No.07第七章 PLC結(jié)構(gòu)與工作原理

第7章PLC結(jié)構(gòu)與工作原理7.1可編程控制器概述7.2PLC的特點(diǎn)及功能7.2PLC的基本結(jié)構(gòu)組成7.3PLC的工作原理7.5PLC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言7.6PLC的性能指標(biāo)及分類(lèi)本章主要內(nèi)容17.1可編程控制器概述世界上第一臺(tái)PLC1969年由美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車(chē)公司（GE）的要求研制成功。

背景：

1968年美國(guó)通用汽車(chē)公司（GE），為了適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。7.1.1PLC的由來(lái)及控制原理2（1）PLC的由來(lái)7.1可編程控制器概述設(shè)計(jì)思想：吸取繼電器和計(jì)算機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)

☆繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差，但簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜；

☆計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活（可編程）、通用性好，但編程困難；☆采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。（梯形圖）7.1.1PLC的由來(lái)及控制原理3（1）PLC的由來(lái)7.1可編程控制器概述4控制功能如下：按下啟動(dòng)按鈕SB1，電機(jī)M1開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，過(guò)10秒鐘后，電機(jī)M2開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB2，電機(jī)M1、M2同時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

7.1.1PLC的由來(lái)及控制原理（2）PLC的控制原理采用繼電器控制

控制功能如下：按下啟動(dòng)按鈕SB1，電機(jī)M1開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，過(guò)10秒鐘后，電機(jī)M2開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB2，電機(jī)M1、M2同時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

57.1可編程控制器概述7.1.1PLC的由來(lái)及控制原理（2）PLC的控制原理當(dāng)按下SB1時(shí)，輸入繼電器00000的線圈通電，00000的常開(kāi)觸點(diǎn)閉，使輸出繼電器01000的線圈得電，01000對(duì)應(yīng)的硬輸出觸點(diǎn)閉合，KM1得電M1開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)01000的一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合并自鎖。67.1可編程控制器概述PLC的控制等效電路圖7.1.1PLC的由來(lái)及控制原理（2）PLC的控制原理時(shí)間繼電器TIM000的線圈通電開(kāi)始延時(shí)，10秒后TIM000的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器01001的線圈得電，01001對(duì)應(yīng)的硬輸出觸點(diǎn)閉合，KM2得電M2開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。77.1.1PLC的由來(lái)及控制原理7.1可編程控制器概述（2）PLC的控制原理當(dāng)按下SB2時(shí)，輸入繼電器00001的線圈通電，00001得常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，01000、TIM000的線圈均斷電，01001的線圈也斷電，01000、01001兩個(gè)硬輸出觸點(diǎn)隨之?dāng)嚅_(kāi)，KM1、KM2斷電，M1、M2停轉(zhuǎn)。87.1.1PLC的由來(lái)及控制原理7.1可編程控制器概述（2）PLC的控制原理9（3）PLC與繼電器控制的比較7.1.1PLC的由來(lái)及控制原理7.1可編程控制器概述10（3）PLC與繼電器控制的比較相同之處：

1）電路結(jié)構(gòu)形式基本相同；

2）梯形圖大致沿用了繼電器控制電路元件符號(hào)，僅個(gè)別處有些不同；3）信號(hào)輸入/輸出形式及控制的功能相同。不同之處：1）組成器件不同：繼電器控制線路是由許多真正的硬件繼電器組成，而梯形圖則由許多“軟繼電器”組成，它們實(shí)質(zhì)是存儲(chǔ)器中的每一個(gè)觸發(fā)器，硬件繼電器易磨損，而“軟繼電器”無(wú)磨損現(xiàn)象。PLC的程序控制中，廣泛應(yīng)用梯形圖，并使用簡(jiǎn)單的指令系統(tǒng)將梯形圖變成PLC能接受的程序，由編程器鍵入PLC內(nèi)部的用戶存儲(chǔ)器。

為了便于應(yīng)用和推廣，梯形圖與繼電器控制圖有許多類(lèi)似之處，同時(shí)，由于PLC的結(jié)構(gòu)、工作原理與繼電器控制系統(tǒng)截然不同，故二者又存在許多差異。7.1.1PLC的由來(lái)及控制原理7.1可編程控制器概述11（3）PLC與繼電器控制的比較

