PLC電氣控制的資料

PLC電氣控制的資料第1頁/共79頁第1章

可編程序控制器概述

1.1可編程序控制器的定義1.2可編程序控制器的由來1.3

PLC的發(fā)展階段1.4PLC的特點1.5

PLC的分類1.6PLC的應(yīng)用1.7

可編程序控制器的發(fā)展趨勢1.8PLC與繼電器、計算機(jī)控制系統(tǒng)的比較第2頁/共79頁1.1

可編程序控制器的定義可編程序控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等功能的面向用戶的操作指令，并通過數(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。可編程序控制器及其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。

——1987年IEC制定第3頁/共79頁

可編程序控制器(ProgrammableController)是以微處理器或單片機(jī)為核心的一種工業(yè)控制專用微機(jī)，簡稱為PC。它的早期產(chǎn)品——可編程序邏輯控制器(ProgrammableLogicController)是60年代末開始發(fā)展的工業(yè)控制裝置，簡稱為PLC。為避免與個人計算機(jī)PC名稱相混淆，可編程控制器（ProgrammableController)沿用簡稱為PLC。自1969年第一臺PLC面世以來，它已成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制器，與機(jī)器人、CAD/CAM并稱為當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)自動化領(lǐng)域的三大支柱。第4頁/共79頁

1.2

可編程序控制器的由來

20世紀(jì)60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的，當(dāng)時汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號更新的周期愈來愈短，這樣繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計和安裝，十分費時、費工、費料，阻礙了更新周期的縮短，生產(chǎn)效率低下。為改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司（ＧＭ）在1968年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標(biāo)指標(biāo)。第5頁/共79頁1968年美國通用汽車公司提出的替代繼電器控制系統(tǒng)的新型控制器的十項指標(biāo)：1）編程簡單、現(xiàn)場可修改程序；2）維護(hù)方便、采用模塊化結(jié)構(gòu)；3）可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；4）體積小于繼電器控制系統(tǒng)；5）數(shù)據(jù)可以直接送入計算機(jī)；6）成本可與繼電器系統(tǒng)競爭；7）輸入可為市電；8）輸出可為市電，能直接驅(qū)動電磁閥、交流接觸器等；9）通用性強(qiáng)、易于擴(kuò)展；10）用戶存儲器大于4K。第6頁/共79頁

1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界第一臺PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，實際上就是計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971年日本從美國引進(jìn)了這項新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺PLC。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺PLC。我國從1974年開始研制。于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。第7頁/共79頁

可編程控制器是一臺專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口、較強(qiáng)的驅(qū)動能力。

可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，具有通用性。實際應(yīng)用時，其硬件應(yīng)根據(jù)實際需要進(jìn)行選用配置，其軟件根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計編制。第8頁/共79頁1.3

PLC的發(fā)展階段

PLC問世時間不長，但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)展過程大致可分三個階段：第9頁/共79頁1、早期的PLC（60年代末—70年代中期）

早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器，是繼電器控制裝置的替代物。主要功能是執(zhí)行由繼電器完成的順序控制，定時等。它在硬件上以準(zhǔn)計算機(jī)的形式出現(xiàn)。在I/O接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用電氣工程技術(shù)人員熟悉易于掌握的繼電器控制線路方式—梯形圖。早期的PLC具有簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復(fù)使用等性能優(yōu)點。其PLC特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。

第10頁/共79頁2、中期的PLC（70年代中期—80年代中、后期）

超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，16位微處理器和51單片機(jī)的應(yīng)用，使PLC發(fā)生了巨大的變化，功能大大增強(qiáng)。

PLC在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。

PLC在硬件方面，除保持原有的開關(guān)模塊外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。第11頁/共79頁3、近期的PLC（80年代中、后期至今）計算機(jī)通信技術(shù)的迅速發(fā)展、微處理器的技術(shù)不斷提高，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片，產(chǎn)品市場價格大幅度下跌，使PLC的處理速度和可靠性進(jìn)一步提高，由單機(jī)控制向系統(tǒng)化控制發(fā)展，配備符合國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，實現(xiàn)了不同系統(tǒng)的互連與局域網(wǎng)絡(luò)連成整體分布式系統(tǒng)，采用了高級編程語言，向上實現(xiàn)與計算機(jī)系統(tǒng)的兼容，使得PLC軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。第12頁/共79頁1.4PLC的特點

