PLC课件(第2章)

1、PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章第第2章章PLC软硬件组成及工作原理软硬件组成及工作原理2.1 概述概述2.2 PLC的硬件组成的硬件组成2.3 PLC的软件系统的软件系统2.4 PLC的工作原理的工作原理2.5 PLC的主要指标的主要指标2.6 PLC的分类的分类PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.1 概述 PLCPLC在早期是一种开关逻辑控制装置，被在早期是一种开关逻辑控制装置，被称为可编程序逻辑控制器称为可编程序逻辑控制器(Programmable (Programmable Logic Controller)Logic Controller)，简称，简称PLCPLC

2、。 随着计算机技术和通信技术的发展，随着计算机技术和通信技术的发展，PLCPLC采用微处理器作为其控制核心，它的功能已采用微处理器作为其控制核心，它的功能已不再局限于逻辑控制的范畴。因此，不再局限于逻辑控制的范畴。因此，19801980年年美国电气制造协会美国电气制造协会(NEMA)(NEMA)将其命名为将其命名为Programmable Controller(PC)Programmable Controller(PC)，但为避免与，但为避免与个人计算机个人计算机(Personal Computer)(Personal Computer)的简称的简称PCPC混混淆，习惯上仍将其称为淆，习惯上仍

3、将其称为PLCPLC。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.1.1 PLC2.1.1 PLC的定义的定义 国际电工委员会（ IEC）于 1982年11月1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义：“可可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，编程序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、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、计数和算术运算等操作的命顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制令，并通过数字式模拟

4、式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLCPLC的定义的定义 PLC是一种数字运算操作是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的电子系统，专为工业环境下应用而设计的工业控制装置。应用而设计的工业控制装置。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.1.2 PLC2.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展 PLC的产生和发展与继电接

5、触器控制系统有很大的关系。在PLC出现之前，生产线控制多采用继电接触器控制系统。20世纪60年代，美国的汽车生产技术相对成熟，汽车制造业竞争激烈，导致汽车产品不断更新，生产线也随之频繁改变。而当时的自动控制装置是继电接触器控制系统，要改变工艺十分困难，这不仅阻碍了产品更新换代周期，而且可靠性不高。 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章19681968年美国通用汽车公司提出的年美国通用汽车公司提出的替代继电器替代继电器控控制系统的新型控制器的制系统的新型控制器的十项指标（十项指标（GMGM十条）十条）： 1） 编程简单、现场可编程简单、现场可 修改

6、程序；修改程序； 2）维护方便、采用插）维护方便、采用插 件式结构；件式结构； 3）可靠性高于继电器）可靠性高于继电器 控制系统；控制系统； 4）体积小于继电器控）体积小于继电器控 制系统；制系统； 5）数据可以直接送入）数据可以直接送入 计算机；计算机；6）成本可与继电器系）成本可与继电器系统竞争；统竞争；7）输入可为市电；）输入可为市电；8）输出可为市电，能）输出可为市电，能直接驱动电磁阀、交直接驱动电磁阀、交流接触器等；流接触器等；9）通用性强、易于扩）通用性强、易于扩展；展；10）用户存储器大于）用户存储器大于4K。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLCPLC的产生与发展的产

7、生与发展 1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。 1971年，日本引进了这项技术并开始生产PLC。 19731974年德国和法国也研制出自己的PLC。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLC的产生与发展的产生与发展 PLC的发展经历了五个重要时期 ：（1）从产生到）从产生到20世纪世纪70年代初期。年代初期。CPU由中小规模数字集成电路组成，存储器为磁芯存储器，控制功能比较简单。 （2）20世纪世纪70年代末期。年代末期。采用CPU微处理器，存储器采用半导体存储器，体积减小，数据处理能力有很大提高。（

8、3）20世纪世纪70年代末到年代末到80年代中期。年代中期。PLC开始采用8位和16位微处理器，使数据处理能力和速度大大提高。（4）20世纪世纪80年代中期到年代中期到90年代中期。年代中期。超大规模集成电路促使PLC完全计算机化，CPU已经开始采用32位微处理器。（5）20世纪世纪90年代中期至今。年代中期至今。PLC使用16位和32位微处理器，出现了智能化模块，可以实现对各种复杂系统的控制。 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLCPLC的产生与发展的产生与发展 PLC经过30多年的发展，现已形成了完整的产品系列，其功能与昔日的初级产品不可同日而语，强大的软、硬件功能已接近或达到计

