第一講PLC的基本概念教案

PLC教案

第一講：PLC的基本概念

可編程控制器(ProgrammableController)是計算機(jī)家族中的-

員，是為工

業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制

^(ProgrammableLogicController),簡稱PLC,它主要用來代替繼電

器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了

邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱

PCo但是為了避免與個人計算機(jī)(PersonalComputer)的簡稱混淆，所

以將可編程控制器簡稱PLCo

PLC的由來

在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］甚至阻礙了

更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969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)，即：

1.編程方便，現(xiàn)場可修改程序；

2.維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；

3.可靠性高于繼電器控制裝置；

4.體積小于繼電器控制裝置；

5.數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機(jī)；

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6.成本可與繼電器控制裝置競爭；

7.輸入可以是交流115V；

8.輸出為交流115V,2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器

等；

9.在擴(kuò)展時，原系統(tǒng)只要很小變更；

10.用戶程序存儲器容量至少能擴(kuò)展到4Ko

1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出第一臺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，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

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。

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—.PLC的定義

PLC問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和

發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國電氣制造商協(xié)會NEMA(NationalElectrical

ManufactoryAssociation)經(jīng)

過四年的調(diào)查工作，于1984年首先將其正式命名為PC(Programmable

Controller),并給PC作了如下定義：

“PC是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體

儲存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)與演算等功能，并

通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序。一

部數(shù)字電子計算機(jī)若是從事執(zhí)行PC之功能著，亦被視為PC,但不包

括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制器。”

以后國際電工委員會(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月通過了對它的定義：

“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)

環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程

序，執(zhí)行邏輯運算，

順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或

模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷?/p>

其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充

其功能的原則設(shè)計。”

總之，可編程控制器是一臺計算機(jī)，它是專為工業(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，并且具有較強(qiáng)的

驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實際

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應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要

求進(jìn)行設(shè)計編制。

三.PLC的特點

一.PLC的主要特點

(-)高可靠性

1.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。

2.各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般

為10~20ms.

3.各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。

4,采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。

5.對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。

6.良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生

異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)

大。

7.大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三

CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性更進(jìn)一步提高。

(二)豐富的I/O接口模塊

PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：

?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。

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有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：

?按鈕

?行程開關(guān)

?接近開關(guān)

?傳感器及變送器

?電磁線圈

?控制閥

直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對話的

接口

模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等

等。

（三）采用模塊化結(jié)構(gòu)

為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，

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。

（四）編程簡單易學(xué)

PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對

使用者來說，不需要具備計算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程

技術(shù)人員所理解和掌握。

（五）安裝簡單，維修方便

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PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(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。

由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(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。

二.PLC的功能

（-）邏輯控制

（二）定時控制

（三）計數(shù)控制

（四）步進(jìn)（順序）控制

（五）PID控制

（六）數(shù)據(jù)控制

PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。

（七）通信和聯(lián)網(wǎng)

（八）其它

PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，

如：定位控制模塊，CRT模塊。

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四.PLC的發(fā)展階段

雖然PLC問世時間不長，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)展過程大致可分三個階段：

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。這時的PLC多少有

點繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電

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。另

外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用

廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式一梯形圖。因

此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易

懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中

PLC特有的編程語言一梯形圖一直沿用至今。

二.中期的PLC（70年代中期一80年代中，后期）

在70年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美

國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央

處理單元（CPU）。

這樣，使PLC得功能大大增強(qiáng)。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。在硬件方面，除了保持其原有的開

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關(guān)模塊以外，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得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。

三.近期的PLC（80年代中、后期至今）

進(jìn)入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)

展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用

的微處理器的當(dāng)次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速

度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC

軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。

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五.PLC的分類

(1)從組成結(jié)構(gòu)形式分

①一體化整體式PLC

②模塊式結(jié)構(gòu)化PLC

(2)按I/。點數(shù)及內(nèi)存容量分

①超小型PLC

②小型PLC

小型PLC的I/O點數(shù)一般在128點以下，其特點是體積小、

結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模

擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計

時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指

令。

③中型PLC

中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點數(shù)一般在256-1024點

之間。I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還

能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷

新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)

