第一章 可編程控制器基礎(chǔ)知識(shí)

1、2021-10-291PLC原理與應(yīng)用原理與應(yīng)用 主講教師：侯益坤 2021-10-292本課程基本情況專(zhuān)業(yè)課 先修課程：電子電路基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ) 后續(xù)課程：教材PLC原理與應(yīng)用李樹(shù)雄編 北京航空航天大學(xué)出版社 2006年10月第一版2021-10-293課程主要內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法課程主要內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法可編程控制器的基礎(chǔ)知識(shí)：類(lèi)比；識(shí)記FP1的指令系統(tǒng)：要求基本指令熟悉FP1可編程控制器、編程工具簡(jiǎn)介：應(yīng)用PLC程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用：方法 2021-10-294 目錄 第一章 可編程控制器礎(chǔ)知識(shí)第二章 FP1可編程控制器的規(guī)格、性能及系統(tǒng)構(gòu)成第三章 FP1的指令系統(tǒng)第四章 FP1的特殊功能及高級(jí)模塊

2、第五章 PLC程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用舉例第六章 編程工具2021-10-295第一章第一章 可編程控制器基礎(chǔ)知識(shí)可編程控制器基礎(chǔ)知識(shí)1.1 1.1 可編程序控制器可編程序控制器(PLC)(PLC)的歷史與發(fā)展的歷史與發(fā)展 1.2 PLC1.2 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域1.3 PLC1.3 PLC的一般構(gòu)成和基本工作原理的一般構(gòu)成和基本工作原理1.4 PLC1.4 PLC的編程語(yǔ)言的編程語(yǔ)言1.5 PLC1.5 PLC的性能指標(biāo)與分類(lèi)的性能指標(biāo)與分類(lèi)2021-10-296第一章 可編程控制器基礎(chǔ)知識(shí)1.1 1.1 可編程控制器的可編程控制器的歷史和發(fā)展歷史和發(fā)展 1.1.11.1.1 可編

3、程控制器的產(chǎn)生與歷史繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 缺點(diǎn)：體積大、可靠性低、查找故障困難、接線復(fù)雜、對(duì)生產(chǎn)工藝變化性的適應(yīng)性差。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜。2021-10-29720世紀(jì)60年代，由于小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)及多機(jī)群控的發(fā)展，人們?cè)噲D用小型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電接觸器控制。1968年美國(guó)General Motors公司，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用程序控制器，并提出10項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)。這就是著名的GM 10條。2021-10-298 編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序； 可靠性高于繼電器控制柜；可靠性高

4、于繼電器控制柜； 體積小于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜； 維護(hù)方便，最好是插件式；維護(hù)方便，最好是插件式； 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)； 在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)； 輸入可以是交流輸入可以是交流115V115V； 輸出為交流輸出為交流115V115V、2A2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等；以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等； 在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需很小變更；在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需很小變更； 用戶(hù)程序存貯器容量至少能擴(kuò)展到用戶(hù)程序存貯器容量至少能擴(kuò)展到4K4K。GM10條是可編程序控制器出現(xiàn)的直接原因：2021-10-299可編程控制器的發(fā)展大體

5、可分為以下幾個(gè)階段：可編程控制器的發(fā)展大體可分為以下幾個(gè)階段：第第1 1階段：階段： 可編程控制器剛問(wèn)世時(shí)，功能十分簡(jiǎn)單，只有邏輯可編程控制器剛問(wèn)世時(shí)，功能十分簡(jiǎn)單，只有邏輯運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)等功能。運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)等功能。 第第2 2階段：階段：集成電路技術(shù)的發(fā)展及微處理器的產(chǎn)生，使集成電路技術(shù)的發(fā)展及微處理器的產(chǎn)生，使PLCPLC技技術(shù)得到了較大的發(fā)展。術(shù)得到了較大的發(fā)展。 第第3 3階段：階段：?jiǎn)纹?jì)算機(jī)的出現(xiàn)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)單片計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)以及大規(guī)模集成電路的使用，推進(jìn)了以及大規(guī)模集成電路的使用，推進(jìn)了PLCPLC的進(jìn)一步發(fā)的進(jìn)一步發(fā)展，使其演變成