9、算机功能。 PLC自问世以来，经过几十年的发展，PLC的功能越来越强大，应用范围也越来越广泛，其足迹已遍及国民经济的各个领域，但PLC的主要应用领域是自动化。不同的企业对自动化程度的要求都不相同。不仅需要发展适合于大、中型企业的高水准的PLC网络系统，而且也要发展适合小型企业性能价格比高的小型PLC控制系统。所以 PLC控制系统将朝着两个方向发展：一是向小型化、微型化方向发展。作为控制系统的关键设备，PLC将朝着体积更小、速度更快、功能更强、价格更低的方向发展。二是向大型化、网络化、多功能方向发展。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.1.3 2.1.3 PLCPLC与其他工业控制系统

10、的比较与其他工业控制系统的比较 随着电子行业的飞速发展，PLC已经可以在各个领域适应不同的客户要求。用PLC构成的工业控制系统可以实现其他工业控制系统的功能。 这里主要从系统结构、功能特性等方面，将PLC控制系统与继电接触器控制系统、计算机控制系统（CCS）进行比较。 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLCPLC与继电接触器控制系统的比较与继电接触器控制系统的比较 1灵活性和扩展性 极佳2可靠性高和可维护性好3控制速度快和稳定性高4延时的可调性好与精度高5设计与施工周期短，调试修改方便6性能价格比高 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLCPLC与计算机控制系统的比较与计算机

11、控制系统的比较 1、PLC系统采用功能模块的结构形式，系统的组合性好。2、PLC系统采用扫描方式工作，有利于顺序逻辑控制的实施 。3、PLC系统是分散的自治系统，把危险和功能分散，实现分散综合的控制结构。4、 PLC适应恶劣工业应用环境，工业用微机的耐环境水平无论是在硬件还是在软件上都无法和PLC相比。5、PLC程序设计简单，易学易懂易维护，更适合工程技术人员 。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.1.4 PLC 的特点及应用领域的特点及应用领域1可靠性高、抗干扰能力强2功能强、应用面广 3使用方便、适应性强 4编程方便易学 5系统设计、安装、调试工作量少 6维修方便 7体积小、重量

12、轻、能耗低 PLC 的特点的特点PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLC的应用领域的应用领域 应用的领域已覆盖了所有工业企业。其应用范围大致可归纳为以下几种： 1.开关量逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域 2运动控制 PLC可用于直线运动或圆周运动的控制 3闭环过程控制 PLC通过模拟量模块实现模拟量与数字量的A/D、D/A转换，能够实现对模拟量的控制 4数据处理 现代的PLC具有数学运算（包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算），数据传递、排序和查表、位操作等功能；可以完成数据的采集、分析和处理，可以与存储器中存储的参考数据相比较，也可以传送给其它智能装置或传送给打印机打印制表

13、5联网通信 PLC的通讯包括PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间和其它的智能设备之间的通讯 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLC的基本组成的基本组成PLC主要由CPU模块、输入/输出模块、电源模块和外部设备组成 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章整体式整体式组合式组合式 PLC的基本分类的基本分类小型机常采用整体式小型机常采用整体式中、大型机常采用组合式中、大型机常采用组合式2.2 PLC的硬件组成的硬件组成PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章输出设备输出设备输入设备输入设备 I/OI/O扩展扩展 单元单元 特殊功特殊功 能单元能单元主机主机输出单元输出单元输入

14、单元输入单元 电电 源源外设接口外设接口I/O/O扩扩展展口口存存 储储 器器 系统程序系统程序 存储器存储器 C P U 用户程序用户程序 存储器存储器盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROMEPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PLCPLC编程器编程器可编程终端可编程终端PTPT 整体式整体式 PLC的基本组成框图的基本组成框图PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 组合式组合式 PLC的基本组成框图的基本组成框图 系系 统统 总总 线线通信单元通信单元 控控 制制 系系 统统 现现 场场 过过 程程CPU单元单元输出单元输出单元 编程器编程器PLC或或上位计算机上位计算机智

