可編程控制器技術(shù)課件

1、第二篇 可編程控制器技術(shù)第五章 可編程控制器(PLC)的基礎(chǔ)知識(shí)2022/8/91本章重點(diǎn)與難點(diǎn)：PLC的結(jié)構(gòu)組成與工作原理;PLC的編程語言2022/8/92章節(jié)安排：第一節(jié) PLC的產(chǎn)生、定義及發(fā)展第二節(jié) PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用第三節(jié) PLC的分類、主要技術(shù)指標(biāo)及生產(chǎn)廠家第四節(jié) PLC的結(jié)構(gòu)組成和工作原理第五節(jié) PLC的軟件及編程語言2022/8/93第一節(jié) PLC的產(chǎn)生、定義及發(fā)展1.產(chǎn)生 可編程控制器的英文最初全稱為：“Programmable Logic Controller ”，簡稱PLC。 PLC取代繼電器執(zhí)行邏輯、計(jì)算、計(jì)數(shù)等順序控制功能，特別隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展以及微處

2、理器的出現(xiàn)，使PLC的功能不斷地發(fā)展和完善。 1976年美國電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）經(jīng)4年調(diào)查，正式定義可編程控制器為“Programmable controller” ，簡稱為PC或PLC。世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制的 。2022/8/94 2. 定義： PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外部設(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

3、擴(kuò)充其功能的原則而設(shè)計(jì)。第一節(jié) PLC的產(chǎn)生、定義及發(fā)展2022/8/95定義中有以下幾點(diǎn)應(yīng)值得注意的是： （1）PLC是數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)（2）直接在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用的工業(yè)計(jì)算機(jī)區(qū)別于微機(jī)的一個(gè)重要特征（3）面向用戶指令編程方便（4）完成各種邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)計(jì)算等功能，并能進(jìn)行數(shù)字量或模擬量輸入輸出控制能力。功能完善第一節(jié) PLC的產(chǎn)生、定義及發(fā)展2022/8/963.發(fā)展1）20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入了實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。2）20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得了廣泛的應(yīng)用。 這個(gè)時(shí)期可編程

4、控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。許多可編程控制器的生產(chǎn)廠家已聞名于全世界。 如美國Rockwell自動(dòng)化公司所屬的AB（Allen-Bradley）公司，GE-Fanuc公司，日本的三菱公司和立石公司，德國的西門子（Siemens）公司等。他們的產(chǎn)品已風(fēng)行全世界，成為各國工業(yè)控制領(lǐng)域中的著名品牌。 2022/8/973.發(fā)展3）20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。 從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)及超小型機(jī)； 從控制能力上來

5、說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各種控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元，通訊單元，使應(yīng)用更加容易。 我國是20世紀(jì)80年代初引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)PLC的。目前，我國已能夠生產(chǎn)中小型PLC，如上海東屋電氣有限公司的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模。此外無錫華光公司、上海香島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家。2022/8/983.發(fā)展預(yù)計(jì)21世紀(jì)PLC將要會(huì)有更大的發(fā)展。在技術(shù)上，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于PLC的設(shè)計(jì)及

6、制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能水平更高的品種出現(xiàn)。在產(chǎn)品規(guī)模上，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型兩個(gè)方向發(fā)展。在產(chǎn)品的配套性能上，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊備。完美的人機(jī)界面、完備的通訊設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求。從市場上看，各國生產(chǎn)多品種PLC產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國際競爭的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場的局面，會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言。這將有利于可編程技術(shù)的發(fā)展及可編程產(chǎn)品普及的。 2022/8/993.發(fā)展 從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展?fàn)顩r來看，PLC和其他工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系（Distributed Cont

