PLC(張明波)-第二章論述課件

第2章可編程序控制器概論2.1PLC的發(fā)展、分類及應(yīng)用2.2結(jié)構(gòu)和工作原理2.3技術(shù)性能指標(biāo)2.4編程語言第2章可編程序控制器概論2.1PLC的發(fā)展、分類及應(yīng)用本章內(nèi)容包括：l

PLC的發(fā)展、分類及應(yīng)用l

結(jié)構(gòu)及工作原理l

主要技術(shù)性能指標(biāo)l

常用編程語言返回本章首頁本章內(nèi)容包括：l

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PLC的發(fā)展、分類及應(yīng)用

2.1.1產(chǎn)生

2.1.2定義2.1.3發(fā)展

2.1.4特點

2.1.5分類

2.1.6應(yīng)用

返回本章首頁2.1PLC的發(fā)展、分類及應(yīng)用2.1.1產(chǎn)生返回本章2.1.1.PLC的產(chǎn)生

隨著社會的進步，工業(yè)的發(fā)展，控制對象越來越多，其邏輯關(guān)系也越來越復(fù)雜，用繼電器組成的控制系統(tǒng)就會變得非常龐大，從而造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定和造價昂貴。主要表現(xiàn)在：①當(dāng)某個繼電器損壞、甚至繼電器的某觸點接觸不良都會影響系統(tǒng)的運行；②繼電器本身并不太貴，但控制柜內(nèi)元件的安裝和接線工作量極大，造成系統(tǒng)價格偏高；③產(chǎn)品需要不斷地更新?lián)Q代，生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)不斷地作相應(yīng)的調(diào)整。但對龐大的系統(tǒng)而言，日常維護已很難，再作調(diào)整難度更大。2.1.1.PLC的產(chǎn)生隨著社會的進步，工業(yè)的解決問題的設(shè)想鑒于以上問題，1968年美國通用汽車公司(GeneralMotors)向傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)：

設(shè)想是否能用一種新型的控制器，引入這種控制器后可使龐大的系統(tǒng)減小，并且能方便地進行修改、調(diào)整。按照這個宗旨，該公司向外公開招標(biāo)，提出如下十大指標(biāo)：

解決問題的設(shè)想鑒于以上問題，1968GE公司公開招標(biāo)的十大指標(biāo)：①.編程簡單，可在現(xiàn)場改程序；

②.維護方便，最好是插件式

；③.可靠性高于繼電器控制柜；

④.體積小于繼電器控制柜；⑤.成本低于繼電器控制柜；GE公司公開招標(biāo)的十大指標(biāo)：①.編程簡單，可在現(xiàn)場改程序；⑥.可將數(shù)據(jù)直接輸入計算機

；⑦.輸入可以是市電(AC110v)；

⑧.控制程序容量

≥4KB；⑨.輸出可驅(qū)動市電2A以下的負荷， 能直接驅(qū)動電磁閥

；⑩.擴展時，原有的系統(tǒng)僅作少許更改。

⑥.可將數(shù)據(jù)直接輸入計算機；結(jié)果這次招標(biāo)引起了工業(yè)界的密切注視，吸引了不少大公司前來投標(biāo)，最后DEC公司一舉中標(biāo)，并于1969年研制成功第一臺PC，當(dāng)時命名為PC(ProgrammableController)。這臺PLC投運到汽車生產(chǎn)線后，取得了極為滿意的效果，引發(fā)了效仿的熱潮，從此PLC技術(shù)得以迅猛的發(fā)展。結(jié)果這次招標(biāo)引起了工業(yè)界的密切注視，吸引了不少大公司前來投標(biāo)2.1.2PLC的定義及其術(shù)語

1.定義可編程序控制器是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境條件下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。

2.1.2PLC的定義及其術(shù)語1.定義NEMA1987年作的定義美國電氣制造協(xié)會（NEMA）1987年作的定義如下：“它是一種帶有指令存儲器、數(shù)字或模擬I/O接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和算術(shù)運算功能，用于控制機器或生產(chǎn)過程的自動控制裝置?！盢EMA1987年作的定義美國電氣制造協(xié)會（NEM2.PLC~PC之爭PC(ProgrammableController)PC(PersonalComputer)PLC(ProgrammableLogicController)2.PLC~PC之爭PC(Pro3.常用術(shù)語

點數(shù)

指能夠輸入/輸出開關(guān)量、模擬量的總個數(shù)。一般是4或8的倍數(shù)。

掃描周期

是指PLC執(zhí)行系統(tǒng)監(jiān)控程序、用戶程序、I/O刷新一次所用的時間。它直接反映PLC的響應(yīng)速度，因此是PLC的重要指標(biāo)之一，其單位是ms/kw(kb)。

3.常用術(shù)語點數(shù)2.1.3發(fā)展

1.發(fā)展及現(xiàn)狀

2.發(fā)展趨勢

（1）與計算機聯(lián)系密切

（2）發(fā)展多樣化

（3）模塊化

（4）網(wǎng)絡(luò)與通信能力增強

（5）多樣化與標(biāo)準化

（6）工業(yè)軟件發(fā)展迅速

返回本節(jié)2.1.3發(fā)展1.發(fā)展及現(xiàn)狀返回本節(jié)2.1.4特點

1.可靠性高、抗干擾能力強2.程序可變、具有柔性

3.編程簡單、使用方便4.功能強大、完善5.組合靈活、擴充方便6.減少了工作量

7.體積小、重量輕、環(huán)境要求低

8.

成本低、水平高

返回本節(jié)2.1.4特點1.可靠性高、抗干擾能力強返回本節(jié)1、可靠性高、抗干擾能力強

故障原因設(shè)備故障原因外部環(huán)境、溫度、灰塵、有害氣體的影響由I/O線、電源線等引入的干擾振動、沖擊引起的器件損壞等輻射干擾電磁干擾存儲器信息的丟失、出錯內(nèi)部元器件的老化、失效程序錯誤運行進入死循環(huán)1、可靠性高、抗干擾能力強故障原因設(shè)備故障外部環(huán)境、溫度、解決方法硬件常規(guī)手段：優(yōu)質(zhì)元器件，合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隔離：I/O電路光電隔離，無電氣回路的聯(lián)接點濾波：對供電系統(tǒng)及輸入回路采用模擬量濾波和數(shù)字濾波屏蔽：導(dǎo)電、導(dǎo)磁性能良好的材料，防電磁波輻射的干擾增強電源的適應(yīng)性：開關(guān)電源采用模塊式結(jié)構(gòu)：一旦某模塊有故障，能迅速更換解決方法硬件解決方法軟件設(shè)置警戒時鐘WDT(看門狗)

系統(tǒng)軟件對用戶軟件自動進行檢查

掉電保護

自檢

解決方法軟件2．

程序可變、具有柔性

生產(chǎn)工藝或設(shè)備改變后，在原設(shè)計的PLC功能備用量夠用的情況下，可不變PLC的硬件，只要改編控制程序即可。這點就充分體現(xiàn)了PLC具有繼電器控制系統(tǒng)所不具備和無可比擬的優(yōu)點。故PLC除應(yīng)用于單機控制外，還在柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMC)、工廠自動化(FA)中被大量采用。

2．程序可變、具有柔性生產(chǎn)工藝或設(shè)備改變后，在原3．

編程簡單、使用方便

PLC采用與繼電器控制邏輯圖非常接近的“梯形圖”進行編程，這種編程方法既具備傳統(tǒng)控制線路的易懂易編，清晰直觀優(yōu)點，又顧及了多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和微機應(yīng)用水平，易于被大眾接受，因此受到普遍歡迎，這種面向生產(chǎn)的編程方法與目前微機控制中常用的匯編語言或高級語言編程相比，其優(yōu)點是顯而易見的。為進一步優(yōu)化編程，PLC還針對實際問題設(shè)計了諸如步進順控指令、移位指令、鼓形控制器等功能性指令，減少編程工作量，加快了開發(fā)速度。

3．編程簡單、使用方便PLC采用與繼電器控制4．

功能完善

現(xiàn)代的PLC還具有數(shù)字量及模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運算、定時、計數(shù)、順序檢測、功率驅(qū)動、聯(lián)網(wǎng)通信、人機對話、自檢、記錄和顯示等功能，使控制系統(tǒng)的水平大大提高，功能更加完善。

