13自动化-电器及可编程序控制器-5可编程控制器概述

第二篇可编程控制器技术

第五章可编程控制器概述第六章三菱FX2N系列可编程控制器及其基本指令的应用第七章FX2N系列可编程控制器步进指令及状态编程法第八章FX2N系列可编程控制器应用指令及编程方法第九章可编程控制系统设计第十章FX2N系列PLC的特殊功能模块及通信第二篇可编程控制器技术

①了解可编程序控制器的基本结构和基本工作过程；②掌握PLC内部等效继电器电路的等效思路；③熟悉PLC的指令系统；④掌握PLC的编程方法和开发步骤。

掌握指令系统与编程方法。

①PLC的梯形图与一般继电器控制原理电路图的异、同点；

②各指令的使用场合和注意点；

③现场器件的常闭触点在梯形图中的使用。

基本要求重点难点第五章可编程控制器概述5.1可编程控制器的基本概念

5.2可编程控制器的特点及应用

5.3可编程控制器的发展

5.4可编程控制器的组成及其各部分功能

5.5可编程控制器的结构及软件

5.6可编程控制器的工作原理

5.7可编程控制器系统与继电接触器系统工作原理的差别5.1可编程控制器的基本概念1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)，为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标，在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。

①

编程方便，可在现场修改程序；

②

维护方便，最好采用插件式结构；

③

可靠性高于继电器控制装置；

④

数据可直接输入管理计算机；

⑤

体积小于继电器控制装置；

⑥

成本可与继电器控制装置竞争；

⑦

输入电源可为市电（交流115V）；

⑧

输出电源可为市电，负载电流要求在2A以上，

能直接驱动电磁阀、接触器等；

⑨

扩展时，原系统要求变更最少；

⑩

用户程序存储器容量大于4K字节。可编程序控制器的历史5.1可编程控制器的基本概念

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。

1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为

可编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。由于可编程序控制器最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制，相当于可编程序逻辑控制器（PLC），另一方面，为了与个人计算机（PC）相区别，

因此可编程序控制器简称为PLC。可编程序控制器的历史5.1可编程控制器的基本概念

国际电工委员会(IEC)于82年11月、85年1月和87年2月分别颁发了可编程序控制器标准草稿第一、二稿和第三稿，对可编程序控制器作了如下的定义：

“可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令，

并通过数字式或模拟式的输入和输出，

控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，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”。可编程序控制器的定义5.2可编程控制器的特点及应用

①通用性强；

②功能强；

③可靠性高；

④体积小、耗电少、价格便宜；

⑤编程和接线可同步进行；

⑥扩展灵活、维修方便；

⑦编程语言简单、易掌握；

⑧抗干扰能力强、可靠性高；

⑨输入输出接口电路已设计好，输出驱动能力强。一、可编程序控制器的特点二、可编程序控制器的应用1、开关量逻辑控制

2、运动控制

3、过程控制

4、数据处理

5、通信联网5.3可编程控制器的发展①

向高速度、大存储容量方向发展②向多品种方向发展和提高可靠性（超大型和超小型）③产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC）④分散型、智能型、与现场总线兼容的I/0⑤

加强联网和通信的能力⑥控制的开放和模块化的体系结构可编程序控制器的发展方向5.4可编程控制器的组成及其各部分功能

整体式PLC组成示意图

⑤外部设备①②③③③⑤④③⑤①中央处理单元②存储器③输入/输出单元(模块)④电源5.4可编程控制器的组成及其各部分功能

装有CPU的单元称为CPU模块，其他称为扩展模块。

CPU与各扩展模块间通过电缆连接。中、大型机常采用组合式PLC。

组合式PLC组成示意图

各单元分别做成相应的电路板或模块，插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。5.4可编程控制器的组成及其各部分功能

中央处理单元是PLC的主要组成部分，是系统的控制中枢。它的主要功能是：接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并诊断用户程序的语法错误。不同厂家、不同产品的CPU也不一样。一般有三类：通用微处理机、单片机芯片、位处理器。一、中央处理单元(CPU)5.4可编程控制器的组成及其各部分功能1．系统程序存储器系统程序是厂家根据其选用的CPU的指令系统编写的，它决定了PLC的功能。系统程序存储器是只读存储器，用户不能更改其内容。2．用户程序存储器根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。不同机型的PLC的用户程序存储器的容量可能差异较大。根据生产过程或工艺的要求，用户程序经常需要改动，所以用户程序存储器必须可读写。二、存储器5.4可编程控制器的组成及其各部分功能输入/输出模块：(一)开关量I/O模块

