第7章 可编程序控制器概论

1、第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器第二篇可编程控制器第二篇可编程控制器(简称简称PLC)第第7章章PLC概念及工作原理概念及工作原理 7.17.1PLCPLC的产生和发展的产生和发展7.27.2PLCPLC的定义和特点的定义和特点 7.37.3PLCPLC的分类及应用的分类及应用7.47.4PLCPLC的组成及各组成部分的作用的组成及各组成部分的作用7.57.5PLCPLC的工作原理的工作原理7.67.6PLCPLC的编程语言的编程语言7.77.7PLC PLC 与微机、继电器控制等的区别与微机、继电器控制等的区别第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器本章内容包括：本章内容包括：l lPL

2、C的发展、分类及应用的发展、分类及应用l l结构及工作原理结构及工作原理l l主要技术性能指标主要技术性能指标l l常用编程语言常用编程语言返回本章首页返回本章首页第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器7.1PLC的产生和发展的产生和发展返回本章首页返回本章首页7.1.1产生产生 可编程序逻辑控制器可编程序逻辑控制器PLC产生于产生于1969年，最初只年，最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制。电接触器控制。 现在所说的可编程序控制器现在所说的可编程序控制器PLC（Programmable Controller）是）是

3、1980年以来，美、日、德等家由先前年以来，美、日、德等家由先前的可编程序逻辑控制器的可编程序逻辑控制器PLC进一步发展而来。进一步发展而来。 1985年，国际电工委员会年，国际电工委员会IEC对可编程序控制器作了如对可编程序控制器作了如下规定：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系下规定：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。统，专为工业环境下应用而设计。 第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器7.1.2发展发展 发展趋势发展趋势 （1）与计算机联系密切）与计算机联系密切 （2）发展多样化）发展多样化 （3）模块化）模块化 （4）网络与通信能力增强）网络与通

4、信能力增强 （5）标准化）标准化 （6）工业软件发展迅速）工业软件发展迅速 返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器7.2定义和特点定义和特点 国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）19871987年颁布的可编程逻年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下：辑控制器的定义如下： “可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算行命令，进

5、行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计整体、易于扩展其功能的原则设计”。返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器7.2.2 特点特点1 1、可靠性高，抗干扰能力强。无故障工作时间（平均）、可靠性高，抗干扰能力强。无故障工作时间（平均）数十万小时并可构成多机冗余系统。数十万小时并可构

6、成多机冗余系统。2、适应性强，应用灵活。、适应性强，应用灵活。小型小型PLCPLC为整体结构，并可外为整体结构，并可外接扩展机箱。中大型接扩展机箱。中大型PLCPLC采用分体模块式结构，设有各采用分体模块式结构，设有各种专用功能模块供选用和组合。种专用功能模块供选用和组合。3 3、编程方便，易于使用。（、编程方便，易于使用。（LADLAD）梯形图、语句表）梯形图、语句表（STLSTL)、功能图（、功能图（FBDFBD）等语言通俗易懂，使用方便。）等语言通俗易懂，使用方便。4 4、控制系统设计、安装、调试方便。、控制系统设计、安装、调试方便。5 5、维修方便、维修工作量小。完善的自诊断、履历情、

7、维修方便、维修工作量小。完善的自诊断、履历情报存储及监视功能。报存储及监视功能。6、功能完善。除基本逻辑控制外，还具有算术、逻辑、功能完善。除基本逻辑控制外，还具有算术、逻辑运算、定时、计数、运算、定时、计数、PIDPID运算、过程控制、通讯等功能。运算、过程控制、通讯等功能。第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器7.3 分类分类 及应用及应用1. 从规模上从规模上按按PLC的输入输出点数可分为小型、中型和大的输入输出点数可分为小型、中型和大型。型。 2. 从结构上从结构上可编程序控制器从结构上可分为箱体式和模块可编程序控制器从结构上可分为箱体式和模块式。式。返回本节返回本节第第2 2篇可编程

8、控制器篇可编程控制器第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器7.3.2应用应用 1. 工业工业1）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；2）模拟量控制，部分）模拟量控制，部分PLC或功能模块具有或功能模块具有PID控制功控制功能，可实现过程控制；能，可实现过程控制；3）监控，用）监控，用PLC可构成数据采集和处理的监控系统；可构成数据采集和处理的监控系统；4）建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资）建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。2. 其他行业其他行业可编程序

