PLC概述组成基本工作原理

1、主讲：陈昌松 电话QQ：5830141271 可编程控制器（可编程控制器（Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller简简称称PLCPLC），是在继电器控制和计算机技术的基础上，），是在继电器控制和计算机技术的基础上，逐渐发展起采的以微处理器为核心，集微电子技术，逐渐发展起采的以微处理器为核心，集微电子技术，自动化技术，计算机技术，通信技术为一体，以工自动化技术，计算机技术，通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型高可靠性工业自动化控业自动化控制为目标的新型高可靠性工业自动化控制装置制装置 。

2、其控制能力强、可靠性高、配置灵活、。其控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展、通用性强。编程简单、使用方便、易于扩展、通用性强。PLCPLC以其优异的性能，低廉的价格和高可靠性等优点，以其优异的性能，低廉的价格和高可靠性等优点，在机械制造、冶金、矿山、化工、煤炭、汽车、纺在机械制造、冶金、矿山、化工、煤炭、汽车、纺织、食品等诸多行业的自动控制系统中得到广泛应织、食品等诸多行业的自动控制系统中得到广泛应用。正在迅速改变工业自动控制的面貌和进程。与用。正在迅速改变工业自动控制的面貌和进程。与机器人技术、机器人技术、CAD/CAMCAD/CAM技术并称为现代工业生产自技术并称为

3、现代工业生产自动化的三大支柱。动化的三大支柱。2 本章主要介绍可编程控制器的定义、可编程本章主要介绍可编程控制器的定义、可编程控制器产生的背景、可编程控制器的特点、控制器产生的背景、可编程控制器的特点、可编程控制器的应用领域、主要类型、发展可编程控制器的应用领域、主要类型、发展趋势及概况，介绍了趋势及概况，介绍了PLCPLC的基本原理、的基本原理、FXFX系列系列PLCPLC型号命名、型号命名、PLCPLC的组成。的组成。FXFX系列系列PLCPLC内部内部各类软元件资源，如输入继电器、输出继电各类软元件资源，如输入继电器、输出继电器、定时器、计数器、辅助继电器等。器、定时器、计数器、辅助继电

4、器等。3v什么是什么是PLCPLC？1.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，简称称PLC

5、PLC。 41.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，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专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储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的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编。可编程控制器

6、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”。 52.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62.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

7、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。 7v19681968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115V11

8、5V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。2.可编程控制器的产生8v 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。93. 可编程控制器的特点无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强具有较强的抗干扰能力，能在恶劣的环境中可靠地工作，平均无故障时间高，故障恢复时间短。（）所有的接口电路均采用光电隔离，使工

9、业现场的外电路与内部电路之间电气上隔离。（）各输入端均采用滤波器，其滤波时间常数一般为。（）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（）采用性能优良的开关电源。（）对采用的器件进行严格的筛选。（）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，立即采用有效措施，以防止故障扩大。（）简化编程语言，对信息进行保护和恢复，设置警戒时钟。对程序和动态数据进行电池后备10丰富的接口模块，硬件配套齐全，适应性强丰富的接口模块，硬件配套齐全，适应性强 具有针对不同的工业现场信号，如交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的模块与工业现场的器件或设备，如按钮、行程开关、接近

10、开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通信联网的接口模块等等。11采用模块化结构硬件配套齐全使用方便适应性强采用模块化结构硬件配套齐全使用方便适应性强为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型以外，绝大多数均采用标准化、系列化、模块化结构。的各个部件，包括、电源、等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合且扩充方便、组合灵活，用户可根据需要灵活方便的象搭积木一样进行系统配置。就象组装一台电脑一样简单。12编程方法简单易学编程方法简单易学，的编程大多采用

