第1章-可編程控制器概述

1、S7-300S7-300可編程控制器可編程控制器(PLC)(PLC)教程教程 重點與難點：重點與難點： 可編程序控制器的工作原理?？删幊绦蚩刂破鞯墓ぷ髟?。 基本要求：基本要求：1 1熟悉可編程序控制器的定熟悉可編程序控制器的定2 2理解可編程序控制器的工作原理；理解可編程序控制器的工作原理；3 3掌握可編程序控制器的分類和特點；掌握可編程序控制器的分類和特點；4 4熟練可編程序控制器的編程語言。熟練可編程序控制器的編程語言。 本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：1PLC的產(chǎn)生和定義；的產(chǎn)生和定義；2PLC的分類和特點；的分類和特點；3PLC的工作原理；的工作原理；4PLC的功能和應用；的功能和應用；5PLC

2、與微機系統(tǒng)和繼電器系統(tǒng)的區(qū)別；與微機系統(tǒng)和繼電器系統(tǒng)的區(qū)別；6PLC的發(fā)展；的發(fā)展；7PLC的性能指標；的性能指標；8PLC的編程語言。的編程語言。 可編程控制器的分類和特點可編程控制器的分類和特點1.2 PLC PLC的功能及應用的功能及應用1.4可編程控制器的產(chǎn)生和定義可編程控制器的產(chǎn)生和定義1.1 PLC PLC與微型計算機系統(tǒng)和繼電器系統(tǒng)的區(qū)別與微型計算機系統(tǒng)和繼電器系統(tǒng)的區(qū)別1.5 PLC PLC的工作原理的工作原理1.3 PLC PLC的編程語言的編程語言1.8本章小結(jié)本章小結(jié) 1.9 PLC PLC的性能指標的性能指標1.7 PLC PLC的發(fā)展的發(fā)展1.6 可編程序控制器（可編

3、程序控制器（Programmable Controller，PC）在其早期主要應用于開）在其早期主要應用于開關(guān)量的邏輯控制，因此也稱為可編程序邏關(guān)量的邏輯控制，因此也稱為可編程序邏輯控制器（輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。）。 可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控技術(shù)而發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。制裝置。它具有體積小、編程簡單、功能強、它具有體積小、編程簡單、功能強、抗干擾能力強、可靠性高、靈活通用

4、、維抗干擾能力強、可靠性高、靈活通用、維護方便等優(yōu)點，目前在冶金、化工、交通、護方便等優(yōu)點，目前在冶金、化工、交通、電力等工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應用，電力等工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的四大支柱（可編程成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的四大支柱（可編程序控制器技術(shù)、機器人技術(shù)、序控制器技術(shù)、機器人技術(shù)、CAD/CAM和數(shù)控技術(shù)）之一。和數(shù)控技術(shù)）之一。1.1.1 1.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生可編程控制器的產(chǎn)生1968年通用汽車公司提出了新型控制年通用汽車公司提出了新型控制器所必須具備的器所必須具備的10大條件（有名的大條件（有名的“GM10條條”）。）。 編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；

5、編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序； 維護方便，最好是插件式；維護方便，最好是插件式； 可靠性高于繼電器控制柜；可靠性高于繼電器控制柜； 體積小于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜； 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機；可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機； 在成本上可與繼電器控制柜競爭；在成本上可與繼電器控制柜競爭； 輸入可以是交流輸入可以是交流115V； 輸出可以是交流輸出可以是交流115V，2A以上，以上，可直接驅(qū)動電磁閥；可直接驅(qū)動電磁閥； 在擴展時，原有系統(tǒng)只要很小變更；在擴展時，原有系統(tǒng)只要很小變更； 用戶程序存儲器容量至少能擴展到用戶程序存儲器容量至少能擴展到4KB。1969年，美國數(shù)字設備公司（年，美國

6、數(shù)字設備公司（GEC）研制成功第一臺可編程序控制器，并在通研制成功第一臺可編程序控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用成功，從用汽車公司的自動裝配線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。進入進入20世紀世紀70年代，隨著微電子技術(shù)年代，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，的發(fā)展，PLC采用了通用微處理器，這種采用了通用微處理器，這種控制器就不再局限于當初的邏輯運算了，控制器就不再局限于當初的邏輯運算了，功能不斷增強。因此，實際上應稱之為可功能不斷增強。因此，實際上應稱之為可編程序控制器（編程序控制器（PC）。）。至至20世紀世紀80年代，隨著大規(guī)模和超大年代，隨著大規(guī)模和超大

7、規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，以規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，以16位和位和32位微處理器構(gòu)成的微機化位微處理器構(gòu)成的微機化PC得到了得到了驚人的發(fā)展。使驚人的發(fā)展。使PC在概念、設計、性能、在概念、設計、性能、價格、應用等方面都有了新的突破。價格、應用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強，功耗和體積減小，不僅控制功能增強，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且隨著遠程更為靈活方便，而且隨著遠程I/O和通信網(wǎng)和通信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)處理以及圖像顯示的發(fā)展，使絡、數(shù)據(jù)處理以及圖像顯示的發(fā)展，使PC向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向發(fā)展，

8、成向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向發(fā)展，成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一大支柱。為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一大支柱。1.1.2 1.1.2 可編程控制器的定義可編程控制器的定義在第三稿中，對在第三稿中，對PLC作了如下定義：作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作電子可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)、算術(shù)運算等操作指令，并通過時、計數(shù)、算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出

