第3章PLC基本结构和工作原理14

1、3.3.1 开关量输入接口模块3.3.2 开关量输出接口模块3.3 PLC的输入输出接口电路3.2.1 PLC的等效电路3.2.2 PLC的工作过程3.2.3 PLC的接线图和梯形图的绘制方法3.2.4 串行工作方式对梯形图控制结果的影响3.2 PLC的基本工作原理3.1 PLC的概述3.1.1 概述3.1.2 初步认识可编程控制器（PLC）第 章 PLC的基本结构和工作原理3.1 可编程序控制器概述 v什么是什么是PLCPLC？一、可编程控制器的定义一、可编程控制器的定义 是一种是一种工业控制装置工业控制装置 是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，是在电器控制技术和计算机技术的基础

2、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。一、可编程控制器的定义一、可编程控制器的定义v 19871987年，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

3、，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，都应按易于与工业系统联程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计成一个整体，易于扩充其功能的原则设计

4、”。 二、可编程控制器的产生二、可编程控制器的产生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二、可编程控制器的产生二、可编程控制器的产生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。降低成本，缩短周期。 v19

5、681968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115V115V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； 通用性强，扩展方便通用性强，扩展

6、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。二、可编程控制器的产生二、可编程控制器的产生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。二、可编程控制器的产生二、可编程控制器的产生Dick Morley之所以被称为“PLC之父”，1968年，莫利先生发明了第一台PLC，开启了工业自动化的新时代。从此，Modicon（莫迪康）成为了工业自动化的先驱1996年被施耐德电气收购以后，Modicon系列产品更是进行了全方位的扩展升级，性能也得到了进一步的提高。“

7、PLC之父之父” DirkMorley创新创新-来源于无限好奇心和无数的问题！来源于无限好奇心和无数的问题！从从1968年到年到2008年期间，从第一台自动化控制器年期间，从第一台自动化控制器Modicon 084,到第一个工业现场总线到第一个工业现场总线-Modbus、第一套热备、第一套热备PLC-Modicon 584，再到第一次将以太网引入工业自动化方案，再到第一次将以太网引入工业自动化方案，40年来，年来，Morley先生率领的团队从未间断对技术革新和产品创先生率领的团队从未间断对技术革新和产品创新的渴求及探寻。新的渴求及探寻。除了除了PLC外，他还同时拥有二十多个美国和外国专利，包括

8、并行外，他还同时拥有二十多个美国和外国专利，包括并行推理机，手持终端，软驱、汽车推理机，手持终端，软驱、汽车ABS和磁性薄膜；和磁性薄膜；获得美国富兰克林研究所的霍华德波茨奖，并入选自动化名人堂；获得美国富兰克林研究所的霍华德波茨奖，并入选自动化名人堂；他同时担任美国国家生产科学研究所他同时担任美国国家生产科学研究所(NCMS)委员会主席，制造委员会主席，制造工程师协会（工程师协会（SME）理事；）理事；Dick Morley成立的高科技公司在其行业内取得了持续领先三十成立的高科技公司在其行业内取得了持续领先三十年的革命性创新成果；年的革命性创新成果；Dick Morley已成为计算机设计、人

9、工智能、自动化和技术趋势已成为计算机设计、人工智能、自动化和技术趋势预测等领域国际公认的先驱。预测等领域国际公认的先驱。三、三、 可编程控制器的特点可编程控制器的特点v 无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强 v 通用性强，控制程序可变，使用方便通用性强，控制程序可变，使用方便v 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强v 编程简单，容易掌握编程简单，容易掌握 v 系统的设计、安装、调试工作量少系统的设计、安装、调试工作量少v 维修工作量小，维护方便维修工作量小，维护方便v 体积小，能耗低体积小，能耗低. . 2、可编程序控制器

10、的发展过程及趋势、可编程序控制器的发展过程及趋势2.1 2.1 可编程序控制器的发展过程可编程序控制器的发展过程 第一代：第一代：从第一台可编程序控制器诞生到从第一台可编程序控制器诞生到70年代初期年代初期 第二代：第二代：7070年代初期到年代初期到7070年代末期年代末期 第三代：第三代：7070年代末期到年代末期到8080年代中期年代中期 第四代：第四代：8080年代中期到年代中期到9090年代中期年代中期 第五代：第五代：9090年代中期至今年代中期至今 1968：提出：提出PLC概念；概念；1969：基于硬件的：基于硬件的CPU （Hardware Based CPU）；）；1972

