LC结构和工作原理

1、第2章 可编程序控制器的结构和工作原理第2章 可编程序控制器的结构和工作原理2.1 可编程序控制器的组成与基本结构可编程序控制器的组成与基本结构2.2 可编程序控制器的工作过程与工作原理可编程序控制器的工作过程与工作原理2.3 可编程序控制器的编程语言和程序结构可编程序控制器的编程语言和程序结构第2章 可编程序控制器的结构和工作原理2.1 可编程序控制器的组成与基本结构可编程序控制器的组成与基本结构 PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，是是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，是在程序控制器、在程序控制器、1位微处理机控制器和微机控制器的基础上发展位微处理机控制器和微机控制器

2、的基础上发展起来的新型控制器。从广义上讲，起来的新型控制器。从广义上讲，PLC是一种计算机系统，只是一种计算机系统，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入/输出输出接口，具有更适用于控制要求的编程语言，具有更适应于工业接口，具有更适用于控制要求的编程语言，具有更适应于工业环境的抗干扰性能。因此，环境的抗干扰性能。因此，PLC是一种工业控制用的专用计算是一种工业控制用的专用计算机，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也是由硬机，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。件系统和软件系统两大

3、部分组成。 第2章 可编程序控制器的结构和工作原理2.1.1 可编程序控制器的硬件系统可编程序控制器的硬件系统PLC的硬件系统由主机系统、输入的硬件系统由主机系统、输入/输出扩展环节及外部设备组成。输出扩展环节及外部设备组成。 1. 主机系统主机系统 PLC结构示意图主机电源微处理器(CPU)运算器控制器输入单元存储器EPROM(系统程序)RAM(用户程序)外设I/O接口I/O扩展接口用户输入设备输出单元用户输出设备I/O扩展接口PLC或上位计算机图形监控系统EPROM写入器打印机盒式磁带机编程器外部设备第2章 可编程序控制器的结构和工作原理PLC的基本组成的基本组成第2章 可编程序控制器的结

4、构和工作原理 （1） 微处理器单元（微处理器单元（Central Processing Unit，CPU）。）。CPU是是PLC的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路。微处的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路。微处理器是理器是PLC的运算控制中心，由它实现逻辑运算，协调控制系统的运算控制中心，由它实现逻辑运算，协调控制系统内部各部分的工作。它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行内部各部分的工作。它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。的。CPU的具体作用如下：的具体作用如下： 接受、存储用户程序和数据。接受、存储用户程序和数据。 按扫描方式接收来自输入单元的数据和各状态信息，并按扫描方

5、式接收来自输入单元的数据和各状态信息，并存入相应的数据存储区。存入相应的数据存储区。 执行监控程序和用户程序，完成数据和信息的逻辑处理，执行监控程序和用户程序，完成数据和信息的逻辑处理，产生相应的内部控制信号，完成用户指令规定的各种操作。产生相应的内部控制信号，完成用户指令规定的各种操作。 诊断电源故障及用户程序语法错误并响应外部设备的请求。诊断电源故障及用户程序语法错误并响应外部设备的请求。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理 （2）存储器单元。存储器是）存储器单元。存储器是PLC存放系统程序、用户程序存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。它包括只读存储器（和运行数据的单元。它包括只读存

6、储器（ROM）和随机存取存）和随机存取存储器（储器（RAM）。只读存储器（）。只读存储器（ROM）在使用过程中只能取出）在使用过程中只能取出不能存储，而随机存取存储器（不能存储，而随机存取存储器（RAM）在使用过程中能随时取）在使用过程中能随时取出和存储。只读存储器（出和存储。只读存储器（ROM）按照其编程方式不同，可分为）按照其编程方式不同，可分为ROM、PROM、EPROM和和EEPROM等。等。用户程序存储器用户程序存储器：分为程序存储区和数据存储区。分为程序存储区和数据存储区。系统程序存储区系统程序存储区：存放存放PLC生产厂家编写的系统生产厂家编写的系统程序。程序。第2章 可编程序控

