电气控制技术与PLC第 5 章

1、123455.1.1 5.1.1 可编程序控制器（可编程序控制器（Programmble Logic ControllerProgrammble Logic Controller）简称）简称PCPC或或PLCPLC。 PLCPLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为的，并逐渐发展成为 以微处理器以微处理器 为核心，将自动化技术、为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制工业控制装置。装置。6 2.2. 19871987年年2 2月月 可编程序控制器可编程序控制器是一种是

2、一种数字数字运算操作的运算操作的电子系统电子系统，专为专为工业环境下应用而设计。工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都应按设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计其功能

3、的原则设计”。7 1969 1969年由美国数字设备公司（年由美国数字设备公司（DECDEC）根据美国通用汽车公）根据美国通用汽车公（GMGM）的要求研制成功。）的要求研制成功。： 19681968年美国通用汽车公司（年美国通用汽车公司（ General MotorsGeneral Motors），为了适），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，可能减少重新设

4、计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。并提出缩短周期。并提出1010项招标指标。这就是著名的项招标指标。这就是著名的 GM 10GM 10条条。8 - -编程简单，可在现场修改程序；编程简单，可在现场修改程序；可靠性可靠性高于继电器控制柜；高于继电器控制柜；体积体积小于继电器控制柜；小于继电器控制柜；维护维护方便，最好是方便，最好是插件式插件式；可将数据直接送入管理计算机；可将数据直接送入管理计算机；在在成本成本上可与继电器控制柜竞争；上可与继电器控制柜竞争；输入输入可以是交流可以是交流115V115V；输出输出为交流为交流115V115V、2A2A以上，能直接驱动电磁阀等；以上，

5、能直接驱动电磁阀等；在在扩展扩展时，原系统只需很小变更；时，原系统只需很小变更；用户程序用户程序存贮器存贮器容量至少能扩展到容量至少能扩展到4K4K。GM10GM10条是条是可编程序控制器可编程序控制器出现的出现的直接原因直接原因9： 吸取吸取继电器继电器和和计算机计算机两者的优点两者的优点 继电器控制系统继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找查找和和排除故障困难排除故障困难，对生产工艺变化的，对生产工艺变化的适应性差适应性差，但，但简单简单易懂、价格便宜易懂、价格便宜； 计算机计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好功能强大、灵活（可编

6、程）、通用性好，但，但编程困编程困难难； 采用面向控制过程、面向问题的采用面向控制过程、面向问题的“自然语言自然语言”进行编程，进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图梯形图）10第一代第一代：从第一台：从第一台PLC诞生到上个世纪诞生到上个世纪70年代年代初初。第二代第二代： 70年代年代初初至至70年代年代末末。 CPU使用中小规模集成电路，采用使用中小规模集成电路，采用磁芯存储器磁芯存储器。 CPU使用微处理器，采用半导体存储器使用微处理器，采用半导体存储器EPROM。 可靠性较差，略强于继电器控制。可靠性较差，略强于继电器控制。 机种

7、单一，没形成系列。机种单一，没形成系列。 有了计算机有了计算机接口接口和和模拟量模拟量控制功能。控制功能。 可靠性提高。可靠性提高。 整机功能向整机功能向系列化系列化、标准化标准化发展，并由发展，并由专用专用向向通用通用方向过渡。方向过渡。 功能简单（只有计数功能简单（只有计数/定时功能定时功能/顺序控制功能）。顺序控制功能）。 功能功能增强（增加逻辑增强（增加逻辑/数据运算、数据处理、自诊断等功能）。数据运算、数据处理、自诊断等功能）。11第三代第三代：70年代年代末末到到80年代年代中中期。期。 CPU使用使用8或或16位位微处理器甚至微处理器甚至多多微处理器，采用半导体存微处理器，采用半

8、导体存储器储器EPROM、CMOSRAM等。等。 增加增加浮点浮点数运算，平方、三角函数等运算。数运算，平方、三角函数等运算。 增加增加查表查表、列表列表功能。功能。 自诊自诊断及容错技术提高。断及容错技术提高。 梯形图梯形图语言及语句表成熟。语言及语句表成熟。 小型小型PLC体积体积减小减小、可靠性、可靠性提高提高、成本、成本下降下降。 大型大型PLC向向模块化模块化、多功能多功能方向发展。方向发展。12 第四代第四代：80年代年代中中期到期到90年代年代中期中期。第五代第五代： 90年代年代中中期期之后之后。 增加增加高速计数高速计数、中断、中断、A/D、D/A、PID等等功能功能。 处理

9、处理速度速度进一步提高（进一步提高（1 s/步步）。）。 连网连网功能增强。功能增强。 编程编程语言语言进一步完善，开发了进一步完善，开发了编程软件编程软件。 CPU使用使用16位位或或32位位微处理器。微处理器。 PLC的的I/O点点增加，最多可达增加，最多可达32K个个I/O点。点。 处理速度进一步提高（处理速度进一步提高（1ns/步步）。）。 PLC都可以与计算机都可以与计算机通信通信。 具有强大的数值运算、函数运算、大批量数据处理的具有强大的数值运算、函数运算、大批量数据处理的功能功能。 开发了大量的开发了大量的特殊功能模块。特殊功能模块。 编程编程软件软件功能更强大。功能更强大。 不

