机电基础实践通识课程扩展实践PLC基本知识

1、可编程控制器可编程控制器基础知识基础知识机电基础实践机电基础实践通识课程通识课程王王 亮编程序控制器概述可编程序控制器概述v可编程序控制器的产生可编程序控制器的产生 v可编程序控制器的定义可编程序控制器的定义 v可编程序控制器的主要功能可编程序控制器的主要功能 v可编程序控制器的特点可编程序控制器的特点 vPLC与其它工业控制装置的比较与其它工业控制装置的比较 vPLC的发展趋势的发展趋势 首页基础知识可编程序控制器的产生可编程序控制器的产生首页基础知识产生 可编程序控制器的产生一方面是由于传统的机械控制越来越难以满足现代工业生产的要求，严重制约着生产力的发展；另一方

2、面随着电子技术的迅速发展，使计算机控制应用成为可能。二者结合，导致了可编程序控制器的产生。产生背景：产生背景：首页基础知识产生 在上世纪60年代初期，顺序控制器还主要是由继电器组成，由此构成的控制系统都是按预先规定的时间或条件顺序地工作，若要改变控制顺序就必须改变控制器的硬件接线，这不仅阻碍了产品更新换代的周期，而且对于比较复杂的控制来说，不但设计制造困难，其可靠性不高，查找和排除故障也往往是费时和困难的。 产生契机：产生契机： 1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM）为了适应汽车型号的不断翻新，想寻求一种新方法，以便尽可能地减少重新设计和重新接线的工作，从而降低成本、缩短周期。为

3、了用新的控制装置取代继电器控制装置，通用汽车公司在公开招标中提出了十项招标指标。 1969年，美国数字设备公司（DEC）研制成功第一台PLC，应用于美国通用汽车自动装配线上，取得了极大的成功。 首页基础知识产生十大招标指标：v编程方便，现场可修改程序v维修方便，采用模块化结构v可靠性高于继电器控制装置v体积小于继电器控制装置v数据可直接送入管理计算机v成本可与继电器控制装置竞争v可直接用115V交流输入v输出为115V , 2A以上，能直接驱动电磁阀、接触 器等v通用性强，要能扩展v用户程序存储器容量可扩展到4KB首页基础知识产生 可编程控制器因早期主要应用于开关量的逻辑控制，故其最初被称为可

4、编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）, 简称PLC。现代的可编程控制器已发展到以微处理器为基础高度集成化的工业控制装置，它是计算机技术与工业控制技术相结合的控制设备 。可编程序控制器的定义可编程序控制器的定义首页基础知识定义NEMA的定义的定义 为了使这一新型工业控制装置的生产和发展标准化，美国电气制造商协会（National Electrical Manufacturers Association,简称NEMA）于1980年将它正是命名为可编程控制器（Programmable Controller ,简称PC）。 其定义如下：“PC是一种数字式的电子

5、装置，它使用了是一种数字式的电子装置，它使用了可编程序的存储器以存储指令，能完成逻辑、顺序、记时、可编程序的存储器以存储指令，能完成逻辑、顺序、记时、记数和算术运算等功能，并通过数字或类似的输入记数和算术运算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模输出模块，以控制各种机械或生产过程。块，以控制各种机械或生产过程。” 首页基础知识定义IEC的定义的定义 国际电工委员会(IEC)于1985年在其颁布的可编程控制器标准草案第二稿中，给PC作了如下定义：“可编程可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，

6、用于其环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用于其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入/输出输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器极其控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器极其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体，有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。易于扩充其功能的原则设计。” 首页基础知识定义PLC主要生产厂主要生产厂家家 我国有不少的厂家研制和生产过PLC，但是还没有出现有影响

7、力和较大市场占有率的产品，目前我国使用的PLC几乎都是国外品牌的产品。 在全世界上百个PLC制造厂中，有几家举足轻重的公司。它们是美国Rockwell自动化公司所属的A-B（Allen & Bradly）公司、GE-Fanuc公司，德国的西门子（Siemens）公司和法国的施耐德（Schneider）自动化公司，日本的三菱公司和欧姆龙（OMRON）公司。这几家公司控制着全世界80以上的PLC市场，它们的系列产品有其技术广度和深度，从微型PLC到有上万个I/O（输入/输出）点的大型PLC应有尽有。 首页基础知识定义A-B（Allen & Bradly）公司）公司GE-Fanuc公

8、司公司西门子（西门子（Siemens）公）公司司施耐德（施耐德（Schneider）自动化公）自动化公司司日本的三菱公司日本的三菱公司欧姆龙（欧姆龙（OMRON）公）公司司松下公司松下公司可编程序控制器的主要功能可编程序控制器的主要功能 随着PLC的不断发展，它与3C技术(Computer, Control, Communication)逐渐融为一体。目前已从小规模的单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域，能组成工厂自动化的PLC综合控制系统。PLC的主要功能如下:1 .开关量的逻辑控制 2.定时控制3.计数控制4.过程控制5.位置控制6.步序控制7.数据处理8.通讯和