15、能智能I/O单元单元输入单元输入单元PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；输入并存储用户程序、显示输入内容和地址； CPU指挥指挥PLC完成各种预定的功能完成各种预定的功能 检查、校验用户程序，发现错误即报警；检查、校验用户程序，发现错误即报警； 执行用户程序、驱动外部输出设备动作；执行用户程序、驱动外部输出设备动作； 诊断故障、记忆故障信息并报警。诊断故障、记忆故障信息并报警。2.2.1 2.2.1 CPU单元单元PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 1.中央处理单元（中央处理单元（CPU）：）：(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指

16、令从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令(2)将各种输入信号取入将各种输入信号取入(3) 把运算结果送到输出端把运算结果送到输出端(4) 响应各种外部设备的请求响应各种外部设备的请求 PLC中所采用的CPU通常有三种 ：（1）通用处理器：8086、80286、80386（2）单片机芯片：8031、8096（3）位片式微处理器：AMD-2900小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU大型PLC多采用高速位片式微处理器PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章系统程序存储器系统程序存储器 存储系统系统程序存储系统系统程序用户程序存储器用户程序

17、存储器 存储系统用户程序存储系统用户程序工作数据存储器工作数据存储器 存储工作数据存储工作数据 2. 存储器存储器PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。 存储器存储器PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 PLC与外部设备联系的桥梁与外部设备联系的桥梁 开关量输入单元开关量输入单元 开关量输出单元开关量输出单元 直流输入单元直流输入单元 交流输入单元交流输入单元晶体管输出单元晶体管输出单元晶闸管输出单元晶闸管输

18、出单元继电器输出单元继电器输出单元 2.2.22.2.2. I/OI/O单元单元PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 输入、输出接口：输入、输出接口：采用光电隔离，实现了采用光电隔离，实现了PLC的内部电的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输出接口作用：输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式：输出三种形式

19、：继电器继电器 - 低速大功率低速大功率 可控硅可控硅 - 高速大功率高速大功率 晶体管晶体管 - 高速小功率高速小功率输入接口作用：输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。转换成数字信号送入主机。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章（1）输入接口电路：）输入接口电路：采用采用光电耦合器，防止强电干扰。光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管光电三极管发光二极管发光二极管直流电源直流电源输入端子输入端子+PLCIn+24V发光二极管发光二极管PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 直流输入电路直流输入电路CO

20、M+5VLEDSR3R1AR2CT 内内 部部 电电 路路滤波滤波 光电耦合光电耦合 外部开关外部开关 输入点的输入点的状态显示状态显示 输入点输入点 公共端公共端 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 交流输入电路交流输入电路LED+5VAR2COMSCR1 内内 部部 电电 路路R3滤波滤波 光电耦合光电耦合 输入点的输入点的状态显示状态显示 外部开关外部开关 输入点输入点 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章继电器输出继电器输出（2）输出接口电路：）输出接口电路：以以继电器形式为例继电器形式为例：PLC内内部部电电路路内内部部电电路路K+交流电源或交流电源或直流电源直流电源Q

21、COM-PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 晶体管输出电路晶体管输出电路COMT2LEDDFU+5V内内 部部 电电 路路T1R1R2R3负载负载光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 晶闸管输出电路晶闸管输出电路COMLEDR2 C TFU内内 部部 电电 路路R1负载负载光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 继电器输出电路继电器输出电路COMLED K R内内 部部 电电 路路负载负载输出点的输出点的状态显示状态显

22、示 继电器继电器 机械机械触点触点 公共端公共端 输出点输出点 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 PLC由开关式稳压电源为内部电路供电由开关式稳压电源为内部电路供电抗干扰性能好抗干扰性能好 有的有的PLC能向外部提供能向外部提供24V的直流的直流电源电源 可作为输入单元连接的外部设备的电源可作为输入单元连接的外部设备的电源 开关电源开关电源输入电压范围宽输入电压范围宽体积小体积小重量轻重量轻效率高效率高 2.2.32.2.3 电源单元电源单元PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章电源单元 把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。 有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，

23、可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 各种接口、高功能模块：各种接口、高功能模块：便于扩展便于扩展 小型机：小型机：一体机。有接口可扩展。一体机。有接口可扩展。 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章Power 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。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLC的外部设备主要有：的外部设备主要有：编程设备编程设备触摸屏触摸屏操作面板操作面板文本显示器文本显示器打印机打印机 等等