7、rol System）中已有大量的PLC應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，PLC作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)或國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。BACK2022/8/910第二節(jié) 可編程控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用一、PLC的特點(diǎn)（一）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC采 用大規(guī)模集成電路技術(shù)，內(nèi)部電路采用了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。（1）硬件措施屏蔽、濾波、隔離、模塊式結(jié)構(gòu)（2）軟件措施故障檢測、信息保護(hù)與恢復(fù)、WDT、程序檢查和校驗(yàn)（二）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種 規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？捎?/p>

8、于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。 2022/8/911近年來PLC的功能模塊大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）等各種工業(yè)控制中。 加上PLC通訊能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（三）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受.像梯形圖語言的圖形符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路圖非常接近，只用PLC的少量開關(guān)邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)各種電氣控制電路的功能。（四）系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短，維護(hù)方便，改造容易 PL

9、C用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，可以大大地減少外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期大大縮短。同時(shí)維護(hù)也變得容易。更重要的是同一設(shè)備經(jīng)過改變程序來改變生產(chǎn)過程已成為可能。第二節(jié) 可編程控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用2022/8/912（五）體積小，重量輕，能耗低 超小型PLC，其底部尺寸小于100mm平方，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。裝入機(jī)械內(nèi)部方便，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。2022/8/913二、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域（一）開關(guān)量的邏輯控制 開關(guān)量的邏輯控制是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控制及自動(dòng)化流水線。（二

10、）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了使可編程控制器能處理如溫度、壓力、流量、液位和速度等模擬量信號(hào)，PLC廠家都有配套的A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊用于模擬量控制。2022/8/914（三）運(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。各主要PLC廠家?guī)缀醵加羞\(yùn)動(dòng)控制功能專用模塊，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)的單軸或多軸；位置控制模塊，廣泛地用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。（四）過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。如PID調(diào)節(jié)就是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中常用的調(diào)節(jié)方法。2022/8/915（五）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)

11、運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通訊功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。（六）通信及?lián)網(wǎng) PLC通信包含PLC之間的通信以及PLC與其他智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展將會(huì)加快，各PLC廠商都十分重視PLC的通訊功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。最新生產(chǎn)的PLC都具有通訊接口，實(shí)現(xiàn)通訊非常方便。BACK2022/8/916第三節(jié) PLC的分類、主要技術(shù)指標(biāo) 及生產(chǎn)廠家一、可編程控制器的分類 （一）按硬件的結(jié)構(gòu)類型分類 為了便于

12、在工業(yè)現(xiàn)場安裝，擴(kuò)展，方便接線，其結(jié)構(gòu)與普通計(jì)算機(jī)有很大區(qū)別，常見的有單元式、模塊式及疊裝式三種結(jié)構(gòu)。1.單元式結(jié)構(gòu) CPU、RAM、ROM、IO接口及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等都裝配在一起的整體裝置基本單元。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、成本低、安裝方便。缺點(diǎn)是輸入輸出點(diǎn)數(shù)是固定的，不一定適合具體的控制現(xiàn)場的需要。 擴(kuò)展一些I/O接口而不含CPU和電源的裝置擴(kuò)展單元。 單元式系列PLC產(chǎn)品，具有不同點(diǎn)數(shù)的基本單元及擴(kuò)展單元，單元的品種越多，系統(tǒng)配置就越靈活。2022/8/917 有些PLC產(chǎn)品中還具有一些特殊功能模塊：高速計(jì)數(shù)模塊、位置控制模塊、溫度控制模塊等等。 智能單元，內(nèi)部一般

13、有自己專用的CPU，它們可以和基本單元的CPU協(xié)同工作，構(gòu)成一些專用的控制系統(tǒng)。2.模塊式結(jié)構(gòu)積木式結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)：（1）把PLC的每個(gè)工作單元都制成獨(dú)立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、通訊模塊等等。 （2）帶有插槽的母板計(jì)算機(jī)總線；按控制系統(tǒng)需要選取相應(yīng)的模塊插到母板上，構(gòu)成完整的PLC。 這類PLC的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成非常靈活，安裝、擴(kuò)展、維修都很方便。缺點(diǎn)是體積比較大。第三節(jié) PLC的分類、主要技術(shù)指標(biāo) 及生產(chǎn)廠家2022/8/918圖5.1 模塊式可編程控制器 2022/8/9193.疊裝式結(jié)構(gòu) 疊裝式結(jié)構(gòu)是單元式和模塊式相結(jié)合的產(chǎn)物。把某個(gè)系列的PLC工作單元的外形都制作成一致的外