9、联网9.监控功能首页基础知识功能可编程序控制器的特点可编程序控制器的特点v可靠性高、抗干扰能力强 v编程简单易学 v设计、安装容易，调试周期短，维护简单 v模块品种丰富、通用性好、功能强大 v体积小、能耗低 首页基础知识特点可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强 高可靠性是PLC最突出的特点之一，PLC的平均无故障时间可达几十万小时。由于工业生产过程常昼夜连续，工业现场环境恶劣，各种电磁干扰特别严重。针对这些情况，PLC采用了一系列措施，其主要方法是对所有输入/输出（I/O）接口电路均采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源对PLC影响。各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10-

10、20ms，对一些高速输入端则采用数字滤波，其滤波时间常数可用指令设定；模块均采用屏蔽措施，防止辐射干扰；具有自诊断功能，一旦电源或软件、硬件发生异常情况，CPU 立即采取措施防止故障扩大；大型PLC还采用双CPU构成冗余结构或由三CPU构成表决系统；目前的PLC可以承受幅值为1000V，上升时间为1ns，脉冲宽度为1s的干扰脉冲。 首页基础知识特点编程简单易学编程简单易学 PLC编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图,对于企业中一般的电气技术人员和技术工人,这种面向生产、面向用户的编程方式，与常用的微机语言相比更容易被接受，故梯型图被称为面向“蓝领的编程语言” ， PLC也被称为 “蓝领计算

11、机”。尽管现代的PLC也可用高级语言编制复杂的程序，但梯形图仍广泛地被使用。 首页基础知识特点设计、安装容易设计、安装容易 PLC已实现了产品的系列化、标准化、通用化，设计者可在规格繁多、品种齐全的PLC产品中选用高性价比的产品。 PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、记数器等器件，从而使控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。首页基础知识特点调试周期短，维护简单调试周期短，维护简单 用户程序的大部分可以在实验室模拟进行，调试好后再将PLC控制系统放到生产现场联机调试，这样既快速又安全方便，从而就大大缩短了设计和调试周期。在用户维修方面，由于PLC本身的故障率极低，

12、维护的工作量很小，而各种模块上均有运行状态和故障状态指示灯，便于用户了解运行情况和查找故障。又由于许多PLC采用模块式结构，因此一旦某模块发生故障，用户可通过更换模块的办法，使系统迅速恢复运行。首页基础知识特点模块品种丰富、通用性好、模块品种丰富、通用性好、功能强大功能强大 除了单元式小型PLC外，多数PLC均采用模块式结构，并形成大、中、小系列产品。常见的模块有各类电源模块、CPU模块、直流I/O模块、温度模块、数字量混合模块、模拟量混合模块、网络模块、接口模块、定位模块、PID模块、空模块、高速记数模块、鼓序列发生器模块等。 现代的PLC具有工业控制所要求的各种控制功能，它既可控制单台设备

13、，又可控制一条生产线或全部生产工艺过程。PLC具有通讯联网功能，可与相同或不同厂家和类型的PLC联网，并可与上位机通信构成分布式控制系统。 首页基础知识特点体积小、能耗低体积小、能耗低 以奥地利贝加莱公司2005系列的PLC机为例，若选用电源模块PS794，开关量模块DI477（32路输入，功耗1.5W），DO479（16路输出，功耗1W），模拟量模块AI350（8路输入，功耗5W），AO350（8路输出，功耗5W），整个外形尺寸为165mm 360mm 123mm 。由于体积小，重量轻，很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 首页基础知识特点PLC与其它工业控制装置的比较与

14、其它工业控制装置的比较 PLC与继电器控制系统的比较 PLC与微型计算机的比较 PLC与单片机的比较 PLC与集散系统(DCS)的比较首页基础知识比较PLC与继电器控制系统的比较与继电器控制系统的比较首页基础知识比较与继电器 以下几个方面说明了PLC取代传统的继电器控制系统以成必然趋势：控制方式 延时控制 设计与施工 价格 控制速度其它控制功能可靠性和可维护性 PLC与继电器控制系统的比较与继电器控制系统的比较（一）（一）控制方式控制方式 继电器的控制是采用硬件接线实现的，它是利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，它只能完成既定的逻辑控制。其连线多而复杂，且体

15、积大，功耗大，一旦系统设计制造完成后，再想改变或增加功能将十分困难。此外继电器触点数目有限，其灵活性和扩展性也很差。而PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，故称“软接线”。其连线少，体积小，且PLC中每只软继电器的触点理论上可使用无限次，因而灵活性和扩展性极佳。又由于PLC是由大规模集成电路组成，所以功耗很小。 首页基础知识比较与继电器PLC与继电器控制系统的比较与继电器控制系统的比较（二）（二）控制速度控制速度 继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，其工作频率低，触点的开合动作一般在几十毫秒，此外机械触点还会出现抖动现象。而PLC是由