11、类似于继电器控制线路形式的梯形图编程，形象直观，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。一般只需要五六天的训练课程即能学会编程和使用。现在许多还提供功能很强的其他编程手段，以满足各种不同的需要。另外，当生产流程改变时，可以现场改变程序，使用非常方便、灵活。135、系统的设计、安装调试工作量少，调试简单、系统的设计、安装调试工作量少，调试简单 PLC的接线极其方便，只需将产生输入信号的设备（如按钮、开关等）与PLC的输入端子连接，将接收输出信号的被控设备（如接触器、电磁阀等）与PLC的输出端子连接，仅用螺丝刀即可完成全部接线工作。PLC的用户程序可在实

12、验室模拟调试，输入信号用开关来模拟，输出信号可以观察PLC的发光二极管。调试后再将PLC在现场安装通调。调试工作量要比继电器控制系统少得多。PLC的故障率很低，并且有完善的自诊断功能和运行故障指示装置。一旦发生故障，可以通过PLC机上各种发光二极管的亮灭状态迅速查明原因，排除故障146维护方便，维修工作量小维护方便，维修工作量小故障率低，有完善的自诊断能力。不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与相应的端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，可以迅速的查明故障，因此一旦某模块发生故障，用户

13、可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。157体积小、重量轻、速度快，能耗低体积小、重量轻、速度快，能耗低由于是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧密、坚固、小巧、抗干扰能力强，易于装入机械设备内部，因而成为“机电一体化”较理想的控制设备，广泛用于数控、机器人、过程流程控制等领域。是“机电一体化”特有的产品。而且采用软件控制，其控制速度取决于内部运行速度和扫描周期（一般小于），比继电器的动作快得多。163. 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

14、，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，重量轻、速度快、能耗低体积小，重量轻、速度快、能耗低. . 17诞生于20世纪60年代末:MODICON084是世界上第一种投入生产的PLC。崛起于20世纪70年代：首先在汽车流水线上大量应用。成熟于20世纪80年代：全面采用微电子处理器技术，得到大量推广应用，年销售始终以高于20%的增长率上升，奠定了其在工业控制中不可动摇的地位。突破于20世纪90年代：从传统的单机向多

15、CPU和分布式及远程控制系统发展；编程语言和应用多样化。18我国技术的应用与发展始于年，近年来引进了一些国外的产品，主要有：美国的系列、系列；德国西门子公司的系列；日本三菱公司的X系列、系列、系列及松下、欧姆龙等PLC。已自行开发出国产化产品，如，等系列可编程序控制器，得到用户好评，取得了良好的经济效益194.可编程控制器的应用领域PLC的应用范围极其广阔，经过30多年的发展，目前PLC已经广泛应用于冶金、石油、化工、建材、电力、矿山、机械制造、汽车、交通运输、轻纺、环保等各行各业。几乎可以说，凡是有控制系统存在的地方就有PLC概括起来，PLC的应用主要有以下5个方面。204.可编程控制器的应

16、用领域211开关量控制开关量控制 这是PLC最基本的应用领域，可用PLC取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例，如机床电气控制、起重机、皮带机床电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机的控制、电梯的运输机和包装机械的控制、注塑机的控制、电梯的控制、饮料灌装生产线、家用电器（电视机、冰箱、控制、饮料灌装生产线、家用电器（电视机、冰箱、洗衣机等）自动装配线的控制、汽车、化工、造纸、洗衣机等）自动装配线的控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线的控制等。轧钢自动生产线的控制等。222模拟量控制模拟量控制 目前，很多P

17、LC都具有模拟量处理功能，通过模拟量I/O模块可对温度、压力、速度、流量等连续变化的模拟量进行控制，而且编程和使用都很方便。大、中型的PLC还具有PID闭环控制功能，运用PID子程序或使用专用的智能PID模块，可以实现对模拟量的闭环过程控制。随着PLC规模的扩大，控制的回路已从几个增加到几十个甚至上百个，可以组成较复杂的闭环控制系统。PLC的模拟量控制功能已广泛应用于工业生产各个行业，例如自动焊机自动焊机控制、锅炉锅炉运行控制、连轧机连轧机的速度和位置控制等都是典型的闭环过程控制的应用场合。233运动控制运动控制 运动控制是指PLC对直线运动或圆周运动的控制，也称为位置控制，早期PLC通过开关