9、，控制各種類數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)的外圍設備，可編程序控制器及其有關(guān)的外圍設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。易于擴充其功能的原則設計。定義強調(diào)了定義強調(diào)了PLC有以下特點。有以下特點。 PLC是數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，是數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，也是一種計算機。也是一種計算機。 PLC專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。 PLC使用面向用戶指令使用面向用戶指令編程方便。編程方便。 PLC進行邏輯運算、順序控制、定進行邏輯運算、順

10、序控制、定時計算和算術(shù)操作。時計算和算術(shù)操作。 PLC進行數(shù)字量或模擬量輸入輸出進行數(shù)字量或模擬量輸入輸出控制?？刂?。 PLC易與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體。易與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體。 PLC易于擴充。易于擴充。1.2.1 1.2.1 可編程控制器的分類可編程控制器的分類由于由于PLC的品種、型號、規(guī)格和功能的品種、型號、規(guī)格和功能各不相同，要按統(tǒng)一的標準對它們進行分各不相同，要按統(tǒng)一的標準對它們進行分類十分困難。類十分困難。通常，按通常，按I/O點數(shù)可劃分成大、中、小點數(shù)可劃分成大、中、小型三類；按功能強弱又可分為低檔機、中型三類；按功能強弱又可分為低檔機、中檔機和高檔機三類。檔機和高檔機三類。 1 1按

11、組成結(jié)構(gòu)形式分類按組成結(jié)構(gòu)形式分類（1）一體化整體式）一體化整體式PLC（2）模塊式結(jié)構(gòu)化）模塊式結(jié)構(gòu)化PLC 2 2按按I/OI/O點數(shù)分類點數(shù)分類（1）小型）小型PLC（2）中型）中型PLC（3）大型）大型PLC 3 3按輸出形式可以分類按輸出形式可以分類（1）繼電器輸出）繼電器輸出 為有觸點輸出方式，適用于低頻大功為有觸點輸出方式，適用于低頻大功率直流或交流負載。典型的繼電器輸出電率直流或交流負載。典型的繼電器輸出電路如圖路如圖1-1所示。所示。 圖圖1-1 1-1 繼電器輸出繼電器輸出 （2）晶體管輸出）晶體管輸出 為無觸點輸出方式，適用于高頻小功為無觸點輸出方式，適用于高頻小功率直流

12、負載。典型的率直流負載。典型的NPN和和PNP晶體管輸晶體管輸出電路如圖出電路如圖1-2所示。所示。 圖圖1-2 1-2 晶體管輸出晶體管輸出（3）晶閘管輸出）晶閘管輸出 為無觸點輸出方式，適用于高速大功為無觸點輸出方式，適用于高速大功率交流負載。典型的晶閘管輸出電路如圖率交流負載。典型的晶閘管輸出電路如圖1-3所示。所示。圖圖1-3 1-3 晶閘管輸出晶閘管輸出 1.2.2 1.2.2 可編程控制器的特點可編程控制器的特點 為適應工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝為適應工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，置相比較，PLC有以下一些特點。有以下一些特點。（1）可靠性高，抗干擾能力強。）可靠性高，抗干擾

13、能力強。 工業(yè)生產(chǎn)對控制設備的可靠性要求如工業(yè)生產(chǎn)對控制設備的可靠性要求如下。下。 平均故障間隔時間長。平均故障間隔時間長。 故障修復時間（平均修復時間）短。故障修復時間（平均修復時間）短。 電子設備產(chǎn)生的故障，通常為以下兩電子設備產(chǎn)生的故障，通常為以下兩種。種。 偶發(fā)性故障。偶發(fā)性故障。 永久性故障。永久性故障。 硬件措施硬件措施 主要模塊均使用大規(guī)?；虺笠?guī)模集主要模塊均使用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，大量開關(guān)動作由無觸點的電子存成電路，大量開關(guān)動作由無觸點的電子存儲器完成，儲器完成，I/O系統(tǒng)設計有完善的通道保護系統(tǒng)設計有完善的通道保護和信號調(diào)理電路。和信號調(diào)理電路。 屏蔽屏蔽 濾波濾波

14、電源調(diào)整與保護電源調(diào)整與保護 隔離隔離 采用模塊式結(jié)構(gòu)采用模塊式結(jié)構(gòu) 軟件措施軟件措施 有極強的自檢及保護功能。有極強的自檢及保護功能。 故障檢測故障檢測 信息保護與恢復信息保護與恢復 設置警戒時鐘設置警戒時鐘WDT（看門狗）（看門狗） 加強對程序的檢查和校驗加強對程序的檢查和校驗 對程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進行電池后備對程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進行電池后備 （2）通用性強，控制程序可變，使）通用性強，控制程序可變，使用方便。用方便。（3）功能強，適應面廣。）功能強，適應面廣。（4）編程簡單，容易掌握。）編程簡單，容易掌握。（5）減少了控制系統(tǒng)的設計及施工）減少了控制系統(tǒng)的設計及施工的工作量。的工作量。（6）體積

