可編程序邏輯控制器PLCProgrammableLogicController知識

1、可編程序邏輯控制器PLCProgrammableLogicController知識可編程序邏輯控制器PLCProgrammableLogicController(1)2.1 PLC概述概述 2.1.1 PLC的定義的定義 2.1.2 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢 2.1.3 PLC與其他工業(yè)系統的比較與其他工業(yè)系統的比較 2.1.4 PLC的特點及應用領域的特點及應用領域2.1.1 PLC的定義的定義在在PLC的發(fā)展歷程中，有過幾個不同的名稱：的發(fā)展歷程中，有過幾個不同的名稱： 可編程序矩陣控制器可編程序矩陣控制器PMC（Programmable Matrix Controller）可編程序順序控制器可編

2、程序順序控制器PSC （Programmable Sequence Controller）可編程序邏輯控制器可編程序邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller） 可編程序控制器可編程序控制器PC（Programmable Controller）1969年美國數字設備公司（年美國數字設備公司（DEC）根據招標的要求，研制出世界上）根據招標的要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車生產線上首次應用成功。公司汽車生產線上首次應用成功。202X年美國電氣制造商協會（年美國電氣制造商協會（NEMA）正式將其命名為編程序控制器）正

3、式將其命名為編程序控制器（Programmable Controller），簡稱），簡稱 PC。19691969年美國數字設備公司（年美國數字設備公司（DECDEC）根據招標的要求，研制出世界上第一臺可編）根據招標的要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在程序控制器，并在GMGM公司汽車生產線上首次應用成功。公司汽車生產線上首次應用成功。202X202X年美國電氣制造商協會（年美國電氣制造商協會（NEMANEMA）正式將其命名為編程序控制器）正式將其命名為編程序控制器（Programmable ControllerProgrammable Controller），簡稱），簡稱 PCPC。國

4、際電工委員會（國際電工委員會（IECIEC）于）于202X202X年年1111月、月、202X202X年年1 1月、月、202X202X年年2 2月三次為月三次為PLCPLC下下定義，最終確定為：定義，最終確定為：“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的命令，并通過數執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的命令，并通過數字式模擬式的輸入和輸出，控制

5、各種類型的機械或生產過程。有關外圍設備，字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。有關外圍設備，都應按易于與工業(yè)控制系統聯成一個整體，易于擴充功能的原則而設計都應按易于與工業(yè)控制系統聯成一個整體，易于擴充功能的原則而設計”。2.1.2 PLC的定義的定義2.1.2 PLC的產生與發(fā)展趨勢的產生與發(fā)展趨勢 1. PLC1. PLC的產生與發(fā)展的產生與發(fā)展19681968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GMGM），為了適應汽車型號不斷更新的），為了適應汽車型號不斷更新的需要，提出了十條技術指標在社會上公開招標，制造一種新型的工業(yè)控制裝置。這些

6、需要，提出了十條技術指標在社會上公開招標，制造一種新型的工業(yè)控制裝置。這些功能是：功能是： （1 1）容易編程）容易編程 （2 2）維修方便，采用模塊式結構）維修方便，采用模塊式結構 （3 3）可靠性高于繼電）可靠性高于繼電- -接觸器控制系統接觸器控制系統 （4 4）體積小于繼電）體積小于繼電- -接觸器控制系統接觸器控制系統 （5 5）具備與計算機通信的功能）具備與計算機通信的功能 （6 6）成本具有競爭性）成本具有競爭性 （7 7）輸入輸出電源使用市電（）輸入輸出電源使用市電（115V115V）（8 8）輸出為）輸出為115V/2A115V/2A，驅動電磁閥和接觸器，驅動電磁閥和接觸器（

7、9 9）通用性強，能在惡劣環(huán)境下工作）通用性強，能在惡劣環(huán)境下工作 （1010）存儲設備可擴充至）存儲設備可擴充至4K4K個存儲字節(jié)個存儲字節(jié)2.1.2 PLC的產生與發(fā)展趨勢的產生與發(fā)展趨勢1. PLC1. PLC的產生與發(fā)展的產生與發(fā)展 19691969年美國研制出世界上第一臺年美國研制出世界上第一臺PLCPLC以后，日本、德國、法以后，日本、德國、法國等國相繼研制了各自的國等國相繼研制了各自的PLCPLC。此階段產品的主要特點是。此階段產品的主要特點是CPUCPU由中小規(guī)模的數字集成電路構成，存儲器為磁芯存儲由中小規(guī)模的數字集成電路構成，存儲器為磁芯存儲器；控制功能簡單，只能完成定時、計

8、數及邏輯功能。為器；控制功能簡單，只能完成定時、計數及邏輯功能。為繼電繼電- -接觸器的替代品。接觸器的替代品。 7070年代中期，年代中期，PLCPLC進入了實用化階段。進入了實用化階段。7070年代末和年代末和8080年代初，年代初，PLCPLC進入了成熟階段。主要特點：采用進入了成熟階段。主要特點：采用CPUCPU微處理器，存儲器微處理器，存儲器變?yōu)榘雽w存儲器，具有數據處理能力，能實現對模擬量的變?yōu)榘雽w存儲器，具有數據處理能力，能實現對模擬量的控制，軟件上開發(fā)出了自診斷功能，可靠性進一步提高?？刂疲浖祥_發(fā)出了自診斷功能，可靠性進一步提高。2.1.2 PLC的產生與發(fā)展趨勢的產生與

9、發(fā)展趨勢8080年代中期：年代中期：CPUCPU開始采用開始采用8 8位位/16/16位微處理器，數據處理能力和位微處理器，數據處理能力和速度大大提高，速度大大提高，PLCPLC開始具備一定的通信能力，為開始具備一定的通信能力，為PLCPLC的分散控的分散控制、集中管理奠定了重要基礎；軟件開發(fā)出了面向對象的梯形圖制、集中管理奠定了重要基礎；軟件開發(fā)出了面向對象的梯形圖語言和邏輯助記符語言，為語言和邏輯助記符語言，為PLCPLC的普及使用提供了必要條件。的普及使用提供了必要條件。 8080年代中期至年代中期至9090年代中期：超大規(guī)模集成電路促使年代中期：超大規(guī)模集成電路促使PLCPLC完全完全