11、：源码编辑（：源码编辑（Source Code Edit）；）； 1974：多处理功能的：多处理功能的PLC（Multiprocessing PLC）：逻辑运）：逻辑运算、定时器算、定时器/计数器、数据驱动、算术运算、计数器、数据驱动、算术运算、8K存储器、存储器、1024点点I/O；1975：远程输入：远程输入/输出系统；输出系统；1977：带逻辑协处理器的基于微处理器的：带逻辑协处理器的基于微处理器的PLC；1977：位片：位片CPU，中速数据公路；，中速数据公路；1980：高性能分布式：高性能分布式I/O，带智能，带智能I/O模块和块传输的系统；模块和块传输的系统；1981：热后备（：热

12、后备（Hot Back-up）；）；1982：多处理器；：多处理器；1983：“Basic”语言协处理器，海量存储器；语言协处理器，海量存储器；1985：1MHz窄带窄带LAN；1986：并行处理；：并行处理；1987：容错系统；：容错系统；1988：小型独立系统；：小型独立系统；1989：控制网络（：控制网络（Control Networking）；）；1990：分布式处理（：分布式处理（Distributed Processing）；1990年以后：年以后：IECIEC在全世界出版并发行有关在全世界出版并发行有关PLCPLC的一些标准；的一些标准；全局（全局（GlobalGlobal）PL

13、CPLC编程和文件系统；编程和文件系统；高速通讯；高速通讯；通用多语种通用多语种PLCPLC；分布式控制结构；分布式控制结构；人机界面设计的工作环境改造语言（人机界面设计的工作环境改造语言（Ergonomic LanguagesErgonomic Languages）; ;专家相同和人工智能的广泛应用；专家相同和人工智能的广泛应用；模糊逻辑协处理器；模糊逻辑协处理器；人工神经网络等。人工神经网络等。四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器

14、的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域三、三、 PLCPLC的现状及发展趋势的现状及发展趋势 19691969年美国数据设备公司（年美国数据设备公司（DECDEC）研制了第一台）研制了第一台PLCPLC，从此从此PLCPLC发展迅猛。发展迅猛。 我国改革开放后，美国我国改革开放后，美国ABAB、GEGE、MODIC

15、ONMODICON、TITI，日本，日本OMRONOMRON、三菱、富士，德国西门子等厂家的产品不断进入、三菱、富士，德国西门子等厂家的产品不断进入我国，并在各行各业的工控系统中占据重要地位。我国，并在各行各业的工控系统中占据重要地位。n PLC三大流派三大流派欧洲：欧洲：德国的西门子德国的西门子(SIEMENS)、AEG及法国的施耐德公司及法国的施耐德公司美国：美国：A-B（Allen-Bradly）(其产品约占美国其产品约占美国PLC市场市场50的份额的份额)、GE（General Electric）、德州仪器、德州仪器(T1)公司、公司、 莫迪康莫迪康(MODICON)公司公司(已被施耐

16、德收购已被施耐德收购)、歌德、歌德(Gould)公司、公司、 西屋公司西屋公司 ( Westinghouse ) 日本：日本：三菱电机（三菱电机（Mitsubishi Electric）、）、 欧姆龙（欧姆龙（OMRON）、）、 富富士士FUJI 、松下、松下 （日本主要发展中小型（日本主要发展中小型PLC，在世界小型在世界小型PLC市场市场上，上， 日本产品约占有日本产品约占有70的份额。）的份额。） 目前国内市场还有韩国、台湾等目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品；现在市场上出现了系列产品；现在市场上出现了系列化的国产化的国产PLC，其价格相对低廉，性价比较高。，其价格相对低廉，性价比较

17、高。西门子西门子PLCPLC外形图外形图S7-200系列系列PLCS7-300系列系列PLCS7-400系列系列PLCQ系列系列PLCFX2N系列系列PLCFX1N系列系列PLCFX1S系列系列PLC施耐德施耐德PLC系统构成系统构成Unity单机型单机型分散型分散型集中型集中型Zelio LogicTwido 机床设备机床设备 离散控制离散控制 批量处理批量处理 过程控制过程控制PremiumQuantumMicroM340M238M258LMC058M218FX-PLCFX0SFX0NFX1S / FX1NFX2NAnSQnA / AnAQnSCC-LINK欧姆龙欧姆龙PLCPLC外形图外

