入计过程中，即使输入X1X1断开或停电时，再起动时，断开或停电时，再起动时，继续累计继续累计，其累计时间为其累计时间为34.5s34.5s。如果复位输入。如果复位输入X2X2为为ONON，定时器复位，定时器复位，输出触点也复位。输出触点也复位。用用X14X14作为计数输入，驱

20、动作为计数输入，驱动C200C200线圈进行加计数或减计数。用线圈进行加计数或减计数。用X12X12设定计设定计数方向。数方向。在计数器的当前值增加至设定值时（由在计数器的当前值增加至设定值时（由-6-5-6-5时），输出触点置位；在时），输出触点置位；在当前值减少至小于设定值时（由当前值减少至小于设定值时（由-5-6-5-6时），输出触点复位，。时），输出触点复位，。如果复位输入如果复位输入X13X13为为ONON，则执行，则执行RSTRST指令，计数器当前值变为指令，计数器当前值变为0 0，输出触，输出触点也复位。点也复位。如果从如果从21474836472147483647开始增计数，则

21、成为开始增计数，则成为-2147483648-2147483648，同样从同样从-2147483648-2147483648开始减计数，则成为开始减计数，则成为+2147483648+2147483648，形形成循环计数。成循环计数。 U U表示加计数输入；表示加计数输入；D D表示减计数输入；表示减计数输入；A A表示表示A A相输入；相输入；B B表示表示B B相输入；相输入；R R表示复位输入；表示复位输入；S S表示启动输入。表示启动输入。U U表示加计数输入；表示加计数输入；D D表示减计数输入；表示减计数输入；A A表示表示A A相输入；相输入；B B表示表示B B相输入；相输入；

22、R R表示复位输入；表示复位输入；S S表示启动输入。表示启动输入。 1 1）无启动）无启动/ /复位输入端的一相一计数高速计数器复位输入端的一相一计数高速计数器C235C235C240C240，对一相脉冲计数，只有一个脉冲输入端，对一相脉冲计数，只有一个脉冲输入端，计数方向由程序决定。计数方向由程序决定。 M8235M8235为为ONON时，减计数；时，减计数；M8235M8235为为OFFOFF时，加计数；时，加计数；X11X11接通时，接通时，C235C235当前值立即复位至当前值立即复位至0 0；当当X12X12接通后，接通后，C235C235开始对开始对X000X000端子输入的信号

23、上升沿端子输入的信号上升沿计数。计数。 2 2）带启动带启动/ /复位输入端的一相一计数高速计数器复位输入端的一相一计数高速计数器C241C241C245C245 利用利用M8245M8245，可以设置，可以设置C245C245为加计数或减计数；为加计数或减计数；X11X11接通时，接通时，C245C245立即复位至立即复位至0 0，因为，因为C245C245带有复位输入端，带有复位输入端，也可以通过外部输入端也可以通过外部输入端X003X003复位；复位；因为因为C245C245带有启动输入端带有启动输入端X007X007，所以需不仅，所以需不仅X12X12为为ONON，并且，并且X007X

24、007也为也为ONON的情况下才开始计数。的情况下才开始计数。计数输入端为计数输入端为X002X002，设定值由数据寄存器，设定值由数据寄存器D0D0和和D1D1的内容来的内容来指定。指定。 3 3）一相双向计数的高速计数器）一相双向计数的高速计数器C246C246C250C250。固定固定PLCPLC的的一个输入端用于加计数，另一个输入端用于减计数，其中一个输入端用于加计数，另一个输入端用于减计数，其中几个计数器还有启动端和复位端。几个计数器还有启动端和复位端。 C249在在X012为为ON时，如果时，如果X006也为也为ON，就立即，就立即开始开始计数计数，增计数的计数输入为，增计数的计数

25、输入为X000，减计数的计数输入为，减计数的计数输入为X001。 可以通过顺控程序上的可以通过顺控程序上的X011执行复位执行复位，另外，当，另外，当X002闭闭合，合，C249也可立即复位。也可立即复位。 4 4）两相（）两相（A-BA-B相型）双计数输入高速计数器相型）双计数输入高速计数器C251C251C255C255。这种计数器的计数方向由这种计数器的计数方向由A A相脉冲信号与相脉冲信号与B B相脉冲信号的相位相脉冲信号的相位关系决定。关系决定。 加计数加计数 减计数减计数 这种计数器在这种计数器在A相接通的同时，相接通的同时，B相输入为相输入为OFFON则则为增计数，为增计数，ON

26、OFF时为减计数时为减计数 4 4）两相（）两相（A-BA-B相型）双计数输入高速计数器相型）双计数输入高速计数器C251C251C255C255。这种计数器的计数方向由这种计数器的计数方向由A A相脉冲信号与相脉冲信号与B B相脉冲信号的相位相脉冲信号的相位关系决定。关系决定。 X012为为ON时时，C251通过中通过中断，对断，对A相输入相输入X000、B相输入相输入X001的动作计数。如果的动作计数。如果X011为为ON时，则执行时，则执行RST复位指令。复位指令。如果当前值超过设定值，则如果当前值超过设定值，则Y002为为ON；如果当前值小于设；如果当前值小于设定值，则为定值，则为OF

27、F。根据不同的。根据不同的计数方向，计数方向，Y003接通（增计数）接通（增计数）或断开（减计数）。或断开（减计数）。 4 4）两相（）两相（A-BA-B相型）双计数输入高速计数器相型）双计数输入高速计数器C251C251C255C255。这种计数器的计数方向由这种计数器的计数方向由A A相脉冲信号与相脉冲信号与B B相脉冲信号的相位相脉冲信号的相位关系决定。关系决定。 当当X012为为ON时，如果时，如果X006也为也为ON，则则C254立即开始对立即开始对A相输入相输入X000、B相输入相输入X001的动作计数。的动作计数。可以通过顺控程序上的可以通过顺控程序上的X011执行复执行复位。位。 当当X002闭合，闭合，C254也可立即复也可立即复位。位。如果当前值超过设定值（如果当前值超过设定值（D1，D0），则），则Y004为为ON；如果当前值小；如果当前值