7、制器的结构和工作原理 （3）输入）输入/输出单元。输出单元。 PLC的对外功能主要是通过各类接口模块的外接线，实现对的对外功能主要是通过各类接口模块的外接线，实现对工业设备和生产过程的检测与控制。通过各种输入工业设备和生产过程的检测与控制。通过各种输入/输出接口模输出接口模块，块，PLC既可检测到所需的过程信息，又可将处理结果传送给外既可检测到所需的过程信息，又可将处理结果传送给外部过程，驱动各种执行机构，实现工业生产过程的控制。实际生部过程，驱动各种执行机构，实现工业生产过程的控制。实际生产中的信号电平多种多样，外部执行机构所需电流也是多种多样，产中的信号电平多种多样，外部执行机构所需电流也

8、是多种多样，而而PLC的的CPU所处理的只能是标准电平，由于输入所处理的只能是标准电平，由于输入/输出模块单输出模块单元与工业过程现场的各种信号直接相连，这就要求它有很好的信元与工业过程现场的各种信号直接相连，这就要求它有很好的信号适应能力和抗干扰性能。因此，在输入号适应能力和抗干扰性能。因此，在输入/输出模块单元中，一输出模块单元中，一般均配有电子变换、光耦合器和阻容滤波等电路，以实现外部现般均配有电子变换、光耦合器和阻容滤波等电路，以实现外部现场的各种信号与系统内部统一信号的匹配和信号的正确传递，场的各种信号与系统内部统一信号的匹配和信号的正确传递，PLC正是通过了这种接口实现了信号电平的

9、转换。正是通过了这种接口实现了信号电平的转换。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理 输入、输出接口：输入、输出接口：采用光电隔离，实现了采用光电隔离，实现了PLC的内部电的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。路与外部电路的电气隔离，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。电；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

10、率 晶闸管晶闸管 - 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。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理（一）输入接口电路：（一）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2章 可编程序控制器的结构和工作原理继电器输出继电器输出（二）输出接口电路：（二）输出接口电路：以以继电器形式

11、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2章 可编程序控制器的结构和工作原理 为适应工业过程现场对不同输入为适应工业过程现场对不同输入/输出信号的匹配要求，输出信号的匹配要求，PLC配置了各种类型的输入配置了各种类型的输入/输出模块单元。其中常用的有以下输出模块单元。其中常用的有以下几种类型：几种类型： 开关量输入单元：开关量输入单元： 开关量输出单元：开关量输出单元： 模拟量输入单元：模拟量输入单元： 模拟量输出单元：模拟量输出单元： 智能输入智能输入/输出单元：输出单元：第2章 可编程序控制器的结构和工作原理 智能输入智

12、能输入/输出单元还有输出单元还有位置控制智能单元位置控制智能单元、阀门控制智阀门控制智能单元能单元等类型。智能输入等类型。智能输入/输出单元为输出单元为PLC的功能扩展和性能的功能扩展和性能提高提供了极为有利的条件。随着智能输入提高提供了极为有利的条件。随着智能输入/输出单元品种的输出单元品种的增加，增加，PLC的应用领域将越来越广泛，的应用领域将越来越广泛，PLC的主机最终将变为的主机最终将变为一个中央信息处理机，对与之相连的各种智能输入一个中央信息处理机，对与之相连的各种智能输入/输出单元输出单元的信息进行综合处理。的信息进行综合处理。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理 （4）I/O扩

13、展接口。扩展接口。I/O扩展接口是扩展接口是PLC主机为了扩展输主机为了扩展输入入/输出点数和类型的部件，输入输出点数和类型的部件，输入/输出扩展单元、远程输入输出扩展单元、远程输入/输输出扩展单元、智能输入出扩展单元、智能输入/输出单元等都通过它与主机相连。输出单元等都通过它与主机相连。 （5）外设）外设I/O接口。外设接口。外设I/O接口是接口是PLC主机实现人机对主机实现人机对话、机机对话的通道。通过它，话、机机对话的通道。通过它，PLC可以和编程器、彩色图形可以和编程器、彩色图形显示器、打印机等外设相连，也可以与其他显示器、打印机等外设相连，也可以与其他PLC或上位计算机或上位计算机连

14、接。外设连接。外设I/O接口一般是接口一般是RS232C或或RS485串行通信接口，该串行通信接口，该接口的功能是进行串行接口的功能是进行串行/并行数据的转换，通信格式的识别，并行数据的转换，通信格式的识别，数据传输的出错检验，信号电平的转换等。对于一些小型数据传输的出错检验，信号电平的转换等。对于一些小型PLC，外设外设I/O接口中还有与专用编程器连接的数据接口。接口中还有与专用编程器连接的数据接口。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理各种接口、高功能模块：各种接口、高功能模块：便于扩展便于扩展 小型机：小型机：一体机。有接口可扩展。一体机。有接口可扩展。 第2章 可编程序控制器的结构和工