15、小、重量輕、功耗低、維）體積小、重量輕、功耗低、維護方便。護方便。 1.3.1 PLC 1.3.1 PLC的工作過程的工作過程圖圖1-4 PLC1-4 PLC的工作過程圖的工作過程圖 1 1輸入采樣階段輸入采樣階段 2 2程序執(zhí)行階段程序執(zhí)行階段 3 3輸出刷新階段輸出刷新階段 1.3.2 PLC 1.3.2 PLC的的I/OI/O滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象 造成造成I/O響應滯后的原因有以下響應滯后的原因有以下3種。種。（1）掃描方式：）掃描方式： 一個掃描周期內(nèi)對所有輸出只刷新一一個掃描周期內(nèi)對所有輸出只刷新一次。次。（2）電路慣性：）電路慣性： 輸入濾波時間常數(shù)和輸出繼電器觸點輸入濾波時間常數(shù)和輸

16、出繼電器觸點的機械滯后。的機械滯后。（3）與程序設計安排有關(guān)。）與程序設計安排有關(guān)。 PLC的等效電路如圖的等效電路如圖1-5所示。所示。圖圖1-51-5PLCPLC的等效電路示意圖的等效電路示意圖 1.3.3 PLC1.3.3 PLC的組成結(jié)構(gòu)的組成結(jié)構(gòu) PLC的基本組成可歸為的基本組成可歸為4大部件。大部件。 整體結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)的PLC的的4部分裝在同一機殼部分裝在同一機殼內(nèi)，模塊式結(jié)構(gòu)的內(nèi)，模塊式結(jié)構(gòu)的PLC的各部件獨立封裝，的各部件獨立封裝，稱為模塊，通過機架和總線連接而成。稱為模塊，通過機架和總線連接而成。 I/O的能力可按用戶的需要進行擴展和的能力可按用戶的需要進行擴展和組合。另外

17、，還必須有編程器來將用戶程組合。另外，還必須有編程器來將用戶程序?qū)戇M規(guī)定的存儲器內(nèi)。序?qū)戇M規(guī)定的存儲器內(nèi)。 PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖1-6所示。所示。圖圖1-6 PLC1-6 PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖的基本結(jié)構(gòu)框圖 1 1中央處理單元（中央處理單元（CPUCPU） 一般一般PLC使用下列使用下列CPU芯片。芯片。（1）通用微處理器，如）通用微處理器，如Intel公司的公司的8086、80186到到Pentium系列芯片。系列芯片。（2）單片微處理器（單片機），如）單片微處理器（單片機），如Intel公司的公司的MCS-96系列單片機。系列單片機。（3）位片式微處理器，如）位片式微

18、處理器，如AMD 2900系列位片式微處理器。系列位片式微處理器。 一般的中型可編程控制器多為雙微處一般的中型可編程控制器多為雙微處理器系統(tǒng)，一個是字處理器，另一個為位理器系統(tǒng)，一個是字處理器，另一個為位處理器，也稱布爾處理器，處理器，也稱布爾處理器， CPU處理速度處理速度是指是指PLC執(zhí)行執(zhí)行1000條基本指令所花費的時條基本指令所花費的時間。間。 CPU是是PLC的核心部分。與通用微機的核心部分。與通用微機CPU一樣，一樣，CPU在在PC系統(tǒng)中的作用類似于系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞。人體的神經(jīng)中樞。 2 2存儲器存儲器 存儲器主要存放系統(tǒng)程序，用戶程序存儲器主要存放系統(tǒng)程序，用戶程

19、序及工作數(shù)據(jù)。存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器及工作數(shù)據(jù)。存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用來和用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用來存放存放PLC的系統(tǒng)軟件，用戶程序存儲器用的系統(tǒng)軟件，用戶程序存儲器用來存放來存放I/O狀態(tài)及用戶程序。狀態(tài)及用戶程序。 系統(tǒng)程序存儲器存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序） 、模塊化應用功能子程序、命令 解釋、功能子程序的調(diào)用管理程序和系統(tǒng)參數(shù)。 （系統(tǒng)程序存儲 器不能由用戶直接存?。?用戶程序存儲器存放用戶程序。即用戶通過編程器輸入的用戶程序。 功能存儲器（數(shù)據(jù)區(qū)）存放用戶數(shù)據(jù)。 用戶存儲器 PLC的用戶存儲器通常以字（的用戶存儲器通常以字（16位位/字）

20、字）為單位來表示存儲容量。為單位來表示存儲容量。 PLC所用的存儲器基本上由所用的存儲器基本上由PROM，EPROM，EEPROM、RAM等組成的。等組成的。（1）隨機存取存儲器（）隨機存取存儲器（RAM） （2）只讀存儲器（）只讀存儲器（ROM） （3）可電擦除可編程的只讀存儲器）可電擦除可編程的只讀存儲器（EEPROM） 用戶數(shù)據(jù)有以下類型用戶數(shù)據(jù)有以下類型（1）位數(shù)據(jù)（）位數(shù)據(jù)（bit）（2）字節(jié)數(shù)據(jù)（）字節(jié)數(shù)據(jù)（Byte）（3）字數(shù)據(jù)（）字數(shù)據(jù)（Word）（4）雙字數(shù)據(jù)（）雙字數(shù)據(jù)（Dword）（5）混合數(shù)據(jù)（位與字節(jié)或字）混合數(shù)據(jù)（位與字節(jié)或字） 3 3輸入輸入/ /輸出部件輸出部件