1、高可靠性（1）嚴(yán)格篩選使用的器件，采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源，合理設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。（2）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。（3）各I/O端均采用R-C濾波、數(shù)字濾波器。（4）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（5）軟件設(shè)計具有良好的自診斷功能，一旦電源或軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU可立即采取有效措施，停止運行并保護(hù)數(shù)據(jù)和程序。（6）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，進(jìn)一步提高可靠性。第13頁/共79頁2、豐富的I/O接口模塊

PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號（交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、強(qiáng)電或弱電等），有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備（按鈕、行程開關(guān)、、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等）直接連接。

為提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對話的接口模塊。為組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等。

3、采用模塊化結(jié)構(gòu)

為適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除單體式小型PLC外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。第14頁/共79頁4、編程簡單易學(xué)

PLC編程多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，程序易編易讀、使用維護(hù)方便，很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。

5、安裝簡單、維修方便

PLC不需要專門的機(jī)房，可在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。

采用模塊化結(jié)構(gòu)，一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行。第15頁/共79頁6、功能豐富完善

PLC基本功能有邏輯運算、定時、計數(shù)、數(shù)制換算、數(shù)值計算、步進(jìn)控制。擴(kuò)展功能有A/D、D/A轉(zhuǎn)換、PID閉環(huán)回路控制、高速計數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制以及特殊函數(shù)運算等。1、開關(guān)量控制；7、定位控制；2、模擬量控制；8、數(shù)據(jù)處理；3、定時控制；9、自診斷功能；4、條件控制；10、通訊與聯(lián)網(wǎng)；5、步進(jìn)控制；11、冗余控制；6、計數(shù)控制；12、監(jiān)控、顯示、打印等功能。第16頁/共79頁1.5

PLC的分類按點數(shù)分1、微型PLC1）至多有32個I/O點數(shù)；2）8位處理器；3）存儲容量為1KB；4）數(shù)字量I/O接口；5）壓縮單元中內(nèi)部I/O接口；6）主控繼電器（MCR）指令；7）定時器和計數(shù)器；8）手持式編程器編程；9）可代替大多數(shù)繼電器。第17頁/共79頁2、小型PLC

1）至多有128個I/O點數(shù)；2）8位處理器；3）存儲容量為2KB；4）數(shù)字量I/O接口；5）只有本地I/O接口；6）定時器、計數(shù)器和移位寄存器（TCS）；7）主控繼電器（MCR）指令；8）便攜式編程器編程；9）可代替大多數(shù)繼電器；10）編程語言有梯形圖或布爾語言；11）磁鼓定時器或順序發(fā)生器。第18頁/共79頁3、中型PLC（1/2）

1）至多有1024個I/O點數(shù)；2）8位處理器；3）存儲容量達(dá)4KB，可擴(kuò)展至8KB；4）數(shù)字量I/O接口；5）本地和遠(yuǎn)地I/O接口；6）主控繼電器（MCR）指令；7）定時器、計數(shù)器和移位寄存器（TCS）；8）CRT編程器編程；9）繼電器置換和模擬控制；。10）編程語言有梯形圖或布爾語言；11）磁鼓定時器或順序發(fā)生器；第19頁/共79頁3、中型PLC（2/2）

12）模擬I/O接口；13）功能模塊與高級語言；14）跳轉(zhuǎn)指令JUMP；15）數(shù)學(xué)運算功能有加減乘除；16）有限的數(shù)據(jù)處理功能，包括比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、移位寄存器與文件、矩陣功能；17）特殊功能I/O模塊；18）RS-232通信接口；19）局部網(wǎng)絡(luò)（LAN）。第20頁/共79頁4、大型PLC（1/2）

1）至多有2048個I/O點數(shù)；2）8位處理器或16位處理器；3）存儲容量達(dá)12KB，可擴(kuò)展至32KB；4）數(shù)字量I/O接口；5）本地和遠(yuǎn)地I/O接口；6）主控繼電器（MCR）指令；7）定時器、計數(shù)器和移位寄存器（TCS）；8）CRT編程器編程；9）繼電器置換和模擬控制；。10）編程語言有梯形圖或布爾語言；11）磁鼓定時器或順序發(fā)生器；第21頁/共79頁4、大型PLC（2/2）