15、作原理Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板中、大型机：中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合模块式。可根据需要在主板上随意组合。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理 （6）电源。电源单元是）电源。电源单元是PLC的电源供给部分。它的作用的电源供给部分。它的作用是把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源，有的是把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源，有的电源单元还向外提供直流电源，给与开关量输入单元连接的现电源单元还向外提供直流电源，给与开关量输入单元连接的现场电源开关使用。电源单元还包括掉电保护电路和后备电池电场电源开关使用

16、。电源单元还包括掉电保护电路和后备电池电源，以保持源，以保持RAM在外部电源断电后存储的内容不丢失。在外部电源断电后存储的内容不丢失。PLC的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围宽，体积小，的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围宽，体积小，质量轻，效率高，抗干扰性能好。质量轻，效率高，抗干扰性能好。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理 2. 输入输入/输出扩展环节输出扩展环节 输入输入/输出扩展环节是输出扩展环节是PLC输入输出单元的扩展部件，当用输入输出单元的扩展部件，当用户所需的输入户所需的输入/输出点数或类型超出主机的输入输出点数或类型超出主机的输入/输出单元所允许输出单元

17、所允许的点数或类型时，可以通过加接输入的点数或类型时，可以通过加接输入/输出扩展环节来解决。输出扩展环节来解决。 3. 外部设备外部设备 (1) 编程器。它是编制、调试编程器。它是编制、调试PLC用户程序的外部设备，是用户程序的外部设备，是人机交互的窗口。人机交互的窗口。 除了上述专用的编程器外，还可以利用微机配上除了上述专用的编程器外，还可以利用微机配上PLC生产厂生产厂家提供的相应的软件包来作为编程器，这种编程方式已成为家提供的相应的软件包来作为编程器，这种编程方式已成为PLC发展的趋势。现在，有些发展的趋势。现在，有些PLC不再提供编程器，而只提供微机编不再提供编程器，而只提供微机编程软

18、件，并且配有相应的通信连接电缆。程软件，并且配有相应的通信连接电缆。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K/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第2章 可编程序控制器的结构和工作原理 (2) 彩色图形显示器。大中型彩色图形显示器。大中型PLC通常配接彩色图形显示器，通常配接彩色图形显示器，用以显示模拟生产过程的流

19、程图、实时过程参数、趋势参数及用以显示模拟生产过程的流程图、实时过程参数、趋势参数及报警参数等过程信息，使得现场控制情况一目了然。报警参数等过程信息，使得现场控制情况一目了然。 (3) 打印机。打印机。PLC也可以配接打印机等外部设备，用以打印也可以配接打印机等外部设备，用以打印记录过程参数、系统参数以及报警事故记录表等。记录过程参数、系统参数以及报警事故记录表等。 PLC还可以配置其他外部设备，例如，配置存储器卡、盒还可以配置其他外部设备，例如，配置存储器卡、盒式磁带机或磁盘驱动器，用于存储用户的应用程序和数据；配式磁带机或磁盘驱动器，用于存储用户的应用程序和数据；配置置EPROM写入器，用

20、于将程序写入到写入器，用于将程序写入到EPROM中。中。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理2.1.2 可编程序控制器的软件系统可编程序控制器的软件系统 PLC除了硬件系统外，还需要软件系统的支持，它们相辅除了硬件系统外，还需要软件系统的支持，它们相辅相成，缺一不可，共同构成相成，缺一不可，共同构成PLC系统。系统。PLC的软件系统由系统的软件系统由系统程序（又称系统软件）和用户程序（又称应用软件）两大部分程序（又称系统软件）和用户程序（又称应用软件）两大部分组成。组成。 1. 系统程序系统程序 系统程序由系统程序由PLC的制造企业编制，固化在的制造企业编制，固化在PROM或或EPROM中，