更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。

④大型PLC

一般I/O點數(shù)在1024點以上的稱為大型PLCo大型PLC的

軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各

種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動

化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性

更高。

⑤超大型PLC

(3)按輸出形式分

①繼電器輸出

為有觸點輸出方式，適用于低頻大功率直流或交流負(fù)載

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L：負(fù)載

內(nèi)

部

電

路COM'C

繼電器輸出型

②晶體管輸出

為無觸點輸出方式，適用于高頻小功率直流負(fù)載

L:負(fù)載

LED輸出端子

自

內(nèi)

部

電r

路l

COM

晶體管輸出型（NPN集電極開路）

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L:負(fù)載

LED

內(nèi)

部

電

路

—COM

晶體管輸出型（PNP集電極開路）

③晶閘管輸出

為無觸點輸出方式，適用于高速大功率交流負(fù)載

L：負(fù)載

內(nèi)

部

電

路

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六.PLC的基本結(jié)構(gòu)

PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上

與微型計算機(jī)相同，如圖所示：

—.中央處理單元(CPU)

中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序

賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、

存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯

誤。當(dāng)PLC投入運行時，首先它

以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映

象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后

按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存

器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出

狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，

直到停止運行。

為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙

CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個

CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。

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二.存儲器

存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。

存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。

(-)PLC常用的存儲器類型

1.RAM(RandomAssessMemory)

這是一?種讀/寫存儲器(隨機(jī)存儲器)，其存取速度最快，由鋰電

池支持。

2.EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory)

這是一種可擦除的只讀存儲器。在斷電情況下，存儲器內(nèi)的所

有內(nèi)容保

持不變。(在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。

3.EEPROM(ElectricalErasableProgrammableReadOnly

Memory)

這是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對

其所存儲的內(nèi)容進(jìn)行修改。

(二)PLC存儲空間的分配

雖然各種PLC的CPU的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù)

PLC的工作原理

其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：

＞系統(tǒng)程序存儲區(qū)

＞系統(tǒng)RAM存儲區(qū)(包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等)

＞用戶程序存儲區(qū)

1.系統(tǒng)程序存儲區(qū)

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在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程

序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診

斷子程序等。由制造

廠商將其固化在EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定

了該P(yáng)LC的性能。

2.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)由于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)o因此整個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)

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＞模擬量I/O映象區(qū)

（2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū)

除了I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括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。

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）o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）計時器

4）計數(shù)器

3.用戶程序存儲區(qū)

用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC,

其存儲容量各不相同。

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三.電源

PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個

良好的、

可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)

計和制造也十分重視。

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。

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七.PLC的工作原理

最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)

成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的：

>繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個

繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常

開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同

時動作。

>PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即

如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所

有觸點（包括其常開或常閉觸點）不會立即動作，必須等掃描

到該觸點時才會動作。

為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼

電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms以上，而PLC掃描

用戶程序的時間-一般均小于100ms,因此，PLC采用了一種不同于一

般微型計算機(jī)的運行方式一掃描技

術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的

處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。

一.掃描技術(shù)

當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入

采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一

個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)

執(zhí)行上述三個階段。

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第（n-1）個第（n+1）個

出口也由甘口第n個掃描周期山超國甘H

輸出刷新—><-----中------用戶程序執(zhí)行!-------中—輸入采樣

輸入采樣輸出刷新

（一）輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和

數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束

后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入

狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會

改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一

個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

（二）用戶程序執(zhí)行階段

在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描

用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左

邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ?/p>

觸點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新

該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線

圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)

定的特殊功能指令。

即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀

態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)

RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯

形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯

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形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)

或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

(三)輸出刷新階段

當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期

間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電

路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。

比較下二個程序的異同：

程序1:

10.0Q0.1

——II--------------------------------()—

Q0.1Q0.2

——II--------------------------------()—

Q0.2Q0.3

——II--------------------------------<)—

Q0.3Q0,4

——II--------------------------------()—

程序2：

Q0.3Q0.4

——II----------------------------------------------()--------

Q0.2Q0.3

________III_______________________________________________________(\--------------

Q0.1Q0.2

________II________________________________________________(\

II1)

10.0Q0.I

---II---------------------------------------()--------19

PLC教案

這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果完全一樣，但在PLC中執(zhí)行的過程卻不一

樣。

＞程序1只用一次掃描周期，就可完成對Q0.4的刷新；

＞程序2要用四次掃描周期，才能完成對Q0.4的刷新。

這兩個例子說明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)

果也不同。另外，也可以看到：采用掃描用戶程序的運行結(jié)果與繼電

器控制裝置的硬邏輯并行運行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期

所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)

別了。

?般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所

示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、

輸出刷新等所有時間的總和。

為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個開

關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。

20

PLC教案

為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不

同于一般微型計算機(jī)的運行方式（掃描技術(shù)）。

以上兩個主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計算機(jī)構(gòu)

成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)時間至少等于一個掃描周期，一般

均大于一個掃描周期甚至更長。

所謂I/O響應(yīng)時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出

端信號的改變所需的時間。其最短的I/O響應(yīng)時間與最長的I/O響應(yīng)

時間如圖所示：

最短I/O響應(yīng)時間：

第(n-1)個

第(n+1)個

---?<------------第n個掃描周期----------------?<----ta-kutraiffl

輸出刷新用戶程序執(zhí)行輸入采樣

輸入采樣輸出刷新

最短I/O響應(yīng)時

最長I/O響應(yīng)時間:

第n個掃描周期第n+1個掃描周期

輸入采樣用戶程序執(zhí)行輸出刷新輸入采樣用戶程序執(zhí)行輸出刷新

最長I/O響應(yīng)時

21

PLC教案

A.PLC的UO系統(tǒng)

一.I/O尋址方式

PLC的硬件結(jié)構(gòu)主要分單元式和模塊式兩種。前者將PLC的

主要部分（包括I/O系統(tǒng)和電源等）全部安裝在一個機(jī)箱內(nèi)。后者將

PLC的主要硬件部分分別制成模塊，然后由用戶根據(jù)需要將所選用的

模塊插入PLC機(jī)架上的槽內(nèi)，構(gòu)成一個PLC系統(tǒng)。

不論采取哪一種硬件結(jié)構(gòu)，都必須確立用于連接工業(yè)現(xiàn)場的各

個輸入/輸出點與PLC的I/O映象區(qū)之間的對應(yīng)關(guān)系，即給每一個輸

入/輸出點以明確的地址確立這種對應(yīng)關(guān)系所采用得方式稱為I/O尋址

方式。

I/O尋址方式有以下三種：

＞固定的I/O尋址方式

這種I/O尋址方式是由PLC制造廠家在設(shè)計、生產(chǎn)PLC時確

定的，它的每一個輸入/輸出點都有一個明確的固定不變的地

址。-一般來說，單元式的PLC采用這種I/O尋址方式。

＞開關(guān)設(shè)定的I/O尋址方式

這種DO尋址方式是由用戶通過對機(jī)架和模塊上的開關(guān)位置的

設(shè)定來確定的。

＞用軟件來設(shè)定的I/O尋址方式

這種I/O尋址方式是有用戶通過軟件來編制I/O地址分配表來

確定的。

22

PLC教案

第二講：S7-200系列PLC介紹

一：SIMATICS7-200系列產(chǎn)品介紹

(-)CPU的類型及接口的介紹：

1：CPU型號

CPU221

■本機(jī)集成6輸入/4輸出共10個數(shù)字量I/O點無I/O擴(kuò)展能力6K

字

節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間4個獨立的30kHz高速計數(shù)器2路獨立的

20kHz

高速脈沖輸出1個RS485通訊/編程口具有PPI通訊協(xié)議MPI通

訊協(xié)議和自由方式通訊能力非常適合于小點數(shù)控制的微型控制器

CPU222

本機(jī)集成8輸入/6輸出共14個數(shù)字量I/O點可連接2個擴(kuò)展模塊

最大擴(kuò)展至78路數(shù)字量UO點或10路模擬量I/O點6K字節(jié)程序和

數(shù)