4．功能完善現(xiàn)代的PLC還具有數(shù)字量及模擬量的輸5．

組合靈活、擴充方便

PLC除摸塊化外，還具有各種擴充單元，I/O點數(shù)及各種I/O方式、I/O量均可選擇，可以方便地適應(yīng)不同的控制對象。5．組合靈活、擴充方便PLC除摸塊化外，還具6．

減少了工作量

由于PLC是采用軟件編程來實現(xiàn)控制功能的，而繼電器控制采用硬接線來實現(xiàn)。這就減少了設(shè)計、施工的工作量。同時，PLC能事先進行摸擬調(diào)試并且具有很強的監(jiān)視功能，所以系統(tǒng)的調(diào)試、檢修、維護的工作量得到大大地減少。

6．減少了工作量由于PLC是采用軟件編程來實現(xiàn)控7．

體積小、重量輕、環(huán)境要求低

由于PLC是專為工控而設(shè)計的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)緊密、堅固、體積小巧、功能齊全，能直接投運在惡劣的工作環(huán)境。一般PLC的功能若用繼電器來實現(xiàn)，需用3至4個1.8m高的大繼電器控制柜。7．體積小、重量輕、環(huán)境要求低由于PLC是專為工8．

成本低、水平高

PLC功能強大，使得控制系統(tǒng)的費用大量降低。

PLC具有易修改性、高可靠性、易擴展性、易維護性，降低了日常運行的檢修、維修工作量。

PLC安裝調(diào)試方便，開發(fā)、調(diào)試周期短，從而降低了設(shè)計、開發(fā)、安裝、調(diào)試的工作量。PLC靠軟件編程實現(xiàn)控制功能，硬件及其備件均具有通用性，也減少了采購的時間和費用。體積小、功能強，所以占地少、耗電小，每年節(jié)省的電費就可將投資收回。

PLC是一種專用工控計算機，實現(xiàn)了智能控制，從而使得控制水平上了新臺階，并且具有聯(lián)網(wǎng)功能，很易構(gòu)成綜合控制系統(tǒng)。

8．成本低、水平高PLC功能強大，使得控制系統(tǒng)的費用大量2.1.5分類

1.從結(jié)構(gòu)上可編程序控制器從結(jié)構(gòu)上可分為整體式和模塊式。2.從規(guī)模上按PLC的輸入輸出點數(shù)可分為小型、中型和大型。

返回本節(jié)2.1.5分類1.從結(jié)構(gòu)上返回本節(jié)2.1.6應(yīng)用

1.工業(yè)1）開關(guān)量控制，如邏輯、定時、計數(shù)、順序等；2）模擬量控制，部分PLC或功能模塊具有PID控制功能，可實現(xiàn)過程控制；3）監(jiān)控，用PLC可構(gòu)成數(shù)據(jù)采集和處理的監(jiān)控系統(tǒng)；4）建立工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，為適應(yīng)復(fù)雜的控制任務(wù)且節(jié)省資源，可采用單級網(wǎng)絡(luò)或多級分布式控制系統(tǒng)。2.其他行業(yè)可編程序控制器在其他行業(yè)的應(yīng)用也日益廣泛：在國防和民用，如建筑，環(huán)保，家用電器等。返回本節(jié)2.1.6應(yīng)用1.工業(yè)返回本節(jié)2.2結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.1結(jié)構(gòu)

2.2.2工作原理

返回本章首頁2.2結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.1結(jié)構(gòu)返回本章首頁2.2.1結(jié)構(gòu)

PLC專為工業(yè)場合設(shè)計，采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要是由CPU、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入輸出接口電路等組成。圖2.1為一典型PLC結(jié)構(gòu)簡圖。圖2.1結(jié)構(gòu)簡圖2.2.1結(jié)構(gòu)PLC專為工業(yè)場合設(shè)計，采用了典型的計算機一.中央處理單元

中央處理單元（CPU）一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。

CPU的主要功能：(1)控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接收和存儲(2)用掃描的方式通過I/O部件接收現(xiàn)場信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲器中(3)診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等(4)根據(jù)運算結(jié)果,更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容,再經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸出控制,制表或數(shù)據(jù)通信等功能一.中央處理單元中央處理單元（CPU）一般由控制器、運算二.存儲器

系統(tǒng)程序存儲器(1)系統(tǒng)管理程序(2)用戶指令解釋程序(3)標(biāo)準程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用用戶程序存儲器

數(shù)據(jù)表存儲器(I/O映像存儲器)

二.存儲器系統(tǒng)程序存儲器PLC的I/O部分，因用戶的需求不同有各種不同的組合方式

開關(guān)量I/O模塊模擬量I/O模塊數(shù)字量I/O模塊高速計數(shù)模塊精確定時模塊快速響應(yīng)模塊中斷控制模塊PID模塊位置控制模塊軸向定位模塊通信模塊。

以下我們詳細介紹三.輸入輸出單元

PLC的I/O部分，因用戶的需求不同有各種不開關(guān)量I/O模塊(部分)

(1)開關(guān)量輸入模塊開關(guān)量輸入模塊的作用：接收現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信號、控制命令等，如限位開關(guān)、操作按鈕等，并且將此開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換成CPU能接收和處理的數(shù)字量信號。開關(guān)量輸出模塊的作用：將經(jīng)過CPU處理過的結(jié)果轉(zhuǎn)換成開關(guān)量信號送到被控設(shè)備的控制回路去，以驅(qū)動閥門執(zhí)行器、電動機的啟動器和燈光顯示等設(shè)備。開關(guān)量I/O模塊的特性僅有通、斷兩種狀態(tài)；用發(fā)光二極管在面板上顯示。輸入電壓等級、4~64點/模塊；外部引線連接在模塊面板的接線端子上；（有些模塊使用插座型端子板，在不拆去外部連線的情況下，可迅速地更換模塊，便于安裝、檢修）

開關(guān)量I/O模塊(部分)(1)開關(guān)量輸入模塊開關(guān)量輸入模塊的幾種型式（1）開關(guān)量輸入模塊圖2.2直流輸入電路圖開關(guān)量輸入模塊的幾種型式（1）開關(guān)量輸入模塊圖2.2直開關(guān)量輸入模塊的幾種型式（1）開關(guān)量輸入模塊圖2.3交流輸入電路圖開關(guān)量輸入模塊的幾種型式（1）開關(guān)量輸入模塊圖2.3交流通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。圖2.2和圖2.3分別為一種型號PLC的直流和交流輸入接口電路的電路圖，采用的是外接電源。圖2.2描述了一個輸入點的接口電路。其輸入電路的一次電路與二次電路用光耦合器相連，當(dāng)行程開關(guān)閉合時，輸入電路和一次電路接通，上面的發(fā)光管用于對外顯示，同時光耦合器中的發(fā)光管使三極管導(dǎo)通，信號進入內(nèi)部電路，此輸入點對應(yīng)的位由0變?yōu)?。即輸入映像寄存器的對應(yīng)位由0變?yōu)?。通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源(2)開關(guān)量輸入模塊的主要技術(shù)指標(biāo)①輸入電壓：指PLC外接電源的電壓值。②輸入點數(shù)：指輸入模塊開關(guān)量輸入的個數(shù)。③AC頻率：指輸入電壓的工作頻率，一般為50~60Hz。④輸入電流：指開關(guān)閉合時，流入模塊內(nèi)的電流。一般為5~10mA。⑤輸入阻抗：指輸入電路的等效阻抗。⑥ON電壓：指邏輯“1”之電壓值，開關(guān)接通時為“1”。⑦OFF電壓：指邏輯“0”之電壓值，開關(guān)斷開時為“0”。⑧OFF→ON的響應(yīng)時間：指開關(guān)由斷→通時，導(dǎo)致內(nèi)部邏輯由“0”→“1”的變化時間。⑨ON→OFF的響應(yīng)時間：指開關(guān)由通→斷時，導(dǎo)致內(nèi)部邏輯由“1”→“0”的變化時間。⑩內(nèi)部功耗：指整個模塊所消耗的最大功率。(2)開關(guān)量輸入模塊的主要技術(shù)指標(biāo)①輸入電壓：指PLC外接繼電器輸出晶體管輸出可控硅輸出(2).開關(guān)量輸出模塊