9、控制器在其他行业的应用也日益广泛：在国可编程序控制器在其他行业的应用也日益广泛：在国防和民用，如建筑，环保，家用电器等。防和民用，如建筑，环保，家用电器等。返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器7.4PLC组成及各组成部分的作用组成及各组成部分的作用返回本章首页返回本章首页 PLC PLC的基本组成的基本组成第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器7.4.1PLC的基本组成的基本组成第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器1. 中央处理单元中央处理单元 中央处理单元（中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。和寄存器组

10、成，这些电路都集成在一个芯片上。 CPU的主要功能：的主要功能：1）从存储器中读取指令从存储器中读取指令 2）执行指令）执行指令 3）顺序取指令）顺序取指令 4）处理中断）处理中断 7.4.2PLC各组成部分的作用各组成部分的作用第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。2. 存储器存储器第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器采用光电隔离，实现了采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电的内部电路与外部电路的电气隔离

11、，减小了电磁干扰。气隔离，减小了电磁干扰。输出接口作用：输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器-低速大功率低速大功率可控硅可控硅-高速大功率高速大功率晶体管晶体管-高速小功率高速小功率输入接口作用：输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。转换成数字信号送入主机。

12、3. 输入、输出接口输入、输出接口：第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器（1）输入接口电路：）输入接口电路：采用采用光电耦合器，防止强电干扰。光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管光电三极管发光二极管发光二极管直流电源直流电源输入端子输入端子+PLCXn+24V发光二极管发光二极管第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器继电器输出继电器输出（2）输出接口电路：）输出接口电路：以以继电器形式为例：继电器形式为例：PLC内内部部电电路路内内部部电电路路J+交流电源或交流电源或直流电源直流电源YCOM-第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器4.电源单元电源单元 把外部供应的电源变换成系统内部各单

13、元把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。所需的电源。 有的电源单元还向外提供有的电源单元还向外提供24v24v隔离直流电隔离直流电源，可供与开关量输入单元连接的现场无源开源，可供与开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。关等使用。 可编程序控制器的电源一般采用开关式电可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。轻、效率高、抗干扰性能好。第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器5.各种接口、高功能模块：各种接口、高功能模块： PSCPUSM: DISM: DOSM: AISM: AOCPFM

14、SMIM第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器6.通信接口通信接口第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器编程设备可以是专用的手编程设备可以是专用的手持式的编程器；也可以是安装持式的编程器；也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人了专门的编程通讯软件的个人计算机。计算机。用户可以通过键盘输入和用户可以通过键盘输入和调试程序；另外在运行时，还调试程序；另外在运行时，还可以对整个控制过程进行监控。可以对整个控制过程进行监控。PCFPPROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K

15、/HSCCTC EVTMT SVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR手持式的编程器手持式的编程器7. 编程设备编程设备第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器7.5工作原理工作原理 7.51. 工作方式工作方式 PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理。输入扫描、用户程序执行、输出处理。图图7.5中当中当PLC方式开关置于方式开关置于RUN（运行）时，（运行）时，执行所有阶段；当方式开关

16、置于执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，（停止）时，不执行后不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联联机或离线编程。机或离线编程。第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器图图7.5 工作原理图工作原理图内部处理内部处理通信处理通信处理输入扫描输入扫描执行用户程序执行用户程序输出处理输出处理RUNRUN方式方式 ？否否是是开开 始始第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器按钮接触器按钮输入电路输入映象寄存器输出映象寄存器输出电路（ ）程序执行图图7.4程序执行原理图程序执行原理图第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器可编程序控制器的输入处理、执行

17、用可编程序控制器的输入处理、执行用户程序和输出处理过程的原理如图户程序和输出处理过程的原理如图7.4所示。所示。 PLC执行的五个阶段，称为一个扫描执行的五个阶段，称为一个扫描周期，周期，PLC完成一个周期后，又重新执行上完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。述过程，扫描周而复始地进行。第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器7.5.2 工作过程工作过程第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器7.6编程语言编程语言 1. 梯形图梯形图 2. 指令指令表表 3. 顺序功能流程顺序功能流程图图 (即功能图即功能图)返回本章首页返回本章首页第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器STEP7 编程语言编程语言AI0.0AI0.1= Q8.0STLI0.0I0