21、安装在中，安装在PLC上。系统程序包括系统管理程序、用上。系统程序包括系统管理程序、用户指令解释程序和供系统调用的标准程序模块等。户指令解释程序和供系统调用的标准程序模块等。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理 2. 用户程序用户程序 用户程序是根据生产过程控制的要求由用户使用制造企业用户程序是根据生产过程控制的要求由用户使用制造企业提供的编程语言自行编制的应用程序。用户程序包括开关量逻提供的编程语言自行编制的应用程序。用户程序包括开关量逻辑控制程序、模拟量运算程序、闭环控制程序和操作站系统应辑控制程序、模拟量运算程序、闭环控制程序和操作站系统应用程序等。用程序等。 例如：开关量逻辑控制程序

22、。它是例如：开关量逻辑控制程序。它是PLC用户程序中最重要用户程序中最重要的一部分，一般采用梯形图或功能块图等编程语言编制。不同的一部分，一般采用梯形图或功能块图等编程语言编制。不同的的PLC制造企业提供的编程语言有不同的形式，至今还没有一制造企业提供的编程语言有不同的形式，至今还没有一种能全部兼容的编程语言。种能全部兼容的编程语言。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理2.2 可编程序控制器的工作过程与工作原理可编程序控制器的工作过程与工作原理2.2.1 可编程序控制器的工作过程可编程序控制器的工作过程 PLC上电后，就在系统程序的监控下，周而复始地按固定上电后，就在系统程序的监控下，周而复

23、始地按固定顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行，这个过程顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行，这个过程实质上是一个不断循环的顺序扫描过程。一个循环扫描过程称实质上是一个不断循环的顺序扫描过程。一个循环扫描过程称为扫描周期。为扫描周期。 PLC采用周期扫描机制，简化了程序设计，提高了系统可采用周期扫描机制，简化了程序设计，提高了系统可靠性。具体表现在：在一个扫描周期内，前面执行的任务结果靠性。具体表现在：在一个扫描周期内，前面执行的任务结果立即就可被后面将要执行的任务所用；可以通过设定一个监视立即就可被后面将要执行的任务所用；可以通过设定一个监视定时器来监视每个扫描周期的时间是否

24、超过规定值，避免某个定时器来监视每个扫描周期的时间是否超过规定值，避免某个任务进入死循环而引起的故障。任务进入死循环而引起的故障。PLC的工作过程如下图所示。的工作过程如下图所示。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理PLC的工作过程启 动初始化运行监控处理中断与编程器交换信息处理中断与数字处理器交换信息处理中断与外部设备交换信息处理中断执行用户程序输入/输出信息处理处理中断上电初始化上电初始化CPU自诊断自诊断通信信息处理通信信息处理输入刷新输入刷新执行用户程序执行用户程序输出刷新输出刷新外部设备服务外部设备服务第2章 可编程序控制器的结构和工作原理 PLC在一个扫描周期内基本上要执行以上六

25、个任务：在一个扫描周期内基本上要执行以上六个任务： （1）运行监控任务。）运行监控任务。CPU自诊断工作的一部分。为了保证自诊断工作的一部分。为了保证系统可靠工作，系统可靠工作，PLC内部设置了系统监视定时器内部设置了系统监视定时器WDT，由它来，由它来监视扫描周期是否超时。监视扫描周期是否超时。PLC在每个扫描周期内都要对在每个扫描周期内都要对WDT进进行复位操作，如果不能执行该任务，则行复位操作，如果不能执行该任务，则WDT的计时会超过设定的计时会超过设定值，也就是扫描周期超过了规定时间，这表明系统的硬件或用值，也就是扫描周期超过了规定时间，这表明系统的硬件或用户软件发生了故障。当户软件发

26、生了故障。当WDT超时后，它会自动发出故障报警信超时后，它会自动发出故障报警信号，并停止号，并停止PLC的运行。的运行。WDT的时间设定值一般为扫描周期的的时间设定值一般为扫描周期的23倍，通常为倍，通常为100200 ms，很多，很多PLC可以由用户根据实际应可以由用户根据实际应用情况通过硬件或软件来设定。用情况通过硬件或软件来设定。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理输入点总有输入映象区的某一输入点总有输入映象区的某一位与之相对应位与之相对应 I/O映象区的大小与系统控映象区的大小与系统控制的规模有关制的规模有关 PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入工作时，将采集到的输入信号状