每個輸出點均有： LED發(fā)光管、隔離元件（光電管/繼電器)、功率驅(qū)動元件輸出保護電路

繼電器輸出(2).開關(guān)量輸出模塊 每個輸出點均有：繼電器輸出J↘～▽+∨↗↗100Ω0.02uf∨負載(a)繼電器輸出J△繼電器輸出J↘～▽+∨↗↗100Ω0.02uf∨負載(a)↘▽↗↗↗↗△↘24v負載(b)晶體管輸出▽晶體管輸出↘▽↗↗↗↗△↘24v負載(b)晶體管輸出▽晶體管輸出～▽↗↗0.01uf∨470Ω(c)SSR/可控硅輸出負載∧∨▽↗↗可控硅輸出～▽↗↗0.01uf∨470Ω(c)SSR/可控硅輸出負輸出模塊的主要技術(shù)指標(biāo)有：

工作電壓：指輸出觸點所能承受的外部負載電壓。

最大通斷能力：指輸出觸點在一定的電壓下，能通過的最大電流。漏電流：指當(dāng)輸出點斷開時(邏輯“O”)，觸點所流過的最大電流?；芈窋?shù)：等于公共點的個數(shù)。獨立式模塊，等于輸出點數(shù)。接通壓降OFF→ON響應(yīng)時間

ON→OFF響應(yīng)時間

內(nèi)部功耗

同輸入模塊

輸出模塊的主要技術(shù)指標(biāo)有：工作電壓：指輸出觸點所能承受的外輸出模塊按外部接線方式分有：

匯點式：輸出有1個公共點，各輸出點屬同一個回路，共用1個電源。獨立式：輸出無公共點，各輸出點回路不同，可以使用不同電壓等級的電源。

(a)匯點式(b)獨立式圖2-5開關(guān)量輸出模塊接線方式……COM……～輸出模塊按外部接線方式分有：匯點式：輸出有1個公共點，各輸模擬量I/O模塊

模擬量I/O模塊常用的有：A/D、D/A、熱電偶/熱電阻輸入等幾種模塊。

數(shù)字量I/O模塊

常用的有TTL電平I/O模塊、撥碼開關(guān)輸入模塊、LED/LCD/CRT顯示控制模塊、打印機控制模塊等。

高速計數(shù)模塊

模擬量I/O模塊模擬量I/O模塊常用的有：A/D、精確定時模塊

精確定時模塊是智能模塊，能脫離PLC進行精確的定時，定時時間到后會給出信號讓PLC檢測。

快速響應(yīng)模塊中斷控制模塊PID調(diào)節(jié)模塊位置控制模塊軸向定位模塊通信模塊精確定時模塊精確定時模塊是智能模塊，能脫離PLC進四、編程工具

簡易編程器圖形編程器

用專用編程軟件在個人計算機(PC)上實現(xiàn)編程功能

四、編程工具簡易編程器五、電源電源是PLC最重要的部分之一，是正常工作的首要條件。當(dāng)電網(wǎng)有強烈波動遭強干擾時，輸出電壓要保持平穩(wěn)。因此在PLC的電源中要加入許多穩(wěn)壓抗擾措施，如浪涌吸收器、隔離變壓器、開關(guān)電源技術(shù)等。

五、電源電源是PLC最重要的部分之一，是正常工作的首2.2.2工作原理,一.循環(huán)掃描PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程一般包括五個階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖2.4所示。圖2.4中當(dāng)PLC方式開關(guān)置于RUN（運行）時，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)置于STOP（停止）時，不執(zhí)行后3個階段，此時可進行通信處理，如對PLC聯(lián)機或離線編程。2.2.2工作原理,一.循環(huán)掃描圖2.4工作原理圖圖2.4工作原理圖可編程序控制器的輸入處理、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過程的原理如圖2.5所示。PLC執(zhí)行的五個階段，稱為一個掃描周期，PLC完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進行。可編程序控制器的輸入處理、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過程的原理如圖2.5程序執(zhí)行原理圖圖2.5程序執(zhí)行原理圖舉例I/O狀態(tài)表點狀態(tài)X000Y000Y010Y020……×Y00Y01Y02輸入端子輸出端子KA3HLKA1KA2Y00Y01Y02Y01X00Y01……用戶程序LDY01OUTY00LDX00OUTY00LDY01OUTY02I/O刷新程序執(zhí)行圖2-7掃描過程示意圖X00SB1舉例I/O狀態(tài)表點狀態(tài)X000Y000 已知，第0掃描周期中：I/O點狀態(tài)被刷新為: X00(0)—0Y00(0)—0Y01(0)—0Y02(0)—0 用戶程序是按梯形圖， 從頭開始 由左→右， 由上→下， 逐條執(zhí)行，每個掃描周期程序執(zhí)行的結(jié)果是：

Y00(N)=Y01(N-1)

Y01(N)=X00(N)

Y02(N)=Y01(N)

狀態(tài)分析 已知，第0掃描周期中：I/O點狀態(tài)被刷新為:Y00(N

由前面分析知：Y00(N)=Y01(N-1) Y01(N)=X00(N) Y02(N)=Y01(N)

周期號X00Y00Y01Y020000011213040011111100000狀態(tài)表X00在后面的掃描周期中，呈現(xiàn)出右表中的狀態(tài)：若第0掃描周期中，I/O點狀態(tài)被刷新為:X00(0)—0Y00(0)—0Y01(0)—0Y02(0)—0 由前面分析知：周期號X00Y00Y01Y0二、掃描周期的計算方法

掃描周期的長短，對PLC系統(tǒng)的性能有一定的影響，例如較長的掃描時間對I/O響應(yīng)時間，對系統(tǒng)運行的精確性均會產(chǎn)生不利的影響。

掃描時間ms產(chǎn)生的不利影響>10內(nèi)部0.01s時鐘脈沖不起作用>100內(nèi)部0.1s時鐘脈沖不起作用>200內(nèi)部0.2s時鐘脈沖不起作用>6500超過WDT定時值，迫使CPU停機二、掃描周期的計算方法掃描周期的長短，對PLC系統(tǒng)掃描周期的計算公式：掃描周期（T）= 內(nèi)部處理時間

+通信服務(wù)時間

+輸入刷新時間

+用戶程序時間 +輸出刷新時間

掃描周期的計算公式：掃描周期（T）= 內(nèi)部處理時間內(nèi)部處理時間：是固定的（2.6ms）。

通信服務(wù)時間：如有，也是固定的 ——外設(shè)部件：0.8mS（MAX） ——網(wǎng)絡(luò)模塊：8mS（MAX）輸入刷新時間：將接在輸入端子上元件的狀態(tài)讀入，并保存在“輸入狀態(tài)表”

(I/O映像存儲器)中所耗費的時間。（0.07mS/8點）用戶程序時間：取決于程序的長度和指令的種類輸出刷新時間：將“輸出狀態(tài)表”(I/O映像存儲器)中的內(nèi)容輸出到接口電路中所耗費的時間。（0.04mS/8點）

以O(shè)MRONC200HPLC為例內(nèi)部處理時間：是固定的（2.6ms）。以O(shè)MRONC20

[例1]

C200HPLC配置：4個8點輸入模塊+2個16點輸入模塊O、5個8點輸出模塊+2個16點輸出模塊、程序5K個地址(且僅使用LD、OUT指令，其執(zhí)行時間分別為0.75、1.13μs)解：當(dāng)編程器要在上面運行時： T = 2.6+0.8+(0.75+1.13)/2×5.120 +0.07×8+0.04×9 =9.1ms若沒有外設(shè)： T = 2.6 +(0.75+1.13)/2×5.120 +0.07×8+0.04×9 = 8.3ms[例1] C200HPLC配置：4個8點輸入模三、系統(tǒng)響應(yīng)時間

PLC系統(tǒng)的響應(yīng)時間是指輸入信號有效后，到輸出元件動作所需要的時間。所以系統(tǒng)響應(yīng)時間的長短與系統(tǒng)的掃描周期、輸入響應(yīng)時間、輸出響應(yīng)時間有關(guān)。例如圖2-8，如當(dāng)SB接通有效后，直到與Y00對應(yīng)的輸出元件有效輸出的時間即為該系統(tǒng)的響應(yīng)時間