24、2.2.4 外部设备外部设备PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章编程设备可以是专用编程设备可以是专用的手持式的编程器；也可的手持式的编程器；也可以是安装了专门的编程通以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机。讯软件的个人计算机。 编程设备编程设备用户可以通过键盘输用户可以通过键盘输入和调试程序；另外在运入和调试程序；另外在运行时，还可以对整个控制行时，还可以对整个控制过程进行监控。过程进行监控。PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTC

25、 EVTMT SVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR手持式的编程器手持式的编程器PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 编程器是对编程器是对PLC进行操作的工具进行操作的工具 专专 用用 编编 程程 器器 在装有专用编程软件的计算机上编程在装有专用编程软件的计算机上编程 简易编程器简易编程器 直插式、便携式直插式、便携式 计算机辅助编程计算机辅助编程 图形编程器图形编程器 编程工具编程工具PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 2.2.52.2.5 PLC的配置的配置PLC的基本配置的基本配置1 1整体式结构整体式结构 2 2模块式结构模

26、块式结构 3 3混合式结构混合式结构 PLC的扩展配置的扩展配置1 1近程扩展配置近程扩展配置 2 2远程扩展配置远程扩展配置 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.3 PLC.3 PLC的软件系统的软件系统2.3.1 系统程序系统程序 系统程序系统程序是由PLC的制造者采用汇编语言编写的，固化于ROM型系统程序存储器中，用于控制PLC本身的运行，用户不能更改。系统程序分为：系统程序分为：1.1.系统管理程序系统管理程序2.2.用户指令解释程序用户指令解释程序3.3.标准程序模块和系统调用程序标准程序模块和系统调用程序 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLC的软件系统的软件系

27、统2.3.2 用户程序用户程序 用户程序用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一控制任务而利用PLC的编程语言编制的程序。用户程序是线性地存储在系统程序制定的存储区内。1用户环境 用户环境是由系统程序生成的，它包括用户数据结构、用户元件区、用户程序存储区、用户参数、文件存储区等。2用户程序结构 用户程序结构大致可以分为三种：（1）线性程序（2）分块程序（3）结构化程序3用户程序语言 PLC的编程语言有多种，其中梯形图、语句表、功能块图是三种基本语言。 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.4 PLC的工作原理PLCPLC的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程 接线程序控制与存储程序控制接

28、线程序控制与存储程序控制 输入输入/ /输出滞后响应输出滞后响应 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.4.1 接线程序控制与存储程序控制接线程序控制与存储程序控制 继电接触器控制系统，又称为继电接触器控制系统，又称为接线程序控制接线程序控制系统，是通过电系统，是通过电器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务的。器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务的。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章接线程序控制与存储程序控制接线程序控制与存储程序控制 在在PLC控制系统中，用户根据控制要求编制出相应控制系统中，用户根据控制要求编制出相应的控制程序，并写入的控制程序，并写入PL

29、C的程序存储器中。系统运行的程序存储器中。系统运行时，时，PLC将程序执行结果输出给相应的输出设备，控将程序执行结果输出给相应的输出设备，控制被控对象工作。制被控对象工作。 这种控制称为这种控制称为存储程序控制存储程序控制。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.4.2 PLC 的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程 扫描工作分为扫描工作分为 5 个阶段个阶段 公公 共共 处处 理理 阶阶 段段 程程 序序 执执 行行 阶阶 段段 扫描周期计算阶段扫描周期计算阶段 I/O 刷刷 新新 阶阶 段段 外设端口处理外设端口处理 阶段阶段PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 PLC的循环扫描

30、工作过程的循环扫描工作过程 扫描工作一般分为：读输入、执行程序、处理通扫描工作一般分为：读输入、执行程序、处理通信请求、自诊断检查和写输出等过程，信请求、自诊断检查和写输出等过程，CPU反复不停反复不停地分阶段处理上述各种不同的任务，这种周而复始的地分阶段处理上述各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为循环扫描。循环工作方式称为循环扫描。 执行用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用执行用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期也在扫描，只不过在一个周期中去除了执行用户程序和读输入、写输出的内容。中去除了执行用户程序和读输入、写输

31、出的内容。 PLC最主要的工作方式是循环扫描（周期扫描）最主要的工作方式是循环扫描（周期扫描） PLC在运行工作状态，执行如上所述的一次扫描在运行工作状态，执行如上所述的一次扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1100ms。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和CPU的运算速度有很大的关系。用户程序较长时，指的运算速度有很大的关系。用户程序较长时，指令执行的时间在扫描周期中占相当大的比例。令执行的时间在扫描周期中占相当大的比例。 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章设置各异常继电器异常：(ERR/ALM)