23

PLC教案

據(jù)存儲空間4個獨立的30kHz高速計數(shù)器2路獨立的20kHz高速

脈

沖輸出具有PID控制器1個RS485通訊/編程口具有PPI通訊協(xié)

議MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力是具有擴(kuò)展能力的適應(yīng)性更

廣泛的全功能控制器

CPU224

本機(jī)集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點可連接7個擴(kuò)展模

塊

最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點1字節(jié)程序和

數(shù)據(jù)存儲空間6個獨立的30kHz高速計數(shù)器2路獨立的20kHz高

速

脈沖輸出具有PID控制器1個RS485通訊/編程口具有PPI通訊

協(xié)議MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力I/O端子排可很容易地整體

拆卸是具有較強(qiáng)控制能力的控制器

CPU226

本機(jī)集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點可連接7個擴(kuò)展模

塊

最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點13K字節(jié)程序

和

數(shù)據(jù)存儲空間6個獨立的30kHz高速計數(shù)器2路獨立的20kHz高

速

脈沖輸出具有PID控制器2個RS485通訊/編程口具有PPI通訊

協(xié)議MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力I/O端子排可很容易地整體

拆卸用于較高要求的控制系統(tǒng)具有更多的輸入/輸出點更強(qiáng)的模塊

擴(kuò)展能力更快的運行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能可完全適

應(yīng)于一些4復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)

24

PLC教案

CPU226XM

本機(jī)集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點可連接7個擴(kuò)展模

塊

最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量DO點或35路模擬量I/O點26K字節(jié)程序

和數(shù)據(jù)存儲空間6個獨立的30kHz高速計數(shù)器2路獨立的20kHz

高

速脈沖輸出具有PID控制器2個RS485通訊/編程口具有PPI通

訊協(xié)議MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力I/O端子排可很容易地整

體拆卸用于較高要求的控制系統(tǒng)具有更多的輸入/輸出點更強(qiáng)的模

塊擴(kuò)展能力更快的運行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能可完全

適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)

25

PLC教案

(2)S7??200CPUI/0點的說明

S7-200CPU訂貨號

CPU221DC/DC/DC6輸入/4輸出6ES7211-0AA23-0XB0

CPU221AC/DC/繼電器6輸入/4繼電器輸出6ES7211-0BA23-0XB0

CPU222DC/DC/DC8輸入/6輸出6ES7212-1AB23-0XB0

CPU222AC/DC/繼電器8輸入/6繼電器輸出6ES7212-1BB23-0XB0

CPU224DC/DC/DC14輸入/10輸出6ES7214-1AD23--0XB0

CPU224AC/DC/繼電器14輸入繼電器輸出6ES7214-1BD23-0XB0

CPU224XPDC/DC/DC14輸入"0輸出6ES7214-2AD23-0XB0

CPU224XPAC/DC/繼電器14輸入/10繼電器輸出6ES7214-2BD23-0XB0

216-2AD23-0XB0

CPU226DC/DC/DC24輸入/16輸出6ES7

226AC/DC/繼電滯24輸入/16繼電器輸出216-2BD23-0XB0

CPU6ES7

26

PLC教案

(3)S7-200的技術(shù)指標(biāo)

Siemens公司麻州類型的CPU以適應(yīng)儲應(yīng)用，表1-2中對各神CPU的特腓一簡就宿祥佃

信息號見附科

表12S7-200的技術(shù)招標(biāo)

特性CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226

外形尺寸(mm)90x80x6290x80x621205x80x62140x80x62190x80x62

程錦據(jù)

可在新財下編輯409眸節(jié)4098鐘8192鐘1228睥節(jié)16384字節(jié)