X00Y00×Y00X00圖2-8描述系統(tǒng)響應(yīng)時間接線原理圖SB三、系統(tǒng)響應(yīng)時間PLC系統(tǒng)的響應(yīng)時間是指輸系統(tǒng)最小響應(yīng)時間

若PLC在一次輸入刷新前，輸入點能建立起有效輸入信號；該信號通過輸入刷新進入I/O狀態(tài)表；經(jīng)掃描周期中程序的處理，得到的輸出結(jié)果存入I/O狀態(tài)表；經(jīng)輸出刷新，將I/O狀態(tài)表中的信號刷新到輸出點；直到內(nèi)部輸出元件(J,SSR,T)給出有效的輸出為止。這種響應(yīng)時間為系統(tǒng)最小響應(yīng)時間。系統(tǒng)最小響應(yīng)時間若PLC在一次輸入刷新前，輸入點能建立起有最小響應(yīng)時間=輸入響應(yīng)時間+輸出響應(yīng)時間+1個周期的掃描時間

。I刷新系統(tǒng)用戶程序掃描周期掃描周期輸入響應(yīng)延時輸出響應(yīng)延時最小響應(yīng)時間外輸入(SB)輸入點(100)輸出元件(a)最小響應(yīng)時序O刷新最小響應(yīng)時序最小響應(yīng)時間=輸入響應(yīng)時間+輸出響應(yīng)時間系統(tǒng)系統(tǒng)最大響應(yīng)時間

若在輸入刷新剛完成后，輸入點才建立起有效的輸入信號，則必須：在下一周掃描周期的輸入刷新時才能將這一信號寫入I/O狀態(tài)表；經(jīng)掃描周期中程序的處理，得到的輸出結(jié)果存入I/O狀態(tài)表；經(jīng)輸出刷新，將I/O狀態(tài)表中的信號刷新到輸出點；直到內(nèi)部輸出元件(J,SSR,T)給出有效的輸出為止。這種響應(yīng)時間為系統(tǒng)的最大響應(yīng)時間。。

系統(tǒng)最大響應(yīng)時間若在輸入刷新剛完成后，輸入點才建立起有效的最大響應(yīng)時間=輸入響應(yīng)時間+輸出響應(yīng)時間+2個周期的掃描時間輸入點(100)輸入響應(yīng)延時輸出元件輸出響應(yīng)延時最大響應(yīng)時間(b)最大響應(yīng)時序I刷新系統(tǒng)用戶程序掃描周期掃描周期O刷新最大響應(yīng)時序最大響應(yīng)時間=輸入響應(yīng)時間+輸出響應(yīng)時間輸入點(輸入響應(yīng)時間為1.5ms；輸出響應(yīng)時間15ms；掃描周期 10ms。系統(tǒng)最小響應(yīng)時間 =1.5+15+1×10 =26.5ms

系統(tǒng)最大響應(yīng)時間 =1.5+15+2×10 =36.5ms

例如：輸入響應(yīng)時間為1.5ms；輸出響應(yīng)時間15ms；例如：其響應(yīng)延遲時間可長達2個多掃描周期，可達幾十ms。以上分析表明：從外部輸入觸點動作有效到內(nèi)部輸出元件(繼電器、晶體管、可控硅)的有效輸出。這點對一般的應(yīng)用場合無關(guān)緊要；但是，在某些特殊應(yīng)用場合，這么大的延時是不允許的！此時，應(yīng)考慮選用智能化的快速響應(yīng)I/O模塊，或選用更高速的PLC機型。其響應(yīng)延遲時間可長達2個多掃描周期，可達幾十ms。以上分析表四.與計算機的異同

相同點：（1）基本結(jié)構(gòu)相同

（2）程序執(zhí)行原理相同

不同點：

兩者的不同點主要體現(xiàn)在工作方式上。四.與計算機的異同相同點：五.與繼電接觸器的異同

相同點：圖形結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系相同。

不同點：（1）實現(xiàn)原理不同（2）工作方式不同返回本節(jié)五.與繼電接觸器的異同相同點：返回本節(jié)2.3技術(shù)性能指標(biāo)

1.外形尺寸

2.輸入輸出點數(shù)

3.機器字長

4.速度5.指令系統(tǒng)6.存儲器容量7.擴展性8.通信功能

返回本章首頁2.3技術(shù)性能指標(biāo)1.外形尺寸返回本章首頁2.4編程語言2.4.1編程語言簡介2.4.2梯形圖使用的符號、概念及注意事項返回本章首頁2.4編程語言2.4.1編程語言簡介返回本章首頁2.4.1編程語言簡介一、梯形圖它是由原繼電器控制系統(tǒng)演變而來，與電氣邏輯控制原理圖非常相似，形象、直觀實用，是PLC的主要編程語言，絕大多數(shù)PLC均具有這種編程語言，下一節(jié)將對此作重點介紹。2.4.1編程語言簡介一、梯形圖二、助記符助記符也稱語句表達式，它與計算機的匯編語言很相似，但比匯編語言簡單得多。PLC簡易編程器沒有梯形圖編程功能，必須把梯形圖翻譯成助記符指令后再輸入PLC。微型、小型PLC常采用這種方法，故助記符也是一種用得最多的編程語言。助記符是用若干個容易記憶的字符來代表PLC的某種操作功能。各PLC生產(chǎn)廠家使用的助記符不盡相同。

二、助記符助記符也稱語句表達式，它與計算機的匯編語三、布爾表達式

它是一種找出輸入量、輔助量(內(nèi)部元件)、輸出量之間關(guān)系，用布爾表達式或邏輯方程表達出來的編程方法。現(xiàn)今有少部分PLC采用這種編程方法，它配有專用的布爾表達式編程器。布爾表達式編程法也是一種較好的編程方法，若沒有專用編程器，采用此法先找出系統(tǒng)的布爾表達式組，然后再轉(zhuǎn)換成梯形圖編程。

三、布爾表達式它是一種找出輸入量、輔助量(內(nèi)部元件四、功能塊圖(Functionblockdiagram)

這是一種建立在布爾表達式之上的圖形語言。實質(zhì)上是一種將邏輯表達式用類似于“與”、“或”、“非”等邏輯電路結(jié)構(gòu)圖表達出來的圖形編程語言。這種編程語言及專用編程器也只有少量PLC機型采用。例如西門子公司的S5系列PLC采用STEP編程語言，它就有功能塊圖編程法。四、功能塊圖(Functionblockdiagra五、功能表圖(Functionchart)

也稱順序功能表圖(SequenceFunctionchart)，簡稱SFC。它是一種位于前述4種編程語言之上的一種圖形語言，用來編制較為復(fù)雜的順序控制程序。對較復(fù)雜的控制系統(tǒng)用梯形圖作程序設(shè)計，存在如下問題：

設(shè)計方法很難掌握且設(shè)計周期長

裝置投運后維護、修改困難。

五、功能表圖(Functionchart)用功能表圖描述PLC所要完成的控制功能，然后再據(jù)此利用具有一定規(guī)則的技巧畫出梯形圖。這種用法，因為有功能表圖易學(xué)易懂、描述簡單清楚、設(shè)計時間少等優(yōu)點。

六、高級語言

功能表圖在PLC編程過程中的用法：用功能表圖描述PLC所要完成的控制功能，然后再據(jù)此利用2.4.2梯形圖使用的符號、概念及注意事項

前面曾講過，梯形圖與繼電器邏輯圖的設(shè)計思想是一致的，具體表達方式有點區(qū)別。PLC的梯形圖使用的是“軟元件”(I點、O點、內(nèi)部輔助繼電器、計數(shù)器等)。是PLC存儲器中的某一位，由軟件(用戶程序)實現(xiàn)邏輯運算，使用和修改靈活方便?？坑步泳€組成邏輯運算的繼電器控制線路是無法與之相比的。

2.4.2梯形圖使用的符號、概念及注意事項前面曾一、梯形圖中的符號、概念

母線：梯形圖的兩側(cè)各有1垂直的公共母線(Busbar)，母線之間是觸點和線圈

觸點：PLC內(nèi)部的I/O繼電器、輔助繼電器、特殊功能繼電器、定時器、計數(shù)器、移位寄存的常開/閉觸點，都用表3-2所示的符號表示，通常用字母數(shù)字串或I/O地址標(biāo)注。觸點實質(zhì)上是讀存儲器中某1位，其邏輯狀態(tài)與通斷狀態(tài)間的關(guān)系見表