12）模擬I/O接口；13）功能模塊與高級語言；14）跳轉(zhuǎn)指令JUMP；15）數(shù)學(xué)運算功能有加減乘除、平方根、雙精度；16）擴(kuò)充數(shù)據(jù)處理功能包括比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、移位寄存器與文件、矩陣、塊傳送、二進(jìn)制表、ASCⅡ碼表；17）特殊功能I/O模塊；18）一個或多個RS-232通信接口；19）局域網(wǎng)（LAN)；20）子程序與中斷功能；

PID模塊或系統(tǒng)軟件PID;22）主機(jī)通信模塊。第22頁/共79頁5、超大型PLC（1/3）

1）可達(dá)到8192個及以上I/O點數(shù)；2）16位處理器或32位處理器或多處理器；3）存儲容量達(dá)64KB，可擴(kuò)展至1000KB；4）數(shù)字量I/O接口；5）本地和遠(yuǎn)地I/O接口；6）主控繼電器（MCR）指令；7）定時器、計數(shù)器和移位寄存器（TCS）；8）CRT編程器編程；9）繼電器置換和模擬控制；。10）編程語言有梯形圖或布爾語言；11）磁鼓定時器或順序發(fā)生器；第23頁/共79頁5、超大型PLC（2/3）

12）模擬I/O接口；13）功能模塊與高級語言；14）跳轉(zhuǎn)指令JUMP；15）數(shù)學(xué)運算功能有加減乘除、平方根、雙精度、浮點、COS函數(shù)；16）數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大，有比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、移位寄存器與文件、矩陣、塊傳送、二進(jìn)制表、ASCⅡ碼表、LIFO(堆棧)、FIFO(隊列)；17）特殊功能I/O模塊；18）兩個或多個RS-232通信接口；第24頁/共79頁5、超大型PLC（3/3）

19）局域網(wǎng)（LAN)；20）子程序與中斷功能；

PID模塊或系統(tǒng)軟件PID;22）主機(jī)通信模塊。23）遠(yuǎn)程模擬I/O；24）遠(yuǎn)程特殊模塊；25）機(jī)器診斷。第25頁/共79頁按結(jié)構(gòu)分有：整體（單體）式、模塊式。PCFP1-C16CPUPOWER單體小型機(jī)：中、大型機(jī)第26頁/共79頁1.6

PLC的應(yīng)用

廣泛應(yīng)用于：礦山、冶金、鋼鐵、石油、化工、機(jī)械、機(jī)床、鍋爐、電力、電子、造紙、紡織、印刷、木材加工、電鍍、塑料、橡膠、食品、包裝、建材、輸送線控制、飛機(jī)、汽車、船舶、交通運輸、造船、通信、電訊、郵政、水處理、水塔、液壓泵、風(fēng)機(jī)、公用設(shè)施、電梯、交通燈、倉庫管理。1.數(shù)字量邏輯控制2.運動控制3.閉環(huán)過程控制4.數(shù)據(jù)處理5.通信聯(lián)網(wǎng)第27頁/共79頁1.7

可編程序控制器的發(fā)展趨勢

1．向高性能、高速度、大容量發(fā)展

2．大力發(fā)展微型、高機(jī)能可編程序控制器

3.大力開發(fā)智能型l/O模塊和分布式I/O子系統(tǒng)

4．基于個人計算機(jī)編程語言及軟件的標(biāo)準(zhǔn)化、高級化

5．可編程序控制器通信的易用化和“傻瓜化”