16、程序指令控制半导体电路来实现控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级。PLC内部还有严格的同步，不会出现抖动问题。 首页基础知识比较与继电器PLC与继电器控制系统的比较与继电器控制系统的比较（三）（三）延时控制延时控制 继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，易受环境温度和湿度的影响，调整时间困难。PLC用半导体集成电路作定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度高，用户可根据需要在程序中设定定时值，定时精度小于10 s ，定时时间不受环境影响。 首页基础知识比较与继电器PLC与继电器控制系统的比较与继电器控制系统的比较（四）（四）其它控制功能其

17、它控制功能 继电器控制系统一般只能进行开关量的逻辑控制，且没有记数功能。PLC除了能进行开关量逻辑控制外，还能对模拟量进行控制，包括逻辑、顺序条件、PID在内的等多种复杂控制。除了普通计数功能，还有高达20KHz的高速计数功能。PLC还具有可调占空比的脉冲输出功能。 首页基础知识比较与继电器PLC与继电器控制系统的比较与继电器控制系统的比较（五）（五）设计与施工设计与施工 用继电器实现一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行。周期长，且修改困难，工程越大，这一点就越突出。用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。 首页

18、基础知识比较与继电器PLC与继电器控制系统的比较与继电器控制系统的比较（六）（六）可靠性和可维护性可靠性和可维护性 继电器控制系统使用了大量的机械触点，连线也多。触点的开闭会受到电弧的损坏，还有机械磨损，寿命短，可靠性和维护性都差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，因此寿命长，可靠性高。又由于PLC的自检和检测功能，为现场调试和维护提供了方面。 首页基础知识比较与继电器PLC与继电器控制系统的比较与继电器控制系统的比较（七）（七）价格价格使用继电器控制价格便宜，而用PLC价格较高 。首页基础知识比较与继电器PLC与微型计算机的比较与微型计算机的比较PLC微型计算

19、机应用范围 主要用于工业控制 除用于控制领域外，其主要是用于科学计算、数据处理、计算机通讯等方面 使用环境 适用于工程现场环境 对环境要求较高，一般要在干扰小，具有一定温度和湿度要求的机房内使用 I/O系统 控制强电设备，无需再做A-D转换接口，且PLC内部有光-电耦合电路进行电气隔离，输出采用继电器、可控硅或大功率晶体管进行功率放大 微机系统的I/O设备与主机之间采用微电联系，一般不需电气隔离，但外部控制信号需经A/D，D/A转换后方可与微机联系 首页基础知识比较与微机PLC与微型计算机的比较与微型计算机的比较（续）（续）PLC微型计算机程序设计 面向工程技术人员的梯形图语言和语句表，少数具

20、有高级编程语言 有丰富的程序设计语言，要求使用者具有一定的计算机硬件和软件知识 系统功能 软件相对简单 一般配有较强的系统软件，并有丰富的应用软件 运算速度和存储容量 因接口的响应速度慢而影响数据处理速度，PLC的软件少，编程也短，内存容量小 运算速度快，一般为微秒级，为适应大的系统软件和丰富的应用软件，其存储容量很大首页基础知识比较与微机PLC与单片机的比较与单片机的比较单片机的优点 ： 单片机结构简单、价格便宜，一般用于数据采集、数据处理和工业控制，在数据采集和数据处理方面优于PLC 。首页基础知识比较与单片机PLC与单片机的比较与单片机的比较（续）（续） 单片机的缺点：（1）不如PLC容

21、易掌握：单片机一般用机器指令或助记符编程，要求设计者具有一定的计算机硬件和软件知识。（2）不如PLC使用简单：用单片机来实现自动控制，一般要在输入、输出接口上做大量的工作。例如要考虑现场与单片机的连接、接口的扩展、输入/输出信号的处理、接口的工作方式等。其调试也比较麻烦。（3）不如PLC可靠：用单片机进行工业控制，其突出问题在于抗干扰能力差，可靠性低。 首页基础知识比较与单片机PLC与集散系统的比较与集散系统的比较PLCDCS发展由来 由继电器逻辑控制发展而来 由回路仪表控制发展而来 优势方面 开关量控制、顺序控制 回路调节、模拟量控制 共同点 发展均与计算机控制技术有关，都能构成复杂的分级控

22、制系统 发展趋势 二者的统一将组成分布式计算机控制系统 首页基础知识比较与DCSPLC的发展趋势的发展趋势高性能、高速度、大容量大力发展微型可编程序控制器智能型I/O模块的出现基于个人计算机的编程软件编程语言的标准化首页基础知识趋势PLC的发展趋势的发展趋势PLC通信的易用化和“傻瓜化”PLC的软件化与PC化组态软件引发上位计算机编程革命PLC与现场总线相结合首页基础知识趋势高性能、高速度高性能、高速度、大容量大容量 大型可编程序控制器大多采用多CPU结构。不断地向高性能，高速度和大容量方向发展。三菱的AnA系列可编程序控制器使用了世界上第一个在一块芯片上实现可编程序控制器全部功能的32位微处

