PLC技術(shù)培訓(xùn)班(第1講)基本原理課件

1、第1講可編程控制器的基本原理第2講STEP 7編程軟件第3講PLC 指令系統(tǒng)介紹上機(jī)練習(xí)第4講IEC 61131-3編程語言標(biāo)準(zhǔn)第5講現(xiàn)場總線上機(jī)練習(xí)第6講WinCC組態(tài)軟件培 訓(xùn) 計 劃8/20/20221第1頁，共67頁。PLC的發(fā)明和發(fā)展過程 PLC （可編程控制器）是上個世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型自動化控制裝置。最早是用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，功能上只有邏輯計算、計時、計數(shù)以及順序控制等，而且只能進(jìn)行開關(guān)量控制。因此，其英文原名為“Programmable Logic Controller”，簡稱PLC，中文稱“可編程邏輯控制器”。后來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，其控制功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏

2、輯控制的范疇，其名稱也就改為“Programmable Controller”，簡稱PC。但PC又容易與個人計算機(jī)“Personal Computer”的簡稱PC產(chǎn)生混淆，所以近年來人們又傾向于使用PLC這一簡稱，中文仍然稱“可編程控制器”。 8/20/20222第2頁，共67頁。PLC的發(fā)明過程 上個世紀(jì)60年代，由于美國汽車工業(yè)需要進(jìn)行大規(guī)模的技術(shù)改造和設(shè)備更新，由傳統(tǒng)的繼電器控制裝置來進(jìn)行控制，不僅體積龐大，故障率高，柔性差，不靈活，耗能，而且調(diào)試?yán)щy，可靠性也差年由美國通用汽車公司提出使用新一代控制器的設(shè)想從用戶的角度考慮，該公司對新一代控制器提了點要求，為各大公司提供了明確的開發(fā)目標(biāo)

3、次年，就由美國DEC（數(shù)字設(shè)備公司）首先研制成功第一臺可編程邏輯控制器PDP-14差不多同時，美國MODICON公司也研制出084控制器它們的問世，引起了全世界的矚目，美國的其他公司和西歐，日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，也相繼研究開發(fā)出類似的產(chǎn)品8/20/20223第3頁，共67頁。PLC的發(fā)展過程 由于PLC吸取微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的最新成果，因此，發(fā)展十分迅速，從單機(jī)自動化到整條生產(chǎn)線的自動化，乃至整個工廠的生產(chǎn)自動化，從柔性制造系統(tǒng)，工業(yè)機(jī)器人到大型分散型控制系統(tǒng)，PLC均擔(dān)當(dāng)著重要角色。 PLC技術(shù)代表了當(dāng)今電氣程序控制的最先進(jìn)水平。通過PLC與各種單元自動化裝置（例如，智能儀表、數(shù)字化傳動裝

4、置、智能的液壓和氣動閥組等）以及現(xiàn)場總線、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，構(gòu)成了車間和工廠自動化的完整體系。8/20/20224第4頁，共67頁。PLC的應(yīng)用范圍廣泛可編程控制器應(yīng)用非常廣泛，近年來對國內(nèi)進(jìn)行的調(diào)查，在各個領(lǐng)域應(yīng)用分布大致如下：鋼鐵和有色冶金 35汽車和機(jī)械制造 20%輕工，食品，包裝，造紙16%化工，石油，工藝過程13%交通運輸，礦山7%能源，電站，泵站，水處理7%科研試驗，教學(xué)2%8/20/20225第5頁，共67頁。PLC發(fā)明之前傳統(tǒng)控制裝置的缺點 在PLC發(fā)明之前，在工業(yè)控制的順序控制領(lǐng)域內(nèi)，常常采用諸如繼電器，鼓式開關(guān)，紙帶閱讀器等機(jī)械，電氣式器件作為控制元件，尤其是控制繼電器，在離