6．可編程序控制器與現(xiàn)場總線相結(jié)合第28頁/共79頁1.8PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較比較項目繼電器控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)控制功能的實現(xiàn)由許多繼電器，采用接線的方式來完成控制功能。并行工作各種控制功能是通過編制的程序來完成的。循環(huán)掃描工作對生產(chǎn)工藝過程變更的適應(yīng)性適應(yīng)性差。需要重新設(shè)計，改變繼電器和接線適應(yīng)性強(qiáng)。只需進(jìn)行程序修改控制速度低?？繖C(jī)械動作實現(xiàn)極快?？课⑻幚砥鬟M(jìn)行處理計數(shù)及其他特殊功能一般沒有有安裝，施工連線多，施工繁安裝容易，施工方便可靠性差，觸點多，故障多高。因元器件嚴(yán)格篩選和老化等可靠性措施壽命短長可擴(kuò)展性困難容易維護(hù)工作量大，故障不易查找有自診斷能力，維護(hù)工作量小第29頁/共79頁比較項目通用計算機(jī)系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)工作目的科學(xué)計算，數(shù)據(jù)管理等工業(yè)自動控制工作環(huán)境對工作環(huán)境的要求較高對環(huán)境要求低，可在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場工作工作方式中斷處理方式循環(huán)掃描方式系統(tǒng)軟件需配備功能較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件一般只需簡單的監(jiān)控程序采用的特殊措施掉電保護(hù)等一般性措施采用多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護(hù)，可在線維修編程語言匯編語言、高級語言梯形圖，助記符語言，SFC標(biāo)準(zhǔn)化語言對操作人員的要求需專門培訓(xùn)，并具有一定的計算機(jī)基礎(chǔ)一般的技術(shù)人員，稍加培訓(xùn)即可操作使用對內(nèi)存的要求容量大容量小價格價格高價格較低其他若用于控制，一般需自行設(shè)計機(jī)種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)與通用計算機(jī)系統(tǒng)的比較第30頁/共79頁第2章

可編程序控制器的原理

2.1可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)2.2可編程序控制器基本工作原理第31頁/共79頁2.1可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)第32頁/共79頁原理結(jié)構(gòu)圖按鈕行程開關(guān)光電開關(guān)電源存儲器中央處理器輸出接口繼晶電體器管或或晶管閘輸入接口光電耦合指示燈電磁閥電源編程器其它接口外存接口RAMEPROMEEPROMA/DD/A計算機(jī)其他設(shè)備PLC第33頁/共79頁5.2可編程序控制器的組成和工作原理

5.2.1可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)

PLC是用微處理器實現(xiàn)的許多電子式繼電器、定時器和計數(shù)器的組合體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖5-1所示。手編程器/上位計算機(jī)中央處理器系統(tǒng)程序存儲器用戶程序存儲器電源部分按鈕繼電器觸點行程開關(guān)接觸器線圈信號燈其它執(zhí)行裝置圖5-1PLC結(jié)構(gòu)框圖輸入部分輸出部分第34頁/共79頁1.中央處理器（CPU）中央處理器是PLC的“大腦”，它一般是由控制電路、運算器和寄存器組成，這些電路一般都集成在一塊芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲器單元、輸入/輸出(I/O)接口電路連接。

2.存儲器(Memory)

在PLC中使用的兩種類型存儲器為ROM和RAM。

3.電源部件電源部件將交流電源轉(zhuǎn)換成供PLC的中央處理器、存儲器等電子電路工作所需要的直流電源，使PLC能正常工作，它的好壞直接影響PLC的功能和可靠性。因此，目前大部分PLC采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電，用鋰電池作停電時的后備電源。

4.輸入、輸出部分輸入、輸出部分是PLC與被控設(shè)備相連接的接口電路。

5.編程方式

PLC的編程方式有兩種：一種是手編程器，另一種是利用上位計算機(jī)中的專業(yè)編程軟件。第35頁/共79頁2.2可編程序控制器的基本工作原理

1.可編程序控制器中的梯形圖與繼電器梯形圖是從繼電器控制的電氣原理圖演變而來的，繼電器控制電路的元件圖如圖5-2（a）所示；PLC梯形圖所用器件與此類似，如圖5-2（b）所示。常開觸點常閉觸點輸出線圈（a）繼電器原理圖（b）PLC梯形圖（a）（b）圖5-2PLC梯形圖器件與繼電器控制電路元件的對應(yīng)關(guān)系第36頁/共79頁

圖5-3為三相鼠籠式異步電動機(jī)起?？刂齐娐?，若改用C系列P型PLC實現(xiàn)控制，按控制要求可設(shè)計圖5-4梯形圖和對應(yīng)的指令表程序。圖5-3三相鼠籠式異步電動機(jī)起?？刂齐娐稦U2SB1SB2KMFU1KMFRM3～FRQSKMPEL1L2L3圖5-4PLC控制的梯形圖05000000000105000002KMSB2SB1FREND(01)第37頁/共79頁5.2.2.可編程序控制器的工作原理