18、量I/O模块与位置传感器和执行机构的连接来实现这一功能，现在一般都使用专用的运动控制模块来完成。目前，PLC的运动控制功能广泛应用在金属切削机床金属切削机床、电电梯、机器人等梯、机器人等各种机械设备上，典型的如PLC和计算机数控装置（CNC）组合成一体，构成先进的数数控机床控机床。24 4数据处理数据处理 现代PLC都具有不同程度的数据处理功能，能够完成数学运算（函数运算、矩阵运算、逻辑运算）、数据的移位、比较、传递、数值的转换和查表等操作，对数据进行采集、分析和处理。数据处理通常用在大、中型控制系统中，如柔性制造系统、机器人的控制系统等。25 5通信联网通信联网 通信联网是指PLC与PLC之

19、间、PLC与上位计算机或其他智能设备间的通信，利用PLC和计算机的RS232或RS422接口、PLC的专用通信模块，用双绞线和同轴电缆或光缆将它们联成网络，可实现相互间的信息交换，构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，建立工厂的自动化网络。264.可编程控制器的应用领域274.可编程控制器的应用领域可编程控制器的应用领域284.可编程控制器的应用领域可编程控制器的应用领域294.可编程控制器的应用领域可编程控制器的应用领域304.可编程控制器的应用领域可编程控制器的应用领域314.可编程控制器的应用领域可编程控制器的应用领域324.可编程控制器的应用领域可编程控制器的应用领域334.

20、可编程控制器的应用领域可编程控制器的应用领域344.可编程控制器的应用领域可编程控制器的应用领域355.可编程控制器的发展可编程控制器的发展v1 1）、高性能、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

21、可达几十兆字节。为最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。盘。 36v2 2）、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

22、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。5.可编程控制器的发展可编程控制器的发展37v3 3）、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

23、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

24、标准，以构成更大的网络系统。 5.可编程控制器的发展可编程控制器的发展38v4)4)、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

25、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。 5.可编程控制器的发展可编程控制器的发展39v5)5)、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（指令）语句表（指令）语言外，语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的

26、为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进步进编程（顺序功能图）编程（顺序功能图）语言、面向过程控制的语言、面向过程控制的流程图流程图（SFCSFC图）图）、结构文本等结构文本等与计算机兼容的高级语言与计算机兼容的高级语言（BASICBASIC、C C语言等）等。多种编程语言并存、互补与语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是发展是PLCPLC进步的一种趋势。进步的一种趋势。5。可编程控制器的发展。可编程控制器的发展40 目前在美国、日本、德国和英国等世界先进工业国家，PLC成为工业自动控制的标准设备，它的应用几乎覆盖了机械、冶金、矿山、石油化工、轻工、机械、冶金、矿山、石油化工、轻工、

27、交通运输等所有工业行业交通运输等所有工业行业，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备，并已跃居现代工业自动化三大支柱自动化三大支柱（PLC、机器人、机器人、CAD/CAM）的首位。应用PLC技术是当今世界潮流，必将对生产、科研和社会生活等诸多领域产生巨大而深远的影响。41v1 1）、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、

28、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）6.可编程控制器的类型可编程控制器的类型42v2 2、）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、价格低装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。等特点。6.可编程控制器的类型可编程控制器的类型436.可编程控制器

29、的类型可编程控制器的类型模块式模块式PLCPLC 将将PLCPLC各组成部分分别作成若干个单各组成部分分别作成若干个单独的模块，如独的模块，如CPUCPU模块、模块、I/OI/O模块、电源模块（有模块、电源模块（有的含在的含在CPUCPU模块中）以及各种功能模块。模块中）以及各种功能模块。446.可编程控制器的类型可编程控制器的类型紧凑式紧凑式PLCPLC 还有一些还有一些PLCPLC将整体式和模块式的将整体式和模块式的特点结合起来。特点结合起来。45v3 3、）按功能分、）按功能分低档低档PLCPLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功