5、散制造過程控制領(lǐng)域內(nèi)，成為開關(guān)控制系統(tǒng)中最廣泛使用的器件但是，隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模越來越大，勞動生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量的要求在不斷提高，對于控制系統(tǒng)的可靠性也提出了更高的要求，原有繼電器控制系統(tǒng)已不適應(yīng)需要，究其原因是：動作緩慢，壽命短，可靠性差，體積大，耗電多，設(shè)計制造周期長，程序修改費時，不能實現(xiàn)與計算機(jī)對話8/20/20226第6頁，共67頁。在工業(yè)控制領(lǐng)域需要一種新的控制器 到60年代后期，雖然小型計算機(jī)已日趨完善，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，但小型計算機(jī)用于開關(guān)控制系統(tǒng)，又顯然存在著大馬拉小車的狀態(tài)，這是由于小型計算機(jī)：編程復(fù)雜，要求有較高水平的編程人員和操作人員，需要配套非標(biāo)準(zhǔn)的外部

6、接口，對環(huán)境和現(xiàn)場條件的要求過高，功能過剩，機(jī)器資源未能充分利用，造價高昂。8/20/20227第7頁，共67頁。PLC適合于新的控制要求 需要與可能，促使人們尋求新的出路，PLC即應(yīng)運而生它首先應(yīng)用于美國的汽車工業(yè)，這時的PLC，用了固態(tài)（集成）電路來代替繼電器邏輯電路，用存儲器電路中的存儲數(shù)位（程序）來代替繼電器系統(tǒng)的布線，以程序來規(guī)定邏輯關(guān)系；用固態(tài)I/O電路來檢測按鈕和限位開關(guān)的信號，給出輸出以控制電機(jī)和其它執(zhí)行機(jī)構(gòu) 8/20/20228第8頁，共67頁。PLC控制器具有一些新的特點 這時的PLC系統(tǒng)已開始具有如下一些特點： 環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，可以使用于車間現(xiàn)場, 有較高的可靠性和診斷能

7、力，維修容易, 基本能適應(yīng)不同的制造過程所需，柔性度有了較 大提高，只要改變系統(tǒng)中的程序即可改變控制 邏輯，而無需改造或更換控制硬件等8/20/20229第9頁，共67頁。微處理器開始引入PLC領(lǐng)域 自1976年以來，微處理器開始引入PLC領(lǐng)域，大大加強(qiáng)了PLC的作用，使PLC由簡單地代替繼電器電路，而發(fā)展為先進(jìn)的控制裝置當(dāng)今PLC具有采集與處理大量數(shù)據(jù)，完成數(shù)學(xué)運算，與其它智能器件通信的能力，以及具有先進(jìn)的人機(jī)對話手段（如鍵盤，CRT和語音對話）,近年來由于現(xiàn)場總線理念的出現(xiàn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立，以及產(chǎn)品的迅速發(fā)展， PLC成為現(xiàn)場總線的一個重要組成部分，進(jìn)一步擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域8/20/2

8、02210第10頁，共67頁。PLC的應(yīng)用迅速得到擴(kuò)大 由于PLC同時提高了功能和柔性度，使其應(yīng)用迅速增長，并普及到許多其它離散零件制造工業(yè)領(lǐng)域以及隨后又?jǐn)U展到批量生產(chǎn)和連續(xù)生產(chǎn)過程有關(guān)的工業(yè)領(lǐng)域隨著CIMS（計算機(jī)集成制造系統(tǒng)）的發(fā)展，PLC當(dāng)前還被人們用于工廠通信網(wǎng)絡(luò)之中，與其它智能控制器和計算機(jī)系統(tǒng)一起，成為計算機(jī)綜合控制系統(tǒng)中的重要組成部分，特別是單元級和工作站級8/20/202211第11頁，共67頁。PLC的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段 第一階段：開發(fā)的PLC容量較小，I/O點數(shù)小于120點用戶存儲區(qū)容量在2KB左右，掃描速率為2050ms/KB,指令較為簡單，只有邏輯運算，計時，計數(shù)等，編

9、程語言采用簡單的語句表語言使用上，主要用來作開關(guān)量控制 第二階段：PLC的容量有所擴(kuò)展，I/O點數(shù)從512點至1024點，用戶程序存儲區(qū)擴(kuò)展到8KB以上，速率也有提高，掃描速率達(dá)到56ms/KB,指令功能除了基本的邏輯運算，計時，計數(shù)外，還增加了算術(shù)運算指令，比較指令，以及模擬量處理指令等，輸入輸出類型也由純開關(guān)量I/O，擴(kuò)展為帶模擬量的I/O編程語言除了使用語句表外，還可以使用梯形圖編程語言8/20/202212第12頁，共67頁。PLC的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段 第三階段：進(jìn)入80年代以來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的PLC得到驚人的發(fā)展，其