可編程序控制器實現(xiàn)某一用戶程序的工作過程如圖5-5所示，可分為三個階段：輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出處理階段。KMYLHLSBKASQ050005010502000000010500050000000501…輸入端子輸入映像寄存器輸出映像寄存器輸出鎖存器輸出端子×輸入采樣程序執(zhí)行輸出處理T圖5-5PLC工作原理示意圖第38頁/共79頁5.2.3可編程序控制器的技術(shù)性能和繼電器及其編號

1.可編程序控制器的基本技術(shù)性能（1）輸入/輸出點數(shù)（即I/O點數(shù)）

I/O點數(shù)是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子總數(shù)，這是可編程序控制器的最重要的一項指標(biāo)。一般按可編程序控制器點數(shù)多少來區(qū)分機(jī)型的大小，小型機(jī)的I/O點數(shù)在256以下（無模擬量），中型機(jī)的I/O點數(shù)為256～2048（模擬量64～128路），大型機(jī)的I/O點數(shù)為2048（模擬量128～512路）以上。（2）掃描速度掃描速度一般以執(zhí)行1000步指令所需時間來衡量，故單位為ms/千步，也有以執(zhí)行一步指令的時間計算，例如μs/步。（3）指令條數(shù)指令條數(shù)是衡量可編程序控制器軟件功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。（4）內(nèi)存容量內(nèi)存容量是指可編程序控制器內(nèi)有效用戶程序的存儲器容量。（5）高功能模塊可編程序控制器除了主機(jī)模塊外，還可以配接各種高功能模塊。第39頁/共79頁2.C系列P型PLC的繼電器及其編號

C系列P型PLC設(shè)置有：輸人繼電器(X)，輸出繼電器(Y)，內(nèi)部輔助繼電器(AR)，保持繼電器（HR），暫存繼電器(TR)，專用內(nèi)部繼電器(SR)，定時器/計數(shù)器(TIM/CNT)，64個數(shù)據(jù)存貯通道（DM）和一個高速計數(shù)器FUN(98)。以上各類繼電器(除輸入繼電器和專內(nèi)部繼電器線圈外)的線圈和觸點(含常開和常閉觸點)都是PLC的編程元件。（1）輸入繼電器（X）輸入繼電器(InputRelay)占用00～04CH，共5個通道(Channel)，每個通道有16個繼電器00～15。輸入繼電器編號為0000～0415，共80點。輸入繼電器線圈與PLC輸入端子直接相聯(lián)，其線圈只能由外部輸入信號驅(qū)動。其常開觸點和常閉觸點可用于編程，同一編號的觸點可無限使用。（2）輸出繼電器（Y）只有輸出繼電器(OutputRelay)能向PLC外部傳送信息，其線圈接受CPU的運算結(jié)果。輸出繼電器占用05～09CH，共5個通道，每個通道有12個繼電器即00～11，其余4個繼電器（即12～15)被PLC用于內(nèi)部操作的輔助繼電器所占用。輸出繼電器編號為0500～0911，共60點。第40頁/共79頁

（3）內(nèi)部輔助繼電器（AR）內(nèi)部輔助繼電器(AuxiliaryInternalRelay)占用9個通道10～18CH，繼電器編號為1000～1807，共計136點，其中18CH中1808～1815分配給專用內(nèi)部繼電器(SR)。內(nèi)部輔助繼電器作為PLC的編程元件，專供邏輯運算使用，其作用相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器。AR作為PLC編號元件，其線圈由程序驅(qū)動，不能去驅(qū)動PLC的外部負(fù)載。（4）保持繼電器(HR)

保持繼電器(HoldRelay)占用10個通道佃HR0～HR9CH，繼電器編號為HR000～HR915，共160點。當(dāng)KEEP(FUN11)指令指定繼電器為HR，HR作為一個鎖存器時，HR有掉電保持功能。若PLC掉電，HR能保持掉電前的狀態(tài)，PLC恢復(fù)供電，HR將再現(xiàn)原來的狀態(tài)。（5）數(shù)據(jù)存貯繼電器（DM）

DM為PLC的數(shù)據(jù)存貯器(DataMemory)，每個通道可存放4位16進(jìn)制數(shù)(BIN碼)或4位10進(jìn)制數(shù)(BCD碼)，DM占用64個通道DM00～DM63CH，每個通道有16位(Bit)。CPU以通道為單位進(jìn)行操作，64個通道對應(yīng)CPU中的數(shù)據(jù)存貯區(qū)，因此在編程時，不能以點使用，應(yīng)按通道為單位使用，在程序中只有數(shù)據(jù)存貯器通道的編號。當(dāng)PLC突然中斷供電時，DM中各點能保持停電前的狀態(tài)。