30、能，还可有少量模拟量输入输诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。出、算术运算、数据传送和比较、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/ /输输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/OI/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、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、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、

31、平方根运算及其它特殊功能矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档函数运算、制表及表格传送等。高档PLCPLC机具有更强机具有更强的通信联网功能。的通信联网功能。 6.可编程控制器的类型可编程控制器的类型46 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D DDCDC电源电源A1A1ACAC电源电源H H大电流输出扩展模块大电流输出扩展模块V V立式端子排的扩展模块立式端子排的扩展模块C C接插口输入输出方式接插口输入输出方式F F输入滤波器输入滤波器1ms 1ms 扩展模块扩展模块L LTTLTTL输入扩展模块输

32、入扩展模块S S独立端子（无公共端）扩展模块独立端子（无公共端）扩展模块R R继电器输出继电器输出T T晶体管输出晶体管输出S S晶闸管输出晶闸管输出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0、2、ON、2C、2Nv型号的命名方式型号的命名方式47型号及意义型号及意义DSDS24VDC24VDC，世界型，世界型ESES世界型（晶体管型为漏输出）世界型（晶体管型为漏输出）ESSESS世界型（晶体管型为源输出）世界型（晶体管型为源输出）v输出形式输出形式R R继电器输出继电

33、器输出T T晶体管输出晶体管输出S S晶闸管输出晶闸管输出4816256点点 M M表示基本单元表示基本单元 E E表示扩展单元及扩展模块表示扩展单元及扩展模块 EXEX扩展输入单元扩展输入单元 EYEY扩展输出单元扩展输出单元49FX2N系列系列PLC基本单元基本单元50 三菱公司的FX0 、FX0S 、FX0N 和FX2N等系列实现了微型化和多品种化，可以满足不同用户的需要F1系列和FX2系列早已属于淘汰产品三菱电机现在的FX系列产品样本中仅有FX1S 、FX1N 、FX2N 和FX2NC这4个子系列，与过去的产品相比，在性能价格比上又有明显的提高。FX2N 和FX2NC最多可以扩展256

34、个I/O点，并且有很强的网络通信功能，能够满足大多数要求较高的系统的需要，FX系列是国内使用最广泛的PLC系列产品之一，本模块以FX2N系列作为主要讲授对象。 51硬件软件+二、PLC的基本结构PLC的组成 由硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统它们相辅相成，缺一不可。没有软件的PLC系统称为裸机系统，不起任何作用，犹如无米之锅。反之，如果没有硬件系统，软件系统也失去了基本的外部条件，程序根本无法运行521.中央处理器中央处理器(CPU)2.存储器存储器3.输入输入/输出单元输出单元4.通信接口通信接口5.智能接口模块智能接口模块6.编程设备编程设备7.电源电源8.其他外部设备其他外部

35、设备53外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器110V/220V市电PLC基本单元基本单元PLC系统结构示意图系统结构示意图54中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展 接口电源编程器系 统 总 线通信接口1.PLC的硬件系统55v1 1、微处理器（、微处理器（CPUCPU）：）：PLCPLC的核心部件，的核心部件，起着总起着总指挥的作用，是指挥的作用，是PLC的运算和控制中心。的运算和

36、控制中心。接收并存储用户程序和数据；接收并存储用户程序和数据；诊断电源、诊断电源、PLCPLC工作状态及编程的语法错误；工作状态及编程的语法错误；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 程序的各种操作；程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。将用户程序的执行结果送至输出端。 56v2 2、存储器、存储器v系统存储器系统存储器RAM/ROM系统程序存储器系统程序存储器+系统数据存储器。系统数据存储器。是具有记忆功能的半导体电是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序

37、、用户程序、逻辑变量路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息。和其它一些信息。 存放系统工作程序（监控程序）；存放系统工作程序（监控程序）；存放模块化应用功能子程序；存放模块化应用功能子程序；存放命令解释程序；存放命令解释程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放存储系统参数。存放存储系统参数。57v用户存储器用户存储器RAM/EPROM/EEPROM存放用户工作程序存放用户工作程序；存放工作数据。存放工作数据。3 3、输入接口、输入接口。这是这是PLC与被控设备相连接的接与被控设备相连接的接口电路。口电路。 用户设备需输入用户设备需输入PLC的各种控