2）工作方式不同：在繼電器控制線路中，當(dāng)電源接通時(shí)，該吸合的繼電器都同時(shí)吸合，不該吸合的繼電器不能吸合；在梯形圖的控制線路中，圖中各軟繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個(gè)繼電器的動(dòng)作次序由程序掃描順序決定。

3）觸點(diǎn)數(shù)量不同：硬繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量有限，一般只有4~8對(duì)，而梯形圖中每只軟繼電器供編程使用的觸點(diǎn)數(shù)量有無(wú)限對(duì)，因?yàn)榇鎯?chǔ)器中的觸發(fā)器狀態(tài)（電平）可去用任意次。

4）編程方式不同：繼電器控制線路中，要求安全可靠，節(jié)約觸點(diǎn)使用量，因此設(shè)置了許多制約關(guān)系連鎖環(huán)節(jié)。在梯形圖中，以掃描方式工作，不存在幾個(gè)并列支路同時(shí)動(dòng)作的因素，大大簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)。7.1.1PLC的由來(lái)及控制原理7.1可編程控制器概述

美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)NEMA（NationalElectricalManufactoryAssociation）經(jīng)過(guò)四年的調(diào)查工作，于1984年首先將其正式命名為PC（ProgrammableController），并給PC作了如下定義：“PC是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲(chǔ)存指令。用來(lái)執(zhí)行諸如邏輯，順序，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或類(lèi)似的輸入/輸出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是從事執(zhí)行PC之功能者，亦被視為PC，但不包括鼓式或類(lèi)似的機(jī)械式順序控制器?！?27.1.2PLC的定義

國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)又先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通過(guò)了對(duì)它的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。”7.1可編程控制器概述

目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi)：137.1.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

1.開(kāi)關(guān)量的邏輯控制2.模擬量控制3.運(yùn)動(dòng)控制4.過(guò)程控制5.數(shù)據(jù)處理6.通信及聯(lián)網(wǎng)7.1可編程控制器概述

雖然PLC問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過(guò)程大致可分三個(gè)階段：147.1.4PLC的發(fā)展歷程

1．早期的PLC（60年代末—70年代中期）主要功能順序控制，定時(shí)等。硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在軟件編程采用繼電器控制線路的方式—梯形圖。簡(jiǎn)單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。2．中期的PLC（70年代中期—80年代中，后期）CPU采用微處理器。軟件增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。硬件增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量。3．近期的PLC（80年代中、后期至今）微處理器的檔次普遍提高。為了，專(zhuān)用邏輯處理芯片進(jìn)一步提高PLC的處理速度，使得PLC軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。7.1可編程控制器概述1969年美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制了第一臺(tái)PLC，從此PLC發(fā)展迅猛。

我國(guó)改革開(kāi)放后，美國(guó)AB、GE、MODICON、TI，日本OMRON、三菱、富士，德國(guó)西門(mén)子等廠家的產(chǎn)品不斷進(jìn)入我國(guó)，并在各行各業(yè)的工控系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。157.1.5PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

7.1可編程控制器概述PLC三大流派歐洲：德國(guó)的西門(mén)子(SIEMENS)、AEG及法國(guó)的TI公司美國(guó)：A-B（Allen-Bradly）(其產(chǎn)品約占美國(guó)PLC市場(chǎng)50％的份額)、GE（GeneralElectric）、莫迪康(MODICON)公司、德州儀器(T1)公司、歌德(Gould)公司、西屋公司日本：三菱電機(jī)（MitsubishiElectric）、歐姆龍（OMRON）、FUJI（日本主要發(fā)展中小型PLC，在世界小型PLC市場(chǎng)上，日本產(chǎn)品約占有70％的份額。在中國(guó)，OMRON產(chǎn)品的銷(xiāo)量居首位。）目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還有韓國(guó)、臺(tái)灣等PLC產(chǎn)品；現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了系列化的國(guó)產(chǎn)PLC，其價(jià)格相對(duì)低廉，性價(jià)比較高。167.1.5PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

7.1可編程控制器概述西門(mén)子PLC外形圖2006-3-317

S7-200系列PLCS7-300系列PLCS7-400系列PLC177.1.5PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