1.开关量输入模块

①直流输入；②交流/直流输入；③交流输入。

2.开关量输出模块①继电器输出（交流/直流驱动）；②晶体管输出（直流驱动）；③双向晶闸管输出（交流驱动）。(二)模拟量I/O模块(三)其他功能I/O模块三、输入/输出模块5.4可编程控制器的组成及其各部分功能(一)开关量I/O模块

1.开关量输入模块②交流/直流输入电路三、输入/输出模块①直流输入电路③交流输入电路5.4可编程控制器的组成及其各部分功能(一)开关量I/O模块

2.开关量输出模块②晶体管输出电路（直流驱动）③双向晶闸管输出电路（交流驱动）①继电器输出电路（交流/直流驱动）三、输入/输出模块5.4可编程控制器的组成及其各部分功能(一)开关量I/O模块

3.开关量I/O模块的外部接线为什么输出端采用分组式或分隔式？实际的接线如何？三、输入/输出模块5.4可编程控制器的组成及其各部分功能模拟量输入模块结构框图(二)模拟量I/O模块

1.模拟量输入模块三、输入/输出模块5.4可编程控制器的组成及其各部分功能模拟量输出模块结构框图(二)模拟量I/O模块

2.模拟量输出模块三、输入/输出模块5.4可编程控制器的组成及其各部分功能(二)模拟量I/O模块模拟量输入单元框图模拟量输出单元框图三、输入/输出模块5.4可编程控制器的组成及其各部分功能

电源部件将交流电源转换成PLC的中央处理器、存储器等电路工作所需要的直流电源。电源部件还能使PLC向外部提供24V的直流电源，给输入单元所连接的外部开关或传感器供电。四、电源

编程器编程器分为以下三类：

①简易编程器

②图形编程器

③工业控制计算机作为编程器

其它外部设备五、外部设备5.5可编程控制器的结构及软件一、可编程序控制器的结构1.按结构分类整体式：①单元式组合式：②模块式③叠装式2.按控制规模分类①微型机控制点数在100点左右。②小型机控制点数在250点左右。③中型机控制点数在500～1000点。④大型机控制点数在1000点以上。⑤超大型机控制点数可达上万点，甚至于几万点。3.按生产厂家分类

①德国：西门子公司、…②日本：三菱公司、OMRON公司、…③美国：GE公司、AB公司、…5.5可编程控制器的结构及软件一、可编程序控制器的结构西门子S7-2005.5可编程控制器的结构及软件一、可编程序控制器的结构西门子S7-3005.5可编程控制器的结构及软件一、可编程序控制器的结构西门子S7-4005.5可编程控制器的结构及软件S7系列的网络结构④过程测量与控制级③过程监控级②工厂与过程管理级①公司管理级金字塔由4级组成一、可编程序控制器的结构5.5可编程控制器的结构及软件三菱FX2N系列一、可编程序控制器的结构5.5可编程控制器的结构及软件三菱Q系列一、可编程序控制器的结构5.5可编程控制器的结构及软件三菱Q系列应用举例一、可编程序控制器的结构5.5可编程控制器的结构及软件三菱Q系列应用举例一、可编程序控制器的结构5.5可编程控制器的结构及软件三菱Q系列应用举例一、可编程序控制器的结构5.5可编程控制器的结构及软件三菱Q系列应用举例一、可编程序控制器的结构5.5可编程控制器的结构及软件二、可编程序控制器的软件(一)可编程控制器的软件分类1．系统软件系统管理程序用以完成机内运行相关时间分配、存储空间分配管理及系统自检等工作。用户指令解释程序用以完成用户指令变换为机器码的工作。系统软件在用户使用可编程控制器之前就已装入机内，并永久保存，在各种控制工作中并不需要做什么调整。2．应用软件（用户软件）