6、專(zhuān)用的工業(yè)計(jì)算機(jī)。展，使其演變成專(zhuān)用的工業(yè)計(jì)算機(jī)。2021-10-2910可編程控制器的發(fā)展大體可分為以下幾個(gè)階段：可編程控制器的發(fā)展大體可分為以下幾個(gè)階段：第第4 4階段：階段： 計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及超大規(guī)模集成電路、門(mén)陣計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及超大規(guī)模集成電路、門(mén)陣列電路的使用、促使列電路的使用、促使PLCPLC完全計(jì)算機(jī)化。完全計(jì)算機(jī)化。第第5 5階段：階段： RISC(RISC(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)) )芯片在計(jì)算機(jī)行業(yè)大量使芯片在計(jì)算機(jī)行業(yè)大量使用，表面貼裝技術(shù)和工藝已成熟，這些使用，表面貼裝技術(shù)和工藝已成熟，這些使PLCPLC整機(jī)的整機(jī)的體積大大縮小，體積大大縮小，PL

7、CPLC開(kāi)始大量使用開(kāi)始大量使用1616位和位和3232位的微處位的微處理器芯片，有的理器芯片，有的PLCPLC已使用已使用RISCRISC芯片。芯片。2021-10-2911 1.1.2 1.1.2 可編程控制器的發(fā)展及定義 1969年，美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用在GM公司的生產(chǎn)線上。這一時(shí)期它主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱(chēng)為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱(chēng) 70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使PLC從開(kāi)關(guān)量的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過(guò)程控制領(lǐng)域，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱(chēng)為可編程控制器編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PC(Pr

8、ogrammable Controller)。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī) (Personal Computer)相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程控制器的縮寫(xiě)。2021-10-2912 1985年1月： “可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì)”。2021-10-2913 1.1.3 1.1.3 PLC的發(fā)展趨勢(shì)1.方便

9、靈活和小型化2.高功能和大型化3.產(chǎn)品規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化2021-10-2914 1.2 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域1.2.11.2.1 PLCPLC的主要特點(diǎn)的主要特點(diǎn)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。主要有以下幾個(gè)方面：主要有以下幾個(gè)方面： 隔離隔離( (采用光電耦合器采用光電耦合器 ) )濾波 對(duì)PLC的內(nèi)部電源采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施。 設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測(cè)與診斷、Watchdog等電路。 利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶(hù)程序、工作環(huán)境和故障檢測(cè)。對(duì)用戶(hù)程序及動(dòng)態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份。 采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結(jié)構(gòu)。采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結(jié)構(gòu)。

10、1. 以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過(guò)程不依賴(lài)于機(jī)械觸點(diǎn)。采用循環(huán)掃描的工作方式采用循環(huán)掃描的工作方式，也提高了抗干擾能力。 2021-10-29152. 編程簡(jiǎn)單、使用方便、柔性好編程簡(jiǎn)單、使用方便、柔性好易學(xué)易懂的梯形圖語(yǔ)言易學(xué)易懂的梯形圖語(yǔ)言類(lèi)似計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言的助記符語(yǔ)言類(lèi)似計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言的助記符語(yǔ)言3. 通用性好通用性好互換性好，擴(kuò)展功能強(qiáng)互換性好，擴(kuò)展功能強(qiáng)4. 功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)三電一體化功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)三電一體化 將電控將電控(邏輯控制邏輯控制)、電儀、電儀(過(guò)程控制過(guò)程控制)和電結(jié)和電結(jié)(運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制)集于一體，可以方便、集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的靈