14、觀尺寸，CPU、IO口及電源也可做成獨(dú)立的，不使用模塊式PLC中的母板，采用電纜聯(lián)接各個(gè)單元，在控制設(shè)備中安裝時(shí)可以一層層地疊裝，就成了疊裝式PLC。圖5.2 疊裝式可編程控制器2022/8/9204.小結(jié) 單元式PLC一般用于規(guī)模較小，輸入輸出點(diǎn)數(shù)固定，不需要擴(kuò)展的場合。 模塊式PLC一般用于規(guī)模較大，輸入輸 出點(diǎn)數(shù)較多，輸入輸出點(diǎn)數(shù)比例靈活的場合。 疊裝式PLC具有二者的優(yōu)點(diǎn)，從近年來市場上看，單元式及模塊式有結(jié)合為疊裝式的趨勢。2022/8/921 為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過程的應(yīng)用要求，可編程控制器能夠處理的輸入信號(hào)數(shù)量是不一樣的。輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)數(shù)的總和稱為機(jī)器的點(diǎn)。 按照點(diǎn)數(shù)的多少，可將

15、PLC分為超?。ㄎⅲ?、小、中、大、超大等五種類型。按功能分為低檔機(jī)、中檔機(jī)及高檔機(jī)。 低檔機(jī)以邏輯運(yùn)算為主，具有計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位等功能。 中檔機(jī)一般有整數(shù)及浮點(diǎn)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、PID調(diào)節(jié)、中斷控制及聯(lián)網(wǎng)功能，可用于復(fù)雜的邏輯運(yùn)算及閉環(huán)控制場合。 高檔機(jī)具有更強(qiáng)的數(shù)字處理能力，可進(jìn)行矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算，可完成數(shù)據(jù)管理工作，有更強(qiáng)的通訊能力，可以和其他計(jì)算機(jī)構(gòu)成分布式生產(chǎn)過程綜合控制管理系統(tǒng)。 （二）按應(yīng)用規(guī)模及功能分類BACK2022/8/922第四節(jié) PLC的組成和工作原理5.4.1PLC的結(jié)構(gòu)組成 世界各國生產(chǎn)的可編程控制器的外觀各異，但作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)都大體相同。主要由中央處

16、理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、輸入輸出器件（IO接口）、電源及編程設(shè)備構(gòu)成。PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖53所示。 2022/8/923圖5-3 單元式PLC結(jié)構(gòu)框圖 2022/8/924一、中央處理器（CPU） 中央處理器是可編程控制器的控制中樞，在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作等任務(wù)。 一般說來，可編程控制器的檔次越高，CPU的位數(shù)也越多，運(yùn)算速度也越快，指令功能也越強(qiáng)。為了提高PLC的性能，也有的一臺(tái)PLC采用了多個(gè)CPU的。二、存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序及運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元?？删幊炭刂破鞯拇鎯?chǔ)器可分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器（EPROM）