10、功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了上述兩階段的產(chǎn)品使PLC在概念，設(shè)計，性能價格比以及應(yīng)用方面都有了新的突破這一階段的產(chǎn)品向大型和小型兩個方向發(fā)展大型產(chǎn)品的I/O點數(shù)，超出4000點，有些產(chǎn)品達(dá)到8000個I/O點，用戶存儲區(qū)容量超過32KB，配置有各種智能模塊（例如，溫度控制模塊，軸定位模塊，過程控制模塊等）和通信模塊，掃描速率也大大提高，達(dá)到0.47ms/KB。 8/20/202213第13頁，共67頁。PLC的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段 第三階段PLC的指令功能，除了基本的邏輯運算，計時，計數(shù)，順序控制外，還有算術(shù)浮點運算指令，PID調(diào)節(jié)功能指令，圖形組態(tài)功能指令，網(wǎng)絡(luò)和通信指令等編程語言普遍采用梯形圖語言，同時也

11、使用語句表和順序功能圖語言（典型的有GRAFCET語言）為了提高系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計上考慮了容錯技術(shù)和冗余技術(shù)等這一階段的小型產(chǎn)品向超小型化和加強(qiáng)型功能發(fā)展，有16點I/O，24點I/O的整體型小型PLC，在小型PLC上配置模擬量I/O，通信口，高速計數(shù)，指令上也設(shè)置有算術(shù)運算，比較指令以及PID調(diào)節(jié)指令小型PLC使用的手握式編程器使用大面積液晶顯示器，也可以用梯形圖和GRAFCET語言進(jìn)行編程8/20/202214第14頁，共67頁。PLC的軟件也得到進(jìn)一步的改進(jìn) 這一階段PLC的軟件設(shè)計也有很大改進(jìn)，普遍實現(xiàn)了軟件模塊化設(shè)計，在PLC產(chǎn)品上提供大量的通用和專用軟件功能模塊，用戶通過簡單的功能

12、調(diào)用就可實現(xiàn)復(fù)雜的控制任務(wù)，給使用帶來極大的方便使用的編程器越來越完善，專用編程器實際上已經(jīng)是一臺個人計算機(jī)，可以實現(xiàn)離線編程或在線編程及監(jiān)控，程序打印以及程序固化，實現(xiàn)圖形組態(tài)，可以聯(lián)網(wǎng)（即掛在PLC網(wǎng)絡(luò)上）。有些編程器還可以使用高級語言。 8/20/202215第15頁，共67頁。PLC已經(jīng)成為控制領(lǐng)域的最重要手段 除了專用編程器外，很多PLC可以使用通用的筆記本電腦實現(xiàn)編程，開發(fā)一些專用軟件，充分利用個人計算機(jī)的能力，完成各種高級的編程功能，省卻了專用編程器，既便于推廣又節(jié)省投資隨著技術(shù)的進(jìn)步，PLC的功能越來越強(qiáng)，應(yīng)用范疇越來越廣，與其它工業(yè)控制機(jī)，例如，分散型控制系統(tǒng)（DCS）的界限

13、已經(jīng)不十分明顯，很多以往必須由分散型控制系統(tǒng)來完成的控制，現(xiàn)在用PLC都能實現(xiàn)，因此在應(yīng)用上交錯已經(jīng)成為普遍現(xiàn)象8/20/202216第16頁，共67頁。PLC的定義和硬件、軟件的基本構(gòu)成 根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，給PLC下的定義： 它是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，它使用可編程存儲器內(nèi)部儲存用戶設(shè)計的指令，這些指令用來實現(xiàn)特殊的功能，諸如邏輯運算，順序操作，定時，計數(shù)以及算術(shù)運算和通過數(shù)字或模擬輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械或過程。8/20/202217第17頁，共67頁。PLC控制器的特點 1. 控制程序可變，具有很好的柔性，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變PLC的硬設(shè)備，