11、活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。5. 體積小、重量輕、功耗低體積小、重量輕、功耗低2021-10-29166. 設(shè)計(jì)施工周期短設(shè)計(jì)施工周期短 由于由于PLC用軟件取代繼電接觸器控用軟件取代繼電接觸器控制系統(tǒng)中的大量中間繼電器、時(shí)間繼制系統(tǒng)中的大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等低壓電器，使整個(gè)的電器、計(jì)數(shù)器等低壓電器，使整個(gè)的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。程序設(shè)計(jì)和硬件施工可以同時(shí)進(jìn)行，程序設(shè)計(jì)和硬件施工可以同時(shí)進(jìn)行，因而大大縮短了施工周期。因而大大縮短了施工周期。 2021-10-29171.2.2 PLC1.2.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用

12、領(lǐng)域 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制開(kāi)關(guān)量的邏輯控制：可取代傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)和可取代傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)和順序控制器。如各種機(jī)床、自動(dòng)電梯、裝配生產(chǎn)線、順序控制器。如各種機(jī)床、自動(dòng)電梯、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線、運(yùn)輸和檢測(cè)等的控制。而且輸入、輸電鍍流水線、運(yùn)輸和檢測(cè)等的控制。而且輸入、輸出的點(diǎn)數(shù)不受限制。出的點(diǎn)數(shù)不受限制。 機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制：可用于精密金屬切削機(jī)床、機(jī)械：可用于精密金屬切削機(jī)床、機(jī)械手、機(jī)器人等設(shè)備的控制。手、機(jī)器人等設(shè)備的控制。 過(guò)程控制（模擬量控制）過(guò)程控制（模擬量控制）：通過(guò)配用通過(guò)配用AD、DA轉(zhuǎn)換模塊及智能轉(zhuǎn)換模塊及智能PID模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的溫模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、

13、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行閉度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)控制。環(huán)調(diào)節(jié)控制。 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理：很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等。很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等。 1.多級(jí)控制 ：利用利用PLC的網(wǎng)絡(luò)通信功能模塊及遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)通信功能模塊及遠(yuǎn)程IO控制模塊實(shí)現(xiàn)多臺(tái)控制模塊實(shí)現(xiàn)多臺(tái)PLC之間、之間、PLC與上位計(jì)算與上位計(jì)算機(jī)的鏈接，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。機(jī)的鏈接，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。 2021-10-29181.1. PLCPLC的一般構(gòu)成和基本工作原理的一般構(gòu)成和基本工作原理1.3.1 PLC1.3.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電磁電磁閥閥電磁電磁線圈線圈指示燈指示

14、燈電電 源源I/O擴(kuò)擴(kuò)展展接接口口I/O擴(kuò)擴(kuò)展展單單元元CPU存 儲(chǔ) 器存 儲(chǔ) 器用戶(hù)用戶(hù)程序程序系統(tǒng)系統(tǒng)程序程序輸入設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出設(shè)備輸輸出出接接口口外外部部設(shè)設(shè)備備接接口口輸輸入入接接口口編程器編程器數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)打印機(jī)打印機(jī)磁帶機(jī)磁帶機(jī)計(jì)計(jì)算機(jī)算機(jī)掃描儀掃描儀按鈕按鈕行程行程開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)觸點(diǎn)外部設(shè)備外部設(shè)備2021-10-2919 PLC各部分的作用 CPU 診斷診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。制程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 采集現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入采集現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄的寄存器中存儲(chǔ)起來(lái)。存器中存儲(chǔ)起來(lái)。（讀入數(shù)據(jù)指令

15、）（讀入數(shù)據(jù)指令） 按存放指令的順序，逐條讀取指令，完成按存放指令的順序，逐條讀取指令，完成各種運(yùn)算和操作。各種運(yùn)算和操作。 （指令翻譯）（指令翻譯） 執(zhí)行指令規(guī)定的操作，并將處理結(jié)果送至執(zhí)行指令規(guī)定的操作，并將處理結(jié)果送至輸出端。輸出端。（指令執(zhí)行）（指令執(zhí)行） 1.響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。（中斷輸（中斷輸入入） 2021-10-2920 PLCPLC各部分的作用各部分的作用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：用以存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)用以存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。控程序及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。PLC出廠前已將其固出廠前已將其固化在只讀存儲(chǔ)器化在