10、断开发出功能强大可编程不断开发出功能强大可编程终端终端。13 PLCPLC集三电（电控、电仪、电传）为集三电（电控、电仪、电传）为一体一体、具有性能价格比、具有性能价格比高、高可靠性的高、高可靠性的特点特点，已成为自动化工程的，已成为自动化工程的核心设备核心设备。 PLCPLC成为具备计算机功能的一种通用成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置工业控制装置，其使用量高，其使用量高居首位。居首位。 PLCPLC成为成为现代现代工业工业自动化自动化的的三大三大技术支柱（技术支柱（PLCPLC、机器人、机器人、CAD/CAM CAD/CAM ）之一。）之一。三大技术支柱三大技术支柱之一之一14 对对

11、小型小型PLC 对对大中型大中型PLC向着更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠向着更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠性、易于连络通信的方向发展。使之更利于对大规模、性、易于连络通信的方向发展。使之更利于对大规模、复杂系统的控制。复杂系统的控制。 向着体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉的方向着体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉的方向发展。使之更利于取代继电器控制。向发展。使之更利于取代继电器控制。1、在系统构成规模上、在系统构成规模上向大向大、小小两个方向发展；两个方向发展；152. PLC功能上功能上 功能功能不断加强，不断加强，各种应用模块不断推出各种应用模块不断推出

12、应用应用范围不断扩大范围不断扩大 性能性能不断提高不断提高 编程软件编程软件的多样化和高级化、标准化的多样化和高级化、标准化 构成形式构成形式的分散化和集散化的分散化和集散化产品更加规范化、产品更加规范化、标准化标准化1617 5.2.1 PLC5.2.1 PLC的主要的主要功能功能逻辑逻辑控制功能控制功能定时定时/ /计数计数控制功能控制功能运动运动控制控制/ /过程过程控制功能控制功能 步进步进控制功能控制功能A AD D与与D DA A转换功能转换功能 数据数据处理功能处理功能 通信通信联网功能联网功能扩展扩展功能功能 1.1. 监控监控功能功能 18. 屏蔽屏蔽采用良好的材料对电源、采

13、用良好的材料对电源、CPU、编程器等主要部件、编程器等主要部件屏蔽屏蔽. 滤波滤波对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波. 电源调整与保护电源调整与保护对微处理器这个核心部件所需的对微处理器这个核心部件所需的+5V电电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整. 隔离隔离在微处理器与在微处理器与I/O电路之间，采用光电耦合器电路之间，采用光电耦合器. 采用模块式结构采用模块式结构这种结构有助于在故障情况下短时修复。这种结构有助于在故障情况下短时修复。. 设置了连锁、环境检测与诊断电路。设置了连锁、环境检测与诊断

14、电路。 . 采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构。采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构。. 以集成电路为基本元件，内部处理过程以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖不依赖于机械触点。于机械触点。2. 通用性和灵活性强；通用性和灵活性强；3. 编程语言简单易学；编程语言简单易学；4. 与外部设备的连线简单、使用方便；与外部设备的连线简单、使用方便；5. 功能强、功能的扩展能力强；功能强、功能的扩展能力强；6. 控制系统设计、调试周期短；控制系统设计、调试周期短；7. 体积小、重量轻、易于机电一体化；体积小、重量轻、易于机电一体化；8. PLC控制系统的故障少、维修方便。控制系统的故障少、维修方便。

15、抗干扰能力强，可靠性高；抗干扰能力强，可靠性高；5 . 2 . 2 PLC主要主要特点特点191.1.可靠性可靠性高、逻辑功能强、体积小。高、逻辑功能强、体积小。2.2.在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合，在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合，PLC PLC 无需增加无需增加硬件硬件设备。设备。 3.3.随着要求的变更随着要求的变更PLCPLC对程序修改方便。继电器线路要想改变对程序修改方便。继电器线路要想改变控制功能，必须变更硬接线，控制功能，必须变更硬接线，灵活性灵活性差。差。 4.4.具有网络具有网络通讯通讯功能。功能。5.5.可附加高性能模块对可附加高性能

16、模块对模拟量模拟量进行处理，实现各种复杂控制进行处理，实现各种复杂控制功能。功能。201. PLC1. PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，继承了继电器系统的基本格式和习惯，学习起来十分学习起来十分 方便方便。 2. 2. PLCPLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各厂家的各厂家的 产品产品不通用不通用。 工业控制机工业控制机在硬件结构方面的突出优点是在硬件结构方面的突出优点是总线标准化程度总线标准化程度 高，产品高，产品兼容性强兼容性强。 3. PLC的运行方式与工业控制机不同，的运行方式与工业控制机不同，对要求快速、对要求快速、实时实时性性

