可编程序控制器的基础知识

1、PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 可编程控制器及其系统可编程控制器及其系统 主主 讲：郎讲：郎 朗朗 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 目目 录录 第第2 2章章接线程序控制及存储程序控制的基本概念接线程序控制及存储程序控制的基本概念 2.1 2.1 可编程序控制器的组成结构可编程序控制器的组成结构 2.2 2.2 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理 2.3 2.3 可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的编程语言 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 第第2章接线程序控制及存储程序控制的基本概念章接线程序控制及存储程序控制

2、的基本概念 接线程序控制及存储程序控制的基本概念接线程序控制及存储程序控制的基本概念: 在继电器控制系统和电子器件控制系统中，要完成一个在继电器控制系统和电子器件控制系统中，要完成一个 控制任务，支配控制系统工作的控制任务，支配控制系统工作的“程序程序”是由各分立电器元是由各分立电器元 件（继、接触器、电子元件等）用导线连接起来加以实现的，件（继、接触器、电子元件等）用导线连接起来加以实现的， 这样的控制系统称为接线程序控制系统。系统方框图如图这样的控制系统称为接线程序控制系统。系统方框图如图 11所示。所示。 输入设备 继电器控制线路 输出设备 被控制的生产机械或生产过程 图 11 接线程序

3、控制系统 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 如果支配控制系统工作的程序是存放在存储器中，系如果支配控制系统工作的程序是存放在存储器中，系 统要完成的控制任务是通过存储器中的程序来实现，这样统要完成的控制任务是通过存储器中的程序来实现，这样 的控制系统称为存储程序控制系统。系统方框图如图的控制系统称为存储程序控制系统。系统方框图如图12 所示。所示。 输入设备 程序存储器 输出设备 被控制的生产机械或生产过程 图 1 2 存储程序控制系统 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 可编程控制器就是一种存储程序控制器。其输入设备、可编程控制器就是一种存储程序控制器。

4、其输入设备、 输出设备和继电器控制系统相同，但它们是直接接到输出设备和继电器控制系统相同，但它们是直接接到 可编可编 程控制器的输入端和输出端的。程控制器的输入端和输出端的。 控制程序是通过编程器而写到控制程序是通过编程器而写到 可编程控制器的程序存储可编程控制器的程序存储 器中，每个程序语器中，每个程序语 句都有一个顺序，运行时依次读取存储句都有一个顺序，运行时依次读取存储 中的程序语中的程序语 句，对他们的内容解释并加以执行，执行结果句，对他们的内容解释并加以执行，执行结果 用以接通到输出设备，控制被控对象工作。用以接通到输出设备，控制被控对象工作。 在存储程序控制系统中，控制程序的修改不

5、需要改变控制在存储程序控制系统中，控制程序的修改不需要改变控制 器内部的接线（即硬件），而只需通过编程器改变程序存储器内部的接线（即硬件），而只需通过编程器改变程序存储 器中某些语句的内容。器中某些语句的内容。 返回 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 2.1 可编程序控制器的组成结构可编程序控制器的组成结构 2.1.1 中央处理器中央处理器CPU 2.1.2 存储器存储器 2.1.3 输入输入/输出模块输出模块 2.1.4 智能模块智能模块 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 2.1 可编程序控制器的组成结构可编程序控制器的组成结构 PLC实质上一种工业控

6、制用的专用计算机，实质上一种工业控制用的专用计算机，PLC系统的系统的 实际组成与微型计算机基本相同，它也是有硬件实际组成与微型计算机基本相同，它也是有硬件 系统和系统和 软件软件 系统组成。系统硬件结构如下图。系统组成。系统硬件结构如下图。 一一PLC的硬件系统的硬件系统 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 PLC的硬件系统的硬件系统 由主机，由主机，I/O 扩展机及外部扩展机及外部 设备组成。主设备组成。主 机内各部分均机内各部分均 通 过 总 线 连通 过 总 线 连 PLC的硬件系的硬件系 统。总线分电统。总线分电 源总线、控制源总线、控制 总线、地址总总线、地址总