16、只讀存儲(chǔ)器ROM或或PROM中，用戶(hù)不能中，用戶(hù)不能更改。更改。用戶(hù)存儲(chǔ)器：用戶(hù)存儲(chǔ)器：包括用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)包括用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。這類(lèi)存儲(chǔ)器一般由低功耗的存儲(chǔ)區(qū)。這類(lèi)存儲(chǔ)器一般由低功耗的CMOS-RAM構(gòu)成，其中的存儲(chǔ)內(nèi)容可讀出并更改。構(gòu)成，其中的存儲(chǔ)內(nèi)容可讀出并更改。 PLC產(chǎn)品手冊(cè)中給出的“存儲(chǔ)器類(lèi)型”和“程序容量”是針對(duì)用戶(hù)程序存儲(chǔ)器而言的。2021-10-2921 PLCPLC各部分的作用各部分的作用輸入、輸出接口電路輸入、輸出接口電路（）輸入接口電路（）輸入接口電路：3.采用光電耦合電路，將限位開(kāi)關(guān)、手動(dòng)開(kāi)關(guān)、編碼器等現(xiàn)采用光電耦合電路，將限位開(kāi)關(guān)、手動(dòng)開(kāi)關(guān)、編

17、碼器等現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的場(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成成CPU所能接受和處理的所能接受和處理的數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)。 PLCPLC的輸入接口電路（直流輸入型）的輸入接口電路（直流輸入型） 內(nèi)內(nèi)部部電電路路R R2 2R1R1C CLEDLED光電耦合器光電耦合器COMCOMDCDC24V24VSBSB2021-10-2922 PLCPLC各部分的作用各部分的作用（）輸出接口電路：（）輸出接口電路：采用光電耦合電路，將將CPUCPU處理處理過(guò)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，過(guò)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥等外部設(shè)備的通斷電。有三種類(lèi)型： 內(nèi)內(nèi)部部電電路路L LE E

18、D DL L: :負(fù)負(fù) 載載C CO OM ML LL L輸輸 出出 端端 子子（a) a) 繼電器輸出型繼電器輸出型 繼電器輸出型繼電器輸出型：為有觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)頻率較低的開(kāi)關(guān)頻率較低的直流負(fù)載直流負(fù)載或或交流負(fù)載交流負(fù)載回路回路。2021-10-2923內(nèi)內(nèi)部部電電路路L LE ED D輸輸出出端端子子L L: :負(fù)負(fù)載載C CO OM ML LL L（b） 晶閘管輸出型L L: :負(fù)負(fù) 載載輸輸 出出 端端 子子L LE ED D內(nèi)內(nèi)部部電電路路C CO OM ML LL L（c） 晶體管輸出型（NPN集電極開(kāi)路）輸輸 出出 端端 子子L LE ED D內(nèi)內(nèi)部部電電路路

19、C CO OM ML L: :負(fù)負(fù) 載載L LL L（d） 晶體管輸出型（PNP集電極開(kāi)路） 晶體管輸出型晶體管輸出型：為無(wú)觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)頻率較高的直流電源負(fù)載。 晶閘管輸出型：晶閘管輸出型：為無(wú)觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)頻率較高的交流電源負(fù)載。2021-10-2924 電源電源 PLC的電源的電源是指將外部輸入的交流電處理后轉(zhuǎn)換成滿(mǎn)足PLC的CPU、存儲(chǔ)器、輸人輸出接口等內(nèi)部電路工作需要的直流電源電路或電源模塊。許多PLC的直流電源采用直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，不僅可提供多路獨(dú)立的電壓供內(nèi)部電路使用，而且還可為輸入設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)電源。 2021-10-2925手持編程器（外設(shè)接