23、理器，即顺序控制专用芯片，其扫描时间为0.15s每条基本指令。 松下公司的FP10SH系列可编程序控制器采用32位5级流水线RISC结构的CPU，可以同时处理5条指令，顺序指令的执行速度高达0.04s/步，高级功能指令的执行速度也有很大的提高。在有2个通信接口、256个I/O点的情况下，FP10SH总的扫描时间为0.270.42ms。 在模拟量控制方面，除了专门用于模拟量闭环控制的PID指令和智能PID模块，某些可编程序控制器还具有模糊控制、自适应、参数自整定等功能，使调试时间减少，控制精度提高。 首页基础知识趋势大力发展微型可编程序控制器大力发展微型可编程序控制器 微型可编程序控制器的价格便

24、宜，性能价格比不断提高，很适合于单机自动化或组成分布式控制系统。 例如西门子公司的LOGO!通用逻辑模块是主要面向民用的超小型、一体化的可编程序控制器。它采用整体式结构，价格便宜，体积小巧，集成控制功能、实时时钟和操作显示单元，可用装置面板上的小型液晶显示屏和6个键来编程。也有一些没有操作显示单元的模块。LOGO！使用功能块图(FBD)编程语言，有在个人计算机上运行的Windows 95/NT编程软件。LOGO！可供家用、民用和工业控制，也可以直接安装在现场。集成有AS-i（执行器传感器总线）通信接口的模块可接人AS-i总线网络，以实现对现场设备和过程的集中控制。 首页基础知识趋势智能型智能型

25、I/O模块的出现模块的出现 智能I/O模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的CPU与可编程序控制器的主CPU并行工作，占用主CPU的时间很少，有利于提高可编程序控制器的扫描速度。它们本身就是一个小的微型计算机系统，有很强的信息处理能力和控制功能，有的模块甚至可以自成系统，单独工作。它们可以完成可编程序控制器的主CPU难以兼顾的功能，简化了某些控制领域的系统设计和编程，提高了可编程序控制器的适应性和可靠性。 智能I/O模块主要有模拟量I/O、高速计数输入、中断输入、机械运动控制、热电偶输入、热电阻输入，条形码阅读器、多路BCD码输入/输出、模糊控制器、PID回路控制、通信等模块。 首页

26、基础知识趋势基于个人计算机的编程软基于个人计算机的编程软件件 随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机的编程软件。目前有的可编程序控制器厂商或经销商向用户提供免费的或限时试用的编程软件，有的编程软件可通过修改计算机实时时钟的日期来解决限时的问题。几乎不需要什么费用，用户就可以得到高性能的可编程序控制器程序开发系统。对于不同厂家和不同型号的可编程序控制器，只需要更换编程软件就可以了。当前笔记本电脑和移动式电脑的价格已降到数千元，为在现场调试时使用编程软件提供了物质条件。 编程软件可以对可编程序控制器控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数。编程软件的调试和监控功能远远超过手持式编

27、程器。 首页基础知识趋势编程语言的标准化编程语言的标准化 与个人计算机相比，可编程序控制器的硬件，软件的体系结构都是封闭的而不足开放的。在硬件方面，各厂家的CPU模块和I/O模块互不通用，通信网络和通信协议往往也是专用的。各厂家的可编程序控制器的编程语言和指令系统的功能和表达方式也不一致，有的甚至有相当大的差异，因此各厂家的可编程序控制器互不兼容。为了解决这一问题，IEC(国际电工委员会)制定了可编程序控制器标准(IEC1131)，其中的第3部分(IEC1131-3)是可编程序控制器的编程语言标准。标准中共有五种编程语言，其中的顺序功能图(SFC)是一种结构块控制程序流程图，梯形图和功能块图是

28、两种图形语言，还有两种文字语言指令表和结构文本。除了提供儿种编程语言供用户选择外，标准还允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程者能够选择不同的浯言来适应特殊的工作。 首页基础知识趋势PLC通信的易用化和通信的易用化和“傻瓜化傻瓜化” 可编程序控制器的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中管理。通过双绞线、同轴电缆或光纤联网，信息可以传送到几十公里远的地方，通过Modem和互联网可以与世界上其他地方的计算机装置通信。 目前有的厂商的可编程序控制器使用专用的通信协议来通信，或使用有较多厂商支持的通信协议和通信标准，如使用

29、现场总线。为了尽量减少用户在通信编程方面的负担，可编程序控制器厂商做了大量的工作，使设备之间的通信自动地周期性地进行，不需要用户为通信编程，用户的工作只是在组成系统时作一些硬件或软件上的初始化设置。可编程序控制器与计算机通信时，如采用可编程序控制器厂家提供的通信协议，可编程序控制器的编程工作量很小。 首页基础知识趋势PLC的软件化与的软件化与PC化化 个人计算机(PC)的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。过去个人计算机主要用作可编程序控制器的编程器、操作站或人机接门终端，如果用于工业控制现场，必须使用加固型的工业控制计算机。 目前已有多家厂商推出了在PC上运行的可实现