7、线和数据总线。线和数据总线。 图2-1 PLC的硬件系统简化图 返回 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 2.1.1 2.1.1 中央处理器中央处理器CPUCPU CPU CPU在在PLCPLC控制系统中的作用类似于人体的神经中枢，控制系统中的作用类似于人体的神经中枢， 它是它是PLCPLC的运算、控制中心，用来实现逻辑运算，算术的运算、控制中心，用来实现逻辑运算，算术 运算，并对全机进行控制，指挥运算，并对全机进行控制，指挥PLCPLC有条不紊的工作。有条不紊的工作。 其主要任务有：其主要任务有： 1. 1. 控制从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储；控制从编程器输入的

8、用户程序和数据的接收与存储； 2. 2. 用扫描方式通过用扫描方式通过I/OI/O部件接收现场的状态与数据，部件接收现场的状态与数据， 并存入输入状态表或数据存储器中；并存入输入状态表或数据存储器中； PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 3. 3. 诊诊 断电源、断电源、PLCPLC内部电路的工作故障和编程中的语内部电路的工作故障和编程中的语 法错误；法错误； 4. PLC4. PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令， 经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻 辑或算术运算等

9、；辑或算术运算等； 5. 5. 根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出寄存根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出寄存 器表的内容，再经由输出部件实现输出控制、制表打器表的内容，再经由输出部件实现输出控制、制表打 印或数据通信等功能。印或数据通信等功能。 6. 6. 接受中断请求并作处理接受中断请求并作处理 2.1.1结束 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 2.1.2 存储器存储器 存储器即内存，用来存储数据和程序。它包括可以随机存存储器即内存，用来存储数据和程序。它包括可以随机存 取的存取存储器（取的存取存储器（RAM，用户程序）和在工作中只能读出，用户程序）和在工作中

10、只能读出， 不能写入的只读存储器（不能写入的只读存储器（ROM或或EPROM，系统程序）。，系统程序）。 注意：注意：PLC中的系统程序关系到中的系统程序关系到PLC的性能，不能由用户直接的性能，不能由用户直接 存取，因而存取，因而PLC产品中所列存储器形式机器容量一般都是指产品中所列存储器形式机器容量一般都是指 RAM。 如果容量如果容量 不够，厂家提供了存储器扩展功能。不够，厂家提供了存储器扩展功能。 2.1.2结束 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 2.1.3 2.1.3 输入输入/ /输出模块输出模块 I/OI/O模块是模块是CPUCPU与现场与现场I/OI/O设备

11、或其它外部设备之间的连接部件。设备或其它外部设备之间的连接部件。 1. 1. 输入部件输入部件 输入部件是输入部件是PLCPLC与工业生产现场被控对象之间的连接部件，与工业生产现场被控对象之间的连接部件， 是现场信号进入是现场信号进入PLCPLC的桥梁。该部件接收由主令元件、检测元的桥梁。该部件接收由主令元件、检测元 件来的信号。件来的信号。 常见的主令元件常见的主令元件: :按钮开关按钮开关 常见的检测元件常见的检测元件: :行程开关行程开关 、限位开关、限位开关 、光电检测开关、光电检测开关 、继电、继电 器触点及其它各类传感器。其功能是检测一些物理量（如距器触点及其它各类传感器。其功能是

12、检测一些物理量（如距 离离 、速度、速度 、位置、位置 、压力、压力 、流量、流量 、液位、液位 、温度、温度 、电压、电压 、 电流等）在设备工作中的状态。电流等）在设备工作中的状态。 输入方式有两种：输入方式有两种： 数字量输入（开关量数字量输入（开关量 、接点），、接点）， 模拟量输入（电压或电流输入），要经模拟量输入（电压或电流输入），要经A/DA/D转换才能进入转换才能进入PLCPLC。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 2）输出部件）输出部件 输出部件也是输出部件也是PLC与现场设备之间的连接部件。希望它能与现场设备之间的连接部件。希望它能 直接驱动执行元件，如

13、电磁阀、微电机、接触器、灯和音直接驱动执行元件，如电磁阀、微电机、接触器、灯和音 响响 等。等。 常见的常见的输出部件中的输出级：大功率器件，如机械触点式继输出部件中的输出级：大功率器件，如机械触点式继 电器、无触点交流开关（双向可控硅）及直流开关（晶体电器、无触点交流开关（双向可控硅）及直流开关（晶体 三极管）等。三极管）等。 功能：控制现场设备进行工作（如电动机的起、停，正功能：控制现场设备进行工作（如电动机的起、停，正/反反 转，阀门的开、关，设备的转动、移动、升降等）。转，阀门的开、关，设备的转动、移动、升降等）。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 一般一般PLCP