17、 强强、模型复杂的工业对象的控制占有优势。但它要求使、模型复杂的工业对象的控制占有优势。但它要求使用用 者具者具 有一定的有一定的计算机专业知识。计算机专业知识。 4. PLC一般具有模块结构，一般具有模块结构，可以针对不同的对象进行组合可以针对不同的对象进行组合和和 扩展。扩展。 5. PLC和和工业控制机工业控制机都是专为工业现场应用环境而计的。都是专为工业现场应用环境而计的。都都 具有很高的可靠性。具有很高的可靠性。21 1. 1. 不如不如PLCPLC容易掌握：容易掌握： 2. 2. 不如不如PLCPLC使用简单：使用简单： 3. 3. 不如不如PLCPLC可靠：可靠： 2223 随着

18、随着PLCPLC的性的性能价格比能价格比的不断提高的不断提高; ; 微处理器的芯片及有关的元件微处理器的芯片及有关的元件价格价格大大降低，大大降低，PLCPLC的的成本成本下降下降 PLCPLC的的功能功能大大增强，因而大大增强，因而PLCPLC的的应用应用日益广泛。日益广泛。 目前，目前，PLCPLC在国内外已广泛在国内外已广泛应用于应用于钢铁、采矿、水泥、石油、钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保等各行化工、电力机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保等各行各业。各业。 其应用范围大致可归纳为以下几种：其应用范围大致可归纳为以下几种：24传送带生产线控制传

19、送带生产线控制灌装及包装机械灌装及包装机械木材加工木材加工电梯控制电梯控制空调控制空调控制纺织机械纺织机械印刷机械印刷机械1.4可编程序控制器的发展趋势 25PLCPLC的应用领域的应用领域 1. 1.逻辑控制：逻辑控制： 可取代传统继电器系统和顺序控制器。各种可取代传统继电器系统和顺序控制器。各种机床机床、自、自动电梯、装配动电梯、装配生产线生产线、电镀流水线、运输和检测等的控制。、电镀流水线、运输和检测等的控制。 2.2.运动控制：运动控制： PLCPLC可用于可用于直线直线运动或运动或圆周圆周运动的控制。早期直接用运动的控制。早期直接用开关量开关量I/OI/O模块连接位置传感器和执行机械

20、，现在一般使模块连接位置传感器和执行机械，现在一般使用专用的运动模块。可用于精密金属切削机床、机械手、用专用的运动模块。可用于精密金属切削机床、机械手、机器人等设备的控制。机器人等设备的控制。 26PLCPLC的应用领域的应用领域 3. 3.过程控制：过程控制： 4.4.数据处理：数据处理：27PLCPLC的应用领域的应用领域 5.5.通信联网：通信联网： 利用利用PLCPLC的网络通信功能模块及远程的网络通信功能模块及远程I IO O控制模块实现控制模块实现多台多台PLCPLC之间、之间、PLCPLC与上位计算机的链接，以完成较大规模的与上位计算机的链接，以完成较大规模的复杂控制。复杂控制。

21、 PLCPLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关的机器、与环境系统、节能监视控制系统，以及与生活相关的机器、与环境相关的机器，而且有急速的上升趋势。相关的机器，而且有急速的上升趋势。2829 5.4 PLC的基本分类的基本分类整体式整体式:小型机常采用整体式小型机常采用整体式组合式组合式:中、大型机采用组合式中、大型机采用组合式低低档机、档机、中中档机、档机、 高高档机档机超小超小型机、型机、小型

22、小型机、机、中中型型机机、大大型型机机30分分 类类I I0 0点数点数程序容量程序容量超小型机超小型机6464点以内点以内25625610001000字字节节小型机小型机64642562561 13.6K3.6K字节字节中型机中型机256256204820483.63.613K13K字节字节大型机大型机20482048以上以上13K13K字节以上字节以上按按I IO O点数和程序容量分类点数和程序容量分类31 整体式结构整体式结构32模块式结构模块式结构 电源单元DIN导轨 CPU单元3334 1. 用户程序存储的用户程序存储的容量大小容量大小（小型：（小型：8K。大型：。大型：256K4M

23、） 2. 输入输入/输出点数的多少；输出点数的多少； （I/O点数）点数） 3. 循环循环扫描扫描速度的快慢；速度的快慢；(单位：单位：msk或或s/步。步。 ) 4. 编程编程指令的种类指令的种类和条数的多少；和条数的多少； 5. 内部器件的种类和数量的多少；寄存器的内部器件的种类和数量的多少；寄存器的配置配置和容量和容量 6. 功能及功能功能及功能扩展扩展的能力；的能力； 7. 智能智能单元数量的多少；单元数量的多少； 8. 连连网通信网通信能力等。能力等。35描述描述PLCPLC性能的术语：性能的术语：1.1.位位（BitBit） 二进制数的一位（二进制数的一位（0 0、1 1），），