30、可编程序控制器功能的软件包。如北京同拓公司等推出的eMbiz低成本开放式控制与自动化方案套装软件，包含通用及嵌入式人机界面、符合IEC1131-3标准的软逻辑控制及Internet功能。 GE-Fanuc公司推出了一种外形上类似于笔记本电脑的个人计算机，它用液晶显示器(LCD)作为人机界面，以Windows CE为操作系统，可实现可编程序控制器的CPU模块的功能，可与以太网和I/O模块通信，可用于工业现场，这可能是今后高档可编程序控制器的发展方向。 首页基础知识趋势组态软件引发上位计算机编程革命组态软件引发上位计算机编程革命 相当多的大中型控制系统都采用上位计算机加可编程序控制器的方案，通过串

31、行通信接口或网络通信模块交换数据信息，以实现分散控制和集中管理。上位计算机主要完成数据通 信、网络管理，人机界面(HMI)和数据处理的功能。数据的采集和设备的控制一般由可编程序控制器等现场设备完成。 与种类繁多的现场设备的通信仍然比较麻烦，实现人机界面与现场设备互动，用于工业控制的组态软件应运而生。国际上比较著名的组态软件有 Intouch、Fix等，国内也涌现出了组态王、力控等一批组态软件。有的可编程序控制器厂商也推出了自己的组态软件。如西门子公司的WINCC和GE-Fanuc公司的CIMPLICITY等。 组态软件的出现降低了系统集成的难度，节约了大量的设计时间，提高了系统的可靠性。 首页

32、基础知识趋势PLC与现场总线相结合与现场总线相结合 IEC对现场总线(Fieldbus)的定义是“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自 动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线”。它是当前工业自动化的热点之一。现场总线以开放的、独立的、全数字化的双向多变量通信代替010mA或420mA现场电动仪表信号。现场总线I/O集检测、数据处理、通信为一体，可以代替变送器、调节器、记录仪等模拟仪表。它不需要框架、机柜、可以直接安装在现场导轨槽上，现场总线I/O的接线极为简单，只需一根电缆，从主机开始，沿数据链从一个现场总线I/O连接到下一个现场总线I/O。使用现场总线后，自控系

33、统的配线、安装、调试和维护等方面的费用可以节约2/3左右，现场总线I/O与可编程序控制器可以组成廉价的DCS系统。 首页基础知识趋势PLC硬件介绍硬件介绍v可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构 v可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理 vFX系列可编程序控制器性能简系列可编程序控制器性能简介介 v特殊功能模块特殊功能模块 v编程设备与人机接口编程设备与人机接口 首页硬件介绍可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构 根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式PLC和模块式PLC。 整体式整体式PLC 整体式又叫做单元式或箱体式，CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱状机壳内，结

34、构非常紧凑。它的体积小、价格低，小型PLC一般采用整体式结构。 整体式PLC提供多种不同I/O点数的基本单元和扩展单元供用户选用，基本单元内有CPU模块、I/O模块和电源，扩展单元内只有I/O模块和电源，基本单元和扩展单元之间用扁平电缆连接。各单元的输入点与输出点的比例一般是固定的，有的PLC有全输入型和全输出型的扩展单元。选择不同的基本单元和扩展单元，可以满足用户不同的要求。 整体式PLC一般配备有许多专用的特殊功能单元，如模拟量I/O单元、位置控制单元和通信单元等，使PLC的功能得到扩展。 模块式模块式PLC 大、中型PLC（如西门子的S7-300和S7-400系列）一般采用模块式结构。模

35、块式PLC用搭积木的方式组成系统，它由机架和模块组成。模块插在模块插座上，后者焊在机架的总线连接板上，有的厂家将机架称为基板。PLC厂家备有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下所选用的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用I/O扩展电缆相连，有的PLC需要通过接口模块来连接各机架。 用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能模块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。 基本组成基本组成 CPU输出设备输入设备外部设备I/O扩展单元输入单元输出单元外设接口ROM RAMI/O扩展口电源CPU芯片芯片 CPU（微处理器）芯片和存储器（ROM、RA

36、M）组成CPU模块。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑，它不断地采集输入信号，执行用户程序，储存程序和数据，刷新系统的输出。常见的CPU芯片有： （1）通用微处理器。如Intel公司的8086、80286到Pentium系列芯片。 （2）单片微处理器（单片机）。如Intel公司的MCS-96系列单片机。 （3）位片式微处理器。如AMD 2900系列位片式微处理器。 存储器存储器 （ROM/RAM） 存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统。它使可编程序控制器具有基本的智能，能够完成可编程序控制器设计者规定的各种工作。系统程序由可编程序控制器生产厂家