14、LC配置配置I/OI/O电平转换模块及电气隔离模块。电平转换模块及电气隔离模块。 电平转换模块：电平转换模块：( (I/OI/O接口实现）接口实现） 输入电平转换是用来将输入端不同电压或电流的信号转换成微输入电平转换是用来将输入端不同电压或电流的信号转换成微 处理器所能接收的低电压信号。处理器所能接收的低电压信号。 输出电平转换是用来将微处理器控制的低电平信号转换成控制输出电平转换是用来将微处理器控制的低电平信号转换成控制 设备所需的电压或电流信号。设备所需的电压或电流信号。 电气隔离模块电气隔离模块: : PLCPLC在微处理器部分与在微处理器部分与I/OI/O回路之间采用了回路之间采用了

15、光电隔离措施，这样光电隔离措施，这样 能有效的隔离微处理器与能有效的隔离微处理器与I/OI/O回路之间的联系，而不致引起回路之间的联系，而不致引起 PLCPLC故障或误操作。以提高故障或误操作。以提高PLCPLC的抗干扰能力。的抗干扰能力。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 CPU 输出锁存器输出锁存器输出电路输出电路输出端子输出端子 总线总线 输出模块组成框图 现场执行部件现场执行部件 现场信号现场信号 输入端子输入端子 输入电路输入电路输入锁存器输入锁存器 总线总线 输入模块组成框图 CPU 为了与现场信号连接，输入为了与现场信号连接，输入/出部件上设有输入出部件上设有

16、输入/出接线端子排，出接线端子排， 电平转换信号锁存电路。电平转换信号锁存电路。 为了滤除输入信号的噪声和便于为了滤除输入信号的噪声和便于PLC内部对信号的处理，其内部对信号的处理，其 输入电路内部还有滤波电路。输入电路内部还有滤波电路。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 (1)开关量输入模块（开关量输入模块（P15） 1）直流输入模块（图）直流输入模块（图2.2） 图2.2 直流输入模块电路原理 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 2）交流输入模块（图）交流输入模块（图2.3） 图2.3 交流汇点输入模块电路原理图 取样电阻取样电阻 浪涌吸收器：限幅，浪

17、涌吸收器：限幅， 防止输入信号过高防止输入信号过高 RC滤波滤波 限流限流 旁路旁路 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 图2.4 交流分隔输入方式电路原理图 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 图2.6 汇点式输入接线 (a)直流模块；(b)交流模块 图2.7 分隔式输入接线 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 (2)开关量开关量 输出模块的基本原理：输出模块的基本原理： 图2.8 晶体管输出 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 图图2.9 可控硅输出可控硅输出 阳极阳极 门极门极 阴极阴极 PLC 可编程控制器原理及应

18、用可编程控制器原理及应用 3）交直流输入模块（图）交直流输入模块（图2.5） 图2.5 光电耦合器 以上三种是以上三种是PLC常用的常用的I/O模块。模块。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 图2.10 继电器输出 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 (3)模拟量模拟量 输入模块的基本原理输入模块的基本原理 在选择使用模拟量在选择使用模拟量 输入模块时，主要应考虑如下几个技术要输入模块时，主要应考虑如下几个技术要 求：求： 输入量输入量 类型：电压，电流；类型：电压，电流； 输入量输入量 程：常见为程：常见为010V(420mA)； 输入极性：如输入极性：

19、如5V； 输入通路数：常见有单路、输入通路数：常见有单路、8路和路和16路；路； 转换精度：主要决定于转换精度：主要决定于A/D转换芯片规格，如转换芯片规格，如8位、位、10位和位和 12位；位； 转换速度：常见有转换速度：常见有10100s PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 图2.11 模拟量输入模块结构框图 6）输出信号处理 1）控制逻辑 2）光电隔离 3）输入信号处理 4）故障检测 5） AD转换器 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 (4)模拟量模拟量 输出模块的基本原理输出模块的基本原理 在选择使用模拟量在选择使用模拟量 输出模块时，主要考虑以下