第41頁/共79頁

（6）定時器/計數(shù)器（TIM/CNT）

C系列P型PLC設(shè)置48個定時器/計數(shù)器即00～47，TIM、CNT、CNTR（FUN12）和TIMH(FUNl5)指令共用這48個編號，在同一程序中某一編號若為TIM指令占用，CNT、CNTR、TIMH指令就不能再用。高速計數(shù)器FUN(98)，用CNT47存放計數(shù)當(dāng)前值S，因此在有高速計數(shù)器FUN98指令的程序中，CNT47就不能另用。（7）暫存繼電器（TR）暫存繼電器(TemporaryRelay)共8個：TR0～TR7，用于暫存梯形圖某邏輯行左側(cè)電路塊邏輯運算結(jié)果，不能對外輸出。（8）專用內(nèi)部繼電器（SR）專用內(nèi)部繼電器(SpecialInternalRelay)編號為1808～1907，共16點。16個專用內(nèi)部繼電器用作監(jiān)控PLC的操作。

1808常為OFF，CPU中鋰電池電壓過低時(失效)為ON。

1809常為OFF，CPU掃描周期T0超過100ms時為ON。

1810常為OFF，高速計數(shù)器FUN98硬件復(fù)位端0001接收到復(fù)位信號(0001為ON)，F(xiàn)UN98被置0時，1810為ON一個掃描周期的時間。

1811，1812，1814常為OFF。

第42頁/共79頁1813常為ON。

1815常為OFF，PLC開始運行時，為ON一個掃描周期的時間。

1900，1901，1902PLC接通電源后，分別產(chǎn)生周期為0.1s，0.2s和1.0s的時鐘脈沖。1903常為OFF，在算術(shù)運算中當(dāng)操作數(shù)不是BCD碼，或執(zhí)行BIN(FUN23)BCD(FUN24)指令中操作數(shù)大于9999時，1903為ON。

1904常為OFF，進(jìn)位標(biāo)志，當(dāng)算術(shù)運算結(jié)果有進(jìn)位或借位時，1904為ON；可用置位指令STC（FUN40）強(qiáng)制1904＝ON，用清除進(jìn)位指令CTC（FUN41）強(qiáng)制1904＝OFF。

1905，1906，1907標(biāo)志繼電器在執(zhí)行比較指令CMP(FUN20)時，比較結(jié)果“＞”時，1905＝ON；比較結(jié)果“＝”時，1906＝ON；比較結(jié)果“＜”時，1907=ON。專用內(nèi)部繼電器1808，1809，1810，1811，1812，1813，1814，1815，1900，190l，1902，1904，1905，1906和1907的常開觸點可用于編程，SR的線圈直接受CPU的控制，其線圈和常閉觸點不能出現(xiàn)在程序中。第43頁/共79頁本章小結(jié)

可編程序控制器是一種新型的工業(yè)控制專用計算機(jī)，其分類方法可按I/O點數(shù)、結(jié)構(gòu)形式和功能進(jìn)行?？删幊绦蚩刂破鞯奶攸c是利用計算機(jī)對工業(yè)設(shè)備直接進(jìn)行電氣控制?？删幊绦蚩刂破骼密浖M(jìn)行控制，其工業(yè)過程可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出處理三個階段，并采用掃描循環(huán)方式工作，這一點與傳統(tǒng)繼電器－接觸器系統(tǒng)是完全不相同的，也是其性能得到提高的基礎(chǔ)之一。可編程序控制器性能指標(biāo)很多，但從使用者角度出發(fā)，主要有以下幾點。（1）輸入/輸出點數(shù)：用以 區(qū)分機(jī)型大小指標(biāo)之一，點數(shù)多可以控制的對象和輸入信號多。（2）掃描速度：掃描速度快反映了可編程序控制器控制電氣設(shè)備的能力強(qiáng)。（3）指令條數(shù)：指令條數(shù)多說明軟件功能豐富。（4）內(nèi)存容量：內(nèi)存容量越大，可以存儲的指令越多，從而可以控制較復(fù)雜的設(shè)備。第44頁/共79頁