27、态存放在输入映象区对应的位上；将运算的结果存放到输出映象区对应映象区对应的位上；将运算的结果存放到输出映象区对应的位上。的位上。PLC在执行用户程序时所需在执行用户程序时所需“输入继电器输入继电器”、“输出继电器输出继电器”的数据取用于的数据取用于I/O映象区，而不直接与外部映象区，而不直接与外部设备发生关系设备发生关系 。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理2.2.2 可编程序控制器的输入可编程序控制器的输入/输出过程输出过程 PLC的工作方式是周期扫描方式，所以其输入的工作方式是周期扫描方式，所以其输入/输出过程是输出过程是定时进行的，即在每个扫描周期内只进行一次输入和输出的操定时进行的

28、，即在每个扫描周期内只进行一次输入和输出的操作。在进行输入操作时，首先启动输入单元，把现场信号转换作。在进行输入操作时，首先启动输入单元，把现场信号转换成数字信号后全部读入，然后进行数字滤波处理，最后把有效成数字信号后全部读入，然后进行数字滤波处理，最后把有效值放入输入信号状态暂存区；在进行输出操作时，首先把输出值放入输入信号状态暂存区；在进行输出操作时，首先把输出信号状态暂存区中的信号全部送给输出单元，然后进行传送正信号状态暂存区中的信号全部送给输出单元，然后进行传送正确性检查，最后启动输出单元把数字信号转换成现场信号输出确性检查，最后启动输出单元把数字信号转换成现场信号输出给执行机构。对用

29、户程序而言，要处理的输入信号是输入信号给执行机构。对用户程序而言，要处理的输入信号是输入信号状态暂存区的信号，而不是实际的信号。运算处理后的输出信状态暂存区的信号，而不是实际的信号。运算处理后的输出信号被放入输出信号状态暂存区中，而不是直接输出到现场的。号被放入输出信号状态暂存区中，而不是直接输出到现场的。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理 所以在用户程序执行的这一周期内，其处理的输入信号不所以在用户程序执行的这一周期内，其处理的输入信号不再随现场信号的变化而变化再随现场信号的变化而变化；与此同时，；与此同时，虽然输出信号状态暂虽然输出信号状态暂存区中信号随程序执行的结果不同而不断变化，但

30、是实际的输存区中信号随程序执行的结果不同而不断变化，但是实际的输出信号是不变的，在输出过程中，只有最后一次操作结果对输出信号是不变的，在输出过程中，只有最后一次操作结果对输出信号起作用。出信号起作用。PLC周期性的输入周期性的输入/输出处理方式对一般控制对输出处理方式对一般控制对象而言是能够满足的，但是对那些要求响应时间小于扫描周期象而言是能够满足的，但是对那些要求响应时间小于扫描周期的控制系统则不能满足，这时可以用智能型输入的控制系统则不能满足，这时可以用智能型输入/输出单元或专输出单元或专门的软件指令，通过与扫描周期脱离的方式来解决。门的软件指令，通过与扫描周期脱离的方式来解决。第2章 可

31、编程序控制器的结构和工作原理用户程序的循环扫描过程用户程序的循环扫描过程 可编程序控制器对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段。 第2章 可编程序控制器的结构和工作原理输入、输出延迟响应 输入电路滤波时间，它由输入电路滤波时间，它由RC滤波电路的时间常数决定。滤波电路的时间常数决定。改变时间常数可调整输入延迟时间。改变时间常数可调整输入延迟时间。 PLC循环扫描的工作方式循环扫描的工作方式 用户程序中语句的安排用户程序中语句的安排 PLC对输入采样、输出刷新的集中处理方式对输入采样、输出刷新的集中处理方式 输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式

32、有关。输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。继电器输出方式的滞后时间为继电器输出方式的滞后时间为10ms左右；双向晶闸管输出左右；双向晶闸管输出方式，在接通负载时滞后时间约为方式，在接通负载时滞后时间约为1ms，切断负载时滞后，切断负载时滞后时间小于时间小于10ms；晶体管输出方式的滞后时间小于；晶体管输出方式的滞后时间小于1ms。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理CPU读输入读输入输入输出延迟时间输入输出延迟时间最短响应时间最短响应时间输入输入/输出输出刷新时间刷新时间最短响应时间最短响应时间=输入延迟时间输入延迟时间+一个扫描周期一个扫描周期+输出延迟时间输出延迟时间第2章