20、技术要求：输出模块时，主要考虑以下技术要求： 输出量输出量 类型：电压或电流类型：电压或电流(取决于输出驱动方式或连接方取决于输出驱动方式或连接方 法法)； 输出精度：主要取决于输出精度：主要取决于D/A转换器的精度，如转换器的精度，如8位或位或12位；位； 输出通道数：取决于输出转换开关，常见的有单路或输出通道数：取决于输出转换开关，常见的有单路或8路；路； 输出幅度：决定于输出级；输出幅度：决定于输出级； 输出极性：单向或双向。输出极性：单向或双向。 模拟量输出模块的基本结构如图模拟量输出模块的基本结构如图2.12所示。所示。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 图2.1

21、2 模拟量输出模块结构框图 它是由输出锁存器、光电隔离、它是由输出锁存器、光电隔离、 D/AD/A转换器、输出多路开关和控制转换器、输出多路开关和控制 逻辑逻辑5 5部分组成。部分组成。 工作过程：工作过程： 一、根据一、根据CPUCPU送来的输出通道地址送来的输出通道地址 确定是否选中本模块；确定是否选中本模块； 二、根据二、根据CPUCPU送来的控制信号，先送来的控制信号，先 将系统总线上的数据送入输出锁存将系统总线上的数据送入输出锁存 器，然后启动器，然后启动D/AD/A转换，最后接通转换，最后接通 相应通道的模拟开关，将相应通道的模拟开关，将D DA A输出输出 的电压信号输送到本通道

22、的输出驱的电压信号输送到本通道的输出驱 动器。动器。 2.1.3结束 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 2.1.4 2.1.4 智能模块智能模块 智能模块与一般的模块的不同点：智能模块与一般的模块的不同点： * *自身带有自身带有CPUCPU、存储器、和系统程序。、存储器、和系统程序。 种类：种类：PLCPLC之间的通讯模块、之间的通讯模块、PIDPID调节的模拟量控制模块、高速计调节的模拟量控制模块、高速计 数器模块、数字位置译码模块、阀门控制模块等。数器模块、数字位置译码模块、阀门控制模块等。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 (1)(1)通信模块通

23、信模块 PLC与计算机之间的通信一般是通过计算机的串口实现的。目前与计算机之间的通信一般是通过计算机的串口实现的。目前 工控中常用的串行通信方式主要有三种：工控中常用的串行通信方式主要有三种：RS232、RS422和和RS485； 他们的传输速度和传输距离各不相同，适用于不同场合。他们的传输速度和传输距离各不相同，适用于不同场合。 图2.13 FX232ADP系统组成图 FX-232ADP 能够与各种具有能够与各种具有 RS232C 接口的通讯设备连接，实现数据交换。接口的通讯设备连接，实现数据交换。 1）FX232ADP适配器适配器 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 传送

24、信号传送信号: : 主主从从 100100点（点（M800M899M800M899） 1010点（点（D490D499)D490D499) 从从主主 100100点（点（M900M999)M900M999) 10 10点（点（D500D509D500D509） 主站与从站间的通信可以是主站与从站间的通信可以是l00/100点的点的0N/OFF信号和信号和10点点/l0点点 的的l6位数据，用于通信的辅助继电器为位数据，用于通信的辅助继电器为M800M999，数据寄存器，数据寄存器 为为D490D509。 光纤并行光纤并行通信适配器通信适配器FX2N 一一40AP，双绞线并行双绞线并行通信适配器

25、通信适配器 FX2N -40AW，实现两台，实现两台PLC间的自动数据传送，达到两台间的自动数据传送，达到两台PLC 并联运行的目的。并联运行的目的。 2）FX2N40AP/AW并联适配器并联适配器 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 图图2.14 FX485ADP模块系统模块系统 3 3）FX485ADPFX485ADP适配器适配器 4) 4) FX485PC-IFFX485PC-IFPLC之间的并联连接 PLC与计算机连接 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 (2)闭环控制模块闭环控制模块 1.用软件的方法去实现用软件的方法去实现PID 闭环控制的方法；