24、一个位对应一个位对应PLCPLC的一个的一个继电器继电器。 状态：状态：“1” 1” 继电器线圈继电器线圈得电（得电（ONON） “ “0” 0” 继电器线圈继电器线圈失电（失电（OFFOFF）2.2.数字数字（DigitDigit） 四位四位二进字数构成二进字数构成一个一个数字数字 00001001 00001001 （十进制数）（十进制数） 00001111 00001111 （十六进制数）（十六进制数）3.3.字节字节（ByteByte） 2 2个数字个数字或或8 8位位二进字数构成一个字节二进字数构成一个字节; ;4.4.字字 （WordWord） 2 2个个字节构成字节构成一个一个字

25、字; ;PLCPLC术语中：术语中：字字 通道通道，一个字（通道）含，一个字（通道）含1616位位。 （一个通道含（一个通道含1616个继电器）。个继电器）。363738 整体式整体式- PLC的基本组成框图的基本组成框图 组合式组合式- - PLC的基本组成框图的基本组成框图39输出设备输出设备输入设备输入设备 I/OI/O扩展扩展 单元单元特殊功特殊功 能单元能单元主机主机输出单元输出单元输入单元输入单元 电电 源源外设接口外设接口I/ /O O扩扩展展口口存存 储储 器器 系统程序系统程序 存储器存储器 C P U 用户程序用户程序 存储器存储器盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROM

26、EPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PLCPLC编程器编程器可编程终端可编程终端PTPT 整体式整体式- PLC的基本组成框图的基本组成框图限位开关限位开关手动开关手动开关编码器编码器 指示灯指示灯 继电器继电器 电磁阀电磁阀 蜂明器蜂明器 40 组合式组合式- - PLC的基本组成框图的基本组成框图 系系 统统 总总 线线通信单元通信单元 控控 制制 系系 统统 现现 场场 过过 程程CPU单元单元输出单元输出单元 编程器编程器PLC或或上位计算机上位计算机智能智能I/O单元单元输入单元输入单元41 采集现场的状态或数据，并送入采集现场的状态或数据，并送入PLC的寄存器中的寄存器中

27、; 输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；输入并存储用户程序、显示输入内容和地址； 逐条读取指令，完成各种运算和操作。逐条读取指令，完成各种运算和操作。 执行用户程序、将处理结果送至输出端、驱动外部执行用户程序、将处理结果送至输出端、驱动外部输出设备动作；输出设备动作； 响应各种外部设备的工作请求。响应各种外部设备的工作请求。 检查、校验用户程序，发现错误即报警；检查、校验用户程序，发现错误即报警；诊断故障、记忆故障信息并报警。诊断故障、记忆故障信息并报警。诊断诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。语法错误。 CPU指挥指挥PLC完成

28、各种预定的完成各种预定的功能功能 1. CPU单元单元42系统程序存储器：系统程序存储器：用以存放系统管理程序、监控程序及系用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。统内部数据。PLCPLC出厂前已将其固化在只读存储器出厂前已将其固化在只读存储器ROMROM或或PROMPROM中，用户不能更改。中，用户不能更改。用户程序存储器：用户程序存储器：存储根据制作要求而编制的应用程序。存储根据制作要求而编制的应用程序。这类存储器一般由低功耗的这类存储器一般由低功耗的EPROMEPROM或或EEPROMEEPROM构成，其中的存构成，其中的存储内容可读出并更改。储内容可读出并更改。工作数据存储器：工

29、作数据存储器：用来存储工作数据的区这类存储器一般用来存储工作数据的区这类存储器一般由低功耗的由低功耗的CMOS-RAMCMOS-RAM构成其中的存储内容可读出并更改。构成其中的存储内容可读出并更改。 PLCPLC产品手册中给出的产品手册中给出的“存储器类型存储器类型”和和“程序容程序容量量”是针对用户程序存储器而言的。是针对用户程序存储器而言的。 43 PLC与外部设备联系的与外部设备联系的桥梁桥梁 开关量开关量输入输入单元单元 开关量开关量输出输出单元单元 直流直流输入单元输入单元 交流交流输入单元输入单元晶体管晶体管输出单元输出单元晶闸管晶闸管输出单元输出单元继电器继电器输出单元输出单元

30、3. 开关量开关量输入输入/ /输出单元输出单元44特点特点: :输入信号的电源输入信号的电源; ;8 8路输入共用一个公共端路输入共用一个公共端, ,现场输入信号现场输入信号“0”“1”0”“1”。每路输入信号均采用光电耦合电路每路输入信号均采用光电耦合电路; ;每路输入信号均有每路输入信号均有LEDLED显示；显示；数字输入接口接收的是主令信号和检测信号；数字输入接口接收的是主令信号和检测信号；（直流输入、交流输入直流输入、交流输入） 开关开关量量输入输入接口电路接口电路4546 直流输入直流输入电路电路COM+5VLEDSR3R1AR2CT 内内 部部 电电 路路滤波滤波 光电耦合光电耦