33、可编程序控制器的结构和工作原理CPU读输入读输入输入输入/输出输出刷新时间刷新时间输入输出延迟时间输入输出延迟时间最长响应时间最长响应时间最长响应时间最长响应时间=输入延迟时间输入延迟时间+两个扫描时间两个扫描时间+输出延迟时间输出延迟时间第2章 可编程序控制器的结构和工作原理2.2.3 可编程序控制器的中断输入处理过程可编程序控制器的中断输入处理过程 PLC的中断输入处理方法同一般计算机系统是基本相同的，的中断输入处理方法同一般计算机系统是基本相同的，即当有中断申请信号输入后，系统要中断正在执行的相关程序即当有中断申请信号输入后，系统要中断正在执行的相关程序而转向执行中断子程序；当有多个中断

34、源时，它们将按中断的而转向执行中断子程序；当有多个中断源时，它们将按中断的优先级有一个先后顺序的排队处理。系统可以通过程序设定允优先级有一个先后顺序的排队处理。系统可以通过程序设定允许中断或禁止中断。许中断或禁止中断。 PLC对中断的响应不是在每条指令执行结束后进行，而是对中断的响应不是在每条指令执行结束后进行，而是在扫描周期内某一个任务完成后进行的。在扫描周期内某一个任务完成后进行的。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理PLC工作过程特点小结工作过程特点小结 PLC采用集中采样、集中输出的方式，这种方式减少了外采用集中采样、集中输出的方式，这种方式减少了外界干扰的影响。界干扰的影响。 PL

35、C的工作过程是循环扫描的过程，循环扫描时间的长短的工作过程是循环扫描的过程，循环扫描时间的长短取决于指令执行速度、用户程序的长度等因素。取决于指令执行速度、用户程序的长度等因素。 输出对输入的响应有滞后现象。输出对输入的响应有滞后现象。PLC采用集中采用集中采样、集中采样、集中输出的工作方式，当采样阶段结束后，输入状态的变化将要输出的工作方式，当采样阶段结束后，输入状态的变化将要等到下一个采样周期才能被接收，因此这个滞后时间的长短等到下一个采样周期才能被接收，因此这个滞后时间的长短又主要取决于循环周期的长短。此外，影响滞后时间的因素又主要取决于循环周期的长短。此外，影响滞后时间的因素还有输入电

36、路滤波时间、输出电路的滞后时间等。还有输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间等。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理PLC工作过程特点小结工作过程特点小结 输出映像寄存器的内容取决于用户程序扫描执行的结果。输出映像寄存器的内容取决于用户程序扫描执行的结果。输出锁存器的内容由上一次输出刷新期间输出映像寄存器输出锁存器的内容由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定。中的数据决定。 PLC当前实际的输出状态由输出锁存器的内容决定。当前实际的输出状态由输出锁存器的内容决定。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理2.2.4 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理 PLC的工作原理与计算机

37、的工作原理是基本一致的。它通的工作原理与计算机的工作原理是基本一致的。它通过执行用户程序来实现控制任务。但是，在时间上，过执行用户程序来实现控制任务。但是，在时间上，PLC执行执行的任务是串行的，与继电器逻辑控制系统中控制任务的执行有的任务是串行的，与继电器逻辑控制系统中控制任务的执行有所不同。所不同。 从从PLC的工作过程可以看到，整个工作过程是以循环扫描的工作过程可以看到，整个工作过程是以循环扫描的方式进行的。循环扫描方式是指在程序执行过程的周期中，的方式进行的。循环扫描方式是指在程序执行过程的周期中，程序对各个过程输入信号进行采样，对采样的信号进行运算和程序对各个过程输入信号进行采样，对

38、采样的信号进行运算和处理，并把运算结果输出到生产过程的执行机构中。处理，并把运算结果输出到生产过程的执行机构中。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理2.3 可编程序控制器的编程语言和程序结构可编程序控制器的编程语言和程序结构2.3.1 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为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序的需要。的需要。PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、指令提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、指令表和功能块图。下面以表和功能块图。下面以S7-200系列系列PLC为例加以说明。为例加以说明。第2章 可编程

39、序控制器的结构和工作原理 1. 梯形图梯形图(LAD) 梯形图梯形图(LAD)编程语言是从继电器控制系统原理图的基础编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。上演变而来的。PLC的梯形图与继电器控制系统的梯形图的基的梯形图与继电器控制系统的梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。 图图2.8是一个典型的梯形图。左右两条垂直的线称作母线。是一个典型的梯形图。左右两条垂直的线称作母线。母线之间是触点的逻辑连接和线圈的输出。母线之间是触点的逻辑连接和线圈的输出。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理图2.8 典型