26、闭环控制的方法； 2.专门设计的闭环控制模块。专门设计的闭环控制模块。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 (3)高速计数模块高速计数模块 为了满足工业控制中快速变化过程，高速计数模块一为了满足工业控制中快速变化过程，高速计数模块一 般具有以下功能：般具有以下功能： 1）采样计数）采样计数 2）设定计数值）设定计数值 3）计数方式设定）计数方式设定 4）数值比较）数值比较 5）输出控制）输出控制 厂家不同计数模块的频率、范围也不同，计数器数量也不同。厂家不同计数模块的频率、范围也不同，计数器数量也不同。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 （4）编程器）编程

27、器 作用：在程序输入、调试、检修时使用，多台作用：在程序输入、调试、检修时使用，多台PLC可以共用可以共用 一台编程器。一台编程器。 1、输入和编辑用户程序；、输入和编辑用户程序； 2、对程序进行编辑检查和修改；、对程序进行编辑检查和修改； 3、监视、监视PLC运行时用户编程软件中各个编程元件的运行时用户编程软件中各个编程元件的 工作状态。工作状态。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 三菱公司的三菱公司的FX-20P 编程器分为以下编程器分为以下3类：类： (1)简易编程器简易编程器 *直接插入直接插入PLC的专用接口，的专用接口，PLC提供电源，按键输入，数码管显示；提供

28、电源，按键输入，数码管显示； *体积小，携带方便，价格便宜，使用小型的体积小，携带方便，价格便宜，使用小型的PLC。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 三菱公司三菱公司触摸屏触摸屏 (2)图形编程器图形编程器 *键盘有功能键、字符键、数字健、和显示屏控制键；键盘有功能键、字符键、数字健、和显示屏控制键； *显示器多用液晶显示编程内容、继电器占用情况、程序容量、调试显示器多用液晶显示编程内容、继电器占用情况、程序容量、调试 和执行时各种信号的状态和错误提示；和执行时各种信号的状态和错误提示； *直接编辑梯形图，直观；直接编辑梯形图，直观； *监视功能强，和打印机相连；监视功能

29、强，和打印机相连； *价格贵、使用与大、中型价格贵、使用与大、中型PLC的编程。的编程。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 (3)工业控制计算机作为编程器工业控制计算机作为编程器 以上两种是专用的编程器，不同的厂家是不同的。以上两种是专用的编程器，不同的厂家是不同的。 工业控制计算机作为编程器可以对不同的型号、不同厂家，工业控制计算机作为编程器可以对不同的型号、不同厂家， 只要换编程软件。只要换编程软件。 2.1.4结束 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 2.2 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理 2.2.1 PLC的扫描的扫描 2.2.2

30、 PLC的工作过程的工作过程 2.2.3 PLC的输入的输入/输出滞后现象输出滞后现象 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 2.2 2.2 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理 2.2.1 PLC2.2.1 PLC的扫描的扫描 当当PLCPLC运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但CPUCPU是不是不 能同时去执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执能同时去执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执 行一个操作。由于行一个操作。由于CPUCPU的运算处理速度很高，使得外部出现的结的运算处理速度很高，使得外

31、部出现的结 果从宏观来看似乎是同时完成的。这种分时操作的过程为果从宏观来看似乎是同时完成的。这种分时操作的过程为CPUCPU对对 程序的扫描。程序的扫描。 扫描从扫描从00000000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断 或跳转控制的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条扫描或跳转控制的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条扫描 用户程序，即顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。每扫描用户程序，即顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。每扫描 完一次程序就构成一个扫描周期，然后再从头开始扫描，并周完一次程序就构成一个扫描周期，然后再从头开始扫描

32、，并周 而复始地重复。而复始地重复。 扫描周期与扫描周期与CPUCPU运行速度、运行速度、PLCPLC硬件配置及用户程序长短有关。硬件配置及用户程序长短有关。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 * 继电器控制是按并行方式工作的，只要有电流通路，可能有几个电器继电器控制是按并行方式工作的，只要有电流通路，可能有几个电器 动作；动作； * PLC控制是按串行方式工作的，循环、顺序逐条执行用户程序，直到控制是按串行方式工作的，循环、顺序逐条执行用户程序，直到 程序结束。但由于程序结束。但由于PLC的扫描速度快，通常的扫描速度快，通常PLC与电器控制装置在与电器控制装置在 I/O的