38、制信号的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量(要通要通过模数变换进入机内过模数变换进入机内)等，通过输入电路将这些信等，通过输入电路将这些信号转换成中央处理单元能够接收和处理的信号。号转换成中央处理单元能够接收和处理的信号。58v输入单元输入单元带光电隔离电路带光电隔离电路多种辅助电源类型：多种辅助电源类型：ACAC电源电源DC24VDC24V输入输入 DCDC电源电源DC24VDC24V输入输入 DCDC电源电源DC12VDC12V输入输入接收开关量及数字量

39、信号（数字量输入单元）；接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）；接收模拟量信号（模拟量输入单元）接收模拟量信号（模拟量输入单元）；接收按钮或开关命令（数字量输入单元）；接收按钮或开关命令（数字量输入单元）；接收传感器输出信号。接收传感器输出信号。59直流输入接口电路示意图内部电路输入LED IN IN COM60交流输入接口电路示意图内部电路输入LED IN IN COM614、输出接口电路：、输出接口电路：带光电隔离器及滤波器，将中央处理单元带光电隔离器及滤波器，将中央处理单元送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀

40、、接触器、电机、指示灯等被控设备的执行元件。为保电磁阀、接触器、电机、指示灯等被控设备的执行元件。为保证安全，输出电路需要采取电气隔离措施证安全，输出电路需要采取电气隔离措施 输出电路可分为继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出三种形输出电路可分为继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出三种形式。式。 驱动直流负载（晶体管输出单元）；驱动直流负载（晶体管输出单元）；驱动非频繁动作的交驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）；直流负载（继电器输出单元）；驱动频繁动作的交驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）。直流负载（晶闸管输出单元）。62继电器输出接口电路示意图内部电路输出LED OUT O

41、UT COMLL63晶体管输出接口电路示意图L+ OUT OUT COMLL输出LED内部电路64双向晶闸管输出接口电路示意图输出LED OUT OUT COMLL内部电路655、输入、输入/输出（输出（I/O）扩展接口）扩展接口 中小型的中小型的PLC输入输出接口都是与中央处理单元输入输出接口都是与中央处理单元CPU制造制造在一起的，为了满足被控设备输入输出点数在一起的，为了满足被控设备输入输出点数较多的要求，常需要扩展数字量输入输出模较多的要求，常需要扩展数字量输入输出模块；为了满足模拟量控制的需要，常需要扩块；为了满足模拟量控制的需要，常需要扩展模拟量输入输出模块，如展模拟量输入输出模块

42、，如A/D、D/A转换模转换模块等；块等；I/O扩展接口就是为连接各种扩展模块扩展接口就是为连接各种扩展模块而设计的。而设计的。 66vI/OI/O扩展接口扩展接口采用并行通讯方式采用并行通讯方式扩展扩展I/OI/O模块模块；扩展位置控制模块（如扩展位置控制模块（如F2-30GMF2-30GM）；）；扩展通讯模块（如扩展通讯模块（如FX-232AWFX-232AW等）；等）；扩展模拟量控制模块（如扩展模拟量控制模块（如FX-2DAFX-2DA、FX-4ADFX-4AD等）。等）。67I/O扩展接口的连接68中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展 接口电源编程器系 统 总 线通信接口 6

43、6、通信接口、通信接口 用于用于PLCPLC与计算机、与计算机、PLCPLC、变频器、触摸屏、变频器、触摸屏等智能设备之间的连等智能设备之间的连接，以实现接，以实现PLCPLC与智能与智能设备之间的数据传送设备之间的数据传送和通信。和通信。PLC的硬件系统69v通讯及编程接口通讯及编程接口采用采用RS-485RS-485或或RS-422RS-422串行总线串行总线连接专用编程器（连接专用编程器（FX-20PFX-20P、FX-10PFX-10P）；连接个人电脑（连接个人电脑（PCPC），实现编程及在线监控；），实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；