7.1可編程控制器概述

三菱PLC外形圖2006-3-318

Q系列PLCFX2N系列PLCFX1N系列PLCFX1S系列PLC187.1.5PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

7.1可編程控制器概述歐姆龍PLC外形圖C200H系列PLCCPM1A、CPM2A系列PLC197.1.5PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

7.1可編程控制器概述PLC的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

1974年我國(guó)開(kāi)始仿制美國(guó)的第二代PLC產(chǎn)品，但因元器件質(zhì)量和技術(shù)問(wèn)題等原因未能推廣。直到1977年，我國(guó)才研制出第一臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的PLC，并開(kāi)始批量生產(chǎn)和應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程的控制。

主要廠家有：北京和利時(shí)，科迪納，張前蘇。洛陽(yáng)易達(dá)，無(wú)錫信捷，南京嘉華，蘭州全志，廣州科賽恩，中山智達(dá)，恒日等。207.1.5PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

7.1可編程控制器概述217.1.5PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

7.1可編程控制器概述通用性強(qiáng)，使用方便功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)控制程序可變具有很好的柔性編程方法簡(jiǎn)單，容易掌握PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修工作少.極為方便控制程序變化方便.具有很好的柔性體積小、重量輕、功耗低7.2.1PLC的特點(diǎn)7.2PLC的特點(diǎn)及功能221邏輯控制功能2定時(shí)控制功能3計(jì)數(shù)控制功能4步進(jìn)控制功能5數(shù)據(jù)處理功能6回路控制功能7通訊聯(lián)網(wǎng)功能8監(jiān)控功能9停電記憶功能10故障診斷功能7.2.2PLC的基本功能7.2PLC的特點(diǎn)及功能231邏輯控制功能邏輯控制功能是PLC最基本功能之一,是PLC最基本的應(yīng)用領(lǐng)域，可取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。在單機(jī)控制、多機(jī)群控和自動(dòng)生產(chǎn)線控制方面都有很多成功的應(yīng)用實(shí)例。

例如：機(jī)床電氣控制、起重機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)和包裝機(jī)械的控制、注塑機(jī)控制、電梯控制、飲料灌裝生產(chǎn)線、家用電器(電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)等)自動(dòng)裝配線控制、汽車(chē)、化工、造紙、軋鋼自動(dòng)生產(chǎn)線控制等。7.2.2PLC的基本功能7.2PLC的特點(diǎn)及功能242定時(shí)控制功能

定時(shí)控制功能是PLC的最基本功能之一。

PLC中有許多可供用戶使用的定時(shí)器，功能類(lèi)似于繼電器線路中的時(shí)間繼電器。定時(shí)器的設(shè)定值(定時(shí)時(shí)間)可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。同時(shí)PLC還提供了高精度的時(shí)鐘脈沖，用于準(zhǔn)確實(shí)時(shí)控制。

7.2.2PLC的基本功能7.2PLC的特點(diǎn)及功能253計(jì)數(shù)控制功能

計(jì)數(shù)控制功能是PLC的最基本功能之一。

PLC為用戶提供許多計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到某一數(shù)值時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)狀態(tài)信號(hào)(計(jì)數(shù)值到)，利用該狀態(tài)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)操作的計(jì)數(shù)控制。計(jì)數(shù)器的設(shè)定值可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)需要進(jìn)行修改。傳感器旋轉(zhuǎn)編碼器變頻器計(jì)數(shù)輸入輸入復(fù)位0000000001000027.2.2PLC的基本功能7.2PLC的特點(diǎn)及功能265數(shù)據(jù)處理功能

PLC大部分都具有數(shù)據(jù)處理功能，可以實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換譯碼編碼等操作。中、大型PLC數(shù)據(jù)處理功能更加齊全，可完成開(kāi)方、PID運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算等操作，還可以和CRT、打印機(jī)相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)程序、數(shù)據(jù)的顯示和打印。7.2.2PLC的基本功能7.2PLC的特點(diǎn)及功能278監(jiān)控功能