33、处理结果上并没有什么差别。的处理结果上并没有什么差别。 星星三角降压起动控制线路三角降压起动控制线路 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 PLCPLC是是“串行串行”工作的工作的, ,循环扫描的工作方式是循环扫描的工作方式是PLCPLC 的一大特点，这和传统的继电器控制系统的一大特点，这和传统的继电器控制系统“并行并行” 工作有质的区别，工作有质的区别，PLCPLC的串行工作方式避免了继的串行工作方式避免了继 电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。 2.2.1结束 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 2.2.2 PL

34、C的工作过程的工作过程 PLC的工作过程就是程序执行过程，的工作过程就是程序执行过程，PLC投入运行后，便执投入运行后，便执 行程序执行过程，它分为三个阶段，即输入采样阶段、程行程序执行过程，它分为三个阶段，即输入采样阶段、程 序执行阶段、输出刷新阶段。序执行阶段、输出刷新阶段。 图2.16 PLC的扫描工作过程 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 （1）输入采样阶段）输入采样阶段 在这个阶段，在这个阶段，PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信 号状态读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号号状态读入到输入映像寄存器中寄存起来，称

35、为对输入信号 的采样，或称输入刷的采样，或称输入刷 新。新。 （2）程序执行阶段）程序执行阶段 在此阶段，在此阶段，PLC对程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图对程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图 表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行扫描。表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行扫描。 （3）输出刷）输出刷 新阶段新阶段 当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元素映像寄当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元素映像寄 存器中所有输出继电器状态转存到输出锁存电路，再去驱动存器中所有输出继电器状态转存到输出锁存电路，再去驱动 用户输出设备（负载），这就是用户输出设备（负载），这就

36、是PLC的实际输出。的实际输出。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 PLC重复地执行上述三个阶段，每重复一次就是一个工作周重复地执行上述三个阶段，每重复一次就是一个工作周 期（或扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短（即组成期（或扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短（即组成 程序的语句多少、程序的语句多少、CPUCPU运行速度、运行速度、PLCPLC硬件配置硬件配置）有关，但）有关，但 CPU控制器控制读取指令、解释指令及执行指令的工作节奏控制器控制读取指令、解释指令及执行指令的工作节奏 由震荡信号控制。由震荡信号控制。 例如例如FX2N系列系列PLC:基本指令基本指令0

37、.08微秒微秒/指令指令; 应用指令应用指令1.52微秒微秒/指令数百微秒指令数百微秒/指令指令 PLC在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出刷新一次，在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出刷新一次， 就保证了就保证了PLC在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存 电路的内容或数据保持不变。电路的内容或数据保持不变。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 *PLC对对I/O的处理规则的处理规则 I/O处理规则执行过程如下图所示。

38、处理规则执行过程如下图所示。 1输入映像寄存器的数据，取决于输入端子在上个工作周期的输入采输入映像寄存器的数据，取决于输入端子在上个工作周期的输入采 样阶段所刷新的状态。样阶段所刷新的状态。 2输出映像寄存器的状态，由程序中输出指令的执行结果决定。输出映像寄存器的状态，由程序中输出指令的执行结果决定。 3输出锁存电路中的数据，由上个工作周期的输出刷新阶段存入到输输出锁存电路中的数据，由上个工作周期的输出刷新阶段存入到输 出锁存电路中的数据来确定。出锁存电路中的数据来确定。 4输出端子上的输出状态，由输出锁存电路中数据来确定。输出端子上的输出状态，由输出锁存电路中数据来确定。 5程序执行中所需的

39、输入，输出状态数据由输入映像寄存器和输出映程序执行中所需的输入，输出状态数据由输入映像寄存器和输出映 像寄存器读出。像寄存器读出。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 *信息刷新方式信息刷新方式 信息刷新方式有很多种，一般来说：信息刷新方式有很多种，一般来说： 输入刷新是在输入采样阶段进行；输入刷新是在输入采样阶段进行； 输出刷新是在输出采样阶段进行。输出刷新是在输出采样阶段进行。 2.2.2结束 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 2.2.3 PLC的输入的输入/输出滞后现象输出滞后现象 PLC有很多优越之处，但也有不足之处，其中最显著的使有很多优越之处，