18、形图C200H系列系列PLCCPM1A、CPM2A系列系列PLC应用案例 某客户开发一套立式间歇式包装机，现选用Schneider Electric的OEM Solution 方案来集成系统，其具体硬件配置要求如下: 1) 人机接口：选用XBTGT2330； 2) PLC: 选用TM238LFDC24DT; 3) 变频器: 选用ATV303; 4) 伺服驱动器: 选用Lexium23C; 5) 编码器: 选用XCC1510PS11Y；系统架构拓扑图系统架构拓扑图元器件清单 1主开关NSC100 2断路器 3开关电源 4断路器 5接触器 6HMI XBTGT 7PLC M218 8PC 9伺服驱

19、动器Lexium23C 10变频器ATV303 11增量编码器元器件清单列表型号 序号序号型号型号 描述描述 数量数量备注备注1 1 TM218LDA40DR4PH TM218LDA40DR4PH M218 M218 控制器控制器 2 22 2 XBTGT2330 XBTGT2330 HMI HMI 触摸屏触摸屏 1 13 3 LXM23CU02M3X LXM23CU02M3X Lexium23C Lexium23C 伺服驱动器伺服驱动器 1 14 4 BCH0601O01A1C BCH0601O01A1C 伺服电机伺服电机 1 15 5 VW3M5111R30 VW3M5111R30 Lex

20、ium23C Lexium23C 电源线电源线1 16 6 VW3M8111R30 VW3M8111R30 Lexium23C Lexium23C 编码器反馈线编码器反馈线 1 17 7ATV303H075N4 ATV303H075N4 ATV303 ATV303 变频器变频器2 28 8XCC1510PS11Y XCC1510PS11Y 增量编码器增量编码器 1 19 9NCS100N NCS100N 主开关主开关1 11010ABL8RPS24030 ABL8RPS24030 开关电源，开关电源，3A 3A 1 11111GV2L08 GV2L08 断路器断路器 3 31212LC1D18

21、BL LC1D18BL 接触器接触器 3 31313OSMC32N2C16 OSMC32N2C16 断路器断路器 1 11414XBTZ9008 XBTZ9008 HMI HMI 与与M218 M218 通讯连接线通讯连接线 1 11515XBTZ935 XBTZ935 HMI USB HMI USB 编程电缆编程电缆 1 11616TCSXCNAMUM3P TCSXCNAMUM3P M218 USB M218 USB 编程电缆编程电缆 1 1现场总线的由来现场总线的由来计算机控制系统计算机控制系统检测输入设备中央计算机控制输出设备生产过程检测变量操作变量现场总线的由来现场总线的由来集中式控制

22、系统集中式控制系统检测输入设备中央计算机控制输出设备生产过程检测变量操作变量CRT操作台现场总线的由来现场总线的由来分布式控制系统（分布式控制系统（DCSDCS）现场总线的由来现场总线的由来分布式控制系统（分布式控制系统（DCSDCS）I/O4-20 mAAnalyzerPLC4-20 mA控制站控制站操作站操作站LAN现场总线的由来现场总线的由来基于现场总线的分布式控制系统（基于现场总线的分布式控制系统（FCSFCS）系统架构拓扑图可编程控制器-应用设计1-水处理介绍可编程控制器可编程控制器-应用设计应用设计1-水处理水处理140CPU31110 UNITY 透明就绪透明就绪可编程控制器可编

23、程控制器-应用设计应用设计2-包装行业包装行业(吹瓶机吹瓶机)介绍介绍工艺顺序为：理胚上胚加热送胚前进电动合模吹瓶送胚返回可编程控制器可编程控制器-应用设计应用设计2-包装行业包装行业(吹瓶机吹瓶机)方案方案可编程控制器可编程控制器-应用设计应用设计3-纺织行业纺织行业(高温织带染色机高温织带染色机)高速连续织带染色机具上色、固色、漂洗、烘干为一体的新型染色机，主要适用于背包带、吊装带、拉力带及花边带的染色、漂洗及烘干,织带染色后要求色泽均匀.可编程控制器可编程控制器-应用设计应用设计3-纺织行业纺织行业(高温织带染色机高温织带染色机)方案方案可编程控制器可编程控制器-应用设计应用设计4-能源