31、合 外部开关外部开关 输入点的输入点的状态显示状态显示 输入点输入点 公共端公共端 X047 交流输入交流输入电路电路LED+5VAR2TCOMSCR1 内内 部部 电电 路路R3滤波滤波 光电耦合光电耦合 输入点的输入点的状态显示状态显示 外部开关外部开关 输入点输入点 X048采用光电耦合电路，采用光电耦合电路，将将CPUCPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断通断电。电。有三种类型：有三种类型：继电器输出型继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或断开为有触点输出方式，用

32、于接通或断开开关开关 频率较低的频率较低的直流负载直流负载或或交流负载交流负载回路回路。晶闸管输出型：晶闸管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关为无触点输出方式，用于接通或断开开关 频率较高的频率较高的交流交流电源负载。电源负载。晶体管输出型：晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关为无触点输出方式，用于接通或断开开关 频率较高的频率较高的直流直流电源负载。电源负载。49 继电器继电器输出电路输出电路COMLED J R内内 部部 电电 路路负载负载输出点的输出点的状态显示状态显示 继电器继电器 机械机械触点触点 公共端公共端 输出点输出点 Y050 晶晶闸闸管输出电路管输出

33、电路COMLEDR2 C TFU内内 部部 电电 路路R1负载负载双向光控双向光控晶闸管晶闸管 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 51 晶晶体体管输出电路管输出电路COMT2LEDDFU+5V内内 部部 电电 路路T1R1R2R3负载负载光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 52输出接口电路：输出接口电路：晶体管输出型：晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的率较高的直流直流电源负载。电源负载。L L: :负负载载输输出出端端子子L LE ED D内内部部电电路路C

34、CO OM ML LL L（a a） 晶体管输出型晶体管输出型（NPNNPN集电极开路）集电极开路）输输 出出 端端 子子L LE ED D内内部部电电路路C CO OM ML L: :负负 载载L LL L（b b） 晶体管输出型晶体管输出型（PNPPNP集电极开路）集电极开路）53 PLC PLC要在过程控制领域得以应用，模拟量的输入输出要在过程控制领域得以应用，模拟量的输入输出接口便是其不可或缺的重要部件。接口便是其不可或缺的重要部件。 其主要功能：其主要功能： 数据转换。与数据转换。与PLCPLC的基本单元的总线相连由的基本单元的总线相连由CPUCPU调用调用和处理其数据。和处理其数据

35、。 4. 模拟量模拟量I/O接口模块接口模块54（1). 1). 模拟量模拟量输入输入接口模块（接口模块（A/DA/D）0 01 12 23 3多多路路选选择择开开关关# #/ /锁锁存存器器COMCOMV VI IV VI I前前置置放放大大A A/ /D D转转换换光光电电隔隔离离数数据据寄寄存存器器4 4路模拟量输入路模拟量输入 55（2). 2). 模拟量输出接口模板模拟量输出接口模板D/AD/A# #/ /# #/ /VIVICO MCO M锁锁存存器器锁锁存存器器光光 电电 隔隔 离离D D/ /A A转转 换换输输 出出 放放 大大 2 2路模拟量输出路模拟量输出56 PLC由开

36、关式稳压电源为内部电路供电由开关式稳压电源为内部电路供电抗干扰性能好抗干扰性能好 有的有的PLC能向外部提供能向外部提供24V的直流的直流电源电源 可作为输入单元连接的外部设备的电源可作为输入单元连接的外部设备的电源 开关电源开关电源输入电压范围宽输入电压范围宽体积小体积小重量轻重量轻效率高效率高 5. 电源单元电源单元57 若主机单元的若主机单元的IO点数不能满足需要时，可通过此接口用扁点数不能满足需要时，可通过此接口用扁平电缆线将平电缆线将IO扩展单元与主机相连，以扩展单元与主机相连，以增加增加IO点数。点数。PLC的最大扩展能力主要受的最大扩展能力主要受CPU寻址能力和主机驱动能力的限制

37、。寻址能力和主机驱动能力的限制。 6. I/O扩展端口扩展端口 I/O扩展端口连接扩展器的示意图扩展端口连接扩展器的示意图58 CPM1A CPM1A主机与主机与I/OI/O扩展器的连接扩展器的连接主机主机I/O扩展器扩展器连接电缆连接电缆59CPM2A60 7. 外设外设端口端口外设端口外设端口盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PLC 可编程终端可编程终端PTPT编程器编程器61通信与扩展接口的连接实例通信与扩展接口的连接实例62 编程器是对编程器是对PLC进行操作的工具进行操作的工具 专专 用用 编编 程程 器器 在装有专用编程软件的计算机上编程