10、計算機化，計算機化，CPUCPU開始使用開始使用3232位機；數學運算、數據處理能力位機；數學運算、數據處理能力大大提高，增加了運動控制、模擬量大大提高，增加了運動控制、模擬量PIDPID控制網絡通信功控制網絡通信功能，體積進一步減小，可靠性進一步加強。能，體積進一步減小，可靠性進一步加強。2020世紀世紀9090年代中期至今：年代中期至今：CPUCPU使用使用1616位位/32/32位微處理器，運算位微處理器，運算速度更快、功能更強能使用多種編程語言。速度更快、功能更強能使用多種編程語言。2. PLC2. PLC的國內外發(fā)展狀況及主要產品廠家的國內外發(fā)展狀況及主要產品廠家美國美國PLCPLC

11、發(fā)展得最快：發(fā)展得最快：202X202X年有年有4848家，生產家，生產150150多種多種PLCPLC；202X202X年有年有6363家，生產家，生產243243種種PLCPLC；202X202X年有年有7070余家，生產近余家，生產近300300種種PLCPLC。著名廠家有著名廠家有ABAB（AllenAllenBradleyBradley）艾倫一布拉德利公司，）艾倫一布拉德利公司，M O D I C O NM O D I C O N 莫 迪 康 公 司 ，莫 迪 康 公 司 ， G EG E F S N U CF S N U C 公 司 ，公 司 ， T IT I （ T e x a

12、s T e x a s InstrumentInstrument）德州儀器公司，）德州儀器公司，WESTHOUSE ElectricWESTHOUSE Electric西屋電氣公西屋電氣公司，司，IPMIPM（International Parallel MachinesInternational Parallel Machines）國際并行機器）國際并行機器公司等。公司等。2.1.2 PLC的產生與發(fā)展趨勢的產生與發(fā)展趨勢歐洲歐洲PLCPLC的廠家有的廠家有6060余家余家: :西門子（西門子（SiemensSiemens）于）于19731973年研制出第一臺年研制出第一臺PLCPLC。金鐘

13、默勒金鐘默勒 （Klockner Moeller GmbhKlockner Moeller Gmbh），），AEGAEG， 法國的法國的TE(TelemecaniqueTE(Telemecanique）( (施耐德）施耐德）瑞士的瑞士的SelectronSelectron公司等。公司等。 19711971年，日本從美國引進年，日本從美國引進PLCPLC技術，由日立公司研制成功日技術，由日立公司研制成功日本第一臺本第一臺PLCPLC。 日本生產日本生產PLCPLC的廠家有的廠家有4040余家：余家：三菱電機三菱電機(MITSUBISHI)(MITSUBISHI)，歐姆龍，歐姆龍(OMRON),(

14、OMRON),富士電機（富士電機（Fuji Fuji ElectricElectric）, ,東芝（東芝（TOSHIBATOSHIBA）, , 光洋（光洋（KOYO),KOYO),松下電工（松下電工（MEWMEW）, ,和泉和泉（IDECIDEC）, , 安川等公司。安川等公司。2.1.2 PLC的產生與發(fā)展趨勢的產生與發(fā)展趨勢我國在我國在7070年代末和年代末和8080年代初開始引進年代初開始引進PLCPLC。我國早期獨立研制。我國早期獨立研制PLCPLC的單位有：的單位有：北京機械工業(yè)自動化研究所，上海工業(yè)自動化儀表研究所，大北京機械工業(yè)自動化研究所，上海工業(yè)自動化儀表研究所，大連組合機床

15、研究所，成都機床電器研究所，中科院北京計算機連組合機床研究所，成都機床電器研究所，中科院北京計算機所及自動化所，長春一汽，上海起重電器廠，上海香島機電公所及自動化所，長春一汽，上海起重電器廠，上海香島機電公司，以上諸單位都沒有形成規(guī)?；a。司，以上諸單位都沒有形成規(guī)?；a。合資企業(yè)有遼寧無線電二廠引進德國西門子技術生產合資企業(yè)有遼寧無線電二廠引進德國西門子技術生產PLCPLC；無；無錫電器和日本光洋合資生產的錫電器和日本光洋合資生產的 PLC; PLC; 中美合資的廈門中美合資的廈門 ABAB公公司生產的司生產的PLCPLC；上海香島機電公司引進技術生產的；上海香島機電公司引進技術生產的P

16、LC; PLC; 上海上海OMRONOMRON公司公司; ; 西安西安SiemensSiemens公司等。公司等。2.1.2 PLC的產生與發(fā)展趨勢的產生與發(fā)展趨勢 3. PLC3. PLC的發(fā)展趨勢的發(fā)展趨勢 PLCPLC兩個發(fā)展方向一是向小型化、微型化發(fā)展；二是向大型化、兩個發(fā)展方向一是向小型化、微型化發(fā)展；二是向大型化、網絡化、多功能方向發(fā)展。主要體現：網絡化、多功能方向發(fā)展。主要體現：（1 1）向高速度、大存儲容量方向發(fā)展（）向高速度、大存儲容量方向發(fā)展（CPUCPU處理速度處理速度nsns級；內存級；內存2M2M字節(jié)）字節(jié)）（2 2）向多品種方向發(fā)展和提高可靠性）向多品種方向發(fā)展和提