24、能源(定日镜定日镜)介绍介绍定日镜定日镜: :将太阳光线集中反射到固定方向的光学装置，可作赤将太阳光线集中反射到固定方向的光学装置，可作赤, ,纬方向的移动。纬方向的移动。可编程控制器可编程控制器-应用设计追日系统应用设计追日系统可编程控制器可编程控制器-应用设计应用设计5-新能源新能源(多线切割多线切割)介绍介绍多线锯切方机是多线切割的一种，它通过金属丝的高速往复运动，把硅锭切成方形的四方块，供后续工序应用。是太阳能行业重要的、不可缺少的、理想的工作母机可编程控制器可编程控制器-应用设计应用设计5-新能源新能源(多线切割多线切割)方案方案五、可编程控制器的发展五、可编程控制器的发展v高性能、

25、高速度、大容量发展高性能、高速度、大容量发展为了提高为了提高PLCPLC的处理能力，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

26、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1433614336点的超

27、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CPUCPU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。五、可编程控制器的发展五、可编程控制器的发展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： PLCPLC之间联网通信，各之间联网通

28、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； PLCPLC与计与计算机之间的联网通信。算机之间的联网通信。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。 五、可编程控制器的发展五、可编程控制器的发展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4

29、5%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PLCPLC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。 五、可编程控制器的发展五、可编程控制器的发展v编程语言多样化编程语言多样化在在PLCPLC系统结构不断

30、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。五、可编程控制器的

31、发展五、可编程控制器的发展v按功能分按功能分 低档低档PLCPLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。送和比较、通信等功能。 中档中档PLCPLC 具有低档具有低档PLCPLC功能外，增加模拟量输入功能外，增加模拟量输入/ /输出、算术运输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程算、数据传送和比较、数制转换、远程I/OI/O、子程序、通信联网、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、等功能。有些还增设中断

32、、PIDPID控制等功能。控制等功能。 高档高档PLCPLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档传送等。高档PLCPLC机具有更强的通信联网功能。机具有更强的通信联网功能。 六、可编程控制器的类型六、可编程控制器的类型v按按I/OI/O点数分点数分小型小型PLCPLC 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

33、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）六、可编程控制器的类型六、可编程控制器的类型六、可编程控制器的类型六、可编程控制器的类型按结构形式分类按结构形式分类 整体式整体式PLCPLC：整体式是将：整体式是将PLCPLC的的CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O单元、单元、电

34、源等安装在同一机体内，构成主机，另外还有电源等安装在同一机体内，构成主机，另外还有I/OI/O扩展单元扩展单元配合主机使用，用以扩展配合主机使用，用以扩展I/OI/O点数。整体式点数。整体式PLCPLC的特点是结构的特点是结构紧凑、体积小、成本低、安装方便，但输入输出点数固定，紧凑、体积小、成本低、安装方便，但输入输出点数固定，灵活性较低，小型灵活性较低，小型PLCPLC多采用这种结构。多采用这种结构。 六、可编程控制器的类型六、可编程控制器的类型 组合式（模块式）组合式（模块式）PLCPLC：组合式：组合式PLCPLC是由一些标准模块单是由一些标准模块单元组成，采用总线结构，不同功能的模块（

35、如元组成，采用总线结构，不同功能的模块（如CPUCPU模块、输入模块、输入模块、输出模块、电源模块等）模块、输出模块、电源模块等）通过总线连接起来。通过总线连接起来。 组合式组合式PLCPLC的特点是可以根据功能需要灵活配置，构成具的特点是可以根据功能需要灵活配置，构成具有不同功能和不同控制规模的有不同功能和不同控制规模的PLCPLC，多用于大型和中型，多用于大型和中型PLCPLC。模块式PLC模块式施耐德公司Modican 340模块式结构模块式结构PLCPLC的结构的结构 电源单元DIN导轨CPU单元 3 3）叠装式（紧凑式）叠装式（紧凑式）PLC PLC 还有一些还有一些PLCPLC将整