俗稱名稱符號說明常開觸點1為觸點“接通”，0為觸點“斷開”常閉觸點1為觸點“斷開”，0為觸點“接通”繼電器線圈1為線圈“得電”激勵，0為線圈“失電”不激勵一、梯形圖中的符號、概念母線：梯形圖的兩側(cè)各有1垂直的公共繼電器線圈

對PLC內(nèi)部存儲器中的某一位寫操作時，這一位便是繼電器線圈，用表3-2中的符號表示，通常用字母數(shù)字串，輸出點地址，存儲器地址標(biāo)注，線圈一般有輸出繼電器線圈、輔助繼電器線圈。它們不是物理繼電器，而僅是存儲器中的1bit。一個繼電器線圈在整個用戶程序中只能使用一次(寫)，但它還可當(dāng)作該繼電器的觸點在程序中的其它地方無限次引用(讀)，既可常開，也可常閉。繼電器線圈放置在梯形圖的右側(cè)。

俗稱名稱符號說明常開觸點1為觸點“接通”，0為觸點“斷開”常閉觸點1為觸點“斷開”，0為觸點“接通”繼電器線圈1為線圈“得電”激勵，0為線圈“失電”不激勵繼電器線圈對PLC內(nèi)部存儲器中的某一位寫操作時，這能流

能流是梯形圖中的“概念電流”，利用“電流”這個概念可幫助我們更好地理解和分析梯形圖。假想在梯形圖垂直母線的左、右兩側(cè)加上DC電源的正、負極，“概念電流”從左→右流動，反之不行。

能流能流是梯形圖中的“概念電流”，利用“電流”這個二、梯形圖使用應(yīng)注意事項：

(1)梯形圖中的觸點、線圈不是物理觸點和線圈，而是存儲器中的某1位。(2)用戶程序的運算是根據(jù)PLC的I/O狀態(tài)表存儲器中的內(nèi)容，而不是外部I/O開關(guān)的狀態(tài)。

(3)梯形圖中用戶邏輯運算結(jié)果，可以立即被后面用戶程序所引用。

(4)輸出線圈只對應(yīng)輸出狀態(tài)表存儲器中的相應(yīng)位，并不是用該編程元件直接驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)。該位的狀態(tài)是通過輸出刷新，輸出到輸出模塊上，控制對應(yīng)的輸出元件(繼電器、可控硅、晶體管)，是輸出元件驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)。(5)PLC內(nèi)部輔助繼電器線圈不能做輸出控制用，它們只是PLC內(nèi)部存儲器中的一位，起中間暫存作用。

二、梯形圖使用應(yīng)注意事項：(1)梯形圖中的觸點、線圈不是物(6)觸點和線圈只能作水平元件用，不能作垂直元件用。(7)梯形圖中能流總是從左到右流動。在兩行觸點的垂直短路線上，能流可上→下，也可下→上流動。圖3-2中虛線那樣的路徑不會成為能流的流動路徑，這點與繼電器邏輯圖有較大的差別。

(8)梯形圖網(wǎng)絡(luò)可由多個支路組成，每個支路可容納多個編程元件。每個網(wǎng)絡(luò)允許的支路條數(shù)、每條支路容納的元件的個數(shù)，各PLC限制不一樣。1234512341354123456(a)錯誤的(b)正確的圖3-2能流路徑說明圖3-1梯形圖舉例1

(6)觸點和線圈只能作水平元件用，不能作垂直元件用。1234THANKYOUVERYMUCH！本章到此結(jié)束，謝謝您的光臨！返回本章首頁結(jié)束放映THANKYOUVERYMUCH！本章到此結(jié)束，返回第2章可編程序控制器概論2.1PLC的發(fā)展、分類及應(yīng)用2.2結(jié)構(gòu)和工作原理2.3技術(shù)性能指標(biāo)2.4編程語言第2章可編程序控制器概論2.1PLC的發(fā)展、分類及應(yīng)用本章內(nèi)容包括：l

PLC的發(fā)展、分類及應(yīng)用l

結(jié)構(gòu)及工作原理l

主要技術(shù)性能指標(biāo)l

常用編程語言返回本章首頁本章內(nèi)容包括：l

PLC的發(fā)展、分類及應(yīng)用返回本章2.1

PLC的發(fā)展、分類及應(yīng)用

2.1.1產(chǎn)生

2.1.2定義2.1.3發(fā)展

2.1.4特點

2.1.5分類

2.1.6應(yīng)用

返回本章首頁2.1PLC的發(fā)展、分類及應(yīng)用2.1.1產(chǎn)生返回本章2.1.1.PLC的產(chǎn)生

隨著社會的進步，工業(yè)的發(fā)展，控制對象越來越多，其邏輯關(guān)系也越來越復(fù)雜，用繼電器組成的控制系統(tǒng)就會變得非常龐大，從而造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定和造價昂貴。主要表現(xiàn)在：①當(dāng)某個繼電器損壞、甚至繼電器的某觸點接觸不良都會影響系統(tǒng)的運行；②繼電器本身并不太貴，但控制柜內(nèi)元件的安裝和接線工作量極大，造成系統(tǒng)價格偏高；③產(chǎn)品需要不斷地更新?lián)Q代，生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)不斷地作相應(yīng)的調(diào)整。但對龐大的系統(tǒng)而言，日常維護已很難，再作調(diào)整難度更大。2.1.1.PLC的產(chǎn)生隨著社會的進步，工業(yè)的解決問題的設(shè)想鑒于以上問題，1968年美國通用汽車公司(GeneralMotors)向傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)：

設(shè)想是否能用一種新型的控制器，引入這種控制器后可使龐大的系統(tǒng)減小，并且能方便地進行修改、調(diào)整。按照這個宗旨，該公司向外公開招標(biāo)，提出如下十大指標(biāo)：

解決問題的設(shè)想鑒于以上問題，1968GE公司公開招標(biāo)的十大指標(biāo)：①.編程簡單，可在現(xiàn)場改程序；

②.維護方便，最好是插件式

；③.可靠性高于繼電器控制柜；

④.體積小于繼電器控制柜；⑤.成本低于繼電器控制柜；GE公司公開招標(biāo)的十大指標(biāo)：①.編程簡單，可在現(xiàn)場改程序；⑥.可將數(shù)據(jù)直接輸入計算機

；⑦.輸入可以是市電(AC110v)；

⑧.控制程序容量

≥4KB；⑨.輸出可驅(qū)動市電2A以下的負荷， 能直接驅(qū)動電磁閥

；⑩.擴展時，原有的系統(tǒng)僅作少許更改。

⑥.可將數(shù)據(jù)直接輸入計算機；結(jié)果這次招標(biāo)引起了工業(yè)界的密切注視，吸引了不少大公司前來投標(biāo)，最后DEC公司一舉中標(biāo)，并于1969年研制成功第一臺PC，當(dāng)時命名為PC(ProgrammableController)。這臺PLC投運到汽車生產(chǎn)線后，取得了極為滿意的效果，引發(fā)了效仿的熱潮，從此PLC技術(shù)得以迅猛的發(fā)展。結(jié)果這次招標(biāo)引起了工業(yè)界的密切注視，吸引了不少大公司前來投標(biāo)2.1.2PLC的定義及其術(shù)語

1.定義可編程序控制器是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境條件下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。

2.1.2PLC的定義及其術(shù)語1.定義NEMA1987年作的定義美國電氣制造協(xié)會（NEMA）1987年作的定義如下：“它是一種帶有指令存儲器、數(shù)字或模擬I/O接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和算術(shù)運算功能，用于控制機器或生產(chǎn)過程的自動控制裝置?！盢EMA1987年作的定義美國電氣制造協(xié)會（NEM2.PLC~PC之爭PC(ProgrammableController)PC(PersonalComputer)PLC(ProgrammableLogicController)2.PLC~PC之爭PC(Pro3.常用術(shù)語

點數(shù)

指能夠輸入/輸出開關(guān)量、模擬量的總個數(shù)。一般是4或8的倍數(shù)。

掃描周期

是指PLC執(zhí)行系統(tǒng)監(jiān)控程序、用戶程序、I/O刷新一次所用的時間。它直接反映PLC的響應(yīng)速度，因此是PLC的重要指標(biāo)之一，其單位是ms/kw(kb)。

3.常用術(shù)語點數(shù)2.1.3發(fā)展

1.發(fā)展及現(xiàn)狀

2.發(fā)展趨勢

（1）與計算機聯(lián)系密切

（2）發(fā)展多樣化

（3）模塊化

（4）網(wǎng)絡(luò)與通信能力增強

（5）多樣化與標(biāo)準化

（6）工業(yè)軟件發(fā)展迅速

返回本節(jié)2.1.3發(fā)展1.發(fā)展及現(xiàn)狀返回本節(jié)2.1.4特點

1.可靠性高、抗干擾能力強2.程序可變、具有柔性

3.編程簡單、使用方便4.功能強大、完善5.組合靈活、擴充方便6.減少了工作量

7.體積小、重量輕、環(huán)境要求低

8.