44、连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设。连接打印机等计算机外设。70通信接口的连接71输入输出接口I/O扩展 接口中央处理单元编程器接口电源编程器系 统 总 线通信接口7 7、编程接口、编程接口用于将编程器与用于将编程器与PLCPLC进行连接，以实现编进行连接，以实现编程器对程器对PLCPLC的操作。的操作。72中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展 接口电源编程器系 统 总 线通信接口8 8、编程器、编程器用作用户程用作用户程序的编制、编辑、调试和序的编制、编辑、调试和监视，还可以通过其键盘监视，还可以通过其键盘去

45、调用和显示去调用和显示PLCPLC的一些的一些内部状态和系统参数，它内部状态和系统参数，它经过编程器接口与中央处经过编程器接口与中央处理器单元联系，完成人机理器单元联系，完成人机对话操作。对话操作。 PLC的硬件系统73PLC手持编程器液晶显示窗工作方式开关指令键数字键编辑键通信电缆74计算机编程软件通过串行通讯口使计算机与计算机编程软件通过串行通讯口使计算机与PLC连接连接用计算机编写、修改程序，监控用计算机编写、修改程序，监控PLC的运行的运行75.PLC的硬件系统中央处理单元输入输出接口编程器接口I/O扩展 接口电源编程器系 统 总 线通信接口9、电源、电源 电源部件将电源部件将220V

46、的的交流电源转换成供交流电源转换成供PLC的中的中央处理器、存储器等电子电央处理器、存储器等电子电路工作所需要的直流电源，路工作所需要的直流电源，同时还向各种扩展模块提供同时还向各种扩展模块提供24V直流电源。由输入滤波、直流电源。由输入滤波、整流整流滤波、开关电源先滤波、开关电源先行稳压等几部分组成。行稳压等几部分组成。76 系统管理程序系统管理程序 用户指令解释程序用户指令解释程序 标准化模块程序标准化模块程序 开关量逻辑控制程序开关量逻辑控制程序 模拟量运算控制程序模拟量运算控制程序 闭环控制程序闭环控制程序 工作站初始化程序工作站初始化程序 2 2）用户程序）用户程序 PLC由硬件系统

47、组成，由软件系统支持由硬件系统组成，由软件系统支持，硬件和，硬件和软件共同构成了软件共同构成了PLC系统。系统。PLC的软件系统可分为：的软件系统可分为： 1）系统程序系统程序77系统管理程序系统管理程序 系统管理程序主要功能是运行时序分配管理、系统管理程序主要功能是运行时序分配管理、存储空间分配管理和系统自检等存储空间分配管理和系统自检等 。用户指令解释程序用户指令解释程序 用户指令解释程序将用户编制的应用程序翻译用户指令解释程序将用户编制的应用程序翻译成机器指令供成机器指令供CPU执行。执行。 供系统调用的标准程序模块供系统调用的标准程序模块 标准程序模块具有独立的功能，使系统只需调标准程

48、序模块具有独立的功能，使系统只需调用输入、输出、特殊运算等程序模块即可完成相应用输入、输出、特殊运算等程序模块即可完成相应的具体工作的具体工作 。78系统程序可分为管理程序、编译程序、标准程序模块和系统调用三部分。管理程序是系统程序中最重要的部分。PLC的运行都由它控制，主要对PLC的输入、输出、运算等操作运行，进行时间上先后顺序的管理，规定各种数据、程序的存放地址，生成用户环境以及系统诊断等。编译程序用来把梯形图程序、语句表程序等编程语言翻译成PLC能够识别的机器语言。标准程序模块和系统调用，这部分由许多独立的程序模块组成，每个程序模块完成一种单独的功能，如输入、输出及特殊运算等。PLC根据