36、体式和模块式的特点结合起来。将整体式和模块式的特点结合起来。 叠装式叠装式PLCPLC其其CPUCPU、电源、电源、I/OI/O接口等也是各自独立的模块，接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。可编程控制器-背板式结构类型展示M340-2超大内存超大内存!4Mb, 最大最大70 Kinst256 K数据数据8M用于应用程序备份用于应用程序备份包含包含SD存储卡存储卡可使用任何可使用任何IEC语言语言可采用范

37、型编程可采用范型编程增加重要注释增加重要注释数据记录数据记录处方处方维护指南维护指南16 M以上空间用于文件以上空间用于文件!标准文件系统标准文件系统易于通过易于通过FTP传输到传输到PCFTP可编程控制器-背板式结构类型展示M340-3基于基于M340的整体解决方案的整体解决方案CANopenMFBsCANopen, ModbusCANopen, Modbus, EthernetEthernetModbusUSB可编程控制器-一体式结构类型展示M218M218 本体本体TM2 模块转接附件模块转接附件TM2 扩展模扩展模块块M218 扩展模块扩展模块可自由扩展的模块可自由扩展的模块40点本体

38、扩展最多点本体扩展最多7个模块个模块24点本体扩展最多点本体扩展最多4个模个模块块可扩展新软连接模块或可扩展新软连接模块或TM2模块模块可编程控制器-一体式结构类型展示M258-1USB A 用于上传/下载应用程序和固件内置CANopen主站1 RJ45 串口 & 1 RJ45 Ethernet 端口USB B 编程口LED状态指示灯IO包括 10 快速输入& 4 快速输出, 可插拔端子块24VDC电源模块用于给CPU和IO供电TM5扩展模块, 本地或者远程IO+紧凑 IO单片 IO高性能高性能 : : 双核 CPU, 64 Mb RAM , 128 Mb flash 存储2

39、PCI插槽,用于扩展可选的通讯模块(Profibus DP, SL)IOIO总线总线 12Mb/s12Mb/s可编程控制器-一体式结构类型展示M258-2扩展电缆发送器发送器接受器接受器CPDMCPDMPDMPDMPDMPDM1 12 23 34 45 56 6 最大模块数最大模块数: 250块块 最大距离最大距离(两个站点间两个站点间):100米米 最小循环时间最小循环时间:100 s12 Mbits/sn超快运算速度：22ns/布尔指令n超大容量内存：64M RAMn超大存储空间：128M Flash七、七、PLCPLC与其他工业控制系统的比较与其他工业控制系统的比较 PLC与继电器控制系

40、统比较与继电器控制系统比较 继电器控制采用硬接线方式装配而继电器控制采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的功能。成，只能完成既定的功能。PLC控制只要改变程序并改动少量控制只要改变程序并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的的接线端子，就可适应生产工艺的改变。改变。从适应性、可靠性及设计、安装、从适应性、可靠性及设计、安装、维护等各方面进行比较。传统的继维护等各方面进行比较。传统的继电器控制大多数将被电器控制大多数将被PLC所取代。所取代。 与工业计算机比较与工业计算机比较工业控制机控制要求开发人员具有工业控制机控制要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件较高的计算机专业知识和微机软件编

41、程的能力。编程的能力。PLC采用了采用面向控制过程、面采用了采用面向控制过程、面向问题的向问题的“自然语言自然语言”进行编程，进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用使用 ，便于推广应用。，便于推广应用。PLC是专为工业现场应用而设计的，是专为工业现场应用而设计的，具有更高的可靠性。具有更高的可靠性。在模型复杂、计算量大且较难、实在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境中，工业控制时性要求较高的环境中，工业控制机则更能发挥其专长。机则更能发挥其专长。七、七、 可编程控制器与其它工业控制装置的比较可编程控制器与其它工业控制装置的比较1、PLC与继电器控制

42、系统的比较与继电器控制系统的比较 比较方面比较方面继电器控制系统继电器控制系统PLC控制系统控制系统控制逻辑控制逻辑采用硬接线、连线多且复杂、体积采用硬接线、连线多且复杂、体积大、功耗大、不利于修改大、功耗大、不利于修改采用存储逻辑、使用采用存储逻辑、使用“软接线软接线”、连线、连线少、体积小、可扩展性好、功耗小少、体积小、可扩展性好、功耗小工作方式工作方式通电时所有继电器处于受约束状态通电时所有继电器处于受约束状态循环工作，受约束接通的时间短暂循环工作，受约束接通的时间短暂控制速度控制速度依靠机械触点，工作频率低。触点依靠机械触点，工作频率低。触点的通断时间需几十毫秒的通断时间需几十毫秒指令