17、高可靠性( (超大型和超小型）超大型和超小型） （3 3）產品更加規(guī)范化、標準化（硬件、軟件兼容的）產品更加規(guī)范化、標準化（硬件、軟件兼容的PLCPLC）（4 4）分散型、智能型、與現場總線兼容的）分散型、智能型、與現場總線兼容的I I0 0 （5 5）加強聯網和通信的能力）加強聯網和通信的能力（6 6）控制的開放和模塊化的體系結構）控制的開放和模塊化的體系結構OMACOMAC（open Modular open Modular Architecture for ControlArchitecture for Control）2.1.2 PLC的產生與發(fā)展趨勢的產生與發(fā)展趨勢主要著名品牌：主要

18、著名品牌：美國美國A AB B公司（公司（AllenAllenBradleyBradley）德國西門子公司（德國西門子公司（SiemensSiemens）法國的法國的TETE（TelemecaniqueTelemecanique）( (施耐德）施耐德）日本歐姆公司（日本歐姆公司（OMRONOMRON）日本三菱電機株式會社（日本三菱電機株式會社（MITSUBISHIMITSUBISHI）日本富士電機株式會社（日本富士電機株式會社（Fuji ElectricFuji Electric）日本東芝公司（日本東芝公司（TOSHIBATOSHIBA）日本的光洋電子（日本的光洋電子（KOYOKOYO）和中國

19、的華光電子）和中國的華光電子(CKE(CKE）日本松下電工株式會社（日本松下電工株式會社（MEWMEW）：（）：（Matsushita Electric Matsushita Electric Works LtdWorks Ltd）2.1.2 PLC的產生與發(fā)展趨勢的產生與發(fā)展趨勢1. 1. 與繼電與繼電- -接觸器控制系統的比較接觸器控制系統的比較（1 1）靈活性和可擴展性。繼電系統靈活性和可擴展性差，繼電器）靈活性和可擴展性。繼電系統靈活性和可擴展性差，繼電器觸點數目有限，觸點數目有限，PLCPLC系統有軟件和硬件構成，要改變控制功能只需系統有軟件和硬件構成，要改變控制功能只需要修改控制軟

20、件即可，其軟繼電器觸點理論上可使用無數次，靈活要修改控制軟件即可，其軟繼電器觸點理論上可使用無數次，靈活性和可擴展性極佳。性和可擴展性極佳。（2 2）可靠性和可維護性）可靠性和可維護性（3 3）控制速度和穩(wěn)定性）控制速度和穩(wěn)定性分別為分別為msms級和級和 s s級級（4 4）延時的可靠精度和可調性）延時的可靠精度和可調性（5 5）設計與施工）設計與施工（6 6）系統價格）系統價格2.1.3 PLC與其他工業(yè)控制系統的比較與其他工業(yè)控制系統的比較2.1.3 PLC與其他工業(yè)控制系統的比較與其他工業(yè)控制系統的比較可編程控制器與工業(yè)控制計算機（簡稱工業(yè)可編程控制器與工業(yè)控制計算機（簡稱工業(yè)PCPC

21、機）都是用來進行工業(yè)機）都是用來進行工業(yè)控制，但二者相比仍有不同?？刂?，但二者相比仍有不同。（1 1）硬件方面）硬件方面工業(yè)工業(yè)PCPC機是由通用微型計算機推廣應用發(fā)展起來的，通常由微型計算機是由通用微型計算機推廣應用發(fā)展起來的，通常由微型計算機生產廠家開發(fā)生產，在硬件方面具有標準總線結構，各種機型兼容機生產廠家開發(fā)生產，在硬件方面具有標準總線結構，各種機型兼容性強。而性強。而PLCPLC則是針對工業(yè)順序控制，由電氣控制廠家研制發(fā)展起來的，則是針對工業(yè)順序控制，由電氣控制廠家研制發(fā)展起來的，其硬件結構專用，各個廠家產品不通用，標準化程度較差。但是其硬件結構專用，各個廠家產品不通用，標準化程度較

22、差。但是PLCPLC的的信號采集和控制輸出的功率強，可不必再加信號變換和功率驅動環(huán)節(jié)，信號采集和控制輸出的功率強，可不必再加信號變換和功率驅動環(huán)節(jié)，而直接和現場的測量信號及執(zhí)行機構對接；在結構上，而直接和現場的測量信號及執(zhí)行機構對接；在結構上，PLCPLC采取整體密采取整體密封模板組合形式；在工藝上，對印刷版、插座、機架都有嚴密的處理；封模板組合形式；在工藝上，對印刷版、插座、機架都有嚴密的處理；在電路上，又有一系列的抗干擾措施。因此，在電路上，又有一系列的抗干擾措施。因此，PLCPLC的可靠性更能滿足工的可靠性更能滿足工業(yè)現場環(huán)境的要求。業(yè)現場環(huán)境的要求。2.1.3 PLC與其他工業(yè)控制系統

23、的比較與其他工業(yè)控制系統的比較（2 2）軟件方面）軟件方面工業(yè)工業(yè)PCPC機可借用通用計算機豐富的軟件資源，對算法復雜，實時性機可借用通用計算機豐富的軟件資源，對算法復雜，實時性強的控制任務能較好的適應。強的控制任務能較好的適應。PLCPLC在順序控制的基礎上，增加了在順序控制的基礎上，增加了PIDPID等控制算法，它的編程采用梯形圖語言，易于被熟悉電氣控制線路等控制算法，它的編程采用梯形圖語言，易于被熟悉電氣控制線路而不太熟悉微機軟件的工廠電氣技術人員所掌握，但是，一般微型而不太熟悉微機軟件的工廠電氣技術人員所掌握，但是，一般微型計算機的通用軟件還不能直接在計算機的通用軟件還不能直接在PLC