是用户为达到某种控制目的，采用PLC厂家提供的编程语言自主编制的程序。5.5可编程控制器的结构及软件二、可编程序控制器的软件(二)应用软件编程语言的表达方式

应用程序编制需使用可编程控制器生产厂提供的编程语言。至今为止没有能适合于各种可编程控制器的通用编程语言。国际电工委员会(IEC)于1994年5月公布了可编程序控制器标准(IEC1131)，其中的第三部分是可编程序控制器的编程语言标准(IEC1131-3)。可编程序控制器的五种编程语言5.5可编程控制器的结构及软件二、可编程序控制器的软件(二)应用软件编程语言的表达方式

1．梯形图(LD)

梯形图语言是一种以图形符号及其在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，是从继电器电路图演变过来的。梯形图是PLC编程语言中使用最广泛的一种语言。

2．指令表(IL)

指令表也叫语句表。由语句指令依一定的顺序排列而成。类似于单片机程序中的汇编语言。

3．顺序功能图(SFC)

顺序功能图常用来编制顺序控制类程序。体现了一种编程思想，在程序的编制中有很重要的意义。5.5可编程控制器的结构及软件二、可编程序控制器的软件(二)应用软件编程语言的表达方式

4．功能块图(FBD)

功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，熟悉数字电路的人比较容易掌握。

5．结构文体(ST)

为了增强PLC的数学运算、数据处理、图表显示、报表打印等功能，许多大中型PLC都配备了

PASCAL、BASIC、C语言等高级编程语言。这种编程方式叫作结构文本。5.6可编程控制器的工作原理一、等效电路PLC控制接线图PLC控制等效电路图（PLC的I/O配置图）继电器-接触器控制电路图注意SB2→X1输入电路输出电路梯形图5.6可编程控制器的工作原理一、等效电路PLC的I/O配置图电机控制电路相似相差常用少用5.6可编程控制器的工作原理二、扫描方式①读①写②读㈠㈢②写①读③读指令表0LDX01ORY02ANIX13OUTY04OUTT0K1007LDT08OUTY19END②读⑥读㈡④写⑤写⑦写⑧写梯形图5.6可编程控制器的工作原理二、扫描方式㈠㈡㈢5.6可编程控制器的工作原理三、工作原理循环扫描工作方式

PLC工作状态：

运行(RUN)状态，执行应用程序。

停止(STOP)状态，编制与修改程序。

PLC执行一次扫描操作所需的时间称为扫描周期。

典型值1～100ms。

其中大部分时间用于完成用户程序的三个阶段。

5.6可编程控制器的工作原理四、输入/输出滞后时间PLC输入输出滞后时间又称为系统响应时间。

它由①输入电路的滤波时间、②输出模块的滞后时间

③扫描工作方式产生的滞后时间

三部分所组成。

响应延迟时间只有数十毫秒，对一般控制系统影响不大。扫描工作方式产生的滞后5.7

PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别

在逻辑控制场合，可编程控制器的梯形图和继电器线路图非常相似。但是这二者之间在运行时序问题上，有着根本的不同。这就是两种工作方式的差别：

对于继电器-接触器系统，为并行工作方式，所有触点的动作是和它的线圈通电或断电同时发生的。

对于可编程序控制器系统，为串行工作方式，

由于指令的分时扫描执行，同一个器件的线圈工作和它各个触点的动作并不同时发生。

举例：①定时点灭控制；②台车往复运动控制。

5.7

PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别继电接触器控制线路可编程控制器梯形图(一)定时点灭控制PLC的I/O配置图

接触器线圈KM为“断电”状态输出：无输出继电器Y1为

“定时点灭”状态输出：反复循环断0.5s、通0.5s原理分析（自学）5.7

PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别(一)定时点灭控制①③③③③③③③④②

初始状态；①SA合上，②KT线圈通电，延时；③延时到，

KT常闭点断开，

KT常开点闭合，

KT线圈断电，

KT常开点不能闭合，

KT常闭点重新闭合，④KM线圈断电；回到②重复上述过程。继电接触器控制线路分析

线路分析的结果：KM接触器线圈处于“断电”状态。几乎同时进行5.7

PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别(一)定时点灭控制可编程控制器梯形图分析0.5s0.5s0.5s一个扫描周期①②③④⑧