成本低、水平高

返回本節(jié)2.1.4特點1.可靠性高、抗干擾能力強返回本節(jié)1、可靠性高、抗干擾能力強

故障原因設(shè)備故障原因外部環(huán)境、溫度、灰塵、有害氣體的影響由I/O線、電源線等引入的干擾振動、沖擊引起的器件損壞等輻射干擾電磁干擾存儲器信息的丟失、出錯內(nèi)部元器件的老化、失效程序錯誤運行進入死循環(huán)1、可靠性高、抗干擾能力強故障原因設(shè)備故障外部環(huán)境、溫度、解決方法硬件常規(guī)手段：優(yōu)質(zhì)元器件，合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隔離：I/O電路光電隔離，無電氣回路的聯(lián)接點濾波：對供電系統(tǒng)及輸入回路采用模擬量濾波和數(shù)字濾波屏蔽：導(dǎo)電、導(dǎo)磁性能良好的材料，防電磁波輻射的干擾增強電源的適應(yīng)性：開關(guān)電源采用模塊式結(jié)構(gòu)：一旦某模塊有故障，能迅速更換解決方法硬件解決方法軟件設(shè)置警戒時鐘WDT(看門狗)

系統(tǒng)軟件對用戶軟件自動進行檢查

掉電保護

自檢

解決方法軟件2．

程序可變、具有柔性

生產(chǎn)工藝或設(shè)備改變后，在原設(shè)計的PLC功能備用量夠用的情況下，可不變PLC的硬件，只要改編控制程序即可。這點就充分體現(xiàn)了PLC具有繼電器控制系統(tǒng)所不具備和無可比擬的優(yōu)點。故PLC除應(yīng)用于單機控制外，還在柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMC)、工廠自動化(FA)中被大量采用。

2．程序可變、具有柔性生產(chǎn)工藝或設(shè)備改變后，在原3．

編程簡單、使用方便

PLC采用與繼電器控制邏輯圖非常接近的“梯形圖”進行編程，這種編程方法既具備傳統(tǒng)控制線路的易懂易編，清晰直觀優(yōu)點，又顧及了多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和微機應(yīng)用水平，易于被大眾接受，因此受到普遍歡迎，這種面向生產(chǎn)的編程方法與目前微機控制中常用的匯編語言或高級語言編程相比，其優(yōu)點是顯而易見的。為進一步優(yōu)化編程，PLC還針對實際問題設(shè)計了諸如步進順控指令、移位指令、鼓形控制器等功能性指令，減少編程工作量，加快了開發(fā)速度。

3．編程簡單、使用方便PLC采用與繼電器控制4．

功能完善

現(xiàn)代的PLC還具有數(shù)字量及模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運算、定時、計數(shù)、順序檢測、功率驅(qū)動、聯(lián)網(wǎng)通信、人機對話、自檢、記錄和顯示等功能，使控制系統(tǒng)的水平大大提高，功能更加完善。

4．功能完善現(xiàn)代的PLC還具有數(shù)字量及模擬量的輸5．

組合靈活、擴充方便

PLC除摸塊化外，還具有各種擴充單元，I/O點數(shù)及各種I/O方式、I/O量均可選擇，可以方便地適應(yīng)不同的控制對象。5．組合靈活、擴充方便PLC除摸塊化外，還具6．

減少了工作量

由于PLC是采用軟件編程來實現(xiàn)控制功能的，而繼電器控制采用硬接線來實現(xiàn)。這就減少了設(shè)計、施工的工作量。同時，PLC能事先進行摸擬調(diào)試并且具有很強的監(jiān)視功能，所以系統(tǒng)的調(diào)試、檢修、維護的工作量得到大大地減少。

6．減少了工作量由于PLC是采用軟件編程來實現(xiàn)控7．

體積小、重量輕、環(huán)境要求低

由于PLC是專為工控而設(shè)計的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)緊密、堅固、體積小巧、功能齊全，能直接投運在惡劣的工作環(huán)境。一般PLC的功能若用繼電器來實現(xiàn)，需用3至4個1.8m高的大繼電器控制柜。7．體積小、重量輕、環(huán)境要求低由于PLC是專為工8．

成本低、水平高

PLC功能強大，使得控制系統(tǒng)的費用大量降低。

PLC具有易修改性、高可靠性、易擴展性、易維護性，降低了日常運行的檢修、維修工作量。

PLC安裝調(diào)試方便，開發(fā)、調(diào)試周期短，從而降低了設(shè)計、開發(fā)、安裝、調(diào)試的工作量。PLC靠軟件編程實現(xiàn)控制功能，硬件及其備件均具有通用性，也減少了采購的時間和費用。體積小、功能強，所以占地少、耗電小，每年節(jié)省的電費就可將投資收回。

PLC是一種專用工控計算機，實現(xiàn)了智能控制，從而使得控制水平上了新臺階，并且具有聯(lián)網(wǎng)功能，很易構(gòu)成綜合控制系統(tǒng)。

8．成本低、水平高PLC功能強大，使得控制系統(tǒng)的費用大量2.1.5分類

1.從結(jié)構(gòu)上可編程序控制器從結(jié)構(gòu)上可分為整體式和模塊式。2.從規(guī)模上按PLC的輸入輸出點數(shù)可分為小型、中型和大型。

返回本節(jié)2.1.5分類1.從結(jié)構(gòu)上返回本節(jié)2.1.6應(yīng)用

1.工業(yè)1）開關(guān)量控制，如邏輯、定時、計數(shù)、順序等；2）模擬量控制，部分PLC或功能模塊具有PID控制功能，可實現(xiàn)過程控制；3）監(jiān)控，用PLC可構(gòu)成數(shù)據(jù)采集和處理的監(jiān)控系統(tǒng)；4）建立工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，為適應(yīng)復(fù)雜的控制任務(wù)且節(jié)省資源，可采用單級網(wǎng)絡(luò)或多級分布式控制系統(tǒng)。2.其他行業(yè)可編程序控制器在其他行業(yè)的應(yīng)用也日益廣泛：在國防和民用，如建筑，環(huán)保，家用電器等。返回本節(jié)2.1.6應(yīng)用1.工業(yè)返回本節(jié)2.2結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.1結(jié)構(gòu)

2.2.2工作原理

返回本章首頁2.2結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.1結(jié)構(gòu)返回本章首頁2.2.1結(jié)構(gòu)

PLC專為工業(yè)場合設(shè)計，采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要是由CPU、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入輸出接口電路等組成。圖2.1為一典型PLC結(jié)構(gòu)簡圖。圖2.1結(jié)構(gòu)簡圖2.2.1結(jié)構(gòu)PLC專為工業(yè)場合設(shè)計，采用了典型的計算機一.中央處理單元

中央處理單元（CPU）一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。

CPU的主要功能：(1)控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接收和存儲(2)用掃描的方式通過I/O部件接收現(xiàn)場信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲器中(3)診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等(4)根據(jù)運算結(jié)果,更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容,再經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸出控制,制表或數(shù)據(jù)通信等功能一.中央處理單元中央處理單元（CPU）一般由控制器、運算二.存儲器