49、不同的控制要求，选用这些模块完成相应的工作792用户程序用户程序 用户程序就是由用户根据控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序，以实现所需的控制目的。用户程序存储在系统程序指定的存储区内，它的最大容量也是由系统程序限定的。80二、用户程序二、用户程序梯形图（梯形图（LAD）编程）编程符号对照符号对照81 工作站初始化程序是用户为工作站初始化程序是用户为PLC系统网络进行数系统网络进行数据交换和信息管理而编制的初化程序，在据交换和信息管理而编制的初化程序，在PLC厂商提厂商提供的通信程序的基础上进行参数设定，一般采用高级供的通信程序的基础上进行参数设定，一般采用高级语言实现。语言实现。开关量

50、逻辑控制程序开关量逻辑控制程序 开关量逻辑控制程序一般采用开关量逻辑控制程序一般采用PLC生产厂商提生产厂商提供的如梯形图、语句表等编程语言编制。供的如梯形图、语句表等编程语言编制。模拟量运算控制和闭环控制程序模拟量运算控制和闭环控制程序 模拟量运算控制和闭环控制程序是大中型模拟量运算控制和闭环控制程序是大中型PLC系系统的高级应用程序，通常采用统的高级应用程序，通常采用PLC厂商提供的相应程厂商提供的相应程序模块及主机的汇编语言或高级语言编制。序模块及主机的汇编语言或高级语言编制。工作站初始化程序工作站初始化程序82 小结小结可编程控制器是当今工业领域使用最广泛的一种新型自动控制装置，微电子

51、技术和计算机技术的发展是PLC出现的技术基础和物质基础，GM10是促使其问世的直接原因。PLC具有高可靠性、强抗干扰能力，编程语言简单易学、适具有高可靠性、强抗干扰能力，编程语言简单易学、适应性强、调试维修方便等特点应性强、调试维修方便等特点，主要应用于开关量控制、模主要应用于开关量控制、模拟量控制、运动控制、数据处理和通信联网等领域拟量控制、运动控制、数据处理和通信联网等领域。硬件结构上可以分成微处理器（成微处理器（CPU）、存储器、输入）、存储器、输入/输出部件输出部件等组成部分；软件系统包括系统程序和用户程序两部分。PLC按结构形式分为整体式和模块式两类，按功能和I/O点数可分为低档机（

52、小型、超小型）、中档机（中型）和高档机（大型、超大型）三种。可用用户程序存储容量，I/O总点数、扫描速度等指标衡量其性能。当前，PLC正朝标准化、小型化、模块化和大容量、高速度、多功能等方面发展。83工作方式工作方式 周期循环扫描周期循环扫描工作过程工作过程自诊断、输入采样、程序扫描、自诊断、输入采样、程序扫描、输出刷新几个阶段。输出刷新几个阶段。扫描周期扫描周期 T =自检时间自检时间+读入一点时间读入一点时间输入点数输入点数+程程序步数序步数运算速度运算速度+输出一点时间输出一点时间输出点输出点数。数。84 可编程序控制器就是一种存储程序控制器。其输入设备和输出设备与继电器控制系统相同，但

53、它们直接连接到可编程序控制器的输入端子和输出端子（可编程序控制器的输入和输出接口已经做好，接线简单、方便），在可编程序控制器构成的控制系统中，要实现一个控制任务，需要针对具体的控制对象，分析控制系统要求，确定所需的用户输入输出设备，然后运用相应的编程语言（如梯形图、语句表、控制系统流程图等）编制出相应的控制程序，利用编程器或其他设备（如EPROM写入器、与PLC相连的个人计算机等）写入可编程序控制器的程序存储器中。每条程序语句确定一个顺序，运行时CPU依次读取存储器中的程序语句，对它们的内容解释并加以执行；执行结果用以驱动输出设备，控制被控对象工作。可编程控制器是通过软件实现控制逻辑的，85P