17、和用戶存儲(chǔ)器（RAM）兩大類. 可編程控制器的存儲(chǔ)器區(qū)域按用途不同，又可分為程序區(qū)及數(shù)據(jù)區(qū)。2022/8/925（1）程序區(qū)是用來存放用戶程序的區(qū)域，一般有數(shù)千個(gè)字節(jié)。用來存放用戶數(shù)據(jù)的區(qū)域一般較小，（2）數(shù)據(jù)區(qū)中，各類數(shù)據(jù)存放的位置都有嚴(yán)格的劃分。（3）可編程控制器的數(shù)據(jù)單元也叫做繼電器，如輸入繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等。不同用途的繼電器在存儲(chǔ)區(qū)中占有不同的區(qū)域。每個(gè)存儲(chǔ)單元有不同的地址編號(hào)。三、輸入輸出接口 輸入輸出接口是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號(hào)連接的部分。輸入接口用來接受生產(chǎn)過程的各種參數(shù)。輸出接口用來送出可編程控制器運(yùn)算后得出的控制信息，并通過機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各

18、類控制。 生產(chǎn)現(xiàn)場對可編程控制器接口的要求是：一要有較好的抗干擾能力，二是能滿足工業(yè)現(xiàn)場各類信號(hào)的匹配要求。2022/8/926 1、開關(guān)量輸入接口 其作用是把現(xiàn)場的開關(guān)量信號(hào)變成可編程控制器內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 開關(guān)量輸入接口按可接收的外信號(hào)電源的類型不同，分為直流輸入單元和交流輸入單元。 在一般單元式可編程控制器中輸入口都使用可編程控制器本身的直流電源供電，不再需要外接電源。 2022/8/927圖 5-4 直流輸入電路2022/8/928 2、開關(guān)量輸出接口 其作用是把PLC內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的開關(guān)量信號(hào)。 特別需要指出的是，輸出接口本身不帶電源。在考慮外驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，

19、還需考慮輸出器件的類型。（1）繼電器式的輸出接口可用交直流兩種電源，但通、斷頻率低；（2）晶體管式的輸出接口有較高的通、斷頻率，但只適用于直流驅(qū)動(dòng)的場合；（3）晶閘管(可控硅)型的輸出接口僅適用于交流驅(qū)動(dòng)場合。2022/8/929圖5-7 開關(guān)量輸出電路2022/8/9303、模擬量輸入接口 其作用是把現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬量標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合可編程控制器內(nèi)部處理的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是指符合國際標(biāo)準(zhǔn)的通用交互用電壓電流信號(hào)值，如420mA的直流電流信號(hào)，110V的直流電壓信號(hào)等。 圖5-8 模擬量輸入電路框圖2022/8/9314、模擬量輸出接口 它的作用是將可編程控制器運(yùn)算處理后

20、的若干位數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量信號(hào)輸出，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)控制信號(hào)的需要。 模擬量輸出接口一般由光電隔離、DA轉(zhuǎn)換和信號(hào)驅(qū)動(dòng)等環(huán)節(jié)組成。 模擬量輸入輸出接口一般安裝在專門的模擬量工作單元上。 圖5-9 模擬量輸出電路框圖2022/8/9325、智能輸入輸出接口 為了適應(yīng)較復(fù)雜的控制需要，PLC還有一些智能控制單元。如PID工作單元、高速計(jì)數(shù)器工作單元、溫度控制單元等。這類單元大多是獨(dú)立的工作單元。 區(qū)別在于它們一般帶有單獨(dú)的CPU，有專門的處理能力。在具體的工作中，每個(gè)掃描周期智能單元和主機(jī)的CPU交換一次信息，共同完成控制任務(wù)。 四、電源 可編程控制器的電源包括為可編程控制器各工作

21、單元供電的開關(guān)電源以及為掉電保護(hù)電路供電的后備電源，后備電源一般為電池。2022/8/933五、外部設(shè)備1、編程器 編程器除了編程以外，還具有一定的調(diào)試及監(jiān)控功能，能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話操作?？删幊炭刂破鞯木幊淘O(shè)備一般有二類，一類是專用的編程器，有手持式的，其優(yōu)點(diǎn)是攜蒂方便，也有臺(tái)式的，有的PLC機(jī)身上自帶編程器。另一類是個(gè)人計(jì)算機(jī)。 手持式編程器又可分為簡易型及智能型兩類。前者只能聯(lián)機(jī)編程，后者即可聯(lián)機(jī)編程又可脫機(jī)編程，它的優(yōu)點(diǎn)是在編程及修改程序時(shí)，可以不影響PLC機(jī)內(nèi)原有程序的執(zhí)行。也可以在遠(yuǎn)離主機(jī)的異地編程后再到主機(jī)所在地下載程序。 在個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行PLC相關(guān)的編程軟件即可完成編程任務(wù)。借助軟