38、在装有专用编程软件的计算机上编程 简易编程器简易编程器 直插式、便携式直插式、便携式 计算机辅助编程计算机辅助编程 图形编程器图形编程器 8. 编程工具编程工具63显示屏显示屏工作方式工作方式选择开关选择开关编程位编程位主机主机监控位监控位运行位运行位编程器编程器64键盘键盘指令键指令键数字键数字键编辑键编辑键清除键清除键65键盘键盘显示屏显示屏工作方式工作方式选择开关选择开关66 CPM1A主机与编程器的连接主机与编程器的连接67 CPM1A主机与编程器的连接主机与编程器的连接68计算机计算机编程编程 软件软件PLC专用电缆专用电缆计算机计算机编程编程 软件软件PLC 通通 信信适配器适配器

39、RS-232电缆电缆69 智能单元本身是一个独立的系统智能单元本身是一个独立的系统CPU、系统程序、存储器、与外界相连的接口、系统程序、存储器、与外界相连的接口 它们有自己的：它们有自己的： 对组合式对组合式PLC：智能单元是智能单元是PLC系统的一个模块系统的一个模块与与CPU单元通过系统总线相连接单元通过系统总线相连接在在CPU单元的协调管理下独立地进行工作单元的协调管理下独立地进行工作 对整体式对整体式PLC： 主机通过主机通过I/O扩展接口与智能单元连接扩展接口与智能单元连接 9. 智能单元智能单元70 功能开关：功能开关：是用来控制是用来控制PLCPLC工作状态的工作状态的 如编程、

40、监视、运行开关等。如编程、监视、运行开关等。 指示灯有指示灯有： PLCPLC工作状况指示灯、工作状况指示灯、 电源指示灯，电源指示灯， 电压过低指示灯等。电压过低指示灯等。 10. 功能开关与指示灯功能开关与指示灯7172 思考题思考题 PLC主要主要由哪几部分组成？简述各部分作用由哪几部分组成？简述各部分作用73741. PLC 1. PLC 循环扫描工作循环扫描工作方式方式 扫描工作分为扫描工作分为 5 个阶段个阶段 公公 共共 处处 理理 阶阶 段段 程程 序序 执执 行行 阶阶 段段 扫描周期计算阶段扫描周期计算阶段 I/O 刷刷 新新 阶阶 段段 外设端口处理外设端口处理 阶段阶段

41、 CPU从第一条指令从第一条指令开始开始按指令按指令步序号步序号作周期性的作周期性的循环扫描循环扫描，如果无跳，如果无跳转指令转指令,则从第则从第一条一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符结束符后又后又返回返回第一条指令，第一条指令，周而复始不断循环，每一个循环称为周而复始不断循环，每一个循环称为一个一个扫描周期扫描周期。75000020100000001 0000201000 2. PLC扫描工作各环节的扫描工作各环节的功能功能 PLC上电后，首先检查硬件是否正常。上电后，首先检查硬件是否正常。 按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。按自上而

42、下的顺序，逐条读用户程序并执行。对输入的数据进行处理，对输入的数据进行处理， 将结果存入元件映象寄存器。将结果存入元件映象寄存器。 计算扫描周期。计算扫描周期。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。母线母线 I/O刷新阶段。刷新阶段。 外设端口服务。外设端口服务。读输入点的状态并写入输入映像寄存器。读输入点的状态并写入输入映像寄存器。将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。访问外设端口连接的外部设备。访问外设端口连接的外部设备。76设置各异常继电器异常：(ERR/A

43、LM)LED灯亮警告： (ERR/ALM)LED 闪烁异常或警告？ 无有异常检查结果正常？扫描周期监视 时间预置执行用户程序 程序结束？(END命令？)NoYes扫描周期固定值设定检查 有固定值设置？等待设定扫描周期到 计算扫描周期 I/O 刷 新正常异常警告 接通电源初始化I/O外设端口 服务初始化I/O、内部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零定时器预置识别扩展单元公 共 处 理执行用户 程序扫 描 周 期 计 算 处 理刷新硬件、用户程序内存检 查 外设端口服务 接通电源接通电源 初始化初始化 硬件检查硬件检查 正常？正常？异常报警异常报警异常处理异常处理扫描周期监视扫描周期监视执行用

44、户程序执行用户程序 程序结束？程序结束？扫描周期检查扫描周期检查有固定设置？有固定设置？ 等待等待扫描周期计算扫描周期计算 I/O刷新刷新外设端口服务外设端口服务 异常异常 公共处理公共处理 执行用执行用户程序户程序扫描周期计算扫描周期计算 刷刷 新新端端口口服服务务77读读读读读读写写写写 执行用户程序执行用户程序 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 3. PLC执行用户程序的执行用户程序的过程过程010010100000000 00001 01000输输入入端端子子输输入入电电路路用户输入设备用户输入设备输入映像寄存器输入映像寄存器输输出出电电路路输输出出端端子

45、子元件映像寄存器元件映像寄存器输出锁存器输出锁存器 用户输出设备用户输出设备输入刷新 程序执行输出刷新一个扫描周期输入刷新785.6.2 PLC5.6.2 PLC控制的控制的原理原理 等效电路图等效电路图公共端公共端输出端子输出端子输入端子输入端子主电路主电路KMFUKH M 3 QSB1SB2SQ公共端公共端输入部分输入部分用户程序用户程序输出部分输出部分KM01000PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM0000100002PLCSB1SB2KMSQ00000000010000201000COMCOM79KM线圈通电线圈