40、但也有不足之处，其中最显著的使I/O 有响应滞后现象。对于一般工业设备来说，这些滞后现象有响应滞后现象。对于一般工业设备来说，这些滞后现象 是完全允许的。但应尽量减少滞后时间。是完全允许的。但应尽量减少滞后时间。 当当PLC的输入端有一个输入信号发生变化到的输入端有一个输入信号发生变化到PLC输出端对输输出端对输 入变化作出反应，需要一段时间。这个时间是响应时间或入变化作出反应，需要一段时间。这个时间是响应时间或 滞后时间。滞后时间。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 图图2.17 程序执行过程中各元素的时序图程序执行过程中各元素的时序图(a)梯形图；梯形图；(b)时序图时

41、序图 一般输入一般输入/输出响应滞后时间是输出响应滞后时间是23个周期。但个周期。但 CPU的运算处理速度很高，使得外部的运算处理速度很高，使得外部 出现的结果从宏观来看似乎是同时完成的。出现的结果从宏观来看似乎是同时完成的。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 产生产生I/O响应滞后的原因一般是：响应滞后的原因一般是： 1）执行程序按工作周期进行，每一工作周期又分输入采样、程）执行程序按工作周期进行，每一工作周期又分输入采样、程 序执行、输出刷新三个阶段进行。序执行、输出刷新三个阶段进行。 2）产生输入）产生输入/输出响应滞后的其他原因还有输入滤波器电路的滞输出响应滞后的其

42、他原因还有输入滤波器电路的滞 后作用、输出继电器的机械滞后作用。后作用、输出继电器的机械滞后作用。 在需要快速响应的场合，可以采取什么措施来减小响应的滞后？在需要快速响应的场合，可以采取什么措施来减小响应的滞后？ 1）采用快速响应模块、高速计数模块以及中断处理等措施来尽）采用快速响应模块、高速计数模块以及中断处理等措施来尽 量减少滞后时间。量减少滞后时间。 2.2.3结束 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 2.3 可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的编程语言 2.3.1 梯形图梯形图 2.3.2 语句表语句表 2.3.3 其他编程语言其他编程语言 PLC 可编程控制器原

43、理及应用可编程控制器原理及应用 2.3 可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的编程语言 PLC使用对象是广大电气技术人员及操作维护人员。使用对象是广大电气技术人员及操作维护人员。 为了满足他们的传统习惯和掌握能力，通常为了满足他们的传统习惯和掌握能力，通常PLC不采用微不采用微 机的编程语言，常常采用面向控制过程，面向问题的机的编程语言，常常采用面向控制过程，面向问题的“自自 然语言然语言”编程，有梯形图编程，有梯形图LAD，语句表，语句表STL（助记符），（助记符）， 控制系统流程图，逻辑方程式或布尔代数式等。控制系统流程图，逻辑方程式或布尔代数式等。 下面介绍下面介绍5个概念：个概念：

44、PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 1、指令系统：一个、指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该所具有的指令的全体称为该PLC的的 指令系统。指令系统。 它包含指令的多少及各指令的功能。一般讲，功能强、它包含指令的多少及各指令的功能。一般讲，功能强、 性能好的性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。 我们在编程之前必须弄清我们在编程之前必须弄清PLC的指令系统。的指令系统。 2、程序：、程序：PLC指令的有序集合，指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应运行它，可进行相应 的工作。的工作。 这里的程序是指这里的程序是指

45、PLC的用户程序。用户程序一般由用户的用户程序。用户程序一般由用户 设计，设计，PLC的厂家或代销商不提供。的厂家或代销商不提供。 用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂 的程序，更难读，所以多数程序用梯形图表达。的程序，更难读，所以多数程序用梯形图表达。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 3、梯形图：通过连线把、梯形图：通过连线把PLC指令的梯形图符号连接起来的图是指令的梯形图符号连接起来的图是 梯形图，用以表达所使用的梯形图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序。指令及其前后顺序。 4、梯形图与助记符的对应关系

46、：有严格的对应关系，有了梯形、梯形图与助记符的对应关系：有严格的对应关系，有了梯形 图就可将其翻译成助记符程序，反之也可。图就可将其翻译成助记符程序，反之也可。 梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般顺序为：梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般顺序为： 先输入，后输出；先输入，后输出； 先上，后下；先上，后下； 先左，后右。先左，后右。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 5、梯形图与电气原理图的关系：、梯形图与电气原理图的关系： 如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一 定的对应关系。如梯形图的输出（定的