20、口）手持編程器（外設(shè)接口） 手持編程器采用手持編程器采用助記符語(yǔ)言編程助記符語(yǔ)言編程，具有編具有編輯、檢索、修改程序、進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、內(nèi)存監(jiān)輯、檢索、修改程序、進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、內(nèi)存監(jiān)控等功能?？梢粰C(jī)多用，具有使用方便、價(jià)格控等功能?？梢粰C(jī)多用，具有使用方便、價(jià)格低廉的特點(diǎn)。外設(shè)接口還可以連接多種設(shè)備諸低廉的特點(diǎn)。外設(shè)接口還可以連接多種設(shè)備諸如：打印機(jī)、掃描儀等。如：打印機(jī)、掃描儀等。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不夠直觀不夠直觀 可通過(guò)可通過(guò)PLC的的RS232外設(shè)通訊口外設(shè)通訊口(或或RS422口配以適配器口配以適配器)與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，利用專(zhuān)利用專(zhuān)用工具軟件用工具軟件（NPSTGR、FPSOFT、FPW

21、INGR）對(duì)對(duì)PLCPLC進(jìn)行編程和監(jiān)控進(jìn)行編程和監(jiān)控。利用計(jì)。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程和監(jiān)控比手持編程工具更加直觀算機(jī)進(jìn)行編程和監(jiān)控比手持編程工具更加直觀和方便。和方便。2021-10-2926I I0 0擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口 若主機(jī)單元的IO點(diǎn)數(shù)不能滿(mǎn)足需要時(shí)，可通過(guò)此接口用扁平電纜線將通過(guò)此接口用扁平電纜線將IO擴(kuò)展單元與主機(jī)相連，以擴(kuò)展單元與主機(jī)相連，以增加增加I IO O點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù)。PLC的最大擴(kuò)展能力主要受的最大擴(kuò)展能力主要受CPU尋址能力和主機(jī)驅(qū)動(dòng)能力的限制。 2021-10-29271.3.1.3. PLCPLC基本工作原理基本工作原理PLC與普通微機(jī)在許多方面有相似之處，但其工作方式卻與

22、微機(jī)有很大的不同。微機(jī)：微機(jī)：等待命令等待命令的工作方式。如在常見(jiàn)的鍵盤(pán)掃描方式或I/O掃描方式下，有鍵按下或I/O動(dòng)作，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序;無(wú)鍵按下或IO不動(dòng)作,則處于等待狀態(tài)。PLCPLC：循環(huán)掃描循環(huán)掃描的工作方式。 CPU從第一條指令開(kāi)始按指令步序號(hào)作周期性的循環(huán)掃描，如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令,則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶(hù)程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。如下圖所示：2021-10-2928、10、10、11、ED11、ED圖圖 PLC循環(huán)掃描工作示意圖循環(huán)掃描工作示意圖2021-10-2929 一個(gè)掃描周期主要分為三個(gè)階段：一個(gè)掃描周期

23、主要分為三個(gè)階段： 輸入采樣階段輸入采樣階段 程序執(zhí)行階段程序執(zhí)行階段 1. 輸出刷新階段輸出刷新階段 輸入刷新 程序執(zhí)行輸出刷新一個(gè)掃描周期輸入刷新 PLC的掃描工作過(guò)程用戶(hù)輸出設(shè)備輸入端子輸入鎖存器輸入映象寄存器輸出映象寄存器輸出鎖存器輸出端子程序執(zhí)行用戶(hù)輸入設(shè)備寫(xiě)讀讀2021-10-2930與編程器或計(jì)算機(jī)等通信自診斷讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)執(zhí)行用戶(hù)程序輸出結(jié)果圖圖 PLCPLC工作過(guò)程框圖工作過(guò)程框圖 第第1 1階段：自診斷。階段：自診斷。 第第2 2階段：階段：PLCPLC檢查是否有與編程器或計(jì)算機(jī)的通信請(qǐng)求。檢查是否有與編程器或計(jì)算機(jī)的通信請(qǐng)求。第第3 3階段：階段：PLCPLC的中央處理器對(duì)