46、通电SB1闭合闭合00000 闭合闭合接点闭合接点闭合KMFUKH M 3 QKM通电通电KM通电通电触点闭合触点闭合电动机转电动机转触点闭合触点闭合PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM80KM线圈断电线圈断电00001 断开断开接点断开接点断开KMFUKH M 3 QKM通电通电KM断电断电触点断开触点断开电动停转电动停转触点断开触点断开PLCCOM0000000000000010000200000010

47、00000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2闭合闭合815.6.3 PLC5.6.3 PLC执行用户程序的执行用户程序的特点特点 按梯形图自按梯形图自左向右左向右、自、自上而下上而下逐次执行程序逐次执行程序 执行程序时所需执行程序时所需数据数据取自于：取自于： 输入映像寄存器输入映像寄存器 元件映像寄存器元件映像寄存器 输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写输

48、入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变 每个扫描周期每个扫描周期I/O刷新阶段集中读入刷新阶段集中读入/读出数据读出数据821. . 产生产生I/OI/O滞后现象的滞后现象的原因原因5.6.4 5.6.4 PLC PLC的的I/OI/O滞后滞后现象现象（1） 由于由于PLC采用采用循环扫描循环扫描的工作方式。的工作方式。 PLC只在每个扫描周期的只在每个扫描周期的I/O刷新阶段集中输入刷新阶段集中输入/输输出，导致输出信号相对输入信号滞后。出，导致输出信号相对输入信号滞后。（2 2） 输入输入滤波器滤波器对信号的延迟作用。对信号的延迟作用。滤波器时间常数

49、越大，对输入信号的延迟作用越强。滤波器时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。有的有的PLCPLC其输入电路滤波器的时间常数可以调整。其输入电路滤波器的时间常数可以调整。83输出输出ON延时。延时。 （3） 输出输出继电器继电器的动作延迟（继电器输出型的动作延迟（继电器输出型PLCPLC）。）。从输出锁存器从输出锁存器ON、到输出触点、到输出触点ON经历一定时间经历一定时间 （4） 用户程序的用户程序的长短长短及语句编排。程序的优化及语句编排。程序的优化要求有较快响应的场合要求有较快响应的场合最好不要使用最好不要使用继电器输出型继电器输出型PLC。 I/O滞后现象，对滞后现象，对慢速慢速控制系

50、统影响不大。控制系统影响不大。要求要求快速快速响应的场合，需要解决响应的场合，需要解决I/O速度问题。速度问题。 （5）PLC 的的输入输入采样、采样、输出输出刷新的特殊处理方式；刷新的特殊处理方式；84 2. I/O2. I/O响应时间的估算响应时间的估算 以以20点的继电器输出型点的继电器输出型CPM1A为例。为例。 设输入设输入ON延时为延时为8毫秒毫秒 公共处理和公共处理和I/O刷新时间为刷新时间为2毫秒毫秒 执行用户程序时间为执行用户程序时间为14毫秒毫秒 输出输出ON延时为延时为15毫秒毫秒输入状态经过一个扫描周期后在输出得到响应输入状态经过一个扫描周期后在输出得到响应 最小最小I

51、/O响应时间响应时间-39毫秒毫秒输入状态经过两个扫描周期后在输出得到响应输入状态经过两个扫描周期后在输出得到响应 最大最大I/O响应时间响应时间-55毫秒毫秒85 最小最小I/OI/O响应时间的计算响应时间的计算最小最小I/O响应时间响应时间 = 输入输入ON延时延时 + （公共处理公共处理 + I/O刷新时间刷新时间） + 执行程序时间执行程序时间 + 输出输出ON延时延时 = 8 + 2 + 14 + 15 = 39 ms输入输入触点触点输入输入滤波滤波输出输出锁存锁存输出输出触点触点刷新刷新执行程序执行程序其他其他 刷新刷新执行程序执行程序其他其他 扫描周期扫描周期(Ts) 扫描周期扫

52、描周期(Ts)输入输入ON延时延时输出输出ON延时延时I/O响应时间响应时间8毫秒毫秒2毫秒毫秒15毫秒毫秒14毫秒毫秒86输入输入ON延时延时最大最大I/O响应时间响应时间 = 输入输入ON延时延时+ (公共处理公共处理+ I/O刷新刷新+执行程序执行程序)2 + 输出输出ON延时延时 = 8 +（2 +14） 2 + 15 = 55 ms。 最大最大I/O响应时间的计算响应时间的计算输入输入触点触点输入输入滤波滤波输出输出锁存锁存输出输出ON延时延时输出输出触点触点I/O响应时间响应时间刷新刷新执行程序执行程序其他其他 刷新刷新执行程序执行程序其他其他扫描周期扫描周期(Ts) 扫描周期扫描