21、 輸入輸入/輸出部件又稱輸出部件又稱I/O模塊。輸入模模塊。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。塊用來接收和采集輸入信號。 數(shù)字量輸入模塊用來接收從按鈕、選數(shù)字量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等處來的數(shù)開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等處來的數(shù)字量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收字量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機和各種變送器提供的電位器、測速發(fā)電機和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流、電壓信號。連續(xù)變化的模擬量電流、電壓信號。 數(shù)字量輸出模塊用來控制接觸器、電數(shù)字量輸出模塊用來控制接觸器、

22、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置、磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置、報警裝置等輸出設備；模擬量輸出模塊用報警裝置等輸出設備；模擬量輸出模塊用來控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。來控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。 PLC通過通過I/O接口可以檢測被控對象或接口可以檢測被控對象或被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，以這些現(xiàn)場數(shù)被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為據(jù)作為PLC對被控對象進行控制的信息依對被控對象進行控制的信息依據(jù)。同時據(jù)。同時PLC又通過又通過I/O接口將處理結(jié)果送接口將處理結(jié)果送給被控設備或工業(yè)生產(chǎn)過程，以實現(xiàn)控制。給被控設備或工業(yè)生產(chǎn)過程，以實現(xiàn)控制。 （1）輸入模塊）輸入模塊 （2）

23、輸出模塊）輸出模塊 4 4編程裝置和編程軟件編程裝置和編程軟件 編程裝置用來生成用戶程序，并對它編程裝置用來生成用戶程序，并對它進行編輯、檢查和修改。手持式編程器不進行編輯、檢查和修改。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。 它的體積小，價格便宜，一般用來給它的體積小，價格便宜，一般用來給小型小型PLC編程，或者用于現(xiàn)場調(diào)試和維修。編程，或者用于現(xiàn)場調(diào)試和維修。編程器是編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的工具?？捎糜谟脩舫绦虻木S護不可缺

24、少的工具?？捎糜谟脩舫绦虻木幹?、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視；通過鍵編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視；通過鍵盤和顯示器去檢測盤和顯示器去檢測PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)；內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)；通過通信端口與通過通信端口與CPU聯(lián)系，實現(xiàn)與聯(lián)系，實現(xiàn)與PLC的的人機對話。人機對話。 編程器可分為簡單型編程器可分為簡單型只能聯(lián)機編只能聯(lián)機編程，只能用指令清單編程；智能型程，只能用指令清單編程；智能型既既可聯(lián)機編程，也可脫機編程，還可以采用可聯(lián)機編程，也可脫機編程，還可以采用指令清單（語句表）、梯形圖等語言編程。指令清單（語句表）、梯形圖等語言編程。一般可直接以計算機作為編程器，安裝相一般可直接以計算機作為編程器，安裝相關(guān)

25、的編程軟件編程。關(guān)的編程軟件編程。 5 5電源部件電源部件 PLC使用使用220V交流電源或交流電源或24V直流電直流電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供5V、12V、24V等直流電源。等直流電源。 小型小型PLC一般都可以為輸入電路和外一般都可以為輸入電路和外部的電子傳感器（如接近開關(guān)）提供部的電子傳感器（如接近開關(guān)）提供24V直流電源，驅(qū)動直流電源，驅(qū)動PLC負載的直流電源一般負載的直流電源一般由用戶提供。由用戶提供。 內(nèi)部電源。內(nèi)部電源。 外部電源。外部電源。 PLC產(chǎn)生初期，由于其價格高于繼電產(chǎn)生初期，由于其價格高于繼電器控制裝置，使得其應用受到限制。器控制裝

26、置，使得其應用受到限制。 但最近幾年來，隨著但最近幾年來，隨著PLC性能價格比性能價格比的不斷提高，的不斷提高，PLC的應用面越來越廣，其的應用面越來越廣，其主要原因是：一方面由于微處理器芯片及主要原因是：一方面由于微處理器芯片及有關(guān)元件的價格大大下降，使得有關(guān)元件的價格大大下降，使得PLC的成的成本下降；另一方面本下降；另一方面PLC的功能大大增強，的功能大大增強，使它能解決復雜的計算和通信問題。使它能解決復雜的計算和通信問題。 目前，目前，PLC已廣泛用于包括從單機自已廣泛用于包括從單機自動化到工廠自動化，從機器人、柔性制造動化到工廠自動化，從機器人、柔性制造系統(tǒng)到工業(yè)局部網(wǎng)絡的工業(yè)控制的

27、各個領(lǐng)系統(tǒng)到工業(yè)局部網(wǎng)絡的工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。域。 1.4.1 PLC1.4.1 PLC的主要功能的主要功能 1 1開關(guān)量邏輯控制功能開關(guān)量邏輯控制功能 2 2定時定時/ /計數(shù)控制功能計數(shù)控制功能 3 3數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)處理功能 4 4監(jiān)控、故障診斷功能監(jiān)控、故障診斷功能 5 5步進控制功能步進控制功能 6 6A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)換功能 7 7停電記憶功能停電記憶功能 8 8遠程遠程I/OI/O功能功能 9 9通信連網(wǎng)功能通信連網(wǎng)功能 10 10擴展功能擴展功能 1.4.2 PLC 1.4.2 PLC的應用的應用 隨著隨著PLC的性能價格比的不斷提高，的性能價格比的不斷提高，