37、设计并固化在ROM（只读存储器）中，用户不能读取。 用户程序由用户设计，它使可编程序控制器完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容量以字（16位二进制数）为单位。三菱的FX系列PLC将用户程序存储器的单位称为步 （Step，即字）。小型PLC的用户程序存储器容量在1K字左右，大型PLC的用户程序存储器容量可达数M（兆）字。 存储器存储器 （ROM/RAM） （1）随机存取存储器（RAM） 用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又叫读/写存储器。它是易失性的存储器。它的电源中断后，储存的信息将会丢失。 （2）只读存储器（ROM） ROM的内容只能读出，不能

38、写入。它是非易失的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容。ROM一般用来存放可编程序控制器的系统程序。 （3）可电擦除可编程的只读存储器（EEPROM或E2PROM） 它是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，但是将信息写入它所需的时间比RAM长得多。I/O模块模块 输入（Input）单元模块和输出（Output）单元模块简称为I/O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。 输入模块用来接收和采集输入信号。开关量输入模块用来接收从按钮、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等过来的开关量输入信号；模拟量

39、输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流、电压信号。 开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。输入单元模块输入单元模块 输出单元模块输出单元模块 电源模块电源模块 PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC 5V，12V，24V等直流电源。小型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器（如接近开关）提供24V直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。 外设接口外设接口 外设接口主要用来连接PLC系统的监视、打印、编程、存储

40、、联网等外围设备。比如连接CRT或LCD显示屏，用以监视PLC系统的工作情况；连接打印机，实时打印历史数据，为分析研究作备案；连接存储器，扩大PLC存储系统的容量，增加程序长度，完成复杂的控制；连接专用网线，可以和其它PLC或上位机进行数据通信；连接编程器、计算机，可以完成对程序的一系列操作等等。其中，又以连接编程、器计算机最为重要。 可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理 PLC是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器等等。这种用计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理继电器在功

41、能上有某些相似之处。由于以上原因，在介绍PLC的工作原理之前，首先简要介绍物理继电器的结构和工作原理。 传统继电器控制传统继电器控制 逻辑运算逻辑运算 使用继电器电路或PLC的梯形图可以实现开关量的逻辑运算。梯形图中某些编程元件（如输出继电器和辅助继电器）的线圈“通电”时，其常开触点闭合，常闭触点断开，称该编程元件为1状态。当它们的线圈“断电”时，其常开触点断开，常闭触点闭合，称该编程元件为0状态。 逻辑运算逻辑运算 图中的A，B为输入逻辑变量，M为输出逻辑变量，它们之间的“与”、“或”、“非”逻辑运算关系后表所示。用继电器电路或梯形图可以实现基本逻辑运算，触点的串联可实现“与”运算，触点的并

42、联可实现“或”运算，用常闭触点控制线圈可实现“非”运算。 逻辑运算逻辑运算 M=A与或非M=ABM=A+BABMABMAM0000000101001110100101 111111 工作方式及原理工作方式及原理 PLC有两种基本的工作模式：运行（RUN）模式与停止（STOP）模式。 在 运 行 （ R U N ） 模 式 ， 在 C P U 模 块 的 面 扳 上 用“RUN”LED显示当前的工作方式。PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作模式。

43、在停止（STOP）模式下，CPU不执行用户程序，可用编程软件创建和编辑用户程序，设置可编程序控制器的硬件功能，并将用户程序和硬件设置信息下载到可编程序控制器。 如果有致命错误，在消除它之前不允许从停止方式进入运行方式，可编程序控制器操作系统储存非致命错误供用户检查，但不会从运行方式自动进入停止方式。 扫描工作方式扫描工作方式 可编程序控制器通电后，需要对硬件和软件做一些初始化的工作。为了使可编程序控制器的输出及时地响应各种输入信号，初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。 除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，PLC还要完成内部处理、通信处理等

44、工作，一次循环可分为 5个阶段（见前页）。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。 扫描工作方式扫描工作方式 读输入读输入强制数据用于输入（当作输入）执行程序执行程序强制数据用于所有立即I/O存取程序执行后，最多改变16个存储器数据处理通讯请求处理通讯请求强制数据用于所有读/写通讯执行执行 CPU 自诊断自诊断写输出写输出强 制 数 据用 于 输 出（ 当 作 写输出）一个扫描周期一个扫描周期扫描工作方式扫描工作方式 在输入处理阶段，PLC把所有外部输入电路的接通/断开状态读入输入映像寄存器。外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为1状态，梯形图中对应

45、的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外部输入触点电路断开时，对应的输入映像寄存器为0状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。 某一编程元件对应的映像寄存器为1状态时，称该编程元件为ON，映像寄存器为。状态时，称该编程元件为OFF。 扫描工作方式扫描工作方式 PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。在执行指令时，从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关编程元件的0/1状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到对应的元件映像寄存器中，