14、只需改變程序就可滿足要求因此，除單機(jī)控制外，PLC在柔性制造單元（FMC）,柔性制造系統(tǒng)（FMS），以致工廠自動化（FA）中也被大量采用 2. 具有高度可靠性，適用于工業(yè)環(huán)境，PLC產(chǎn)品的平均故障間隔時間（MTBF）一般可達(dá)到5年以上，因此是一種高度可靠的工業(yè)產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)設(shè)備的運行效率PLC不要求專用設(shè)備的機(jī)房，這為工業(yè)現(xiàn)場的大量直接使用提供了方便8/20/202218第18頁，共67頁。PLC控制器的特點 3.功能完善現(xiàn)代PLC具有數(shù)字和模擬量輸入輸出，邏輯和算術(shù)運算，定時，計數(shù)，順序控制，PID調(diào)節(jié)，各種智能模塊，遠(yuǎn)程I/O模塊，通信，人機(jī)對話，自診斷，記錄和圖形顯示，組態(tài)等功能除

15、了適用于離散型開關(guān)量控制系統(tǒng)外，現(xiàn)在也能應(yīng)用于連續(xù)的流程控制系統(tǒng)，從而使設(shè)備的控制水平大大提高。8/20/202219第19頁，共67頁。PLC控制器的特點 4. 易于掌握，便于維修，由于PLC使用編程器進(jìn)行編程和監(jiān)控，使用人員只需掌握工程上通用的梯形圖語言（或語句表，流程圖）就可進(jìn)行用戶程序的編制和測試因此，即使不太懂得計算機(jī)的操作人員，也能掌握和使用PLC也由于PLC有完善的自診斷功能，輸入輸出均有明顯的指示，在線監(jiān)控軟件的功能很強(qiáng)，因此，很容易進(jìn)行維修，能很快查找出故障的原因PLC本身高可靠性也保證了故障的幾率是很低的體積小，省電，與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，PLC的體積很小，一臺收錄機(jī)一樣大

16、小的PLC具有相當(dāng)于三個1.8m高繼電器控制柜的功能PLC消耗的電能只是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的1/3至1/2 。8/20/202220第20頁，共67頁。PLC控制器的特點 5. 價格低廉隨著集成電路芯片功能的提高，價格的降低，可編程控制器硬件的價格也一直不斷地在下降根據(jù)最近市場統(tǒng)計，國外小型PLC平均每一個I/O點為14-20美元，中型PLC折算每個I/O點為20-35美元，大型PLC折算每個I/O點為40-80美元雖然PLC的軟件價格在系統(tǒng)中所占的比重在不斷提高，但由于縮短了整個工程項目的設(shè)計，編程和投運費用以及縮短了整個投運周期，因此，使用PLC的總造價是低廉的，而且還呈不斷下降的趨勢8/20/

17、202221第21頁，共67頁。PLC的硬件體系8/20/202222第22頁，共67頁。PLC的工作原理 PLC控制的對象是“過程”或“機(jī)械”，由傳感器采集“過程”或“機(jī)械”的信息，送入PLC的輸入單元，經(jīng)PLC的中央處理單元處理，結(jié)果通過PLC的輸出單元驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制“過程”或“機(jī)械”達(dá)到預(yù)期的目的圖2.1還表示了PLC的外部設(shè)備接口與外部設(shè)備之間的聯(lián)系主要的外部設(shè)備有編程器（編程器上配置有顯示單元）， HMI人機(jī)接口，并行打印機(jī)，其它PLC或上位計算機(jī)從原理上講，PLC是計算機(jī)的一種，因此，它也由中央處理器，中央存儲器和接口三部分組成8/20/202223第23頁，共67頁

18、。PLC的中央處理單元（CPU）的結(jié)構(gòu) 8/20/202224第24頁，共67頁。PLC的中央處理單元（CPU）的結(jié)構(gòu)中央處理單元的核心是中央處理器中央處理器包含指令計數(shù)器，指令存儲器和地址 寄存器，變址和基址寄存器，累加器和通用寄存器除了中央處理器外，還有中央存儲器，中央存儲器劃分成數(shù)據(jù)，程序和監(jiān)控三部分?jǐn)?shù)據(jù)部分包含有輸入變量，中間變量和輸出變量的映像區(qū)監(jiān)控部分存放PLC的監(jiān)控程序，用戶程序區(qū)存放若干個用戶的應(yīng)用程序塊8/20/202225第25頁，共67頁。CPU和中央存儲器 PLC中的CPU是用來完成對某些不同類型的信息進(jìn)行操作的單元這些操作包括信息的轉(zhuǎn)移，信息的轉(zhuǎn)換（碼的轉(zhuǎn)換，數(shù)字的轉(zhuǎn)