32、LED灯亮警告： (ERR/ALM)LED 闪烁异常或警告？ 无有异常检查结果正常？扫描周期监视 时间预置执行用户程序 程序结束？(END命令？)NoYes扫描周期固定值设定检查 有固定值设置？等待设定扫描周期到 计算扫描周期 I/O 刷 新正常异常警告 接通电源初始化I/O外设端口 服务初始化I/O、内部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零定时器预置识别扩展单元公 共 处 理执行用户 程序扫 描 周 期 计 算 处 理刷新硬件、用户程序内存检 查 外设端口服务 接通电源接通电源 初始化初始化 硬件检查硬件检查 正常？正常？异常报警异常报警异常处理异常处理扫描周期监视扫描周期监视执行用户程序

33、执行用户程序 程序结束？程序结束？扫描周期检查扫描周期检查有固定设置？有固定设置？ 等待等待扫描周期计算扫描周期计算 I/O刷新刷新外设端口服务外设端口服务 异常异常 公共处理公共处理 执行用执行用户程序户程序扫描周期计算扫描周期计算 刷刷 新新端端口口服服务务PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章000020100000001 0000201000 (1) PLC扫描工作各环节的功能扫描工作各环节的功能 PLC上电后，首先检查硬件是否正常。上电后，首先检查硬件是否正常。 按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。对输入的数据进行处理，对输入的数据进行

34、处理， 将结果存入元件映象寄存器。将结果存入元件映象寄存器。 计算扫描周期。计算扫描周期。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。母线母线 I/O刷新阶段。刷新阶段。 外设端口服务。外设端口服务。读输入点的状态并写入输入映像寄存器。读输入点的状态并写入输入映像寄存器。将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。访问外设端口连接的外部设备。访问外设端口连接的外部设备。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章读读读读读读写写写写 执行用户程序执行用户程序 I/O刷新刷新 I

35、/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 (2) PLC执行用户程序的过程执行用户程序的过程010010100000000 00001 01000输输入入端端子子输输入入电电路路用户输入设备用户输入设备输入映像寄存器输入映像寄存器输输出出电电路路输输出出端端子子元件映像寄存器元件映像寄存器输出锁存器输出锁存器 用户输出设备用户输出设备PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章(3) PLC控制的原理控制的原理 等效电路图等效电路图SB1SB2ST公共端公共端公共端公共端输入部分输入部分输出端子输出端子输入端子输入端子用户程序用户程序输出部分输出部分主电路主电路KMFUFR M 3 QKM0

36、1000PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM0000100002PLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMPLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章KM线圈通电线圈通电SB1闭合闭合00000 闭合闭合接点闭合接点闭合KMFUKH M 3 QKM通电通电KM通电通电触点闭合触点闭合电动机转电动机转触点闭合触点闭合PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00

37、000000010000201000COMCOMPLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章KM线圈断电线圈断电00001 断开断开接点断开接点断开KMFUKH M 3 QKM通电通电KM断电断电触点断开触点断开电动停转电动停转触点断开触点断开PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2闭合闭合PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 (4) 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

38、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/O刷新阶段集中读入刷新阶段集中读入/读出数据读出数据PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章用户程序的循环扫描过程 1） 输入采样 PLC在系统程序控制下，以扫描

39、方式顺序读输入端口的状态（如开关的接通或断开），并写入输入状态寄存器，此时输入状态寄存器被刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变。输入状态的改变只能在下一个扫描周期输入采样到来时，才能重新读入。2） 程序执行 PLC按照梯形图先左后右、先上后下的顺序，扫描执行每一条用户程序。执行程序时所用的输入变量和输出变量，是在相应的输入状态寄存器和输出状态寄存器中取用，运算的结果写入输出状态寄存器。3）输出刷新 将输出状态寄存器的内容传送给输出端口，驱动输出设备，这才是PLC的实际输出。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章2.4.3 输入、输

40、出延迟响应 由于由于PLC采用循环扫描的工作方式，而且采用循环扫描的工作方式，而且对输入对输入/输出信号只在每个扫描周期的固定时间输出信号只在每个扫描周期的固定时间集中输入集中输入/输出，所以必然会产生输出信号相对输出，所以必然会产生输出信号相对输入信号的滞后现象。输入信号的滞后现象。 输入输入/输出滞后响应又称系统响应时间，是输出滞后响应又称系统响应时间，是指指PLC的外部输入信号发生变化到它控制的有的外部输入信号发生变化到它控制的有关外部输出信号发生变化的时间间隔。关外部输出信号发生变化的时间间隔。 它由它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方