22、件編程比較容易，一般是編好了以后再下載到PLC中去。2022/8/934圖5-10 FX20P手持式編程器2022/8/9352、其他外部設(shè)備 PLC還配有其他一些外部設(shè)備： （1）盒式磁帶機(jī)，用以記錄程序或信息。 （2）打印機(jī)，用以打印程序或制表。 （3）EPROM寫入器，用以將程序?qū)懭氲接脩鬍PROM中。 （4）高分辨率大屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)，用以顯示或監(jiān)視有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)。2022/8/936對PLC輸入輸出接口的小結(jié)常用的輸入/輸出模塊：（1）開關(guān)量輸入/輸出接口模塊（2）模擬量輸入/輸出接口模塊（3）智能輸入/輸出接口開關(guān)量輸入接口模塊:三種輸入方式：（1）直流信號(hào)輸入方式（2）交

23、直流信號(hào)輸入方式（3）交流信號(hào)輸入方式注意：一般情況下，PLC的輸入信號(hào)的電源由PLC自身提供，但交流信號(hào)輸入信號(hào)，PLC不提供電源。2022/8/937注意：一般情況下，PLC的輸入信號(hào)的電源由PLC自身提供，但交流信號(hào)輸入信號(hào)，PLC不提供電源。開關(guān)量輸出接口模塊按負(fù)載使用的電源分為：（1）直流輸出模塊（2）交流輸出模塊（3）交直流輸出模塊按輸出開關(guān)器件可分為：（1）晶體管輸出方式（2）晶閘管（可控硅）輸出方式（3）繼電器觸點(diǎn)輸出方式注意：1）按響應(yīng)速度來看，晶體管響應(yīng)最快，繼電器輸出最慢。 2）從安全隔離效果、可靠性來看，繼電器觸點(diǎn)輸出最佳。 3）輸出電源均由用戶供給，輸出模塊僅提供有一

24、定通斷能力的常開觸點(diǎn)。2022/8/938模擬量輸入/輸出接口模塊 模擬量輸入/輸出接口模塊的主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，或者數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。 模擬量輸入/輸出接口模塊可與PLC的基本單元總線相連，其數(shù)據(jù)可以調(diào)用和處理。2022/8/9395.4.2 可編程控制器的工作原理 可編程控制器的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理基本上是一致的，可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。 不同之處:PLC是在確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序后成為一種專用機(jī)，采用循環(huán)掃描的工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是以循環(huán)掃描方式完成的。一、分時(shí)處理及掃描工作方式PLC系

25、統(tǒng)正常工作時(shí)要分時(shí)完成如下的任務(wù)： 1.計(jì)算機(jī)內(nèi)部各工作單元的調(diào)度、監(jiān)控； 2.計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備間的通訊； 3.用戶程序所要完成的工作 每項(xiàng)工作又都包含著許多具體的工作，以用戶程序的完成來說又可分為以下三個(gè)階段。2022/8/9401、輸入處理階段輸入采樣階段掃描輸入端子上的所有信息將上述信息存入相應(yīng)的輸入映像寄存器，進(jìn)行輸入刷新當(dāng)CPU采樣“允許”進(jìn)入程序執(zhí)行階段2022/8/9412、程序執(zhí)行階段獲取上一階段存入輸入映像寄存器的輸入端子上的信息從輸出映像寄存器讀入對應(yīng)的當(dāng)前信息按照PLC梯形圖程序掃描原則：先左后右，先上后下，逐句掃描語句2022/8/9423、輸出處理階段輸出刷新階段輸出