43、执行，速度达微秒级指令执行，速度达微秒级限时控制限时控制使用时间继电器实现，有空气阻尼使用时间继电器实现，有空气阻尼型、电磁式、半导体式等，精度不型、电磁式、半导体式等，精度不高，且受环境湿度和温度影响高，且受环境湿度和温度影响使用半导体集成电路作定时器，依靠晶使用半导体集成电路作定时器，依靠晶振器产生的时基脉冲进行定时精度高，振器产生的时基脉冲进行定时精度高，不受环境影响不受环境影响计数控制计数控制不具备该功能不具备该功能可以方便实现可以方便实现设计施工设计施工设计、施工、调试要按顺序进行，设计、施工、调试要按顺序进行，周期长、修改困难周期长、修改困难设计、施工、调试可以并行进行，周期设计、

44、施工、调试可以并行进行，周期短、调试修改方便短、调试修改方便可靠性与可可靠性与可维护性维护性连线多、触点易损坏、机械磨损大，连线多、触点易损坏、机械磨损大，寿命短可靠性和可维护性差寿命短可靠性和可维护性差采用微电子技术，大量的开关由无触点采用微电子技术，大量的开关由无触点的半导体电路和中间软元件实现，体积的半导体电路和中间软元件实现，体积小、寿命长、可靠性高。且小、寿命长、可靠性高。且PLC具有自具有自诊断功能，为维护和调试提供方便诊断功能，为维护和调试提供方便价价 格格初期投资较小，但后期扩展维护费初期投资较小，但后期扩展维护费用较高，在大系统中尤其突出用较高，在大系统中尤其突出初期投资较大

45、，但后期扩展维护费用低初期投资较大，但后期扩展维护费用低2 2、PLCPLC与工业控制计算机的比较与工业控制计算机的比较 比较方面比较方面微型计算机系统微型计算机系统PLC控制系统控制系统应用范围应用范围范围广范围广主要应用于工业控制主要应用于工业控制使用环境使用环境环境要求高，需要专门的机房环境要求高，需要专门的机房适应于工业环境适应于工业环境输入输出输入输出需要专门的扩展板卡，不需要需要专门的扩展板卡，不需要电气隔离电气隔离需要电气隔离，输入输出均采需要电气隔离，输入输出均采用用“光光电耦合电耦合”，输出还要，输出还要采用继电器、可控硅、大功率采用继电器、可控硅、大功率晶体管等进行功率放大

46、晶体管等进行功率放大程序设计程序设计专门的计算机语言，要求专门专门的计算机语言，要求专门训练训练语句少、逻辑简单、易学、易语句少、逻辑简单、易学、易掌握的编程语言掌握的编程语言系统功能系统功能有完备的大型系统软件，操作有完备的大型系统软件，操作复杂复杂简单的监控程序、操作简单简单的监控程序、操作简单运算速度和存运算速度和存储容量储容量运算速度快，存储容量大，但运算速度快，存储容量大，但接口响应速度慢接口响应速度慢接口响应速度快，存储容量小接口响应速度快，存储容量小价价 格格价格高价格高低低2 2、PLCPLC与工业控制计算机的比较与工业控制计算机的比较 比较方面比较方面单板机系统单板机系统PL

47、C控制系统控制系统易于使用性易于使用性不易于使用。要求受过专不易于使用。要求受过专门训练的专业人员进行开门训练的专业人员进行开发、调试、维护发、调试、维护本质是一个高度集成的、本质是一个高度集成的、功能完备的专门的工业控功能完备的专门的工业控制用微型计算机系统，为制用微型计算机系统，为易于使用做了大量工作，易于使用做了大量工作，所有易于使用所有易于使用可靠性可靠性相对较低，特别是新开发相对较低，特别是新开发的系统可靠性因没有经过的系统可靠性因没有经过大量、长期的使用而进行大量、长期的使用而进行不断的修改而可能存在可不断的修改而可能存在可靠性隐患靠性隐患经过大量的各行业的使用经过大量的各行业的使