53、周期(Ts)刷新刷新执行程序执行程序其他其他扫描周期扫描周期(Ts)87 程序程序语句安排语句安排对对I/O响应时间的响应时间的影响影响举例举例200000000001000200002000001001PLCSBKM1000000100101000COMCOMKM2当当SB闭合，经过输入滤波，设闭合，经过输入滤波，设第一个第一个扫描周期扫描周期I/O刷刷新时新时 00000的映像寄存器的映像寄存器 ON。第一个扫描周期第一个扫描周期 结束时，结束时，01000为为OFF。01000只能在第二个扫描周期结束后才能只能在第二个扫描周期结束后才能ON。88000002000020000010002

54、000001001PLCSBKM1000000100101000COMCOMKM2当当SB闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期 00000的映像寄存器的映像寄存器 ON。01000 在第一个扫描周期结束后就能在第一个扫描周期结束后就能ON 。续续如果将梯形图的第一与第二梯级交换，如下图：如果将梯形图的第一与第二梯级交换，如下图： 显然，程序语句的安排对显然，程序语句的安排对I/O响应的影响很大响应的影响很大 。8990 PLC PLC的编程语言的编程语言 逻辑功能图逻辑功能图 梯梯 形形 图图 逻辑方程式逻辑方程式 语语 句句 表表 PLC的设计和生产至今尚

55、无国际统一标准，的设计和生产至今尚无国际统一标准，不同不同厂家所用语言和符号也不尽相同。厂家所用语言和符号也不尽相同。但它们的梯形图语但它们的梯形图语言的基本言的基本结构和功能结构和功能是是大同小异大同小异的。的。 91 1. 1.梯形图梯形图（LADLAD）类似于继电类似于继电接触器控制线路接触器控制线路 梯形图梯形图编程目前依然是应用编程目前依然是应用最广最广泛的编程语言，因为它与泛的编程语言，因为它与继电继电接触器控制线路非常相象，容易学习，使用方便。接触器控制线路非常相象，容易学习，使用方便。 2. 2. 语句表语句表（STLSTL）类似于类似于汇编汇编语言，由语句系列构成。语言，由语

56、句系列构成。 3.3.功能图功能图（FBDFBD） 一种较新的编程方法，是各种一种较新的编程方法，是各种PLCPLC编编程语言规范化的方向。程语言规范化的方向。PLCPLC常用的编程语言主要有三种：常用的编程语言主要有三种：92 1. 1. 梯形图梯形图编程语言编程语言 两种梯形图的继电器符号图对照两种梯形图的继电器符号图对照 物理物理继电器继电器 PLC继电器继电器常开常开常闭常闭 触触 点点线线 圈圈 梯形图梯形图编程语言是一种图形语言编程语言是一种图形语言 5.7.1 5.7.1 梯形图编程语言梯形图编程语言93000000100001000PLC控制控制00001SB2KMKM继电器继

57、电器 控控 制制SB1 2. . 两种控制的梯形图两种控制的梯形图比较比较线圈线圈线圈线圈常开触点常开触点常开触点常开触点常闭触点常闭触点常闭触点常闭触点94物理物理继电器继电器继电器需继电器需硬硬接线连接接线连接触点个数触点个数有限有限PLC继电器继电器继电器用程序继电器用程序软软连接连接触点个数触点个数无无限限继电器的继电器的接线接线改变改变控制功能改变控制功能改变PLC的用户的用户程序程序改变改变 控制功能改变控制功能改变 3. . 两种控制中继电器的两种控制中继电器的区别区别951.1.两种继电器的区别两种继电器的区别 2.2.两种梯形图的区别两种梯形图的区别 3.3.实现控制手段的不

58、同实现控制手段的不同它们并非是物理实体，而是它们并非是物理实体，而是“软继电器软继电器”。每个。每个“软继软继电器电器”仅对应仅对应PLCPLC存储单元中的一位。存储单元中的一位。 该位状态为该位状态为“1”1”时，对应的继电器线圈时，对应的继电器线圈接通接通，其常开，其常开触点闭合、常闭触点断开；触点闭合、常闭触点断开； 该位状态为该位状态为“0”0”时，对应的继电器线圈时，对应的继电器线圈不通不通，其常开、，其常开、常闭触点保持原态。常闭触点保持原态。 两种图形的两种图形的区别区别：96用用PLC控制控制外部接线不变，改变用户程序。外部接线不变，改变用户程序。用继电器控制用继电器控制要改变控制电路的实际接线。要改变控制电路的实际接线。KMQFUKH M 3 SB1SB2KMKHKM 继电器控制继电器控制接线接线 PLC控制外部控制外部接线接线输入输入设备设备PLCSB1SB2KHKM输出输出设备设备 欲改变控制功能：欲改变控制功能：主电路主电路 相同相同例如例如97 5.7.2 5.7.2 语句表语句表编程语言编程语言 1. 用用助记符助