PLC設(shè)置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。利用編程器或監(jiān)視器，操作人員可以對(duì)PLC有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。利用編程器，可以調(diào)整定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并可以根據(jù)需要改變PLC內(nèi)部邏輯信號(hào)的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為調(diào)整和維護(hù)提供了極大的方便。7.2.2PLC的基本功能7.2PLC的特點(diǎn)及功能289停電記憶功能

PLC內(nèi)部的部分存儲(chǔ)器所使用的RAM設(shè)置了停電保持器件（備用電池等），以保證斷電后這部分存儲(chǔ)器中的信息能夠長(zhǎng)期保存。利用某些記憶指令，可以對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行記憶，以保持PLC斷電后的數(shù)據(jù)內(nèi)容不變。PLC電源恢復(fù)后，可以在原工作基礎(chǔ)上繼續(xù)工作。10故障診斷功能

PLC可以對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成、某些硬件狀態(tài)、指令的合法性等進(jìn)行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報(bào)警并顯示錯(cuò)誤類(lèi)型，如屬?lài)?yán)重錯(cuò)誤則自動(dòng)中止運(yùn)行。大大提高了PLC控制系統(tǒng)的安全和可維護(hù)性。7.2.2PLC的基本功能7.2PLC的特點(diǎn)及功能297.3.1PLC的結(jié)構(gòu)組成7.3PLC的特點(diǎn)及功能30中央處理單元存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器輸出接口地址總線控制總線數(shù)據(jù)總線編程單元照明電磁裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)…………..電源地址總線控制總線輸入接口模擬量輸入行程開(kāi)關(guān)繼電器接點(diǎn)各種開(kāi)關(guān)7.3.1PLC的結(jié)構(gòu)組成7.3PLC的特點(diǎn)及功能31各組成部分的作用2.存儲(chǔ)器1.CPU(1)將各種輸入信號(hào)取入存儲(chǔ)器。(2)編譯、執(zhí)行指令。(3)把結(jié)果送到輸出端。(4)響應(yīng)各種外部設(shè)備的請(qǐng)求。RAM：存儲(chǔ)各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào)試的程序。ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。327.3.1PLC的結(jié)構(gòu)組成7.3PLC的特點(diǎn)及功能3.輸入、輸出接口

輸出接口作用：將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。輸出三種形式：繼電器--低速大功率 可控硅--高速大功率 晶體管--高速小功率輸入接口作用：將按鈕、行程開(kāi)關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。337.3.1PLC的結(jié)構(gòu)組成7.3PLC的特點(diǎn)及功能

采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。（1）輸入接口電路：采用光電耦合器，防止強(qiáng)電干擾。347.3.1PLC的結(jié)構(gòu)組成7.3PLC的特點(diǎn)及功能COM光電三極管發(fā)光二極管直流輸入光-電器件輸入端子+–內(nèi)部電路Xn+24V–R1R2C1R1與C1組成RC低通濾波器，抑制輸入信號(hào)的高頻干擾R2是C1上的電荷泄放電阻，當(dāng)SB斷開(kāi)時(shí)，C1上的電荷通過(guò)R2泄放AC250V/DC24V(max)（2）輸出接口電路：均采用模塊式。以繼電器形式為例：7.2.2PLC的基本功能7.2PLC的特點(diǎn)及功能35COMYn繼電器輸出內(nèi)部電路內(nèi)部電路KMOUTL4.各種接口、高功能模塊：便于擴(kuò)展。