可編程序控制器的內(nèi)部繼電器有：（1）輸入繼電器：輸入繼電器用來接受可編程序控制器的外部信號，它不能被程序指令驅(qū)動，只能由外部信號驅(qū)動。輸入繼電器最多可占有5個通道，其編號為0000～0415。（2）輸出繼電器：輸出繼電器用來傳送信號到可編程序控制器外部負(fù)載，它是由程序驅(qū)動的，輸出繼電器最多可占有5個通道，其編號為0500～0911。（3）內(nèi)部繼電器：內(nèi)部繼電器既不能被外部信號驅(qū)動，也不能直接驅(qū)動外部設(shè)備。內(nèi)部繼電器包括內(nèi)部輔助繼電器、保持繼電器、暫存繼電器和數(shù)據(jù)存儲繼電器。內(nèi)部繼電器占有9個通道，其編號為1000～1807。保持繼電器占有10個通道，其編號為HR000～HR915。暫存繼電器共有8個，其編號為TR0～TR7。數(shù)據(jù)存儲繼電器以通道為單位存儲數(shù)據(jù)，其編號為DM00～DM63.

（4）專用內(nèi)部輔助繼電器：P型機(jī)有16個專用內(nèi)部輔助繼電器，其編號為1808～1907。（5）定時器/計數(shù)器。P型機(jī)共有48個定時器或計數(shù)器，其編號為TIM00～TIM47或CNT00～CNT47。第45頁/共79頁可編程序控制器的基本組成中央處理器（CPU）存儲器輸入輸出單元（I/O單元）電源編程器第46頁/共79頁

2.存儲器(1)只讀存儲器(ROM)ROM存放PLC的系統(tǒng)程序，由制造廠家寫入，包括檢查、翻譯、監(jiān)控程序等。

(2)隨機(jī)存取存儲器(RAM)RAM用于存放用戶程序、邏輯變量（輸入輸出繼電器、定時器、計數(shù)器、內(nèi)部輔助繼電器、保持繼電器等）、內(nèi)部程序使用工作單元。PLC電源中斷后，采用（鋰）電池供電，保持儲存的信息不變。

第47頁/共79頁1.中央處理器CPU芯片

CPU模塊由控制電路、運算器和寄存器組成，它通過地址總線、控制總線、數(shù)據(jù)總線與存儲器、I/O接口電路連接。功能作用：CPU使用周期性巡回掃描方式，采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤；用掃描的方式接收輸入信號，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來；

PLC進(jìn)入運行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作；將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。CPU主要類型：

①通用微處理器，如8080、6800、Z80A、8086等。通用微處理器的價格便宜，通用性強(qiáng)。

②單片機(jī)，如8051等。單片機(jī)由于集成度高、體積小、價格低和可擴(kuò)充性好，很適合在小型PC上使用，也廣泛地用于PC的智能I/O模塊。

③位片式微處理器，如AMD2900系列等。它是獨立于微型機(jī)的另一分支，運算速度快，以4位為一片。用幾個位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。第48頁/共79頁

(3)可電擦除可編程的只讀存儲器(EEPROM或E2PROM)

它是非易失性的，但是可以用編程裝置對它編程．兼有ROM的非易失性和RAM的隨機(jī)存取優(yōu)點，但是將信息寫入它所需的時間比RAM長得多。EEPROM用來存放用戶程序和需長期保存的重要數(shù)據(jù)。

第49頁/共79頁系統(tǒng)RAM存儲區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計時器；計數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器。

1）I/O映象區(qū)：PLC投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要一定數(shù)量的存儲單元(RAM)以存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O映象區(qū)。一個開關(guān)量I/O占用存儲單元中的一個位（bit），一個模擬量I/O占用存儲單元中的一個字（16個bit）。故整個I/O映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關(guān)量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)，地址碼一一對應(yīng)。

2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū)

：PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在PLC斷電時，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失；后者當(dāng)PLC斷電時，數(shù)據(jù)被清零。第50頁/共79頁（1）邏輯線圈

與開關(guān)輸出一樣，每個邏輯線圈占用系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中的一個位，但不能直接驅(qū)動外設(shè)，只供用戶在編程中使用，其作用類似于電器控制線路中的繼電器。另外，不同的PLC還提供數(shù)量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。