不可在防蝦下用409眸節(jié)4096捕12288字節(jié)16384斡24576字節(jié)

情

苞鼾軀2048鐘204眸節(jié)8192鐘10240早節(jié)10240鐘

算電保削削50小時50小時100小時100小時100小時

主棚/0

6A/4出8人礎(chǔ)1隊力0出14人側(cè)24A/I6出

U砒2A/1出

颼麒幅otfft2個慎熱17個賺17個殿?7個朝

版計耦

料4后30KHz峨03KHz腑30KHz4洛30kHz6用30KHz

2胞200kHz

雙相2吊02KHz2胳20KHz4洛20KHz3席20kHz郴20KHz

怫100kHz

K沖■出(DC)2珞20KHz2影OKHz2洛20KHz2曲00kHz2格20KHz

博觸㈱11222

劃暗朗料翻件卡旭內(nèi)矍帽

iiflin1RS-4851RS-4851RS-4852RS-4852RS-485

27

PLC教案

（二）STEP7-Micro/WIN編程軟件介紹:

STEP7-Micro/WIN編程軟件為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)

用程序提供了良好的編程環(huán)境。為了

能快捷高效地開發(fā)您的應(yīng)用程序，STEP7-Micro/WIN軟件為您

提供了三種程序編輯器。為了便于您

找到所需的信息，STEP7-Micro/WIN提供了一個詳盡的在線幫

助以及一個文檔光盤，該光盤含有本

手冊的電子版、應(yīng)用示例和其它有用的信息。

計算機(jī)配置要求：

STEP7-Micro/WIN既可以在PC機(jī)上運行，也可以在Siemens

公司的編程器上運行。PC機(jī)或編程器的最小配置如下：

-操作系統(tǒng)

Windows2000,WindowsXP

（專業(yè)版或家庭版）

-至少100M硬盤空間

-鼠標(biāo)（推薦）

28

PLC教案

（三）文本顯示器（TD200和TD200C）介紹:

產(chǎn)第1章

顯示面板

文本顯示鼠TD200和TD200C）

TD200fflTD200隆2嚀祠斤顯洲可以㈱在$7-200上iijJTD200向臬舸腮犍

林7-200上實敗樣息娥花脆林招的顯林

TD20啊D200c磯后跳供穌睡

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TD2II0

29

PLC教案

（四）TP070和TP170觸摸屏介紹:

TP070和TP170觸摸屏

TP070和TP170也攜屏可以連接至

S7-200,通過觸I摸屏，綱以自定義盤

作接口.

附用戶友好能接屏，這些設(shè)面引熄示

自定義田形、液動氟應(yīng)用程序謔、ffl

戶自定義校鈕等等，

關(guān)于TP070和TP170融牖的可睇程就

件，麟考附錄E,

卸4敏期

30

PLC教條

（五）S7—200數(shù)據(jù)的存取

S7-200將信息存于不同的存儲器單元，每個單元都有唯一的地

址。您可以明確指出要存取的存儲器地址。這就允許用戶程序

直接存取這個信息。下表列出了不同長度的數(shù)據(jù)所能表示的數(shù)

值范圍。表中不同長度的數(shù)據(jù)表示的十進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)范

圍：

效制字節(jié)（B）字（W）雙宇（D）

無符號型敝0到255。到65535。到4,294,967,295

CMFF0到FFFF0到FFFFFFFF

符號整數(shù)-128到+127-32,768到+3Z767-2.147.48a648^+2147.483,647

80到7F8000到7FFF80000000到7"F卜卜"

實期EEE32不用萬那+1.175495E-38到+3402823E+38（正數(shù)，

位洋點數(shù)-1.175495E-38^1-3.402823E>38（負(fù)數(shù)?

若要存取存儲區(qū)的某一位，則必須指定地址，包括存儲器標(biāo)識

符、字節(jié)地址和位號。圖4-3是一個位尋址的例子（也稱為

“字節(jié)?