19、換），計算，同步，譯碼等中央處理器（Processor）是CPU中的智能機(jī)構(gòu)（電腦）它是用來控制程序指令的操作的，處理器本身由若干種寄存器組成寄存器是由邏輯電路組成的高速半導(dǎo)體存儲器（暫存器），它用來暫時存放數(shù)據(jù)，外部信息或中間運算結(jié)果和對它們進(jìn)行操作。8/20/202226第26頁，共67頁。PLC CPU 內(nèi)部的主要的寄存器1. 內(nèi)部寄存器只能在計算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行存取，允許內(nèi)部的管理和控制操作程序計數(shù)器有時也稱做“程序指針”，它始終包含有當(dāng)前正在執(zhí)行指令的地址，在每一條指令執(zhí)行結(jié)束時，指針的值將被修改，自動地加1只有在執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令時是例外指針將被放置新的下一條執(zhí)行指令的地址2. 指令存儲器由“

20、程序指針”所指向的中央存儲器中的當(dāng)前指令的操作碼（Operation code），被送至指令寄存器經(jīng)過譯碼，在時鐘脈沖控制下，指令寄存器將執(zhí)行指令：從中央存儲器轉(zhuǎn)移信息到通用寄存器或取相反過程對于執(zhí)行的是跳轉(zhuǎn)指令，如果命令是正向跳動n，則執(zhí)行指令的結(jié)果是強(qiáng)迫程序計數(shù)器增量加n8/20/202227第27頁，共67頁。PLC CPU 內(nèi)部的主要的寄存器3. 地址寄存器在指令寄存器取得操作碼（OC）的同時，地址寄存器取得同一指令的操作數(shù)地址（Operand address）在一般情況下，地址寄存器涉及的就是操作數(shù)的地址，但在轉(zhuǎn)移指令的情況下，由它決定信息轉(zhuǎn)移的途徑例如，在執(zhí)行向前跳動n的指令時，地

21、址寄存器就包含數(shù)據(jù)值n，執(zhí)行指令是將程序計數(shù)器的內(nèi)容與地址寄存器的內(nèi)容相加，再送回程序計數(shù)器8/20/202228第28頁，共67頁。PLC CPU 內(nèi)部的主要的寄存器4. 狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器是用來設(shè)置狀態(tài)位的某個狀態(tài)位決定于處理器對某一事件將予以考慮或不予考慮，例如，對中斷優(yōu)先權(quán)的禁止或屏蔽5.通用寄存器通用寄存器是用戶在編制應(yīng)用程序時可以使用的一組寄存器，它們中的某些是非常特殊的，另一些則是一般的寄存器，它的數(shù)量和組織取決于PLC設(shè)計者的選擇8/20/202229第29頁，共67頁。PLC CPU 內(nèi)部的主要的寄存器6. 變址寄存器變址寄存器包含一潛在的基地址，當(dāng)采用變址尋址方式時，是將

22、預(yù)先存放在變址寄存器中的絕對基地址，與地址寄存器中存放的操作數(shù)地址（OA）部分相加，得到指令中所要存取信息的地址這樣一種技術(shù)可以擴(kuò)展尋址的范圍與地址寄存器有限的地址長度相比可擴(kuò)展至更大的范圍，但執(zhí)行指令時間較長7. 累加器寄存器它是用來執(zhí)行CPU的指令的，對PLC來說，這些指令典型的有按位執(zhí)行和按字執(zhí)行對某些PLC類型，只有單一的累加器，位是作為字的一個位來處理的，對另一些PLC系統(tǒng)，邏輯運算和數(shù)字運算是分開在不同的累加器進(jìn)行的8/20/202230第30頁，共67頁。PLC的存儲器系統(tǒng)處理PLC系統(tǒng)信息的存儲器通常分為兩大部分：中央存儲器和大容量存儲器（硬盤，軟磁盤，磁帶，F(xiàn)lash mem