小型機(jī)：一體機(jī)。有接口可擴(kuò)展。

7.2.2PLC的基本功能7.2PLC的特點(diǎn)及功能364.各種接口、高功能模塊：便于擴(kuò)展。中、大型機(jī)：模塊式。可根據(jù)需要在主板上隨意組合。7.2.2PLC的基本功能7.2PLC的特點(diǎn)及功能37電源模塊CPU模塊IO模塊底板編程設(shè)備可以是專(zhuān)用的手持式的編程器；也可以是安裝了專(zhuān)門(mén)的編程通訊軟件的個(gè)人計(jì)算機(jī)。5.編程設(shè)備用戶可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入和調(diào)試程序；另外在運(yùn)行時(shí)，還可以對(duì)整個(gè)控制過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。7.2.2PLC的基本功能7.2PLC的特點(diǎn)及功能38手持式的編程器397.3.1PLC的工作原理7.3PLC的工作原理（1）PLC的工作原理建立I/O映像區(qū)輸入點(diǎn)總有輸入映象區(qū)的某一位與之相對(duì)應(yīng)I/O映象區(qū)的大小與系統(tǒng)控制的規(guī)模有關(guān)PLC工作時(shí)，將采集到的輸入信號(hào)狀態(tài)存放在輸入映象區(qū)對(duì)應(yīng)的位上；將運(yùn)算的結(jié)果存放到輸出映象區(qū)對(duì)應(yīng)的位上。PLC在執(zhí)行用戶程序時(shí)所需“輸入繼電器”、“輸出繼電器”的數(shù)據(jù)取用于I/O映象區(qū)，而不直接與外部設(shè)備發(fā)生關(guān)系。407.3.1PLC的工作原理7.3PLC的工作原理（2）PLC工作過(guò)程定期檢查用戶程序存儲(chǔ)器、I/O單元的連接、I/O總線是否正常，定期復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器WDTPLC之間以及PLC與PC之間；PLC與其他帶微處理器的智能裝置通信編程器、終端設(shè)備、彩色圖形顯示器、打印機(jī)以掃描的方式按順序逐句掃描處理，運(yùn)算結(jié)果存入輸出映象區(qū)對(duì)應(yīng)位中掃描的方式輸入信號(hào)的狀態(tài)存入輸入映象區(qū)；結(jié)果存入輸出映象區(qū)，直至傳送到外部被控設(shè)備。清除內(nèi)部繼電器區(qū)，復(fù)位定時(shí)器等，并進(jìn)行自診斷，對(duì)電源、PLC內(nèi)部電路、用戶程序的語(yǔ)法進(jìn)行檢查。417.3.1PLC的工作原理7.3PLC的工作原理（3）用戶程序的循環(huán)掃描過(guò)程可編程序控制器對(duì)用戶程序進(jìn)行循環(huán)掃描可分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣階段，程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。

對(duì)用戶編程者來(lái)說(shuō)，沒(méi)有必要了解PLC系統(tǒng)的動(dòng)作過(guò)程，但對(duì)PLC在運(yùn)行狀態(tài)執(zhí)行用戶指令的動(dòng)作過(guò)程必須了解。圖1.12信號(hào)傳遞過(guò)程(從輸入到輸出)a.I/O刷新階段---CPU從輸入電路的輸出端讀出各路狀態(tài)，并將其寫(xiě)入輸入映像寄存器；b.程序執(zhí)行階段--CPU從輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀出各繼電器的狀態(tài)，并根據(jù)此狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，執(zhí)行結(jié)果再寫(xiě)入元件映像寄存器中；c.緊接著的下一個(gè)I/O刷新階段---將輸出映像寄存器的狀態(tài)寫(xiě)入輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路傳遞到輸出端子，從而控制外接器件動(dòng)作。7.3.1PLC的工作原理7.3PLC的工作原理427.3.1PLC的工作原理7.3PLC的工作原理（4）PLC的工作過(guò)程舉例43如果熱繼電器FR動(dòng)作（其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)）后需要手動(dòng)復(fù)位，可將FR的常閉觸點(diǎn)與接觸器的線圈串聯(lián)，這樣，可以少用一個(gè)PLC的輸入點(diǎn)，梯形圖I0.0、I0.1、I0.2是輸入量，Q0.0是輸出量，它們是梯形圖的編程元件。I0.0與接在輸入端子0.0的SB1常開(kāi)觸點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，I0.1與接在輸入端子0.1的SB2常開(kāi)觸點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，Q0.0與接在輸出端子0.0的PLC地輸出電路和輸出繼電器Q的Q0.0相對(duì)應(yīng)；梯形圖是以指令的形式存儲(chǔ)在PLC的用戶存儲(chǔ)器中，在輸入采樣階段，CPU將SB1、SB2的常開(kāi)觸點(diǎn)的ON/OFF狀態(tài)讀入響應(yīng)的輸入映像寄存器Ｉ，當(dāng)外部觸點(diǎn)接通時(shí)，將“１”送入Ｉ中，反之存入“０”。7.3.1PLC的工作原理7.3PLC的工作原理（4）PLC的工作過(guò)程舉例44執(zhí)行第一條指令時(shí)，從Ｉ中的Ｉ0.0中取二進(jìn)制數(shù)，并存入堆棧的棧頂，執(zhí)行第二條指令時(shí)，從Ｑ的Ｑ0.0中取出二進(jìn)制數(shù)并與棧頂中的二進(jìn)制數(shù)相或，運(yùn)算結(jié)果存入棧頂，運(yùn)算結(jié)束后，只保留運(yùn)算結(jié)果，不保留參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)。執(zhí)行第三條指令時(shí)，因?yàn)槭浅ｉ]觸點(diǎn)，?。傻模桑?１的二進(jìn)制數(shù)后，將它取反后與前面的運(yùn)算結(jié)果相“與”，然后存入棧頂，執(zhí)行第四條指令時(shí)，將棧頂中的二進(jìn)制數(shù)復(fù)制到Ｑ的Q0.0中；在輸出刷新階段，CPU將各Q中的二進(jìn)制數(shù)送到輸出模塊并鎖存起來(lái)，若Q0.0的二進(jìn)制數(shù)是1，外接的KM線圈將通電，反之，將斷開(kāi)。（4）PLC的工作過(guò)程舉例7.3.1PLC的工作原理7.3PLC的工作原理457.4PLC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程語(yǔ)言也越來(lái)越豐富，功能也不斷提高。