24、PLC上應用，還要經過二次開發(fā)。上應用，還要經過二次開發(fā)。（3 3）使用環(huán)境）使用環(huán)境 （4 4）工作方式）工作方式 PLCPLC采用掃描方式工作，有利于實現順序控制；采用掃描方式工作，有利于實現順序控制；工業(yè)計算機采用中斷方式處理外部信號請求。工業(yè)計算機采用中斷方式處理外部信號請求。（6 6）PLCPLC易于掌握，而工業(yè)計算機需要專門人員。易于掌握，而工業(yè)計算機需要專門人員。2.1.4 PLC的分類的分類（1 1）按）按 I IO O點數分類點數分類I IO O點數小于點數小于3232為微型為微型PLCPLC；I IO O點數在點數在3232128128為微小型為微小型PLCPLC； I I

25、O O點數在點數在128128256256為小型為小型PLCPLC；I IO O點九在點九在25625610241024為中型為中型PLCPLC；I IO O點數大于點數大于10241024為大型為大型PLCPLC；I IO O點數在點數在40004000以上為超大型以上為超大型PLCPLC。 以上劃分不包括模擬量以上劃分不包括模擬量I I0 0點數，且劃分界限不是固定不變點數，且劃分界限不是固定不變的。的。（2 2）按控制性能進行分類）按控制性能進行分類 高檔機高檔機S7-400S7-400、中檔機、中檔機S7-300S7-300和低檔機和低檔機S7-200S7-2002.1.4 PLC的分

26、類的分類（3 3）按結構形式分類）按結構形式分類整體式整體式PLCPLC：又稱單元式或箱體式。整體式：又稱單元式或箱體式。整體式PLCPLC是將電源、是將電源、CPUCPU、I I0 0部件都集中裝在一個機箱內。一般小型部件都集中裝在一個機箱內。一般小型PLCPLC采用這種結構。采用這種結構。模塊式模塊式PLCPLC：將：將PLCPLC各部分分成若干個單獨的模塊，如各部分分成若干個單獨的模塊，如 CPUCPU模模塊、塊、I I0 0模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式PLCPLC由框由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型架和各種模塊組成。模塊插在

27、插座上。一般大、中型PLCPLC采采用模塊式結構，有的小型用模塊式結構，有的小型PLCPLC也采用這種結構。也采用這種結構。有的有的PLCPLC將整體式和模塊式結合起來，稱為疊裝式將整體式和模塊式結合起來，稱為疊裝式PLCPLC。 模塊式模塊式Power in a Small Package!電源模塊CPU模塊IO模塊底 板2.1.4 PLC的分類2.1.5 PLC的特點及應用領域的特點及應用領域 可靠性高可靠性高( (平均無故障時間平均無故障時間3-53-5萬小時）萬小時） 硬件方面主要模塊均采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，大量硬件方面主要模塊均采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，大量開關動作由無觸

28、點的電子存儲器完成，開關動作由無觸點的電子存儲器完成，I/OI/O系統設計有完善的系統設計有完善的通道保護和信號調理電路；軟件方面具有極強的自檢及保護通道保護和信號調理電路；軟件方面具有極強的自檢及保護功能。功能。 編程簡單編程簡單可采用電氣工程技術人員比較熟悉的梯形圖語言，易學易懂?？刹捎秒姎夤こ碳夹g人員比較熟悉的梯形圖語言，易學易懂。 通用性強通用性強 體積小、結構緊湊、安裝、維護方便體積小、結構緊湊、安裝、維護方便 重量輕、價格低重量輕、價格低主要是主要是PLCPLC的軟、硬件體系結構是封閉而不是開放的：如專用總線、的軟、硬件體系結構是封閉而不是開放的：如專用總線、專家通信網絡及協議，專

29、家通信網絡及協議，I/OI/O模板不通用，甚至連機柜、電源模板亦各模板不通用，甚至連機柜、電源模板亦各不相同。不相同。編程語言雖多數是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語言結構均不一致，編程語言雖多數是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語言結構均不一致，因此各公司的因此各公司的 PLCPLC互不兼容?；ゲ患嫒?。SIEMENSSIEMENS等公司已經開發(fā)出以個人計算機為基礎，在等公司已經開發(fā)出以個人計算機為基礎，在WindowsWindows平臺平臺下，結合下，結合IEC1131IEC11313 3國際標準的新一代開放體系結構的國際標準的新一代開放體系結構的PLCPLC。應用領域應用領域（1 1）開關量邏輯控制；（）開

30、關量邏輯控制；（2 2）運動控制；（）運動控制；（3 3）閉環(huán)過程控制；（）閉環(huán)過程控制；（4 4）數據處理；（數據處理；（5 5）聯網通信）聯網通信 2.1.5 PLC的特點及應用領域的特點及應用領域PLCPLC的應用領域的應用領域PLCPLC在工業(yè)自動化中起著舉足輕重的作用，在國內外已廣泛應在工業(yè)自動化中起著舉足輕重的作用，在國內外已廣泛應 用于機用于機械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食品、交通等行械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食品、交通等行業(yè)。經驗表明，業(yè)。經驗表明，80 80 以上的工業(yè)控制可以使用以上的工業(yè)控制可以使用PLCPLC來完成。來完成。 在日本

31、，凡在日本，凡8 8個以上中間繼電器組成的控制系統都已采用個以上中間繼電器組成的控制系統都已采用PLCPLC來取代。來取代。2.1.5 PLC的特點及應用領域的特點及應用領域2.2 2.2 本節(jié)主要內容包括：本節(jié)主要內容包括：PLCPLC的硬件組成和工作原理的硬件組成和工作原理PLCPLC的基本組成的基本組成PLCPLC的工作原理的工作原理PLCPLC控制系統主要有控制系統主要有CPUCPU模塊、輸入輸出模塊、電源模塊和外模塊、輸入輸出模塊、電源模塊和外部設備組成。其結構圖可由下圖表示。部設備組成。其結構圖可由下圖表示。小型PLC其各種部件都是集成在一起的，只有大中型的PLC其各部分才會比較明