23、ory等）大容量存儲器一般作為PLC的外部設(shè)備中央存儲器有很高的存取速度，但由于價格較昂貴，限制了它的使用容量；大容量存儲器雖然存取速度較慢，但由于價格相對便宜，適于儲存大容量數(shù)據(jù)中央存儲器在PLC的內(nèi)部，一般由三部分組成由于對存取速度有要求，所以都采用半導(dǎo)體存儲器，常用的半導(dǎo)體存儲器有靜態(tài)RAM，EPROM和E2PROM8/20/202231第31頁，共67頁。PLC的存儲器系統(tǒng)1. 中央存儲器的數(shù)據(jù)部分主要用作輸入變量，輸出變量，中間變量的映像區(qū)，因為在PLC的運行過程中，這部分變量是不斷變化的，所以都是采用隨機(jī)存取存儲器（一般為靜態(tài)RAM）構(gòu)成的2. 監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)，是PLC設(shè)計者為

24、了給用戶使用PLC提供方便，其功能是對PLC及其外設(shè)進(jìn)行資源管理，同時使PLC的用戶編制應(yīng)用程序時，可以使用級別較高的語言（例如，語句表，梯形圖或SFC控制圖形語言等）一般監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)都是駐留在中央存儲器中的，例如，固化在中央存儲器的EPROM上，有一些PLC使用較大的操作系統(tǒng)，則除了駐留在中央存儲器上的軟件外，還有一部分軟件放在外設(shè)的大容量存儲器中8/20/202232第32頁，共67頁。PLC的存儲器系統(tǒng)3. 中央存儲器中的用戶應(yīng)用軟件是用戶針對不同的控制任務(wù)，用PLC編程語言編制的應(yīng)用程序，放置在中央存儲器的用戶存儲器區(qū)有些用戶存儲區(qū)可以放置若干個應(yīng)用程序塊由于應(yīng)用程序在調(diào)試過程中

25、要不斷修改，又希望在掉電或正常關(guān)機(jī)時，這部分程序不會丟失，因此，在中央存儲器中常用帶后備電池的CMOSRAM作用戶存儲器區(qū)也可以用E2PROM存放應(yīng)用程序如果應(yīng)用程序經(jīng)調(diào)試后，不再需要改變，這部分程序可以固化在EPROM中8/20/202233第33頁，共67頁。PLC 的尋址方式在CPU與中央存儲器交換信息的過程中，很重要的一點是存儲器的尋址，發(fā)展尋址技術(shù)的目的是在鍵入數(shù)據(jù)時增加靈活性，使更為安全和得到更大地址范圍PLC系統(tǒng)中使用的尋址方式有以下幾種：1. 立即數(shù)尋址：這種尋址方式的操作數(shù)直接放置在指令的地址場中這種尋址方法，對簡單的計算，例如，計算用戶程序的地址是很方便的2. 相對尋址：在

26、指令的地址場中包含的是正的或負(fù)的整數(shù)，用它與現(xiàn)行地址（例如，程序計數(shù)器的值）代數(shù)相加，得到指令的操作數(shù)的有效地址這種尋址方式在執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令，條件轉(zhuǎn)移指令或循環(huán)指令（LOOP）時是非常有用的8/20/202234第34頁，共67頁。PLC 的尋址方式3. 間接尋址：這種尋址方式的指令的地址場包含的是操作數(shù)所在單元的地址（即指令的操作數(shù)有效地址的地址），用這種尋址方式，可以擴(kuò)展可尋址存儲器的范圍4. 變址或基址尋址：在變址寄存器或通用寄存器中，預(yù)先放置一基地址，將此與指令操作數(shù)地址場的內(nèi)容（偏移量）代數(shù)相加得到指令操作數(shù)的有效地址5. 組合尋址：上面所提到的某些尋址方式可組合起來形成新的尋址方式，