28、目前，目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機械制采礦、水泥、石油、化工、電力、機械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保等各造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保等各行各業(yè)。行各業(yè)。 其應用范圍大致可歸納為以下幾種。其應用范圍大致可歸納為以下幾種。（1）開關(guān)量的邏輯控制）開關(guān)量的邏輯控制 （2）運動控制）運動控制 （3）閉環(huán)過程控制）閉環(huán)過程控制 （4）數(shù)據(jù)處理）數(shù)據(jù)處理 （5）通信連網(wǎng)）通信連網(wǎng) 1.4.3 PLC 1.4.3 PLC控制系統(tǒng)的分類控制系統(tǒng)的分類 1 1集中式控制系統(tǒng)集中式控制系統(tǒng)圖圖1-7 1-7 集中式控制系統(tǒng)集中式控制系統(tǒng)

29、 2 2遠程式控制系統(tǒng)遠程式控制系統(tǒng)圖圖1-81-8遠程式控制系統(tǒng)遠程式控制系統(tǒng) 3 3分布式控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)圖圖1-9 1-9 分布式控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng) 1.5.1 PLC 1.5.1 PLC與微型計算機控與微型計算機控制系統(tǒng)的區(qū)別制系統(tǒng)的區(qū)別 可編程控制器與微型計算機的主要差可編程控制器與微型計算機的主要差異及各自的特點主要表現(xiàn)為以下幾個方面。異及各自的特點主要表現(xiàn)為以下幾個方面。 （1）應用范圍）應用范圍 （2）使用環(huán)境）使用環(huán)境 （3）輸入）輸入/輸出輸出（4）程序設計）程序設計 （5）系統(tǒng)功能）系統(tǒng)功能 （6）運算速度和存儲容量）運算速度和存儲容量 （7）價格）價格 1.5

30、.2 PLC 1.5.2 PLC與繼電器接觸器與繼電器接觸器系統(tǒng)的區(qū)別系統(tǒng)的區(qū)別 可編程控制器是在傳統(tǒng)的繼電器控制可編程控制器是在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)上發(fā)展起來的，可編程控制器的編程系統(tǒng)上發(fā)展起來的，可編程控制器的編程語言中的梯形圖與繼電器控制線路十分相語言中的梯形圖與繼電器控制線路十分相似。似。 但是可編程控制器與繼電器控制系統(tǒng)但是可編程控制器與繼電器控制系統(tǒng)還是有一些區(qū)別的，主要表現(xiàn)在以下幾方還是有一些區(qū)別的，主要表現(xiàn)在以下幾方面。面。（1）控制邏輯）控制邏輯（2）工作方式）工作方式 （3）控制速度）控制速度 （4）限時控制）限時控制 （5）計數(shù)限制）計數(shù)限制 （6）設計和施工）設計和施工

31、（7）可靠性和可維護性）可靠性和可維護性 （8）價格）價格 PLC的發(fā)展與計算機技術(shù)、半導體集的發(fā)展與計算機技術(shù)、半導體集成技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡成技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。這些高技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。這些高新技術(shù)的發(fā)展推動了新技術(shù)的發(fā)展推動了PLC的發(fā)展，而的發(fā)展，而PLC的發(fā)展又對這些高新技術(shù)提出了更高、更的發(fā)展又對這些高新技術(shù)提出了更高、更新的要求，促進了它們的發(fā)展。新的要求，促進了它們的發(fā)展。 1 1PLCPLC的發(fā)展階段的發(fā)展階段 第一階段，從第一臺第一階段，從第一臺PLC問世到問世到20世世紀紀70年代中期，是年代中期，是P

32、LC的初創(chuàng)階段。的初創(chuàng)階段。 第二階段，從第二階段，從20世紀世紀70年代中期到末年代中期到末期，是期，是PLC的實用化發(fā)展階段。的實用化發(fā)展階段。 第三階段，從第三階段，從20世紀世紀70年代末期到年代末期到20世紀世紀80年代中期，是年代中期，是PLC通信功能的實現(xiàn)通信功能的實現(xiàn)階段。階段。 第四階段，從第四階段，從20世紀世紀80年代中期開始，年代中期開始，是是PLC的開放階段。的開放階段。 2 2PLCPLC的發(fā)展趨勢的發(fā)展趨勢（1）小型化、專用化、低成本）小型化、專用化、低成本（2）系列化、標準化、模塊化）系列化、標準化、模塊化（3）高速化、大容量化和高性能化）高速化、大容量化和高性

33、能化（4）網(wǎng)絡化）網(wǎng)絡化 不同廠家的可編程控制器產(chǎn)品技術(shù)性不同廠家的可編程控制器產(chǎn)品技術(shù)性能不同，性能指標也有所不同，一般選取能不同，性能指標也有所不同，一般選取常用的主要性能指標如下。常用的主要性能指標如下。（1）輸入）輸入/輸出點數(shù)輸出點數(shù) （2）掃描速度）掃描速度 （3）存儲器容量）存儲器容量 （4）編程語言）編程語言 （5）指令功能）指令功能 前幾節(jié)，介紹了前幾節(jié)，介紹了PLC的工作過程、硬的工作過程、硬件框圖及各種硬件的功能。件框圖及各種硬件的功能。PLC的工作過的工作過程及硬件功能的實現(xiàn)，則要靠軟件的支持。程及硬件功能的實現(xiàn)，則要靠軟件的支持。首先，首先，PLC的軟件提供了各種邏輯