（2）數(shù)據(jù)寄存器

與模擬量I/O一樣，每個數(shù)據(jù)寄存器占用系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中的一個字(16bits)。另外，PLC還提供數(shù)量不等的特殊數(shù)據(jù)寄存器，具有不同的功能。

（3）定時器

斷電復(fù)位

（4）計數(shù)器

斷電保持

不同類型的PLC，其存儲容量各不相同，一般給出與用戶編程使用相關(guān)的指標(biāo)。第51頁/共79頁輸入映象寄存器/輸出映象寄存器/輸出鎖存器的概念1、輸入映象寄存器----外部輸入（采樣）參數(shù)存放區(qū)域。其存儲單元與輸入端點（地址編碼）一一對應(yīng)，端點接線一旦確定，程序編制中就要用該端點的地址碼。若改端點接線后，必須改相應(yīng)的程序指令。2、輸出映象寄存器----程序運算結(jié)果（且用于輸出控制）的數(shù)據(jù)存放區(qū)域。其存儲單元與輸出端點（地址編碼）一一對應(yīng)，端點接線一旦確定，程序編制中就要用該端點的地址碼。若改端點接線后，必須改相應(yīng)的程序指令。其所存數(shù)據(jù)隨運算過程而被刷新。3、輸出鎖存器----保持用于輸出控制的數(shù)據(jù)（輸出映象寄存器的數(shù)據(jù)）至下一輸出刷新周期（且在這一期間內(nèi)保持外部的控制狀態(tài)）。其所存數(shù)據(jù)在輸出刷新階段時被刷新。第52頁/共79頁

3.I/O模塊作用：是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁。一般采用光電隔離，以減小電磁干擾。這是提高PLC可靠性的重要措施之一。1）輸入模塊作用：接收和采集輸入信號。輸入電路：設(shè)有RC濾波電路和光電耦合器。

2）輸出模塊作用：控制輸出設(shè)備，驅(qū)動執(zhí)行裝置。輸出電路：晶體管、雙向晶閘管、小型繼電器。繼電器--低速大功率

晶閘管--高速大功率 晶體管--高速小功率第53頁/共79頁

4、編程裝置

作用：生成用戶程序，并進(jìn)行編輯、檢查和修改。1）手持式編程器：不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，又稱做指令編程器。歐姆龍

PRO15編程器第54頁/共79頁2）編程軟件編程：計算機(jī)直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同編程語言的相互轉(zhuǎn)換。歐姆龍SYSMACC28P第55頁/共79頁歐姆龍

PRO15編程器第56頁/共79頁歐姆龍SYSMACC28P及PRO15編程器第57頁/共79頁歐姆龍

CQM1H-CPU51第58頁/共79頁CQM1H-CPU51第59頁/共79頁5.PLC的電源指為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配備的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，用鋰電池作后備電源。

PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。若沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，故PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。第60頁/共79頁6.通信口

PLC產(chǎn)品一般帶有多個多種功能的通信口，可與手持式編程器、上位計算機(jī)或其他外圍設(shè)備相連。配有通信用適配器PC/PPI電纜、RS-458、RS-232;專門與以太網(wǎng)、控制網(wǎng)、設(shè)備網(wǎng)、DH+等網(wǎng)絡(luò)連接的接口等。以實現(xiàn)編程、調(diào)試、運行、遙控、監(jiān)視、打印和數(shù)據(jù)傳送等功能。第61頁/共79頁2.2可編程序控制器的基本工作原理1.繼電器控制按下啟動按鈕SB1，電機(jī)M1開始運轉(zhuǎn)，過10秒鐘后，電機(jī)M2開始運轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB2，電機(jī)M1、M2同時停止運轉(zhuǎn)。第62頁/共79頁

2.PLC控制按下啟動按鈕SB1，電機(jī)M1開始運轉(zhuǎn)，過10秒鐘后，電機(jī)M2開始運轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB2，電機(jī)M1、M2同時停止運轉(zhuǎn)。第63頁/共79頁3.PLC控制等效電路圖第64頁/共79頁4.PLC的工作方式繼電器：并行方式，只要得電，幾個繼電器可同時動作。計算機(jī)：中斷等待命令。PLC：順序掃描、不斷循環(huán)。5.PLC的工作過程系統(tǒng)上電，CPU初始化，而后完成如下任務(wù):

（1）監(jiān)督處