27、例如，相對變址尋址等8/20/202235第35頁，共67頁。與尋址方法有關(guān)的指令的結(jié)構(gòu) 8/20/202236第36頁，共67頁。PLC中的堆棧 在中央存儲器中，還有一種特殊的應(yīng)用區(qū)，稱為“堆?！薄岸褩！笔侵醒氪鎯ζ髦械囊粋€特殊區(qū)域，用來存放程序執(zhí)行過程中的結(jié)果或者在子程序調(diào)用過程中用來保護(hù)“現(xiàn)場”信息，以便子程序結(jié)束時能正確地返回在PLC中使用的“堆?！敝饕袃煞N形式：一種稱后進(jìn)先出堆棧（LIFOlast in first out）,另一種稱先進(jìn)先出堆棧（FIFOFirst in first out）圖2.4表示了這兩種 “堆棧”在進(jìn)行棧操作時的數(shù)據(jù)位置8/20/202237第37頁，共6

28、7頁。PLC中的堆棧結(jié)構(gòu)8/20/202238第38頁，共67頁。PLC中的堆棧結(jié)構(gòu)8/20/202239第39頁，共67頁。PLC I/O擴(kuò)展結(jié)構(gòu) 1. 整體形非總線結(jié)構(gòu):80年代，PLC的結(jié)構(gòu)多為組件式，由CPU，I/O及備用模塊等組合而成現(xiàn)在的小型，微型PLC結(jié)構(gòu)則趨向于將CPU，存儲器與I/O做成一體形結(jié)構(gòu)，整體做成平板薄形，以追求低價格和便于安裝這種結(jié)構(gòu)的PLC往往采用非總線結(jié)構(gòu)，追求低價格和小型化，其安裝方法也與過去不同，大多安裝到配電盤或機(jī)械之中，有的不用外殼，作成插件，以降低售價8/20/202240第40頁，共67頁。PLC I/O擴(kuò)展結(jié)構(gòu) 2. 總線形結(jié)構(gòu)大，中型以及一部分

29、小型PLC通常采用總線形方式，可視用戶要求進(jìn)行組合以滿足不同要求，見圖2.5這種總線結(jié)構(gòu)有多種形式，有采用微機(jī)總線，例如VME總線，PC總線，或開發(fā)商的專用總線，例如Siemens公司的S5總線等，PLC的I/O總線擴(kuò)展可以有多種結(jié)構(gòu)方式，主要采用：并行本地總線串行遠(yuǎn)程通信連接8/20/202241第41頁，共67頁。 并行本地總線的PLC結(jié)構(gòu)8/20/202242第42頁，共67頁。 串型遠(yuǎn)程通信結(jié)構(gòu)的PLC8/20/202243第43頁，共67頁。PLC 的I/O模板 中央處理器和中央存儲器通過總線與輸入輸出（I/O）交換信息PLC以輸入輸出接口從被控過程采集信息和用來控制被控過程因此I/

30、O在PLC中起重要作用工業(yè)控制機(jī)通常使用在比較惡劣，苛刻的現(xiàn)場環(huán)境，這就對I/O提出比較高的要求盡管I/O摸板的電路并不十分復(fù)雜，但PLC用的I/O，工藝都十分考究，對于抑制工業(yè)環(huán)境帶來的干擾都采取了許多有效措施(要符合EMC 電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn))此外，為了用戶接線和檢查的方便，所有I/O摸板都帶有端子或方便可靠的接插座，以及標(biāo)志狀態(tài)的指示燈 8/20/202244第44頁，共67頁。PLC的工作原理本節(jié)用一個最簡單的PLC來說明其工作原理設(shè)有一臺PLC（型號為LEM）,它有6種基本指令，指令見表2.4。表2.4 LEM PLC 的6種指令：8/20/202245第45頁，共67頁。PLC的工作原

31、理8/20/202246第46頁，共67頁。PLC的工作原理 從指令格式中可以看出指令的地址場包含9位2進(jìn)制數(shù)，允許尋址29 = 512位在LEMPLC中設(shè)置128位輸入變量Ui和128位輸出變量Yj，剩下256位保留作為中間變量Xk因此LEM的數(shù)據(jù)存儲器（便箋式存儲器）具有512位，以8進(jìn)制表示時，地址為0(O)至777(O)圖2.12表示了LEM的數(shù)據(jù)存儲器組態(tài) 8/20/202247第47頁，共67頁。PLC的工作原理 LEM的中央處理器包含一個程序計數(shù)器（P）或稱指令指針（10位寄存器），一個13位指令寄存器（I）和一個邏輯累加器(A),最后還有一個4位后進(jìn)先出的堆棧LIFD圖2.13