34、部件的軟件提供了各種邏輯部件（軟器件），通過編程來完成邏輯控制功（軟器件），通過編程來完成邏輯控制功能。能。 1.8.1 邏輯部件 1 1繼電器邏輯繼電器邏輯觸點、線圈觸點、線圈 用邏輯與、或、非等運算處理各種繼用邏輯與、或、非等運算處理各種繼電器邏輯的連接。電器邏輯的連接。 “1”O(jiān)N（得電） “0”O(jiān)FF（失電） 狀態(tài) 與通常的物理（實際）繼電器相比，與通常的物理（實際）繼電器相比，“軟軟”繼電器有如下特點：繼電器有如下特點：（1）體積小，功耗低；）體積小，功耗低；（2）無觸點，速度快，壽命長；）無觸點，速度快，壽命長；（3）有無數(shù)個常開觸點和常閉觸點）有無數(shù)個常開觸點和常閉觸點供程序使用

35、，且不必考慮觸點的容量。供程序使用，且不必考慮觸點的容量。 PLC一般為用戶提供以下三類繼電器。一般為用戶提供以下三類繼電器。（1）輸入繼電器。）輸入繼電器。（2）輸出繼電器）輸出繼電器（3）內(nèi)部繼電器）內(nèi)部繼電器 掉電保護內(nèi)部繼電器掉電保護內(nèi)部繼電器 掉電不保護內(nèi)部繼電器掉電不保護內(nèi)部繼電器 2 2定時器邏輯定時器邏輯 一般來說，定時器應包含如下內(nèi)容。一般來說，定時器應包含如下內(nèi)容。（1）定時語句（指令）定時語句（指令）選定所需選定所需的定時器，定時時基；的定時器，定時時基；（2）定時條件）定時條件控制定時器操作控制定時器操作（使能（使能Bool）；）；（3）定時器當前值）定時器當前值存放的

36、存儲單存放的存儲單元（元（Word）；）；（4）定時器的復位）定時器的復位當前值復零、當前值復零、狀態(tài)位復位（狀態(tài)位復位（Bool）；）；（5）定時設定值（預置值）及存放）定時設定值（預置值）及存放單元（單元（Word）；）；（6）定時器狀態(tài)（位）定時器狀態(tài)（位）定時器達定時器達到設定值時到設定值時“ON”（bit）。）。 3 3計數(shù)器邏輯計數(shù)器邏輯 通常，計數(shù)器應包含如下內(nèi)容。通常，計數(shù)器應包含如下內(nèi)容。（1）計數(shù)語句（指令）計數(shù)語句（指令）選定所需選定所需的計數(shù)器（編號）；的計數(shù)器（編號）；（2）計數(shù)信號）計數(shù)信號控制計數(shù)器操作控制計數(shù)器操作（使能（使能Bool）；）；（3）計數(shù)器當前值）

37、計數(shù)器當前值存放的單元存放的單元（Word）；）；（4）計數(shù)器的復位）計數(shù)器的復位恢復設定值、恢復設定值、狀態(tài)位復位（狀態(tài)位復位（Bool）；）；（5）計數(shù)設定值及存放單元）計數(shù)設定值及存放單元（Word）；）；（6）計數(shù)器狀態(tài)（位）計數(shù)器狀態(tài)（位）計數(shù)達到計數(shù)達到設定值時設定值時“ON”；復位或未達到計數(shù)；復位或未達到計數(shù)設定值時設定值時“OFF”。 4 4觸發(fā)器邏輯觸發(fā)器邏輯 觸發(fā)器包括：置位輸入觸發(fā)器包括：置位輸入S和復位輸入和復位輸入R，此外觸發(fā)器還有復位優(yōu)先或置位優(yōu)先之分。此外觸發(fā)器還有復位優(yōu)先或置位優(yōu)先之分。 5 5移位寄存器移位寄存器 移位寄存器長度可變，以適應步進控移位寄存器長

38、度可變，以適應步進控制的需要。制的需要。 移位脈沖輸入移位脈沖輸入 cp 移位寄存器移位寄存器 填充輸入填充輸入 IN 復位輸入復位輸入 R 6 6數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器 用于存放數(shù)據(jù)。用于存放數(shù)據(jù)。 1.8.2 1.8.2 編程語言編程語言 PLC的邏輯控制功能的實現(xiàn)是通過編的邏輯控制功能的實現(xiàn)是通過編程語言來實現(xiàn)的。隨著可編程控制器的發(fā)程語言來實現(xiàn)的。隨著可編程控制器的發(fā)展，其編程軟件呈現(xiàn)多樣化和高級化的發(fā)展，其編程軟件呈現(xiàn)多樣化和高級化的發(fā)展趨勢。展趨勢。 由于可編程控制器類型較多，各個不由于可編程控制器類型較多，各個不同機型對應編程軟件也有一定的差別，特同機型對應編程軟件也有一定的差別，