46、因此，各编程元件的映像寄存器（输入映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。 在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。 在智能模块通信处理阶段，CPU模块检查智能模块是否需要服务，如果需要，读取智能模块的信息并存放在缓冲区中，供下一扫描周期使用。在通信信息处理阶段，CPU处理通信口接收到的信息，在适当的时候将信息传送给通信请求方 自诊断测试处理阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些其它内部工作，包括定期检查EEPROM、用户程序存储器、I/O模块状

47、态以及I/O扩展总线的一致性，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。 扫描工作方式扫描工作方式扫描工作方式扫描工作方式 在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的0/1状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。 若梯形图中输出继电器的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器为0状态，在输出处理阶段之后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。 扫描工作方式扫描工作方式 如果在程序中使用了中

48、断，中断事件发生时立即执行中断程序，中断程序可能在扫描周期的任意点上被执行 在程序执行过程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O点。用立即I/O指令读输入点的值时，相应的输入映像寄存器的值未被更新、用立即I/O指令来改写输出点时，相应的输出映像寄存器的值被更新。 当PLC处于停止（STOP）模式时，程序执行阶段被省略，读输入/写输出阶段则视不同的PLC而定。 例如：初始时，A=B=C=0，又已知当A=1时，B=1；B=1时，C=1。A=B=C=0A=1 B=1 C=0A=B=C=1一般流程一般流程A=1 B=1B=1 C=1一个周期PLC 流程流程A=B=C=0A=1 B=1 C=0A=1且B

49、=0 B=1 C=0A=B=C=1A=1且B=1 B=1 C=1第一周期第二周期扫描工作方式的影响扫描工作方式的影响输入输入/ /输出滞后时间输出滞后时间 输入/输出滞后时间又称系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间这三部分组成。 输入模块的RC滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作时产生的抖动引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为10ms左右。 输入输入/ /输出滞后时间输出滞后时间 输出模块的滞后

50、时间与模块的类型有关，继电器型输出电路的滞后时间一般在10ms左右；双向晶闸管型输出电路在负载通电时的滞后时间约为1ms，负载由通电到断电时的最大滞后时间为10ms；晶体管型输出电路的滞后时间一般在1ms以下。 由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达两个多扫描周期。 PLC总的响应延迟时间一般只有几十ms，对于一般的系统是无关紧要的，要求输入输出信号之间的滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的PLC或采取其他措施。 FX系列可编程序控制器性能简介系列可编程序控制器性能简介 三菱电机80年代推出的F系列小型PLC在90年代初被F1系列和F2系列取代，F1系列在我国曾经有很高的市场占有率。其后的

51、FX2系列在硬件和软件功能上都有很大的提高，后来推出的FX0，FX0S，FX0N和FX2N等系列实现了微型化和多品种化，可满足不同用户的需要。F1系列和FX2系列早已属于淘汰产品，三菱电机现在的FX系列产品样本中仅有FX1S，FX1N、FX2N和FX2NC这4个子系列，与过去的产品相比，在性能价格比上又有明显的提高。 FX系列系列PLC的特点的特点 体积极小的微型PLC 先进美观的外部结构 提供多个子系列供用户选用 灵活多变的系统配置 功能强，使用方便FX系列型号名称的含义系列型号名称的含义 FX系列PLC型号名称的含义如下：FX- - （1）（2） （3）（4）（5） （1）子系列名称，如1

52、S，1N，2N等。 （2）输入输出的总点数。 （3）单元类型：M为基本单元，E为输入输出混合扩展单元与扩展模块，EX为输入专用扩展模块，EY为输出专用扩展模块。 （4）输出形式：R为继电器输出，T为晶体管输出，S为双向晶闸管输出。 （5）电源和输入、输出类型等特性。D和DS为DC 24V电源；DSS为DC 24V电源，源晶体管输出；ES为交流电源：ESS为交流电源，源晶体管输出：UAl为AC电源，AC输入。例如FX1N-60MT-D属于FX1N系列，是有60个I/O点的基本单元，晶体管输出型，使用24V直流电源。 特殊功能模块特殊功能模块 v 模拟量输入输出模块 v 高速计数器模块FX2N-1

53、HC v 运动控制模块 v 通信模块 模拟量输入输出模块模拟量输入输出模块 模拟量输入扩展板FX1N-2AD-BD 模拟量输出扩展板FX1N-1DA-BD 模拟量设定功能扩展板FX1N-8AV-BD/FX2N-8AV-BD 模拟量输入输出模块FX2N-3A 模拟量输入模块FX2N-2AD和FX2N-4AD 模拟量输入和温度传感器输入模块FX2N-8AD PT-100型温度传感器用模拟量输入模块FX2N-4AD-PT 热电偶温度传感器用模拟量输入模块FX2N-4AD-TC 模拟量输出模块FX2N-2DA高速计数器模块高速计数器模块FX2N-1HC PLC梯形图程序中的计数器的最高工作频率受扫描周