程序的表達(dá)方式基本有四種：梯形圖、指令表、邏輯功能圖和高級(jí)語(yǔ)言。梯形圖是當(dāng)前使用最廣泛的一種編程方法。

除了的梯形圖語(yǔ)言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語(yǔ)言、面向過(guò)程控制的流程圖語(yǔ)言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語(yǔ)言（BASIC、C語(yǔ)言等）等。

多種編程語(yǔ)言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。

即：PLC的編程語(yǔ)言46

7.4.1梯形圖（LadderDiagram）兩種梯形圖的繼電器符號(hào)圖對(duì)照

梯形圖（Ladderdiagram）編程語(yǔ)言是一種圖形語(yǔ)言

,類(lèi)似于繼電器控制線路圖的一種編程語(yǔ)言，它面向控制過(guò)程，直觀易懂，是PLC編程語(yǔ)言中應(yīng)用最多的一種語(yǔ)言。

物理繼電器PLC繼電器常開(kāi)常閉觸點(diǎn)線圈7.4PLC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言47(1)名詞解釋——軟繼電器

PC的繼電器不是物理的電器，它是PLC內(nèi)部的寄存器位，因?yàn)樗哂信c物理繼電器相似的功能，常稱(chēng)之為“軟繼電器”。

PLC每一個(gè)繼電器都對(duì)應(yīng)著內(nèi)部的一個(gè)寄存器位，該位為“1”態(tài)時(shí)，相當(dāng)于繼電器接通；為“0”態(tài)時(shí)，則相當(dāng)于繼電器斷開(kāi)。常閉觸點(diǎn)線圈常開(kāi)觸點(diǎn)說(shuō)明：

7.4.1梯形圖（LadderDiagram）7.4PLC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言48PLC控制繼電器控制線圈線圈常開(kāi)觸點(diǎn)常開(kāi)觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)(2)兩種控制的梯形圖比較SB2KMKMSB1

7.4.1梯形圖（LadderDiagram）7.4PLC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言49物理繼電器繼電器需硬接線連接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)有限PLC繼電器繼電器用程序軟連接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)無(wú)限繼電器的接線改變——控制功能改變PLC的用戶程序改變——控制功能改變

(3)

兩種控制中繼電器的區(qū)別

7.4.1梯形圖（LadderDiagram）7.4PLC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言50用PLC控制——外部接線不變，改變用戶程序。用繼電器控制——要改變控制電路的實(shí)際接線。KMFUFR

M3~SB1SB2KMKHKM繼電器控制接線

PLC控制外部接線輸入設(shè)備PLC~SB1SB2FRKM輸出設(shè)備欲改變控制功能：主電路相同例如51用助記符表示指令的功能多條指令語(yǔ)句的組合構(gòu)成了語(yǔ)句表程序指令語(yǔ)句是PLC用戶程序的基礎(chǔ)元素梯形圖程序語(yǔ)句表程序LD