39、特別是各個生產(chǎn)廠家的可編程控制器之間，別是各個生產(chǎn)廠家的可編程控制器之間，它們的編程軟件不能通用，但是同一生產(chǎn)它們的編程軟件不能通用，但是同一生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的可編程控制器一般都可以使用。廠家生產(chǎn)的可編程控制器一般都可以使用。 下面簡單介紹一下常用的編程語言。下面簡單介紹一下常用的編程語言。目前還沒有一種能適合各種可編程控制器目前還沒有一種能適合各種可編程控制器的通用的編程語言，但是各個可編程控制的通用的編程語言，但是各個可編程控制器發(fā)展過程有類似之處，可編程控制器的器發(fā)展過程有類似之處，可編程控制器的編程語言即編程工具都大體差不多，一般編程語言即編程工具都大體差不多，一般有以下有以下5種。種。

40、1 1梯形圖（梯形圖（Ladder DiagramLadder Diagram） 梯形圖是一種以圖形符號及圖形符號梯形圖是一種以圖形符號及圖形符號在圖中的相互關(guān)系表示控制關(guān)系的編程語在圖中的相互關(guān)系表示控制關(guān)系的編程語言，它是從繼電器控制電路圖演變過來的。言，它是從繼電器控制電路圖演變過來的。 梯形圖將繼電器控制電路圖進行簡化，梯形圖將繼電器控制電路圖進行簡化，同時加進了許多功能強大、使用靈活的指同時加進了許多功能強大、使用靈活的指令，將微機的特點結(jié)合進去，使編程更加令，將微機的特點結(jié)合進去，使編程更加容易，而實現(xiàn)的功能卻大大超過傳統(tǒng)繼電容易，而實現(xiàn)的功能卻大大超過傳統(tǒng)繼電器控制電路圖，是目前

41、最普通的一種可編器控制電路圖，是目前最普通的一種可編程控制器編程語言。程控制器編程語言。 符號的畫法應按一定規(guī)則，各廠家的符號的畫法應按一定規(guī)則，各廠家的符號和規(guī)則雖不盡相同，但基本上大同小符號和規(guī)則雖不盡相同，但基本上大同小異，如圖異，如圖1-10所示。所示。圖圖1-101-10三種不同的梯形圖三種不同的梯形圖 梯形圖繪制特點如下。梯形圖繪制特點如下。（1）在梯形圖中只有動合和動斷兩）在梯形圖中只有動合和動斷兩種觸點，輸入觸點用以表示用戶輸入種觸點，輸入觸點用以表示用戶輸入設備的輸入信號。設備的輸入信號。 （2）梯形圖中輸出繼電器（輸出變）梯形圖中輸出繼電器（輸出變量）的表示方法也不同，用圓

42、圈、括量）的表示方法也不同，用圓圈、括弧或橢圓表示，而且它們的編程元件弧或橢圓表示，而且它們的編程元件編號不同，不論哪種產(chǎn)品，輸出繼電編號不同，不論哪種產(chǎn)品，輸出繼電器在程序中只能使用一次。器在程序中只能使用一次。（3）對電路各元件要分配編號。）對電路各元件要分配編號。 （4）梯形圖最左邊是起始母線，每）梯形圖最左邊是起始母線，每一邏輯行必須從起始母線開始畫。一邏輯行必須從起始母線開始畫。 （5）梯形圖中觸點可以任意地串聯(lián)）梯形圖中觸點可以任意地串聯(lián)或并聯(lián)而輸出繼電器線圈可以并聯(lián)但或并聯(lián)而輸出繼電器線圈可以并聯(lián)但不可以串聯(lián)。不可以串聯(lián)。 （6）程序結(jié)束后應有結(jié)束符。）程序結(jié)束后應有結(jié)束符。（7

43、）輸出繼電器只對應輸出映像區(qū)）輸出繼電器只對應輸出映像區(qū)的相應位，不能直接驅(qū)動現(xiàn)場設備。的相應位，不能直接驅(qū)動現(xiàn)場設備。 2 2指令表（指令表（Instruction ListInstruction List） 梯形圖編程語言的優(yōu)點是直觀、簡便，梯形圖編程語言的優(yōu)點是直觀、簡便，但要求用帶但要求用帶 CRT 屏幕顯示的圖形編程器才屏幕顯示的圖形編程器才能輸入圖形符號。能輸入圖形符號。 小型的編程器一般無法滿足，將程序小型的編程器一般無法滿足，將程序輸入到可編程控制器中需使用指令語句輸入到可編程控制器中需使用指令語句（助記符語言），它類似于微機中的匯編（助記符語言），它類似于微機中的匯編語言。語

44、句是指令語句表編程語言的基本語言。語句是指令語句表編程語言的基本單元，每個控制功能由一個或多個語句組單元，每個控制功能由一個或多個語句組成的程序來執(zhí)行。成的程序來執(zhí)行。 PLC語句是由操作碼和操作數(shù)組成的。語句是由操作碼和操作數(shù)組成的。 操作碼用助記符表示要執(zhí)行的功能，操作碼用助記符表示要執(zhí)行的功能，告訴告訴CPU該進行什么操作；操作數(shù)（參數(shù)）該進行什么操作；操作數(shù)（參數(shù)）內(nèi)包含執(zhí)行該操作所必需的信息，告訴內(nèi)包含執(zhí)行該操作所必需的信息，告訴CPU用什么地方的數(shù)據(jù)來執(zhí)行此操作。用什么地方的數(shù)據(jù)來執(zhí)行此操作。 操作數(shù)的分配原則如下。操作數(shù)的分配原則如下。 為了讓為了讓CPU區(qū)別不同的編程元素，區(qū)別