24、各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，將輸入端的狀態(tài)送的中央處理器對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中，這一階段也稱(chēng)為輸入信號(hào)采樣階段。到輸入狀態(tài)寄存器中，這一階段也稱(chēng)為輸入信號(hào)采樣階段。第第4 4階段：中央處理器階段：中央處理器CPUCPU將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，以對(duì)輸入和原輸出狀態(tài)將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，以對(duì)輸入和原輸出狀態(tài) ( (這些狀態(tài)統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)據(jù)這些狀態(tài)統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)據(jù)) )進(jìn)行進(jìn)行“處理處理”，即按程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行邏，即按程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行邏輯、算術(shù)運(yùn)算、再將正確的結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器中，這就輯、算術(shù)運(yùn)算、再將正確的結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器中，這就 是執(zhí)行用戶(hù)程序階段。是執(zhí)行用戶(hù)程序階段。第第5

25、5階段：所有的指令執(zhí)行完畢后，集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過(guò)輸階段：所有的指令執(zhí)行完畢后，集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過(guò)輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備，這一階段也稱(chēng)為輸出刷新階段?？卦O(shè)備，這一階段也稱(chēng)為輸出刷新階段。2021-10-2931說(shuō)明：說(shuō)明： 由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進(jìn)行的，所以亦將這兩個(gè)階段統(tǒng)稱(chēng)為IO刷新階段。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和IO刷新外，PLC還要進(jìn)行各種錯(cuò)誤檢測(cè)(自診斷功能)并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱(chēng)為“監(jiān)視服務(wù)”。一般在程序執(zhí)行后進(jìn)行。 掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于程序的

26、長(zhǎng)短。 由于每一個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次I0刷新，故使系統(tǒng)存存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象。在輸入、輸出滯后現(xiàn)象。這對(duì)于一般的開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)不但不會(huì)造成影響，反而可以反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。但對(duì)于控制時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時(shí)采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后。2021-10-29321.4 1.4 PLCPLC的編程語(yǔ)言的編程語(yǔ)言 不采用微機(jī)的編程語(yǔ)言，采用梯形圖語(yǔ)言、指令助記符語(yǔ)言、控制系統(tǒng)流程圖語(yǔ)言、布爾代數(shù)語(yǔ)言等。其中梯形圖、指令助記符語(yǔ)言最為常梯形圖、指令助記符語(yǔ)言最為常用。用。 PLC的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)至今尚無(wú)國(guó)際統(tǒng)一

27、標(biāo)準(zhǔn)，不不同廠家所用語(yǔ)言和符號(hào)也不盡相同。同廠家所用語(yǔ)言和符號(hào)也不盡相同。但它們的梯形圖語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和功能是大同小異大同小異的。 2021-10-29331.4.1 1.4.1 梯形圖語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言 梯形圖是梯形圖是在原繼電器在原繼電器接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來(lái)的圖基礎(chǔ)上演變而來(lái)的一種圖形語(yǔ)言一種圖形語(yǔ)言。它是目前用得最多的它是目前用得最多的PLC編程語(yǔ)言。編程語(yǔ)言。作為一種圖形語(yǔ)言，它是將內(nèi)部的作為一種圖形語(yǔ)言，它是將內(nèi)部的各種編程元件和各種具有特定功能的命令用專(zhuān)用圖形符號(hào)各種編程元件和各種具有特定功能的命令用專(zhuān)用圖形符號(hào)定義，并按控制要求將有關(guān)圖