00000，表示邏輯操作開(kāi)始OR

01000；表示常開(kāi)觸點(diǎn)01000與前面的觸點(diǎn)并聯(lián)

ANDNOT00001；表示常閉觸點(diǎn)00101與前面的觸點(diǎn)串聯(lián)OUT01000；表示前面的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出給01000LDI0.0，表示邏輯操作開(kāi)始OQ0.0；表示常開(kāi)觸點(diǎn)Q0.0與前面的觸點(diǎn)并聯(lián)

AN

I0.1；表示常閉觸點(diǎn)I0.1與前面的觸點(diǎn)串聯(lián)=

Q0.0；表示前面的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出給Q0.07.4PLC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言7.4.2布爾助記符（BooleanMnemonic）STL52順序功能圖常用來(lái)編制順序控制程序，它包括步、動(dòng)作、轉(zhuǎn)換三個(gè)要素。順序功能圖法可以將一個(gè)復(fù)雜的控制過(guò)程分解為一些小的工作狀態(tài)。對(duì)于這些小狀態(tài)的功能依次處理后再把這些小狀態(tài)依一定順序控制要求連接成組合整體的控制程序。

步1步2步3動(dòng)作1動(dòng)作2轉(zhuǎn)換1轉(zhuǎn)換2順序功能圖7.4.3功能表圖（SepuentialFunctionChart）7.4PLC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言53

一種類(lèi)似于高級(jí)語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。在大中型的PLC系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句描述程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)描述控制系統(tǒng)中各個(gè)變量的關(guān)系。結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句描述程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用計(jì)算機(jī)的描述語(yǔ)句來(lái)描述系統(tǒng)中各種變量之間的各種運(yùn)算關(guān)系，完成所需的功能或操作。

大多數(shù)制造廠商采用的語(yǔ)句描述程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與BASIC語(yǔ)言、PASCAL語(yǔ)言或C語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言相類(lèi)似，但為了應(yīng)用方便，對(duì)表達(dá)方法及語(yǔ)句的種類(lèi)等方面都進(jìn)行了簡(jiǎn)化。具有下列特點(diǎn)：（1）采用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算。（2）需要有一定的計(jì)算機(jī)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的知識(shí)和編程技巧，對(duì)編程人員的技能要求較高，普通電氣人員無(wú)法完成。（3）直觀性和易操作性等性能較差；（4）常被用于采用功能模塊等其他語(yǔ)言較難實(shí)現(xiàn)的一些控制功能的實(shí)施。7.4.4結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句（StructuredText）7.4PLC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言541.I/O點(diǎn)數(shù)指PLC外部輸入和輸出端子數(shù)。2.用戶程序存儲(chǔ)容量用來(lái)衡量PLC所能存儲(chǔ)用戶程序的多少。3.掃描速度指掃描1000步用戶程序所需的時(shí)間，以ms/千步為單位。4.指令系統(tǒng)條數(shù)指PLC具有的基本指令和高級(jí)指令的種類(lèi)和數(shù)量。種類(lèi)數(shù)量越多，軟件功能越強(qiáng)。5.內(nèi)部寄存器6.高功能模塊7.4PLC主要性能指標(biāo)551.按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)

整體式PLC：整體式是將PLC的CPU、存儲(chǔ)器、I/O單元、電源等安裝在同一機(jī)體內(nèi)，構(gòu)成主機(jī)，另外還有I/O擴(kuò)展單元配合主機(jī)使用，用以擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)。整體式PLC的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、安裝方便，但輸入輸出點(diǎn)數(shù)固定，靈活性較低，小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)。7.4PLC分類(lèi)567.4PLC分類(lèi)571.按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)整體式

組合式PLC：組合式PLC是由一些標(biāo)準(zhǔn)模塊單元組成，采用總線結(jié)構(gòu)，不同功能的模塊（如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等）通過(guò)總線連接起來(lái)。

組合式PLC的特點(diǎn)是可以根據(jù)功能需要靈活配置，構(gòu)成具有不同功能和不同控制規(guī)模的PLC，多用于大型和中型PLC。7.4PLC分類(lèi)581.按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)組合式PLC7.4PLC分類(lèi)