系統(tǒng)程序存儲器(1)系統(tǒng)管理程序(2)用戶指令解釋程序(3)標(biāo)準程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用用戶程序存儲器

數(shù)據(jù)表存儲器(I/O映像存儲器)

二.存儲器系統(tǒng)程序存儲器PLC的I/O部分，因用戶的需求不同有各種不同的組合方式

開關(guān)量I/O模塊模擬量I/O模塊數(shù)字量I/O模塊高速計數(shù)模塊精確定時模塊快速響應(yīng)模塊中斷控制模塊PID模塊位置控制模塊軸向定位模塊通信模塊。

以下我們詳細介紹三.輸入輸出單元

PLC的I/O部分，因用戶的需求不同有各種不開關(guān)量I/O模塊(部分)

(1)開關(guān)量輸入模塊開關(guān)量輸入模塊的作用：接收現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信號、控制命令等，如限位開關(guān)、操作按鈕等，并且將此開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換成CPU能接收和處理的數(shù)字量信號。開關(guān)量輸出模塊的作用：將經(jīng)過CPU處理過的結(jié)果轉(zhuǎn)換成開關(guān)量信號送到被控設(shè)備的控制回路去，以驅(qū)動閥門執(zhí)行器、電動機的啟動器和燈光顯示等設(shè)備。開關(guān)量I/O模塊的特性僅有通、斷兩種狀態(tài)；用發(fā)光二極管在面板上顯示。輸入電壓等級、4~64點/模塊；外部引線連接在模塊面板的接線端子上；（有些模塊使用插座型端子板，在不拆去外部連線的情況下，可迅速地更換模塊，便于安裝、檢修）

開關(guān)量I/O模塊(部分)(1)開關(guān)量輸入模塊開關(guān)量輸入模塊的幾種型式（1）開關(guān)量輸入模塊圖2.2直流輸入電路圖開關(guān)量輸入模塊的幾種型式（1）開關(guān)量輸入模塊圖2.2直開關(guān)量輸入模塊的幾種型式（1）開關(guān)量輸入模塊圖2.3交流輸入電路圖開關(guān)量輸入模塊的幾種型式（1）開關(guān)量輸入模塊圖2.3交流通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。圖2.2和圖2.3分別為一種型號PLC的直流和交流輸入接口電路的電路圖，采用的是外接電源。圖2.2描述了一個輸入點的接口電路。其輸入電路的一次電路與二次電路用光耦合器相連，當(dāng)行程開關(guān)閉合時，輸入電路和一次電路接通，上面的發(fā)光管用于對外顯示，同時光耦合器中的發(fā)光管使三極管導(dǎo)通，信號進入內(nèi)部電路，此輸入點對應(yīng)的位由0變?yōu)?。即輸入映像寄存器的對應(yīng)位由0變?yōu)?。通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源(2)開關(guān)量輸入模塊的主要技術(shù)指標(biāo)①輸入電壓：指PLC外接電源的電壓值。②輸入點數(shù)：指輸入模塊開關(guān)量輸入的個數(shù)。③AC頻率：指輸入電壓的工作頻率，一般為50~60Hz。④輸入電流：指開關(guān)閉合時，流入模塊內(nèi)的電流。一般為5~10mA。⑤輸入阻抗：指輸入電路的等效阻抗。⑥ON電壓：指邏輯“1”之電壓值，開關(guān)接通時為“1”。⑦OFF電壓：指邏輯“0”之電壓值，開關(guān)斷開時為“0”。⑧OFF→ON的響應(yīng)時間：指開關(guān)由斷→通時，導(dǎo)致內(nèi)部邏輯由“0”→“1”的變化時間。⑨ON→OFF的響應(yīng)時間：指開關(guān)由通→斷時，導(dǎo)致內(nèi)部邏輯由“1”→“0”的變化時間。⑩內(nèi)部功耗：指整個模塊所消耗的最大功率。(2)開關(guān)量輸入模塊的主要技術(shù)指標(biāo)①輸入電壓：指PLC外接繼電器輸出晶體管輸出可控硅輸出(2).開關(guān)量輸出模塊

每個輸出點均有： LED發(fā)光管、隔離元件（光電管/繼電器)、功率驅(qū)動元件輸出保護電路

繼電器輸出(2).開關(guān)量輸出模塊 每個輸出點均有：繼電器輸出J↘～▽+∨↗↗100Ω0.02uf∨負載(a)繼電器輸出J△繼電器輸出J↘～▽+∨↗↗100Ω0.02uf∨負載(a)↘▽↗↗↗↗△↘24v負載(b)晶體管輸出▽晶體管輸出↘▽↗↗↗↗△↘24v負載(b)晶體管輸出▽晶體管輸出～▽↗↗0.01uf∨470Ω(c)SSR/可控硅輸出負載∧∨▽↗↗可控硅輸出～▽↗↗0.01uf∨470Ω(c)SSR/可控硅輸出負輸出模塊的主要技術(shù)指標(biāo)有：

工作電壓：指輸出觸點所能承受的外部負載電壓。

最大通斷能力：指輸出觸點在一定的電壓下，能通過的最大電流。漏電流：指當(dāng)輸出點斷開時(邏輯“O”)，觸點所流過的最大電流?；芈窋?shù)：等于公共點的個數(shù)。獨立式模塊，等于輸出點數(shù)。接通壓降OFF→ON響應(yīng)時間

ON→OFF響應(yīng)時間

內(nèi)部功耗

同輸入模塊

輸出模塊的主要技術(shù)指標(biāo)有：工作電壓：指輸出觸點所能承受的外輸出模塊按外部接線方式分有：

匯點式：輸出有1個公共點，各輸出點屬同一個回路，共用1個電源。獨立式：輸出無公共點，各輸出點回路不同，可以使用不同電壓等級的電源。

(a)匯點式(b)獨立式圖2-5開關(guān)量輸出模塊接線方式……COM……～輸出模塊按外部接線方式分有：匯點式：輸出有1個公共點，各輸模擬量I/O模塊

模擬量I/O模塊常用的有：A/D、D/A、熱電偶/熱電阻輸入等幾種模塊。

數(shù)字量I/O模塊

常用的有TTL電平I/O模塊、撥碼開關(guān)輸入模塊、LED/LCD/CRT顯示控制模塊、打印機控制模塊等。

高速計數(shù)模塊

模擬量I/O模塊模擬量I/O模塊常用的有：A/D、精確定時模塊

精確定時模塊是智能模塊，能脫離PLC進行精確的定時，定時時間到后會給出信號讓PLC檢測。

快速響應(yīng)模塊中斷控制模塊PID調(diào)節(jié)模塊位置控制模塊軸向定位模塊通信模塊精確定時模塊精確定時模塊是智能模塊，能脫離PLC進四、編程工具

簡易編程器圖形編程器

用專用編程軟件在個人計算機(PC)上實現(xiàn)編程功能

四、編程工具簡易編程器五、電源電源是PLC最重要的部分之一，是正常工作的首要條件。當(dāng)電網(wǎng)有強烈波動遭強干擾時，輸出電壓要保持平穩(wěn)。因此在PLC的電源中要加入許多穩(wěn)壓抗擾措施，如浪涌吸收器、隔離變壓器、開關(guān)電源技術(shù)等。

五、電源電源是PLC最重要的部分之一，是正常工作的首2.2.2工作原理,一.循環(huán)掃描PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程一般包括五個階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖2.4所示。圖2.4中當(dāng)PLC方式開關(guān)置于RUN（運行）時，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)置于STOP（停止）時，不執(zhí)行后3個階段，此時可進行通信處理，如對PLC聯(lián)機或離線編程。2.2.2工作原理,一.循環(huán)掃描圖2.4工作原理圖圖2.4工作原理圖可編程序控制器的輸入處理、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過程的原理如圖2.5所示。PLC執(zhí)行的五個階段，稱為一個掃描周期，PLC完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進行?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎胩幚?、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過程的原理如圖2.5程序執(zhí)行原理圖圖2.5程序執(zhí)行原理圖舉例I/O狀態(tài)表點狀態(tài)X000Y000Y010Y020……×Y00Y01Y02輸入端子輸出端子KA3HLKA1KA2Y00Y01Y02Y01X00Y01……用戶程序LDY01OUTY00LDX00OUTY00LDY01OUTY02I/O刷新程序執(zhí)行圖2-7掃描過程示意圖X00SB1舉例I/O狀態(tài)表點狀態(tài)X000Y000 已知，第0掃描周期中：I/O點狀態(tài)被刷新為: X00(0)—0Y00(0)—0Y01(0)—0Y02(0)—0 用戶程序是按梯形圖， 從頭開始 由左→右， 由上→下， 逐條執(zhí)行，每個掃描周期程序執(zhí)行的結(jié)果是：