26、信息存入在輸出映像寄存器待程序執(zhí)行結(jié)束后，將存入在輸出映像寄存器的所有信息轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器集中將輸出鎖存器的信息，以一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。2022/8/943二、掃描周期及PLC的兩種工作狀態(tài) PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)是執(zhí)行應(yīng)用程序的狀態(tài)。停止?fàn)顟B(tài)一般用于程序的編制與修改。2022/8/944圖5-15 掃描過程示意圖 2022/8/945 PLC在RUN工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1100ms。 某些廠家在說明書中還給出了執(zhí)行各種指令所需的時(shí)間。一般說來，一個(gè)掃描過程中，執(zhí)行指令的時(shí)間占了絕大部分

27、。三、輸入輸出滯后時(shí)間 輸入輸出滯后時(shí)間又稱為系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指PLC外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻起至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻止之間的時(shí)間間隔。 它由輸入電路的濾波時(shí)間、輸出模塊的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分所組成。 輸入模塊采用RC濾波, 其典型值為10ms左右。輸出模塊的滯后時(shí)間與輸出所用的開關(guān)元件的類型有關(guān)： 若是繼電器型輸出電路，負(fù)載被接通時(shí)的滯后時(shí)間約為1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開時(shí)的最大滯后時(shí)間為10ms； 晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間一般在1ms左右，因此開關(guān)頻率高。 2022/8/946圖5-16 PLC的輸入/輸出延遲 Y000Y001Y002X000Y

28、001Y001輸入輸出執(zhí)行第一周期輸入輸出執(zhí)行第二周期輸入輸出執(zhí)行第三周期X000Y000Y001Y002輸入信號(hào)2022/8/947 掃描工作方式引起的滯后時(shí)間可用圖516來說明： 輸入信號(hào)在第一個(gè)掃描周期的輸入處理階段之后才出現(xiàn)，所以在第一個(gè)掃描周期內(nèi)各數(shù)據(jù)鎖存器均為“0”狀態(tài)。 在第二個(gè)掃描周期的輸入處理階段，輸入繼電器X000的輸入鎖存器變?yōu)椤?”狀態(tài)。在程序執(zhí)行階段，由梯形圖可知，Y001，Y002依次接通，它們的輸出鎖存器都變?yōu)椤?”狀態(tài)。 在第三個(gè)掃描周期的程序執(zhí)行階段，由于Y001的接通使Y000接通。 Y000的輸出鎖存器驅(qū)動(dòng)負(fù)載接通，響應(yīng)延遲最長可達(dá)兩個(gè)多掃描周期。 PLC

29、總的響應(yīng)延遲時(shí)間一般只有數(shù)十毫秒 2022/8/948PLC工作過程特點(diǎn)：（1）周期循環(huán)掃描： 每個(gè)掃描周期進(jìn)行一次輸入/輸出操作。（2）集中采樣，集中輸出： PLC處理的輸入信號(hào)是輸入映像寄存器的信號(hào)，并非輸入端子上的實(shí)際信號(hào)。 PLC運(yùn)算后的輸出信號(hào)直接放入輸出映像寄存器，不輸出到輸出端子上。待掃描結(jié)束，將最后存入在輸出映像寄存器的信息集中輸出到輸出端子上。2022/8/949補(bǔ)充：編程控制器系統(tǒng)與繼電接觸器系統(tǒng)工作原理的差別1.邏輯關(guān)系上的差別 繼電器、接觸器用導(dǎo)線依一定的規(guī)律將它們連接起來得到的控制系統(tǒng)，接線表達(dá)了各元器件之間的關(guān)系。要想改變邏輯關(guān)系就要改變接線關(guān)系，顯然是比較麻煩的。