32、顯。CPUCPU模塊主要由微處理器（模塊主要由微處理器（CPUCPU）芯片和存儲器組成。它的功能是芯片和存儲器組成。它的功能是不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統的輸出。程序，刷新系統的輸出。 硬件類型：硬件類型： （1 1）通用處理器：）通用處理器：80868086、8028680286、8038680386 （2 2）單片機芯片：）單片機芯片：80318031、80968096（3 3）位片式微處理器：）位片式微處理器：AMD-2900AMD-2900 小型小型PLCPLC多采用多采用8 8位微處理器或單片機作為位微處理器或單片機作為CPUCPU 中型中型

33、PLCPLC多采用多采用1616位微處理器或單片機作為位微處理器或單片機作為CPUCPU大型大型PLCPLC多采用高速位片式微處理器多采用高速位片式微處理器與位片式微處理器相對應的是與位片式微處理器相對應的是單單片式微處理器片式微處理器。位片式微處理器。位片式微處理器通常只包含算術邏輯單元通常只包含算術邏輯單元 (ALU)(ALU)、寄存器、多路選擇器和隨機存儲寄存器、多路選擇器和隨機存儲器等部件（見圖）。器等部件（見圖）。位片式微處理器的運算操作和數據流程，由外部輸入的微指令碼控制。位片式微處理器的運算操作和數據流程，由外部輸入的微指令碼控制。當用位片式微處理器構成一個中央處理單元時，除用一

34、定數量的位片當用位片式微處理器構成一個中央處理單元時，除用一定數量的位片并行聯接以擴大字長外，還要配以控制微指令的微程序序列器和存放并行聯接以擴大字長外，還要配以控制微指令的微程序序列器和存放微指令的可編程序存儲器等電路。微指令的可編程序存儲器等電路。 這樣的結構使位片式微處理器有了另一個很突出的特點：用位這樣的結構使位片式微處理器有了另一個很突出的特點：用位片式微處理器構成的中央處理單元的指令系統不是事先確定的，片式微處理器構成的中央處理單元的指令系統不是事先確定的，而是由使用者通過微程序自行編制的。位數可擴展和指令系統而是由使用者通過微程序自行編制的。位數可擴展和指令系統可自行編制這兩個特

35、點，使位片式微處理器具有很大的靈活性?？勺孕芯幹七@兩個特點，使位片式微處理器具有很大的靈活性。 單片式微處理器采用單片式微處理器采用MOSMOS集成電路制成集成電路制成, ,而位片式微處理器則而位片式微處理器則采用采用雙極型集成電路雙極型集成電路制成。制成。位片式微處理器的結構和工藝，使其具有高速的特點。但是，它的位片式微處理器的結構和工藝，使其具有高速的特點。但是，它的集成度較低，成本高而且使用不便。集成度較低，成本高而且使用不便。 因此，位片式微處理器主要用于構成大型計算機的中央處理單因此，位片式微處理器主要用于構成大型計算機的中央處理單元和要求實現高速實時信號處理的各種專用處理器元和要求

36、實現高速實時信號處理的各種專用處理器, ,這一點正好這一點正好補充了補充了MOSMOS單片微處理器的不足。單片微處理器的不足。 位片式微處理器要求速度高而功耗又為封裝所限，因而低功耗位片式微處理器要求速度高而功耗又為封裝所限，因而低功耗肖特基箝位抗飽和的肖特基箝位抗飽和的晶體管晶體管- -晶體管邏輯電路晶體管邏輯電路和和發(fā)射極耦合邏輯電發(fā)射極耦合邏輯電路路在位片式微處理器技術中占主導地位。在位片式微處理器技術中占主導地位。 1.1.中央處理單元（中央處理單元（CPUCPU）：）： 作用：作用：接收與存儲用戶由編程器鍵入的用戶程序和數據；接收與存儲用戶由編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查編程過程中

37、的語法錯誤、診斷電源及檢查編程過程中的語法錯誤、診斷電源及PLCPLC內部的工作故障；內部的工作故障；用掃描方式工作，接收來自現場的輸入信號，并輸入到輸入映像寄存器用掃描方式工作，接收來自現場的輸入信號，并輸入到輸入映像寄存器和數據儲存器中；和數據儲存器中；在運行方式下，從存儲器中逐條讀取并執(zhí)行用戶程序，完成用戶程序所在運行方式下，從存儲器中逐條讀取并執(zhí)行用戶程序，完成用戶程序所規(guī)定的邏輯運算、算術運算及數據處理；規(guī)定的邏輯運算、算術運算及數據處理；根據運算結果，更新有關標志位的狀態(tài)，刷新輸出映像寄存器的內容，根據運算結果，更新有關標志位的狀態(tài)，刷新輸出映像寄存器的內容，再經輸出部件實現輸出控

38、制、打印制表或數據通信。再經輸出部件實現輸出控制、打印制表或數據通信。2. 2. 存儲器存儲器存儲器的作用是存放系統程序、用戶程序和工作狀態(tài)數據。系存儲器的作用是存放系統程序、用戶程序和工作狀態(tài)數據。系統程序相當于個人計算機的操作系統。統程序相當于個人計算機的操作系統。RAMRAM：存儲各種暫存數據、中間結果、用戶正調試的程序。：存儲各種暫存數據、中間結果、用戶正調試的程序。ROMROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調試好的程序。：存放監(jiān)控程序和用戶已調試好的程序。E2PROME2PROM具有非易失性，可以用編程裝置對其進行編程，用來存具有非易失性，可以用編程裝置對其進行編程，用來存放用戶程序和數據。

39、放用戶程序和數據。閃存（閃存（FLASHFLASH）具有斷電后保護數據的功能，作用同）具有斷電后保護數據的功能，作用同E2PROME2PROM。PLCPLC內存的大小常用內存的大小常用RAMRAM構成，為防止電源掉電使構成，為防止電源掉電使RAMRAM中的信息丟失，常用鋰電池做后備保護中的信息丟失，常用鋰電池做后備保護輸出接口作用：將主機向外輸出的信號轉換成可以驅動外部執(zhí)行輸出接口作用：將主機向外輸出的信號轉換成可以驅動外部執(zhí)行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離。也使計算機與外部強電隔離。輸出