48、用考验，可靠性高考验，可靠性高专用性专用性针对性强，专用性强针对性强，专用性强通用性强，专用性较弱通用性强，专用性较弱3 3、PLCPLC与集散控制与集散控制(DCS)(DCS)系统的比较系统的比较 PLC系统系统DCS系统系统FCS系统系统3.2 PLC的基本原理及组成3.2.2 3.2.2 的工作过程的工作过程3.2.4 PLC3.2.4 PLC的接线图和梯形图的绘制方法的接线图和梯形图的绘制方法3.2.5 3.2.5 串行工作方式对梯形图控制结果的影响串行工作方式对梯形图控制结果的影响在PLC中有大量的、各种各样的继电器，如输入继电器(X)、输出继电器(Y)、辅助继电器(M)、定时器(T

49、)、计数器(C)等。不过这些继电器不是真正的继电器，而是用计算机中的存储器来模拟的，我们把它叫作软继电器。存储器中的某一位就可以表示一个继电器，这种继电器也叫位继电器。存储器中的一位有两种状态：“0”和“1”。我们用0表示继电器失电，用1表示继电器得电。把“0”或 “1”写入存储器中的某一位就表示对应的继电器线圈失电或得电。读出该存储器某位的值为0时，表示对应继电器的常开接点断开；为1时，表示对应继电器的常开接点闭合。而常闭接点的值是对存储器位的取反。读存储器的次数是不受限制的，所以一个位继电器的接点从理论上讲是无穷多的。3.2.1 PLC的等效电路的等效电路 为了区别常规控制电路和PLC控制

50、电路(通常叫梯形图)，PLC一般用专用图形符号来表示，如表3-1所示，其中可编程序控制器的继电器线圈可有多种画法。常开接点常闭接点继电器线圈常规电器可编程序控制器可编程序控制器图形符号可编程序控制器图形符号表3- 1常规电器和可编程序控制器的图形符号对照 输入部分元件热继电器FR、停止按钮SB1、起动按钮SB2；中间逻辑部分元件中间继电器KA、时间继电器KT；输出执行部分元件接触器KM1、KM2。电动机降压电动机降压起动控制动控制图3- 3 图2-16自耦变压器降压起动控制电路UVWML1 L2 L3KM1KM2QSFUFRKM2TSB1SB2KM1KAKTKM1 KM2KTFRKM1 KAK

51、A用用PLC控制电动机降压控制电动机降压起动控制动控制X0X1X2Y0Y1Y0Y0T0K50T0M0M0M0X0X1X2FRSB1SB2 24V COM 梯形图X0X1X2Y0Y1COM1220VKM1KM2+-输入量输出量逻辑部分电路可编程控制器输入部分电路输出部分电路Y0Y1图3- 4 PLC等效控制电路PLC的工作过程示意图的工作过程示意图输 入 处 理程 序 处 理输 出 处 理输输入入端端子子输输入入映映像像寄寄存存器器执执行行用用户户程程序序输输出出端端子子输输出出映映像像寄寄存存器器输输入入信信号号输输出出信信号号内内部部存存储储器器刷刷新新输输入入端端子子输输入入映映像像寄寄存

52、存器器执执行行用用户户程程序序输输出出端端子子输输出出映映像像寄寄存存器器输输入入信信号号输输出出信信号号内内部部存存储储器器刷刷新新输 入 处 理程 序 处 理输 出 处 理输输入入端端子子输输入入映映像像寄寄存存器器执执行行用用户户程程序序输输出出端端子子输输出出映映像像寄寄存存器器输输入入信信号号输输出出信信号号内内部部存存储储器器刷刷新新输输入入端端子子输输入入映映像像寄寄存存器器执执行行用用户户程程序序输输出出端端子子输输出出映映像像寄寄存存器器输输入入信信号号输输出出信信号号内内部部存存储储器器刷刷新新3.2.2 LC的工作过程图3- 5 PLC等效电路工作过程示意图X0X1X2Y

53、0Y1Y0Y0T0K50T0M0M0M0X0X1X2X3X4X27X25X26FRSB1SB224VCOM 输入映像寄存器输出锁存器元件映像寄存器输出继电器辅助继电器状态继电器定时器计数器Y0Y1Y2Y3Y267 M8255 S999 T255 C256M0M1M2M3S0S1S2S3T0T1T2T3C0C1C2C3Y0Y1Y2Y3Y0Y1Y2Y3Y27输出（驱动）继电器输出继电器接点Y27123456789101112COM1220VKM1KM2梯形图可编程控制器内部等效电路输入端接线输出端接线X0X1X2X3X4X27X25X26输入采样程序处理结果输出Y4COM2 END一个扫描周期梯形