47、对应关系。如梯形图的输出（OUT）指令，对应于继电）指令，对应于继电 器的线圈，而输入指令（如器的线圈，而输入指令（如LD，AND，OR）对应于接点，）对应于接点， 等等。这样，继电控制逻辑，经转换即可变成梯形图，从而等等。这样，继电控制逻辑，经转换即可变成梯形图，从而 也可变成语句表程序。也可变成语句表程序。 有了这个对应关系，用有了这个对应关系，用PLC程序代表继电逻辑是很容易的。程序代表继电逻辑是很容易的。 这也是这也是PLC技术对传统继电控制技术的继承。技术对传统继电控制技术的继承。 下面介绍梯形图、语句表，通过介绍这两个内容进一步理解上下面介绍梯形图、语句表，通过介绍这两个内容进一步

48、理解上 面五点。面五点。 返回 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 2.3.1 梯形图梯形图 梯形图在形式上类似于继电器控制电路，如图梯形图在形式上类似于继电器控制电路，如图2.18所示。所示。 它是用图形符号等连接而成，它是用图形符号等连接而成， 这些符号依次为常开接点，这些符号依次为常开接点， 常闭接点，并联接点，串联常闭接点，并联接点，串联 接点，继电器线圈等。每一接点，继电器线圈等。每一 接点和线圈均对应一个编号。接点和线圈均对应一个编号。 不同机型的不同机型的 L L，其编号，其编号 方法不一。方法不一。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 KMS

49、B1 SB2 KM 梯形图中用梯形图中用 表示表示 PLC 编程编程元件的动合触点元件的动合触点 动断触点动断触点 线圈线圈( ) 连连 动动 线线 路路 PLC 输入输入继电器继电器 动断触点动断触点 动合触点动合触点 动合触点动合触点 梯梯 形形 图图 ( (END) ) X2 X1 Y1 Y1 ( ) PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 梯形图的特点：梯形图的特点： 1）梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列。每个继电）梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列。每个继电 器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑行起于左器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑行起于左 母线，然

50、后是接点的各种连接，最后终于继电器线圈。母线，然后是接点的各种连接，最后终于继电器线圈。 整个图形呈阶梯形。整个图形呈阶梯形。 2）梯形图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继电）梯形图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继电 器，实质上是存储器中的每位触发器，因此称为器，实质上是存储器中的每位触发器，因此称为“软继软继 电器电器”。 相应位的触发器为相应位的触发器为“1”态，表示继电器线圈通电，常开态，表示继电器线圈通电，常开 接点闭合，常闭接点打开。接点闭合，常闭接点打开。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 3 3）梯形图中，一般情况下某个编号的继电器线圈只能出现）梯形

51、图中，一般情况下某个编号的继电器线圈只能出现 一次，而继电器接点则可无限引用，既可是常开接点，一次，而继电器接点则可无限引用，既可是常开接点， 又可是常闭接点。又可是常闭接点。 4 4）梯形图是）梯形图是PLCPLC形象化的编程手段，其两端的母线是没有形象化的编程手段，其两端的母线是没有 任何电流可接的。梯形图中并没有真实的物理电流流动，任何电流可接的。梯形图中并没有真实的物理电流流动， 仅是仅是“概念概念”电流，是用户程序运算中满足输出执行条电流，是用户程序运算中满足输出执行条 件的形象表示方法。件的形象表示方法。 “ “概念电流概念电流”只能从左到右流动，层次改变只能先上后下。只能从左到右

52、流动，层次改变只能先上后下。 PLC 可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用 5 5）输入继电器供）输入继电器供PLCPLC接受外部输入信号，而不能由内部其接受外部输入信号，而不能由内部其 它继电器的接点驱动。因此，梯形图中只出现输入继电它继电器的接点驱动。因此，梯形图中只出现输入继电 器的接点，而不出现其线圈，其接点表示相应的输入信器的接点，而不出现其线圈，其接点表示相应的输入信 号。号。 6 6）输出继电器供）输出继电器供PLCPLC作输出控制用。它通过开关量输出模作输出控制用。它通过开关量输出模 块对应的输出开关（晶体管，双向可控硅或继电器触点）块对应的输出开关（晶体管，双向可控硅或继电器触点） 去驱动外部负载。去驱动外部负载