40、三種形式：輸出三種形式：繼電器繼電器 - - 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 晶體管晶體管 - - 高速小功率高速小功率輸入接口作用：將按鈕、行程開關或傳感器等產生的信號，轉輸入接口作用：將按鈕、行程開關或傳感器等產生的信號，轉換成數字信號送入主機。換成數字信號送入主機。 采用光電隔離，實現了采用光電隔離，實現了PLCPLC的內部電路與外部電路的電氣隔的內部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。離，減小了電磁干擾。1. 1. 數字量輸入模塊數字量輸入模塊直流輸入模塊直流輸入模塊COM光電耦合器光電耦合器直流電源直流電源輸入端子輸入端子發(fā)光二極管發(fā)光二極管 分

41、析：分析： R R1 1（）與）與C C1 1（1000PF1000PF）組成）組成RCRC低通濾波器，抑制輸入信號的高低通濾波器，抑制輸入信號的高頻干擾，頻干擾，R R2 2（470)470)是是C C1 1上的電荷泄放電阻，當上的電荷泄放電阻，當SBSB斷開時，斷開時，C C1 1上的電荷通過上的電荷通過R R2 2泄放。泄放。采用采用光電耦合器，防止強電干擾。光電耦合器，防止強電干擾。R R1 1C C1 1R R2 21. 數字量輸入模塊數字量輸入模塊交流輸入模塊交流輸入模塊C C為隔離電容，對于交流相當于短路，為隔離電容，對于交流相當于短路，R1R1和和R2R2構成分壓電路，該電路構

42、成分壓電路，該電路接受外部輸入電壓時，其工作原理基本與直流輸入模塊類同。接受外部輸入電壓時，其工作原理基本與直流輸入模塊類同。2.2.數字量輸出模塊數字量輸出模塊直流輸出模塊直流輸出模塊輸出模塊的作用是將內部電平信號轉換為外部所需的電平等級輸出模塊的作用是將內部電平信號轉換為外部所需的電平等級的輸出信號，并傳給外部負載。根據電源為直流電可稱為直流的輸出信號，并傳給外部負載。根據電源為直流電可稱為直流輸出模塊。輸出模塊。2.2.數字量輸出模塊數字量輸出模塊交流晶閘管輸出模塊交流晶閘管輸出模塊采用雙向光控晶閘管驅動的。工作原理是：當輸出鎖存器的對應位為采用雙向光控晶閘管驅動的。工作原理是：當輸出鎖

43、存器的對應位為1 1時，發(fā)光二極管導通發(fā)光，使雙向晶閘管觸發(fā)導通從而使負載得電。時，發(fā)光二極管導通發(fā)光，使雙向晶閘管觸發(fā)導通從而使負載得電。2.2.數字量輸出模塊數字量輸出模塊交直流繼電器輸出模塊交直流繼電器輸出模塊 采用固體繼電器驅動的。工作原理是：當輸出鎖存器的對應采用固體繼電器驅動的。工作原理是：當輸出鎖存器的對應位為位為1 1時，使線圈得電，常開觸點吸合，使負載得電。帶負時，使線圈得電，常開觸點吸合，使負載得電。帶負載能力較強，頻率較低。載能力較強，頻率較低。3. 3. 模擬量輸入模塊模擬量輸入模塊 模擬量輸入模塊是把模擬信號轉換成模擬量輸入模塊是把模擬信號轉換成PLCPLC的的CPU

44、CPU可以處理的數可以處理的數字量。又稱字量。又稱A/DA/D轉換模塊，一般模擬輸入信號都為標準的傳感轉換模塊，一般模擬輸入信號都為標準的傳感器信號。模擬量輸入模塊把模擬信號轉換成數字，一般為器信號。模擬量輸入模塊把模擬信號轉換成數字，一般為1212位二進制數。位二進制數。4. 4. 模擬量輸出模塊模擬量輸出模塊模擬量輸出模塊是把模擬量輸出模塊是把PLCPLC的的CPUCPU要輸出的數字量轉換成外部設備需要的要輸出的數字量轉換成外部設備需要的模擬量（電壓或電流），又稱為模擬量（電壓或電流），又稱為D/AD/A轉換模塊。轉換模塊。5. 5. 擴展接口模塊擴展接口模塊擴展接口模塊的作用是擴大擴展接

45、口模塊的作用是擴大PLCPLC的控制規(guī)模。的控制規(guī)模。6. 6. 通信接口模塊通信接口模塊把外部供應的電源（一般為單相把外部供應的電源（一般為單相8585260V260V、50/60HzAC50/60HzAC電源）變電源）變換成系統內部各單元所需的電源（換成系統內部各單元所需的電源（5V5V和和 15VDC15VDC電源電源) )。有的電源單元還向外提供有的電源單元還向外提供24V24V隔離直流電源，可供開關量輸入單隔離直流電源，可供開關量輸入單元連接的現場無源開關等使用。元連接的現場無源開關等使用?？删幊绦蚩刂破鞯碾娫匆话悴捎瞄_關式電源，其特點是輸入電壓范可編程序控制器的電源一般采用開關式電

46、源，其特點是輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。便于擴展便于擴展小型機：一體機，有接口可擴展。小型機：一體機，有接口可擴展。 電源模塊CPU模塊IO模塊底 板 中、大型機：模塊式，可根據需要在主板上隨意組合。中、大型機：模塊式，可根據需要在主板上隨意組合。編程設備可以是專用的手持式編程設備可以是專用的手持式的編程器；也可以是安裝了專的編程器；也可以是安裝了專門的編程通訊軟件的個人計算門的編程通訊軟件的個人計算機。機。 用戶可以通過鍵盤輸入和調試用戶可以通過鍵盤輸入和調試程序；另外在運行時，還可以程序；另外在運行時，還可以對整個控制過