梯形图分析的结果：Y1输出继电器处于“定时点灭”状态。⑥⑦⑤①②③④⑤⑥⑦⑧断0.5s、通0.5s反复循环5.7

PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别控制要求：按下启动按钮SB，①

电机M正转，台车第一次前进；②

碰到限位开关SQ1时，电机M反转，台车第一次后退。③

碰到SQ2时，台车暂停5s；④

延时时间到，台车第二次前进；⑤

碰到SQ3时，台车第二次后退。⑥

碰到SQ2时，台车暂停5s；然后重复上述过程。

(二)台车往复运动控制X2T0X1X35.7

PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别(二)台车往复运动控制第一次正向启动第二次正向启动前进后退二次启动服务延时第一次反向启动第二次反向启动⑴⑵⑶3⑶1⑶2⑷⑸⑹2⑹1⑺⑼⑻⑽3⑽1⑽2⑾↓⑹1梯形图分析⑷1⑷2⑸2⑸1⑸3⑵1⑵2功能？顺序？X2T0X1X35.7

PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别(二)台车往复运动控制前进后退二次启动服务延时前进后退二次启动服务延时在X2与X1、X3之间往复运动在X2与X1之间往复运动不起作用X2T0X1X35.7

PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别

在逻辑控制场合，可编程控制器的梯形图和继电器线路图非常相似。但是这二者之间在运行时序问题上，有着根本的不同。

这就是两种工作方式的差别：

对于继电器-接触器系统，为并行工作方式，所有触点的动作是和它的线圈通电或断电同时发生的。

对于可编程序控制器系统，为串行工作方式，

由于指令的分时扫描执行，同一个器件的线圈工作和它各个触点的动作并不同时发生。小结例一：定时点灭控制“继电器线路”无输出“PLC梯形图”有输出例二：台车往复运动控制“继电器线路”无支路顺序“PLC梯形图”有支路顺序演讲完毕，谢谢观看！附录资料：不需要的可以自行删除QTP自动化测试自动化测试的好处快速QuickTest执行测试比人工测试速度快多了。可靠QuickTest每一次的测试都可以正确的执行相同的动作，可以避免人工测试的错误。可重复QuickTest可以重复执行相同的测试。可程序化QuickTest可以以程序的方式，撰写复杂的测试脚本，以带出隐藏应用程序中的信息。广泛性QuickTest可以建立广泛的测试脚本，涵盖应用程序的所有功能。可再使用QuickTest可以重复使用测试脚本，即使应用程序的使用接口已经改变。QTP背景BTO：BusinessTechnologyOptimization业务科技优化方案使IT系统既能满足质量和成本的需求，又能适应多变的业务需求，可随之改变QTP是HP花费45亿美元购买的Mecury公司测试产品套件之一QTP是继WR后推出以VBS为内嵌语言的测试工具用于功能测试QC产品协作进行自动化测试开发（BPT）BusinessProcessTesting特点：价格高昂但是容易掌握QTP应用范围自带插件ActiveX

Database

StdWindows

TEA

VisualBasic

Web

Xml额外购买插件Java

DotNet

PeopelSoftVisualAgesiebelOracleQTP基本功能介绍HP

QuichTest

Professinal支持功能测试和回归测试自动化，用于每个主要软件应用程序和环境。此解决方案使用关键字驱动的测试概念，简化了测试创建和维护过程。它使测试人员能够使用专业的不惑技术直接从应用程序屏幕中捕获流程来构建测试案例。测试专家还可以通过集成的脚本和调试环境完全访问内在测试和对象属性。QTP的基本功能介绍TestActionActionActionFunctionFunctionFunctionFunctionLibraryStepStepStep以Test为测试运行单位，每个Test包含若干类型Action。