54、LC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

55、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861、输入接线端子 2、内置输入控制回路直流电源 3、输入等效继电器驱动线圈 4、输入等效继电器工作触点 5、程序“工作电源” 6、输出继电器驱动线圈 7、输出继电器辅助触点 8、输出继电器主触点 9、输出继电器接线端子 10、负载工作电源 1、PLC的等效电路的等效电路871）输入回路）输入回路 这一部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端

56、子驱动输入继电器。一个输入端子对应一个等效电路中的输入继电器，它可提供任意个常开和常闭接点，供PLC内部控制电路编程时使用。由于输入继电器反映输入信号的状态，如输入继电器接通即表示传送给PLC一个接通的输入信号，因此习惯上经常将两者等价使用。输入回路的电源可用PLC电源部件提供的直流电压，也可由独立的交流电源供电。882）、内部控制电路）、内部控制电路 这部分电路是由用户程序形成的。它的作用是按照程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行运算、处理和判断，然后得到相应的输出。用户程序通常采用梯形图编写，梯形图在形式上类似于继电器控制原理图，两者在电路结构及线圈与接点的控制关系上都大致相

57、同，只是梯形图中元件符号及其含义与继电器控制回路中的元件不同。893）输出回路）输出回路 输出部分由与内部控制电路隔离的输出继电器的外部常开触点、输出接线端子和外部电路组成，用来驱动外部负载。PLC内部控制电路中有许多输出继电器。每个输出继电器除了有为内部控制电路提供编程用的常开、常闭接点外，还为输出电路提供一个常开接点与输出接线端相连。驱动外部负载的电源由用户提供。在PLC的输出端子排上，有接输出电源用的公共端。需要注意的是，PLC等效电路中的继电器并不是实际的物理继电器（硬继电器），它实际上是存储器中的每一位触发器。该触发器为“1”态，则相当于继电器接通；该触发器为“0”态，则相当于继电器

58、断开90自诊断自诊断通讯处理通讯处理扫描输入扫描输入执行程序执行程序刷新输出刷新输出开机开机 PLCPLC经过五个阶段经过五个阶段的工作过程，称为一个的工作过程，称为一个扫描周期，完成一个扫扫描周期，完成一个扫描周期后，又重新执行描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复上述过程，扫描周而复始地进行。始地进行。 91自诊断自诊断通讯处理通讯处理扫描输入扫描输入执行程序执行程序刷新输出刷新输出开机开机 每次扫描用户程序每次扫描用户程序之前，都先执行故障之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断自诊断程序。自诊断内容为内容为I0部分、存部分、存储器、储器、CPU等，发现等，发现异常停机显示出错。异常停机显

59、示出错。若自诊断正常，继续若自诊断正常，继续向下扫描。向下扫描。92 PLC PLC检查是否有与编程检查是否有与编程器、计算机等的通信请求，器、计算机等的通信请求，若有则进行相应处理，如若有则进行相应处理，如接收由编程器送来的程序、接收由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错显示的状态、数据、出错信息等发送给编程器进行信息等发送给编程器进行显示。如果有与计算机等显示。如果有与计算机等的通信请求，也在这段时的通信请求，也在这段时间完成数据的接受和发送间完成数据的接受和发送任务。任务。 自诊断自诊断通讯处理通讯处理扫描输入扫描输入执行程序执行程序刷新输

60、出刷新输出开机开机93 PLCPLC的中央处的中央处理器对各个输入理器对各个输入端进行扫描，将端进行扫描，将所有输入端的状所有输入端的状态送到输入映象态送到输入映象寄存器。寄存器。 自诊断自诊断通讯处理通讯处理扫描输入扫描输入执行程序执行程序刷新输出刷新输出开机开机94 中央处理器中央处理器CPUCPU将逐条执行用户指令将逐条执行用户指令程序，即按程序要求程序，即按程序要求对数据进行逻辑、算对数据进行逻辑、算术运算，再将正确的术运算，再将正确的结果送到输出状态寄结果送到输出状态寄存器中。存器中。自诊断自诊断通讯处理通讯处理扫描输入扫描输入执行程序执行程序刷新输出刷新输出开机开机95 当所有的指