47、程進行監(jiān)控。對整個控制過程進行監(jiān)控。PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTC EVTMT SVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR其他外圍設備其他外圍設備 顯示器、操作面顯示器、操作面板、打印機等。板、打印機等。 1. PLC1. PLC的基本配置的基本配置根據根據PLCPLC的結構類型，基本配置分為的結構類型，基本配置分為3 3種：種：（1 1）整體式結構）整體式結構S7-200S7-200，

48、各組成部分均緊湊的封裝在一，各組成部分均緊湊的封裝在一個機殼內。個機殼內。（2 2）模塊式結構）模塊式結構S7-300/400S7-300/400這種結構的這種結構的PLCPLC控制點數比控制點數比較多、功能比較強。各模塊功能是獨立的，外形尺寸一致，較多、功能比較強。各模塊功能是獨立的，外形尺寸一致，安裝時將這些框架或基板上即可。安裝時將這些框架或基板上即可。（3 3）混合式結構）混合式結構 混合式混合式PLCPLC由由PLCPLC主機和擴展模塊組成。其主機和擴展模塊組成。其中中PLCPLC主機由主機由CPUCPU、存儲器、通信電路、基本輸入、存儲器、通信電路、基本輸入/ /輸出模塊、輸出模塊

49、、電源等基本模塊組成，相當于一個整體式的電源等基本模塊組成，相當于一個整體式的PLCPLC，可以單獨完，可以單獨完成控制功能。成控制功能。2. PLC2. PLC的擴展配置的擴展配置如果控制系統的輸入如果控制系統的輸入/ /輸出點數比較多，而控制規(guī)律又不是很復雜，輸出點數比較多，而控制規(guī)律又不是很復雜，采用大型采用大型PLCPLC成本上不經濟，可以采用擴展配置方式，即主機帶擴成本上不經濟，可以采用擴展配置方式，即主機帶擴展機的配置。展機的配置。（1 1）近程擴展配置）近程擴展配置近程擴展機主要用于擴大控制規(guī)模，在主機近程擴展機主要用于擴大控制規(guī)模，在主機上使用模塊，除上使用模塊，除CPUCPU

50、模塊外，均可在擴展機上使用。模塊外，均可在擴展機上使用。（2 2）當有部分現場信號比較集中，而又與其他現場信號相距較遠時，）當有部分現場信號比較集中，而又與其他現場信號相距較遠時，可采用遠程擴展方式。遠程擴展機主要用于擴大控制距離。可采用遠程擴展方式。遠程擴展機主要用于擴大控制距離。I/OI/O模塊模塊和部分功能模塊可在遠程機上使用，遠程站上需要電源模塊。和部分功能模塊可在遠程機上使用，遠程站上需要電源模塊。2.3.1 PLC2.3.1 PLC的系統程序的系統程序系統程序有系統程序有PLCPLC制造者采用匯編語言編寫的，固化與制造者采用匯編語言編寫的，固化與ROMROM型系統程序型系統程序存儲

51、器中，用于控制存儲器中，用于控制PLCPLC本身的運行，用戶不能更改。包括下述三本身的運行，用戶不能更改。包括下述三部分：部分：（1 1）系統管理程序）系統管理程序系統程序最重要的部分，整個都由它主系統程序最重要的部分，整個都由它主管：運行管理、存儲空間管理、系統自檢。管：運行管理、存儲空間管理、系統自檢。（2 2）用戶指令解釋和編輯程序）用戶指令解釋和編輯程序解釋程序將用戶程序編譯成解釋程序將用戶程序編譯成相應的一串機器碼語言，然后通過相應的一串機器碼語言，然后通過CPUCPU完成任務，為提高解釋速完成任務，為提高解釋速度，用戶程序是以內碼形式存放的。度，用戶程序是以內碼形式存放的。（3 3

52、）標準程序模塊和系統調用）標準程序模塊和系統調用 這部分是由許多獨立的程序塊這部分是由許多獨立的程序塊組成的，各自完成不同的功能，如有些完成輸入、輸出功能，組成的，各自完成不同的功能，如有些完成輸入、輸出功能，有些完成運算功能等。有些完成運算功能等。2.3.2 PLC2.3.2 PLC的用戶程序的用戶程序用戶程序又稱為應用程序，是用戶為完成某一控制任務而利用戶程序又稱為應用程序，是用戶為完成某一控制任務而利用用PLCPLC的編程語言編制的程序。存儲在系統程序指定的存儲區(qū)的編程語言編制的程序。存儲在系統程序指定的存儲區(qū)域內。域內。與微機的編程一樣，用戶程序需要一個編程環(huán)境、一個程序結與微機的編程

53、一樣，用戶程序需要一個編程環(huán)境、一個程序結構和一個編程方法。構和一個編程方法。 （1 1）用戶環(huán)境）用戶環(huán)境由系統程序生成，包括數據結構、用戶由系統程序生成，包括數據結構、用戶元件區(qū)、用戶程序存儲區(qū)、用戶參數等。元件區(qū)、用戶程序存儲區(qū)、用戶參數等。（2 2）用戶程序結構）用戶程序結構線性程序、分塊程序、結構化程序。線性程序、分塊程序、結構化程序。（3 3）用戶的編程語言）用戶的編程語言梯形圖、語句表、功能塊圖。梯形圖、語句表、功能塊圖。 2.4.1 2.4.1 接線程序控制與存儲程序控制接線程序控制與存儲程序控制繼電繼電- -接觸器控制系統是通過電器元件的固定接線來實現控制邏接觸器控制系統是通