Y00(N)=Y01(N-1)

Y01(N)=X00(N)

Y02(N)=Y01(N)

狀態(tài)分析 已知，第0掃描周期中：I/O點狀態(tài)被刷新為:Y00(N

由前面分析知：Y00(N)=Y01(N-1) Y01(N)=X00(N) Y02(N)=Y01(N)

周期號X00Y00Y01Y020000011213040011111100000狀態(tài)表X00在后面的掃描周期中，呈現(xiàn)出右表中的狀態(tài)：若第0掃描周期中，I/O點狀態(tài)被刷新為:X00(0)—0Y00(0)—0Y01(0)—0Y02(0)—0 由前面分析知：周期號X00Y00Y01Y0二、掃描周期的計算方法

掃描周期的長短，對PLC系統(tǒng)的性能有一定的影響，例如較長的掃描時間對I/O響應(yīng)時間，對系統(tǒng)運行的精確性均會產(chǎn)生不利的影響。

掃描時間ms產(chǎn)生的不利影響>10內(nèi)部0.01s時鐘脈沖不起作用>100內(nèi)部0.1s時鐘脈沖不起作用>200內(nèi)部0.2s時鐘脈沖不起作用>6500超過WDT定時值，迫使CPU停機二、掃描周期的計算方法掃描周期的長短，對PLC系統(tǒng)掃描周期的計算公式：掃描周期（T）= 內(nèi)部處理時間

+通信服務(wù)時間

+輸入刷新時間

+用戶程序時間 +輸出刷新時間

掃描周期的計算公式：掃描周期（T）= 內(nèi)部處理時間內(nèi)部處理時間：是固定的（2.6ms）。

通信服務(wù)時間：如有，也是固定的 ——外設(shè)部件：0.8mS（MAX） ——網(wǎng)絡(luò)模塊：8mS（MAX）輸入刷新時間：將接在輸入端子上元件的狀態(tài)讀入，并保存在“輸入狀態(tài)表”

(I/O映像存儲器)中所耗費的時間。（0.07mS/8點）用戶程序時間：取決于程序的長度和指令的種類輸出刷新時間：將“輸出狀態(tài)表”(I/O映像存儲器)中的內(nèi)容輸出到接口電路中所耗費的時間。（0.04mS/8點）

以O(shè)MRONC200HPLC為例內(nèi)部處理時間：是固定的（2.6ms）。以O(shè)MRONC20

[例1]

C200HPLC配置：4個8點輸入模塊+2個16點輸入模塊O、5個8點輸出模塊+2個16點輸出模塊、程序5K個地址(且僅使用LD、OUT指令，其執(zhí)行時間分別為0.75、1.13μs)解：當(dāng)編程器要在上面運行時： T = 2.6+0.8+(0.75+1.13)/2×5.120 +0.07×8+0.04×9 =9.1ms若沒有外設(shè)： T = 2.6 +(0.75+1.13)/2×5.120 +0.07×8+0.04×9 = 8.3ms[例1] C200HPLC配置：4個8點輸入模三、系統(tǒng)響應(yīng)時間

PLC系統(tǒng)的響應(yīng)時間是指輸入信號有效后，到輸出元件動作所需要的時間。所以系統(tǒng)響應(yīng)時間的長短與系統(tǒng)的掃描周期、輸入響應(yīng)時間、輸出響應(yīng)時間有關(guān)。例如圖2-8，如當(dāng)SB接通有效后，直到與Y00對應(yīng)的輸出元件有效輸出的時間即為該系統(tǒng)的響應(yīng)時間

X00Y00×Y00X00圖2-8描述系統(tǒng)響應(yīng)時間接線原理圖SB三、系統(tǒng)響應(yīng)時間PLC系統(tǒng)的響應(yīng)時間是指輸系統(tǒng)最小響應(yīng)時間

若PLC在一次輸入刷新前，輸入點能建立起有效輸入信號；該信號通過輸入刷新進入I/O狀態(tài)表；經(jīng)掃描周期中程序的處理，得到的輸出結(jié)果存入I/O狀態(tài)表；經(jīng)輸出刷新，將I/O狀態(tài)表中的信號刷新到輸出點；直到內(nèi)部輸出元件(J,SSR,T)給出有效的輸出為止。這種響應(yīng)時間為系統(tǒng)最小響應(yīng)時間。系統(tǒng)最小響應(yīng)時間若PLC在一次輸入刷新前，輸入點能建立起有最小響應(yīng)時間=輸入響應(yīng)時間+輸出響應(yīng)時間+1個周期的掃描時間

。I刷新系統(tǒng)用戶程序掃描周期掃描周期輸入響應(yīng)延時輸出響應(yīng)延時最小響應(yīng)時間外輸入(SB)輸入點(100)輸出元件(a)最小響應(yīng)時序O刷新最小響應(yīng)時序最小響應(yīng)時間=輸入響應(yīng)時間+輸出響應(yīng)時間系統(tǒng)系統(tǒng)最大響應(yīng)時間

若在輸入刷新剛完成后，輸入點才建立起有效的輸入信號，則必須：在下一周掃描周期的輸入刷新時才能將這一信號寫入I/O狀態(tài)表；經(jīng)掃描周期中程序的處理，得到的輸出結(jié)果存入I/O狀態(tài)表；經(jīng)輸出刷新，將I/O狀態(tài)表中的信號刷新到輸出點；直到內(nèi)部輸出元件(J,SSR,T)給出有效的輸出為止。這種響應(yīng)時間為系統(tǒng)的最大響應(yīng)時間。。

系統(tǒng)最大響應(yīng)時間若在輸入刷新剛完成后，輸入點才建立起有效的最大響應(yīng)時間=輸入響應(yīng)時間+輸出響應(yīng)時間+2個周期的掃描時間輸入點(100)輸入響應(yīng)延時輸出元件輸出響應(yīng)延時最大響應(yīng)時間(b)最大響應(yīng)時序I刷新系統(tǒng)用戶程序掃描周期掃描周期O刷新最大響應(yīng)時序最大響應(yīng)時間=輸入響應(yīng)時間+輸出響應(yīng)時間輸入點(輸入響應(yīng)時間為1.5ms；輸出響應(yīng)時間15ms；掃描周期 10ms。系統(tǒng)最小響應(yīng)時間 =1.5+15+1×10 =26.5ms

系統(tǒng)最大響應(yīng)時間 =1.5+15+2×10 =36.5ms

例如：輸入響應(yīng)時間為1.5ms；輸出響應(yīng)時間15ms；例如：其響應(yīng)延遲時間可長達2個多掃描周期，可達幾十ms。以上分析表明：從外部輸入觸點動作有效到內(nèi)部輸出元件(繼電器、晶體管、可控硅)的有效輸出。這點對一般的應(yīng)用場合無關(guān)緊要；但是，在某些特殊應(yīng)用場合，這么大的延時是不允許的！此時，應(yīng)考慮選用智能化的快速響應(yīng)I/O模塊，或選用更高速的PLC機型。其響應(yīng)延遲時間可長達2個多掃描周期，可達幾十ms。以上分析表四.與計算機的異同

相同點：（1）基本結(jié)構(gòu)相同

（2）程序執(zhí)行原理相同

不同點：

兩者的不同點主要體現(xiàn)在工作方式上。四.與計算機的異同相同點：五.與繼電接觸器的異同

相同點：圖形結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系相同。

不同點：（1）實現(xiàn)原理不同（2）工作方式不同返回本節(jié)五.與繼電接觸器的異同相同點：返回本節(jié)2.3技術(shù)性能指標(biāo)

1.外形尺寸

2.輸入輸出點數(shù)

3.機器字長

4.速度5.指令系統(tǒng)6.存儲器容量7.擴展性8.通信功能

返回本章首頁2.3技術(shù)性能