30、 而PLC是計(jì)算機(jī)。在它的接口上接有各種元器件，而各種元器件之間的邏輯關(guān)系是通過程序來表達(dá)的，改變這種關(guān)系只要重新編排原來的程序就行了，比較方便。2.運(yùn)行時(shí)序上差別 繼電器的所有觸點(diǎn)的動(dòng)作是和它的線圈通電或斷電同時(shí)發(fā)生的。 但在PLC中，由于指令的分時(shí)掃描執(zhí)行，同一個(gè)器件的線圈工作和它的各個(gè)觸點(diǎn)的動(dòng)作并不同時(shí)發(fā)生。 由此可知：繼電接觸系統(tǒng)是并行工作方式，PLC是串行工作方式。 2022/8/950第五節(jié) 可編程控制器的軟件一、可編程控制器的軟件分類可編程控制器的軟件包含系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件二大部分： 1、系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件包含系統(tǒng)的管理程序，用戶指令的解釋程序，另外還包括一些供系統(tǒng)調(diào)用的專用標(biāo)準(zhǔn)

31、程序塊等。 系統(tǒng)軟件在用戶使用PLC之前就已裝入機(jī)內(nèi)，并永久保存，在各種控制工作中并不需要做什么調(diào)整。2、應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件也叫用戶軟件。采用PLC廠家提供的編程語言自主編制的程序。2022/8/951兩個(gè)基本概念：（1）根據(jù)控制要求使用導(dǎo)線連接繼電-接觸器來確定控制器件間邏輯關(guān)系的方式叫做接線邏輯（接線程序控制）。（2）用預(yù)先存儲(chǔ)在PLC機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)某種控制功能，就是人們所指的存儲(chǔ)邏輯（存儲(chǔ)程序控制）。第五節(jié) 可編程控制器的軟件2022/8/952接線程序控制2022/8/953存儲(chǔ)程序控制2022/8/954接線程序控制和存儲(chǔ)程序控制區(qū)別（1）接線程序控制又稱繼電器控制系統(tǒng)，通過導(dǎo)線連接

32、實(shí)現(xiàn)控制功能，控制功能的更改需要改變硬件接線。（2）存儲(chǔ)程序控制又稱PLC控制系統(tǒng)，通過存儲(chǔ)器的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，修改軟件程序即可改變控制功能，無需改變硬件接線。（3）繼電器控制系統(tǒng)采用硬邏輯并行的方式，若繼電器的線圈通電或斷電，其所有觸點(diǎn)不論在線路何處都立即同時(shí)動(dòng)作。（4）PLC控制系統(tǒng)采用順序逐次掃描方式，若線圈接通或斷開，其所有觸點(diǎn)不會(huì)立即動(dòng)作，而是等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。但是PLC掃描程序時(shí)間100ms，滿足實(shí)時(shí)控制要求。2022/8/955圖5-12 實(shí)現(xiàn)多地址控制異步電動(dòng)機(jī)啟/停的PLC控制方案及程序2022/8/956二、應(yīng)用軟件編程語言的表達(dá)方式 應(yīng)用程序的編制采用生產(chǎn)廠方提供的編程語言。至今為止還沒有一種能適合于各種可編程序控制器的通用編程語言。但可編程序控制器的編程語言及編程工具都大體差不多。一般常見的有如下幾種編程語言的表達(dá)方式。1、梯形圖（Ladder diagram） 梯形圖語言是從繼電器電路圖演變過來的。梯形圖中所繪的圖形符號(hào)和繼電器線路圖中的符號(hào)十分相似。 梯形圖是PLC編程語言中使用最廣泛的一種語言。2022/8/957 PLC參與邏輯組合的元件可看成和繼電器一樣的器件，具有常開、常閉觸點(diǎn)及線圈；且線圈的得電及失電將導(dǎo)致觸點(diǎn)的相應(yīng)動(dòng)作。再用母線代替電源線；用能量流概念來代替繼電