54、過電器元件的固定接線來實現控制邏輯，完成控制任務的。見下圖，只有輯，完成控制任務的。見下圖，只有S1S1和和S2S2兩個開關都閉合后，兩個開關都閉合后，燈燈HL1HL1才能亮；才能亮；HL1HL1亮亮2s2s后，后，HL2HL2亮。亮。 2.4.1 2.4.1 接線程序控制與存儲程序控制接線程序控制與存儲程序控制 在在PLCPLC控制系統中，用戶根據控制要求編制出相應的控制程序，控制系統中，用戶根據控制要求編制出相應的控制程序，并寫入并寫入PLCPLC的程序存儲器中，控制系統運行時，的程序存儲器中，控制系統運行時，PLCPLC依次讀取依次讀取程序存儲器中的程序語句，對其內容進行解釋并加以執(zhí)行，

55、程序存儲器中的程序語句，對其內容進行解釋并加以執(zhí)行，PLCPLC將執(zhí)行的結果輸出給相應的設備。將執(zhí)行的結果輸出給相應的設備。PLCPLC控制系統的軟繼電器的解釋控制系統的軟繼電器的解釋 （1 1）輸入部分：外部輸入信號由外部輸入電路，）輸入部分：外部輸入信號由外部輸入電路，PLCPLC輸入接線輸入接線端子和端子和“輸入繼電器輸入繼電器”組成。組成。理解：外部輸入信號經理解：外部輸入信號經PLCPLC接線端子去驅動輸入繼電器的線圈，接線端子去驅動輸入繼電器的線圈，每個輸入端子與其相同編號的輸入繼電器有唯一確定的對應關每個輸入端子與其相同編號的輸入繼電器有唯一確定的對應關系。系。當外部的輸入元件處

56、于接通狀態(tài)時，對應的輸入繼電器線圈得當外部的輸入元件處于接通狀態(tài)時，對應的輸入繼電器線圈得電，在程序中其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，編程時應注意電，在程序中其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，編程時應注意“輸入線圈輸入線圈”只能由外部信號驅動，不能在程序內部用指令來只能由外部信號驅動，不能在程序內部用指令來驅動，因此，在用戶編程的梯形圖中，只能出現驅動，因此，在用戶編程的梯形圖中，只能出現“輸入繼電輸入繼電器器”的觸點，而不應出現的觸點，而不應出現“輸入繼電器輸入繼電器”的線圈。的線圈。 PLCPLC控制系統的軟繼電器的解釋控制系統的軟繼電器的解釋 實質：見輸入模板圖當外部輸入信號的狀態(tài)為實質：見輸

57、入模板圖當外部輸入信號的狀態(tài)為“1”1”或或“0” 0” 對應對應D D觸發(fā)器為觸發(fā)器為“1”1”或或“0”0”當外部輸入信號是閉合回路時對應的當外部輸入信號是閉合回路時對應的D D中為中為“1”1”，相當于常，相當于常開觸點閉合（接通開觸點閉合（接通 ）當外部輸入信號是斷開回路時對應的當外部輸入信號是斷開回路時對應的D D中為中為“0”0”，相當于常開，相當于常開觸點斷開。觸點斷開。故在梯形圖中可取用無數次常開或常閉觸點，即可以提供任意故在梯形圖中可取用無數次常開或常閉觸點，即可以提供任意多個動合或動斷觸點供多個動合或動斷觸點供PLCPLC控制電路編程使用?？刂齐娐肪幊淌褂?。結論：結論：PL

58、CPLC中的輸入繼電器是中的輸入繼電器是“軟繼電器軟繼電器”，它本質上是存儲，它本質上是存儲單元，用于存儲單元可無限次的讀取，所以有無數對常開常單元，用于存儲單元可無限次的讀取，所以有無數對常開常閉觸點供編程時使用。閉觸點供編程時使用。 （2 2）內部控制電路：由用戶程序形成，即用軟繼電器代替硬繼電器的）內部控制電路：由用戶程序形成，即用軟繼電器代替硬繼電器的控制邏輯，由梯形圖語言編制。梯形圖由觸點、線圈或功能方框等構控制邏輯，由梯形圖語言編制。梯形圖由觸點、線圈或功能方框等構成，畫梯形圖時，從左母線開始，經過觸點、線圈（或功能方框）終成，畫梯形圖時，從左母線開始，經過觸點、線圈（或功能方框）

59、終止于右母線（止于右母線（s7-200s7-200右母線省略）。讀梯形圖時，可把左母線看作是右母線省略）。讀梯形圖時，可把左母線看作是提供能量的母線，觸點閉合可以使能流流過，觸點斷開，阻止能流流提供能量的母線，觸點閉合可以使能流流過，觸點斷開，阻止能流流過，線圈代表邏輯輸出的結果，實際上，并不存在這種能流，只是為過，線圈代表邏輯輸出的結果，實際上，并不存在這種能流，只是為仿繼電器的讀法而已。仿繼電器的讀法而已。 （3 3）輸出部分（以繼電器輸出型）輸出部分（以繼電器輸出型PLCPLC為例）由在為例）由在PLCPLC內部且與內部控制內部且與內部控制電路隔離的輸出繼電器的外部動合觸點、輸出接線端子

60、和外部驅動電路電路隔離的輸出繼電器的外部動合觸點、輸出接線端子和外部驅動電路組成，用于驅動外部負載，輸出繼電器線圈的通斷狀態(tài)只能在程序內部組成，用于驅動外部負載，輸出繼電器線圈的通斷狀態(tài)只能在程序內部用指令驅動。用指令驅動。PLCPLC內部控制電路中有許多輸出繼電器，每個輸出繼電器內部控制電路中有許多輸出繼電器，每個輸出繼電器除了有為內部控制電路提供編程用的任意多個動合、動斷觸點外，還為除了有為內部控制電路提供編程用的任意多個動合、動斷觸點外，還為外部負載電路提供了一個實際的動合觸點與外部接線端子相連，驅動外外部負載電路提供了一個實際的動合觸點與外部接線端子相連，驅動外部負載，負載電路必須由外