54、期的限制，一般仅有几十Hz。在工业控制中，有时要求PLC有快速计数功能，计数脉冲可能来自旋转编码器，机械开关或电子开关。高速计数模块可以对几十KHz甚至上百Hz的脉冲计数，它们大多有一个或几个开关量输出点，计数器的当前值等于或大于预置值时，可通过中断程序及时地改变开关量输出的状态。这一过程与PLC的扫描过程无关，可以保证负载被及时驱动。 FX2N的高速计数模块FX2N-1HC有1个高速计数器，可作单相/双相50KHz的高速计数，用外部输入或通过PLC的程序，可使计数器复位或起动计数过程，它可与编码器相连。 运动控制模块运动控制模块 FX2N-1PG-E脉冲输出模块 FX2N-10PG脉冲输出模

55、块 FX2N-10GM和FX-20GM定位控制器通信模块通信模块 通信模块是通信网络的窗口。通信模块用来完成与别的PLC、其他智能控制设备或主计算机之间的通信。远程I/O系统也必须配备相应的通信接口模块。FX系列有多种多样的通信用功能扩展板、适配器和通信模块。 编程设备与人机接口编程设备与人机接口 专用编程器 编程软件 显示模块 GOT-900图形操作终端 专用编程器专用编程器 专用编程器由PLC生产厂家提供，它们只能用于某一生产厂家的某些PLC产品.现在的专用编程器一般都是手持式的LCD字符显示编程器。它们不能直接输入和编辑梯形图程序，只能输入和编辑指令表程序。 手持式编程器的体积小，一般用

56、电缆与PLC相连。其价格便宜，常用来给小型PLC编程，用于系统的现场调试和维修比较方便 。 用户可对内置的存储器进行存取，实现脱机编程，根据编程器中电容的充电时间，存储器中的内容最多可以保存3天。 编程软件编程软件 专用编程器只能对某一PLC生产厂家的PLC产品编程，使用范围有限。当代PLC的更新换代很快，专用编程器的使用寿命有限，价格也较高。现在的趋势是在个人计算机上使用PLC生产厂家提供的编程软件。轻便的笔记本电脑或移动电脑配上编程软件，也很适于在现场调试程序。 1、FX-FCS/WIN-E/-C编程软件2、SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件3、GX开发器（GPPW）4、GX模拟器（

57、LLT）5、FX-FCS-VPS/WIN-E定位编程软件6、GT设计者与FX-FCS/DU-WIN-E屏幕生成软件显示模块显示模块 随着工厂自动化的发展，微型PLC的控制越来越复杂和高级，FX系列PLC配备有种类繁多的显示模块和图形操作终端作为人机接口。 1、显示模块FX1N-5DM2、显示模块FX-10DM-EGOT-900系列图形操作终端系列图形操作终端 GOT-900系列图形操作终端的电源电压为24VDC，可用RS-232C或RS-485接口与PLC通信。有50个触摸键，可设置500个画面。 930GOT图形操作终端带有4in对角线的LCD显示器，可显示24080点或5行，每行30个字符

58、，有256KB用户快闪存储器。 940GOT图形操作终端有5.7in对角线的8色LCD显示器，可显示320240点或15行，每行40个字符，有512KB用户快闪存储器。GOT-900系列图形操作终端系列图形操作终端 F940GOT-SBD-H-E和F940GOT-LBD-H-E手持式图形操作终端有8色和黑白LED显示器，适用于现场的调试，其他性能和940GOT图形操作终端类似。 F940GOT-TWD-C图形操作终端的256色7in对角线LED显示器可水平或垂直安装，屏幕可分为23个部分，有一个RS-422接口和两个RS-232C接口。可显示480234点或14行，每行60个字符，有1MB用户

59、快闪存储器。 PLC程序设计基础程序设计基础 vPLC编程语言的国际标准编程语言的国际标准 vPLC的程序结构的程序结构 v梯形图的主要特点梯形图的主要特点 v基本数据结构基本数据结构vFX系列系列PLC的指令的指令PLC编程语言的国际标准编程语言的国际标准 IEC于1994年5月公布了可编程序控制器标准（IEC1131），该标准鼓励不同的可编程序控制器制造商提供在外观和操作上相似的指令。它由以下5部分组成：通用信息，设备与测试要求，编程语言，用户指南和通信。其中的第三部分（IEC1131-3）是可编程序控制器的编程语言标准。IEC1131-3标准使用户在使用新的可编程序控制器时，可以减少重新

60、培训的时间。对于厂家，使用标准将减少产品开发的时间，可以投入更多的精力去满足用户的特殊要求。 PLC编程语言的国际标准编程语言的国际标准顺序功能图顺序功能图梯形图梯形图功能块图功能块图指令表指令表结构文本结构文本 其中的顺序功能图（SFC）是一种结构块控制程序流程图，梯形图（LD）和功能块图（FBD）是图形编程语言，指令表（IL）和结构文本（ST）是文字语言。 顺序功能图（顺序功能图（SFC） 顺序功能图（Sequential function chart）：是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程。步、转换和动作