以Action为最小单位映射对象库，多个Action之间可以共享统一对象库

Action内的Step可以包含用户录制操作或者函数库内对Function的调用StepStep使用QuickTest进行测试测试和业务组件测试：组织成一个或多个操作的步骤集合，用于验证应用程序是否按预期执行。业务组件：表示应用程序中单任务的步骤集合。业务组件（也称为组件）在MercuryQualityCenter中由业务流程测试组合为特定的场景以建立业务流程测试。测试流程使用QuickTest测试包括三个主要阶段创建测试或组件以下列一种或两种方式向测试中添加步骤在应用程序或网站上录制会话。建立对象库并使用这些对象在关键字视图或专家视图中手动添加步骤然后，使用特殊的测试选项或编程语句来修改测试或组件。通过用参数替换固定值拓宽测试或组件的范围使用设计的数据表中的数据QuickTest生成随机数据使用QuickTest中众多的功能测试功能来增强测试或组件，或添加编写语句来实现更复杂的测试目标。运行测试或组件运行测试或组件检查网站或应用程序运行测试或者组件以对其进行调试单步执行单步跳过单步退出设置断点使测试或组件在预定点暂停分析结果在“结果”窗口中查看结果。报告在运行会话过程中检测到的缺陷。QuickTest窗口标题栏&菜单栏文件工具栏调试工具栏测试工具栏操作工具栏测试窗格：关键字、专家试图数据表运行窗口调试查看器基本使用介绍各个按钮介绍QuickTest如何识别对象确定对象符合的测试对象类对测试对象进行分类标准Windows对话框(Dialog)Web按钮(WebButton)

VisualBasic滚动条对象(VbScrollBar)强制属性列表添加辅助属性特殊的顺序标识应用测试对象模型在录制时执行应用程序的相应操作，则QuickTest将标识QuickTest测试对象类（表示执行了操作的对象），并创建相应的测试对象读取应用程序中对象属性的当前值，然后将属性和属性值列表与测试对象一起存储选择该对象的唯一名称，一般使用该对象某个重要属性的值使用适当的QuickTest测试对象方法录制对对象执行的操作实例<INPUTTYPE="submit"NAME="Find"VALUE="Find">对象标识为WebButton测试对象创建一个名为Find的WebButton对象为FindWebButton对象存储属性和属性值属性值typeFindnameresetHtmltaginput实例（续）录制对WebButton执行了Click方法关键字视图专家视图Browser("MercuryInteractive").Page("MercuryInteractive").WebButton("Find").Click核心功能清单对象库描述性编程检查点对象属性运行期间变更数据驱动错误恢复自动化对象核心功能-对象库入口：

tools->ObjectRepository

Ctrl+R

功能

保存被测试对象属性，

在编写执行步骤时使用核心功能-对象库对象库中的对象可以在录制过程中自动产生，也可以手动添加指定对象对象库分为本地对象库和共享对象库，区别是:

本地对象库只应用于本地Action调用共享对象库以.tsr扩展名文件形式存在，可以被其他Action调用。对象库面板具有定义以及更新对象的功能，并且能够进行在被测软件和对象库之间双向查找对象。对象属性可以在对象库中被任意修改，并且其属性描述支持正则表达式。核心功能-对象库智能识别是鸡肋，辅助标识符要慎用对象库与描述性编程的区别：对象库将对象收集起来，以可视化的方式呈现给用户描述性编程在运行步骤中通过对象属性指定对象。结合使用时应注意：描述性编程的子对象不可以是对象库中的对象，反之可以。具体采用哪种方式指定对象因具体情况和个人喜好所定，并非描述性编程更“高人一筹“核心功能-对象库-简单的对象识别原理用户通过录制或指定对象属性的方式将一个对象添加到对象库，在录制过程中添加的对象是根据Tools->ObjectIdentification中的设定记录的。在回放的过程中QTP通过将对象库中的对象属性和被测软件中的实时对象属性进行比对，如果发现存在能够唯一确定的对象，则对对象使用相应的用户设定的方法，完成用户动作。若不能发现唯一确定的对象，则启动智能识别机制，若智能识别仍无法唯一确定对象，则报错。更多细节请参见QTP帮助。核心功能-描述性编程'Browser("name:=UML软件工程组织").Page("Title:=UML软件工程组织").link("text:=项目管理","htmltag:=A").ClickSetdesc=Description.Createdesc("text").value="项目管理"desc("htmltag").value="A"Browser("name:=UML软件工程组织").Page("Title:=UML软件工程组织").link(desc).Click对象类型