32、表示執(zhí)行指令的過程指令指針執(zhí)行完當(dāng)前指令后把指針數(shù)加1，指向下一條將執(zhí)行的指令現(xiàn)在指令指針中的內(nèi)容為1000(O)（2進(jìn)制碼為001 000 000 000）,在程序存儲器（用戶存儲區(qū)）中地址為1000(O)單元處放置有指令I(lǐng)FU3，中央處理器將這條指令取入指令寄存器（I）,這時(I)寄存器的內(nèi)容為： 8/20/202248第48頁，共67頁。PLC的工作原理8/20/202249第49頁，共67頁。PLC的工作原理 其地址場的內(nèi)容為000 000 011轉(zhuǎn)入地址寄存器（S），并取數(shù)據(jù)存儲器第3單元（輸入變量U3）的內(nèi)容送至累加器（A）這一過程是中央處理器根據(jù)指令中的操作碼0001，經(jīng)譯碼器譯

33、碼后在時鐘的控制下進(jìn)行的以上僅僅是執(zhí)行一條指令的過程 下面說明PLC怎樣使用LIFO堆棧來完成一個梯形圖的梯節(jié)或一個布爾代數(shù)方程的表達(dá)式：8/20/202250第50頁，共67頁。PLC的工作原理 將上述邏輯方程或梯節(jié)寫成LEM PLC能執(zhí)行的程序，其程序表見表2.5。 8/20/202251第51頁，共67頁。PLC的工作原理8/20/202252第52頁，共67頁。PLC的工作原理8/20/202253第53頁，共67頁。PLC的工作原理輸入變量，中間變量和輸出變量在數(shù)據(jù)儲器中的位置如表2.8所示。上面說明了PLC執(zhí)行一條指令或一個邏輯方程（用梯形圖表示時是一個梯節(jié)）的過程 8/20/20

34、2254第54頁，共67頁。PLC的工作原理PLC與普通辦公用計算機(jī)有一個很大的不同點，就是PLC的程序是自動循環(huán)執(zhí)行的，而普通計算機(jī)是按照命令執(zhí)行程序，程序結(jié)束后等待新的命令后一種工作方式稱異步工作方式因此，對PLC說來循環(huán)是一個十分重要的概念大部分PLC采用這樣的循環(huán)方式，程序一開始，掃描和采集輸入摸板上各輸入變量的數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)移到中央存儲器的數(shù)據(jù)區(qū)（有時稱為便箋式存儲器或輸入映像區(qū)），接著執(zhí)行用戶的應(yīng)用程序，把邏輯運算的結(jié)果送到便箋式存儲器的輸出映像區(qū)，最后將輸出映像區(qū)的值送到輸出摸板去控制具體的物理過程在處理完輸出轉(zhuǎn)移后，要進(jìn)行通信程序處理，來完成編程命令或監(jiān)視命令然后又回到循環(huán)的起始

35、點，掃描和采集輸入摸板 8/20/202255第55頁，共67頁。PLC的工作原理下面以一個邏輯控制器為例，進(jìn)一步說明循環(huán)的概念，該控制器的配置如下：16塊輸入摸板，每塊摸板16個輸入點，總共256個輸入點16塊輸出摸板，每塊摸板16個輸出點，總共256個輸出點程序存儲器4KB一塊輸入板或輸出板的存取時間為29s，執(zhí)行1K字程序指令的時間為1.85ms這樣，整個的循環(huán)時間是8.3ms它是由兩個部分組成的：一部分的輸入輸出循環(huán)時間為32X29928s=0.928ms；另一部分的執(zhí)行程序存儲器用戶程序的時間，最長為4X1.85=7.4ms圖2.15為PLC循環(huán)舉例圖2.16表示了摸板之間信息交換的過程。圖2.17表示了循環(huán)的控制信號定時圖。8/20/202256第56頁，共67頁。PLC的工作原理8/20/202257第57頁，共67頁。PLC的工作原理8/20/202258第58頁，共67頁。PLC的工作原理8/20/202259第5