28、形符號(hào)按一定規(guī)律連接起來(lái)，定義，并按控制要求將有關(guān)圖形符號(hào)按一定規(guī)律連接起來(lái)，構(gòu)成描述輸入、輸出之間控制關(guān)系的圖形。這種圖形就稱(chēng)構(gòu)成描述輸入、輸出之間控制關(guān)系的圖形。這種圖形就稱(chēng)為的梯形圖。為的梯形圖。梯形圖是由電氣符號(hào)、線圈和觸點(diǎn)等梯形圖是由電氣符號(hào)、線圈和觸點(diǎn)等組成。組成。常開(kāi)觸點(diǎn) ： 常閉觸點(diǎn)： 線圈：2021-10-2934注意注意梯形圖表示的并并不是一個(gè)實(shí)際電路而只是一個(gè)控制程不是一個(gè)實(shí)際電路而只是一個(gè)控制程序，序，其間的連線表示的是它們之間的邏輯關(guān)系，即所謂“軟接線”。它們并非是物理實(shí)體，而是它們并非是物理實(shí)體，而是“軟繼電器軟繼電器”。每個(gè)。每個(gè)“軟軟繼電器繼電器”僅對(duì)應(yīng)僅對(duì)應(yīng)P

29、LCPLC存儲(chǔ)單元中的一位。存儲(chǔ)單元中的一位。該位狀態(tài)為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器線圈接通，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)；狀態(tài)為“0”時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器線圈不通，其常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)保持原態(tài)。X0X1Y0Y0(b) PLC梯形圖（a）繼電器接觸器線路圖）繼電器接觸器線路圖2021-10-29351.4.2 1.4.2 助記符語(yǔ)言助記符語(yǔ)言助記符語(yǔ)言類(lèi)似于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言助記符語(yǔ)言類(lèi)似于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言，用一些簡(jiǎn)潔一些簡(jiǎn)潔易記的文字符號(hào)表達(dá)易記的文字符號(hào)表達(dá)PLCPLC的各種指令。同一廠家的的各種指令。同一廠家的PLCPLC產(chǎn)品，產(chǎn)品，其助記符語(yǔ)言與梯形圖語(yǔ)言是相互對(duì)應(yīng)的，可互相轉(zhuǎn)換。其助記符語(yǔ)言與梯形圖語(yǔ)言

30、是相互對(duì)應(yīng)的，可互相轉(zhuǎn)換。 助記符語(yǔ)言包含2個(gè)部分:操作碼、操作數(shù) 操作碼表明該指令執(zhí)行的操作種類(lèi)：如數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)操作碼表明該指令執(zhí)行的操作種類(lèi)：如數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等。操作數(shù)一般是由標(biāo)識(shí)符和參數(shù)組成。運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等。操作數(shù)一般是由標(biāo)識(shí)符和參數(shù)組成。如：如： ST X0ST X0 OR Y0OR Y0 AN/ X1 AN/ X1 OT Y0 OT Y0 助記符語(yǔ)言常用于手持編程器中，梯形圖助記符語(yǔ)言常用于手持編程器中，梯形圖語(yǔ)言則多用于計(jì)算機(jī)編程環(huán)境中。語(yǔ)言則多用于計(jì)算機(jī)編程環(huán)境中。 X0X1Y0Y0(b) PLC梯形圖2021-10-29361.4.3 邏輯功能圖（略）邏輯功能圖（略）參見(jiàn)P41-422021-10-29371.5 PLC1.5 PLC的性能指標(biāo)與分類(lèi)的性能指標(biāo)與分類(lèi)1.5.1 PLC的主要性能指標(biāo)I/OI/O點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù) - 輸入、輸出端子的個(gè)數(shù)。輸入、輸出端子的個(gè)數(shù)。這些端子可以通過(guò)鑼釘與外部設(shè)備相連接。這些端子可以通過(guò)鑼釘與外部設(shè)備相連接。I/OI/O點(diǎn)點(diǎn)數(shù)數(shù)是是PLCPLC的重要指標(biāo)。的重要指標(biāo)。 I/OI/O點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù)越多表明可以與外部越多表明可以與外部相連的設(shè)備越多，控制規(guī)模越大。相連的設(shè)備越多，控制規(guī)模越大。I/OI/O點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù)包括：包括：主主機(jī)機(jī)I/OI/O點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù)和和最大擴(kuò)展最大擴(kuò)展I/OI/O點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù)兩種。兩種。2. 程序容量程序容量