54、图的过程可分为以下三个阶段：输入采样阶段 程序处理阶段输出刷新结果输出阶段PLC完成上述3个阶段称为一个扫描周期。PLC反复不断地执行上述过程。扫描周期的长短和PLC的运算速度和工作方式有关，但主要和梯形图的长度及指令的种类有关，一个扫描周期的时间大约在几毫秒到几百毫秒之间。 PLC执行梯形图 (读程序) 是一步一步进行的，所以它的逻辑结果也是由前到后逐步产生的，为串行工作方式。常规电器的控制电路中所有的控制电器都是同时工作的，在通电和得电顺序上不存在先后的问题，为并行工作方式。 PLCPLC的工作过程分自诊断、与编程器或计算机等通信、输入采的工作过程分自诊断、与编程器或计算机等通信、输入采样

55、、程序执行和输出刷新五个阶段。样、程序执行和输出刷新五个阶段。 PLC PLC执行用户程序的特点执行用户程序的特点 按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序 执行程序时所需数据取自于：执行程序时所需数据取自于：输入映像寄存器输入映像寄存器元件映像寄存器元件映像寄存器 输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变 每个扫描周期每个扫描周期I/OI/O刷新阶段刷新阶段集中集

56、中读入读入/ /读出数据读出数据PLC扫描工作方式的特点 集中采样：集中采样： 在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理阶在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。当段进行。当PLC进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。集中输出：集中输出： 在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从效。在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输

57、出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。PLC扫描工作方式的特点(集中采集中采样、集中输出的优点样、集中输出的优点) PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。 PLC扫描工作方式的特点(集中采集中采样、集中输出的缺点样、集中输出的缺点) PLCPLC输入输出响应滞后输入输出响应滞后：当：当PLCPLC输入端输入信号发生变输入端输入信号发生变化到化到PLCPLC输出端对该输入变化作出反应，需

58、要一段时间。对输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。 这种响应滞后不仅是由于这种响应滞后不仅是由于PLCPLC扫描工作方式扫描工作方式造成，更主要是造成，更主要是PLCPLC输入接口滤波环节带来的输入延迟和输输入接口滤波环节带来的输入延迟和输出接口中驱动器件动作时间带来输出延迟出接口中驱动器件动作时间带来输出延迟，还与程序设计，还与程序设计有关。有关。 对于小型对于小型PLC:PLC: I/O点数较少、用户程序较短点数较少、用户程序较短 一般采用一般采用的工作方式的工作方式 而对于大中型而对于大中型PLC:PLC

59、: I/O点数较多，控制功能点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，采用强，用户程序较长，为提高系统响应速度，采用或以及采用智能以及采用智能I/O接口等多种方式接口等多种方式 PLC扫描工作方式的特点3.2.3 PLC的接线图和梯形图的绘制方法梯形图采用水平布置画法，梯形图最左边的竖线叫作左母线，右边的竖线叫作右母线，右母线可以省略不画，左右母线相当于电源线。画梯形图时应注意 ：1 梯形图中的连接线(相当于导线)不能相互交叉，并且只能 水平或垂直绘制；2 梯形图中的接点一般只能水平绘制，不能垂直绘制；3 各种继电器线圈只能与右母线连接，不能与左母线连接；4 接点不能与右母线连接

60、；5 接点中的“电流”只的从左向右单方向流动，不能出现反向流动的现象。图3- 6 PLC的接线图和梯形图X0X1X2Y0Y1Y0Y0T0K50T0M0M0M0Y2Y3Y4Y0Y1Y0Y1FRSB1SB2COM X0X1X2COM1220VKM1KM2Y0Y1Y2Y3Y4COM2KM1KM2HL1HL2HL36V(b)PLC接线图(c)PLC控制梯形图UVWML1L2L3KM1KM2QSFUFRKM2T(a)主电路图图2-16自耦变压器降压起动控制电路采用PLC控制的接线图和梯形图 动画演示PLC 控制电动机启动停止PLC 控制电动机正反转动画演示动画演示PLC 控制三台电动机顺序启动停止3.2.4 串行工作方