41、式产生的滞后时间时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分三部分组成。组成。 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 产生产生I/O滞后现象的原因滞后现象的原因 PLC的的I/O滞后现象滞后现象（1） 由于由于PLC采用循环扫描的工作方式。采用循环扫描的工作方式。 PLC只在每个扫描周期的只在每个扫描周期的I/O刷新阶段集中输入刷新阶段集中输入/输输出，导致输出信号相对输入信号滞后。出，导致输出信号相对输入信号滞后。（2 2） 输入滤波器对信号的延迟作用。输入滤波器对信号的延迟作用。滤波器时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。滤波器时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。有的有的PLCPL

42、C其输入电路滤波器的时间常数可以调整。其输入电路滤波器的时间常数可以调整。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章输出输出ON延时。延时。 （3） 输出继电器的动作延迟（继电器输出型输出继电器的动作延迟（继电器输出型PLC）。）。从输出锁存器从输出锁存器ON、到输出触点、到输出触点ON经历一定时间经历一定时间 （4） 用户程序的长短及语句编排。用户程序的长短及语句编排。要求有较快响应的场合要求有较快响应的场合最好不要使用最好不要使用继电器输出型继电器输出型PLC。 I/O滞后现象，对慢速控制系统影响不大。滞后现象，对慢速控制系统影响不大。要求快速响应的场合，需要解决要求快速响应的场合，需要解

43、决I/O速度问题。速度问题。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章输入、输出延迟响应 输入电路滤波时间，它由输入电路滤波时间，它由RC滤波电路的时间常数决定。滤波电路的时间常数决定。改变时间常数可调整输入延迟时间。改变时间常数可调整输入延迟时间。 PLC循环扫描的工作方式循环扫描的工作方式 用户程序中语句的安排用户程序中语句的安排 PLC对输入采样、输出刷新的集中处理方式对输入采样、输出刷新的集中处理方式 输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。继电器输出方式的滞后时间为继电器输出方式的滞后时间为10ms左右；双向晶闸管输出左右；双向

44、晶闸管输出方式，在接通负载时滞后时间约为方式，在接通负载时滞后时间约为1ms，切断负载时滞后，切断负载时滞后时间小于时间小于10ms；晶体管输出方式的滞后时间小于；晶体管输出方式的滞后时间小于1ms。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章CPU读输入读输入输入输出延迟时间最短响应时间输入输入/输出输出刷新时间刷新时间最短响应时间=输入延迟时间+一个扫描周期+输出延迟时间PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章CPU读输入读输入输入输入/输出输出刷新时间刷新时间最长响应时间=输入延迟时间+两个扫描时间+输出延迟时间输入输出延迟时间最短响应时间PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 I/

45、O响应时间的估算响应时间的估算 以以20点的继电器输出型点的继电器输出型CPM1A为例。为例。 设输入设输入ON延时为延时为8毫秒毫秒 公共处理和公共处理和I/O刷新时间为刷新时间为2毫秒毫秒 执行用户程序时间为执行用户程序时间为14毫秒毫秒 输出输出ON延时为延时为15毫秒毫秒输入状态经过一个扫描周期后在输出得到响应输入状态经过一个扫描周期后在输出得到响应 最小最小I/O响应时间响应时间输入状态经过两个扫描周期后在输出得到响应输入状态经过两个扫描周期后在输出得到响应 最大最大I/O响应时间响应时间PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 最小最小I/O响应时间的计算响应时间的计算最小最小I/O响应时间响应时间 = 输入输入ON延时延时 + （公共处理公共处理 + I/O刷新时间刷新时间） + 执行程序时间执行程序时间 + 输出输出ON延时延时 = 8 + 2 + 14 + 15 = 39 ms输入输入触点触点输入输入滤波滤波输出输出锁存锁存输出输出触点触点刷新刷新执行程序执行程序其他其他 刷新刷新执行程序执行程序其他其他 扫描周期扫描周期(Ts) 扫描周期扫描周期(Ts)输入输入ON延时延时输出输出ON延时延时I/O响应时间响应