45、不同的編程元素，每個獨立的元素應指定一個互不重復的地每個獨立的元素應指定一個互不重復的地址。址。 所指定的地址必須在該型機器允許所指定的地址必須在該型機器允許的范圍之內(nèi)。的范圍之內(nèi)。 3 3順序功能圖（順序功能圖（Sequential ChartSequential Chart） 順序功能圖常用來編制順序控制類程順序功能圖常用來編制順序控制類程序。它包含步、動作、轉(zhuǎn)換三個要素。序。它包含步、動作、轉(zhuǎn)換三個要素。 順序功能編程法可將一個復雜的控制順序功能編程法可將一個復雜的控制過程分解為一些小的順序控制過程，再連過程分解為一些小的順序控制過程，再連接組合成整體的控制程序。接組合成整體的控制程序。

46、 順序功能圖法體現(xiàn)了一種編程思想，順序功能圖法體現(xiàn)了一種編程思想，在程序的編制中具有很重要的意義。在介在程序的編制中具有很重要的意義。在介紹步進梯形指令時將詳細介紹順序功能圖紹步進梯形指令時將詳細介紹順序功能圖編程法。圖編程法。圖1-11所示為順序功能圖。所示為順序功能圖。 圖圖1-111-11順序功能圖順序功能圖 4 4功能塊圖（功能塊圖（Function Block DiagramFunction Block Diagram） 功能圖編程語言實際上是用邏輯功能功能圖編程語言實際上是用邏輯功能符號組成的功能塊來表達命令的圖形語言，符號組成的功能塊來表達命令的圖形語言，與數(shù)字電路中的邏輯圖一樣

47、，它易于表現(xiàn)與數(shù)字電路中的邏輯圖一樣，它易于表現(xiàn)條件與結(jié)果之間的邏輯功能。條件與結(jié)果之間的邏輯功能。 圖圖1-12所示為先所示為先“或或”后后“與與”再執(zhí)再執(zhí)行輸出操作的功能塊圖。行輸出操作的功能塊圖。 圖圖1-121-12功能塊圖編程語言圖功能塊圖編程語言圖 5 5結(jié)構(gòu)文本（結(jié)構(gòu)文本（Structure TextStructure Text） 隨著可編程控制器的飛速發(fā)展，如果隨著可編程控制器的飛速發(fā)展，如果許多高級功能還是用梯形圖來表示，會很許多高級功能還是用梯形圖來表示，會很不方便。不方便。 為了增強可編程控制器的數(shù)字運算、為了增強可編程控制器的數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理、圖表顯示、報表打印等功能

48、，數(shù)據(jù)處理、圖表顯示、報表打印等功能，方便用戶的使用，許多大中型可編程控制方便用戶的使用，許多大中型可編程控制器都配備了器都配備了PASCAL、BASIC、C等高級等高級編程語言。編程語言。 這種編程方式叫做結(jié)構(gòu)文本。與梯形這種編程方式叫做結(jié)構(gòu)文本。與梯形圖相比，結(jié)構(gòu)文本有兩個很大的優(yōu)點，一圖相比，結(jié)構(gòu)文本有兩個很大的優(yōu)點，一是能實現(xiàn)復雜的數(shù)學運算，二是非常簡潔是能實現(xiàn)復雜的數(shù)學運算，二是非常簡潔和緊湊。用結(jié)構(gòu)文本編制極其復雜的數(shù)學和緊湊。用結(jié)構(gòu)文本編制極其復雜的數(shù)學運算程序只占一頁紙。結(jié)構(gòu)文本用來編制運算程序只占一頁紙。結(jié)構(gòu)文本用來編制邏輯運算程序也很容易。邏輯運算程序也很容易。 以上以上5

49、種編程語言是由國際電工委員會種編程語言是由國際電工委員會（IEC）于）于1994年年5月在可編程控制器標準月在可編程控制器標準中推薦的。中推薦的。 對于一款具體的可編程控制器，生產(chǎn)對于一款具體的可編程控制器，生產(chǎn)廠家可提供這廠家可提供這5種表達方式的幾種編程語言種表達方式的幾種編程語言供用戶選擇，但并不是所有的可編程控制供用戶選擇，但并不是所有的可編程控制器都支持全部的器都支持全部的5種編程語言。種編程語言。 可編程控制器的編程語言是可編程控可編程控制器的編程語言是可編程控制器應用軟件的工具。它以可編程控制器制器應用軟件的工具。它以可編程控制器輸入口、輸出口、機內(nèi)元件之間的邏輯及輸入口、輸出口、機內(nèi)元件之間的邏輯及數(shù)量關(guān)系表達系統(tǒng)的控制要求，并存儲在數(shù)量關(guān)系表達系統(tǒng)的控制要求，并存儲在機內(nèi)的存儲器中，這就是所謂的機內(nèi)的存儲器中，這就是所謂的“存儲邏存儲邏輯輯”。 1.8.3 1.8.3 梯形圖編程梯形圖編程 梯形圖編程目前依然是應用最廣泛的梯形圖編程目