40、的梯形图母线ABCDEFM( )( )母线Q第2章 可编程序控制器的结构和工作原理PLC的梯形图与继电气控制线路图的本质区别：的梯形图与继电气控制线路图的本质区别：PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，但是梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，但是这些继电器并不是真实的物理继电器，而是这些继电器并不是真实的物理继电器，而是“软继电器软继电器”。 PLC梯形图中仍然保留了动合触点和动断触点的名称，这梯形图中仍然保留了动合触点和动断触点的名称，这些触点的接通或断开，取决于其线圈是否得电。在梯形图中，些触点的接通或断开，取决于其线圈是否得电。在梯形图中，当程序扫描到某个继电器触点时

41、，就去检查其线圈是否当程序扫描到某个继电器触点时，就去检查其线圈是否“得得电电”，即去检查与之对应的那个存储单元的状态是，即去检查与之对应的那个存储单元的状态是“1”还是还是“0”。若该触点是动合触点，就取它的原状态；若该触点是。若该触点是动合触点，就取它的原状态；若该触点是动断触点就取它的反状态。动断触点就取它的反状态。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理PLC的梯形图与继电气控制线路图的本质区别：的梯形图与继电气控制线路图的本质区别： PLC梯形图中的各种继电器触点的串并联连接，实质上是梯形图中的各种继电器触点的串并联连接，实质上是将对应这些基本单元的状态依次取出来，进行将对应这些基本单

42、元的状态依次取出来，进行“逻辑与逻辑与”、“逻辑或逻辑或”等逻辑运算。等逻辑运算。CPU对进行这些逻辑运算的次数是没对进行这些逻辑运算的次数是没有限制的，因此，在编程时可无限次使用各种继电器的触点，有限制的，因此，在编程时可无限次使用各种继电器的触点，且可根据需要采用动合或动断的形式。且可根据需要采用动合或动断的形式。注意：梯形图程序中同一个继电器号的线圈只能使用一次。注意：梯形图程序中同一个继电器号的线圈只能使用一次。继电器控制线路中，左、右两侧的母线为电源线，在电源线继电器控制线路中，左、右两侧的母线为电源线，在电源线中间的各个支路上都加有电压，当某个或某些支路满足接通条中间的各个支路上都

43、加有电压，当某个或某些支路满足接通条件时，就会有电流流过触点和线圈；而在件时，就会有电流流过触点和线圈；而在PLC梯形图，左侧梯形图，左侧（或两侧）的垂线为逻辑母线，每一个支路均从逻辑母线开始，（或两侧）的垂线为逻辑母线，每一个支路均从逻辑母线开始，到线圈或其他输出功能结束。到线圈或其他输出功能结束。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理 梯形图的一个关键概念是梯形图的一个关键概念是“能流能流”(Power Flow)，这仅是概，这仅是概念上的念上的“能流能流”。在梯形图图中，把左边的母线假想为电源。在梯形图图中，把左边的母线假想为电源“火火线线”，而把右边的母线假想为电源，而把右边的母线假想

44、为电源“零线零线”。如果有。如果有“能流能流”从从左至右流向线圈，则线圈被激励；如果没有左至右流向线圈，则线圈被激励；如果没有“能流能流”，则线圈未，则线圈未被激励。被激励。 “能流能流”可以通过被激励可以通过被激励(ON)的常开接点和未被激励的常开接点和未被激励(OFF)的常闭接点自左向右流。的常闭接点自左向右流。“能流能流”在任何时候都不会通过接点自在任何时候都不会通过接点自右向左流。右向左流。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理 要强调指出的是，引入要强调指出的是，引入“能流能流”的概念，仅仅是为了和继的概念，仅仅是为了和继电接触器控制系统相比较，以对梯形图有一个深入的认识，其电接触器

45、控制系统相比较，以对梯形图有一个深入的认识，其实实“能流能流”在梯形图中是不存在的。在梯形图中是不存在的。 有的有的PLC的梯形图有两根母线，但大部分的梯形图有两根母线，但大部分PLC现在只保留现在只保留左边的母线了。在梯形图中，触点代表逻辑左边的母线了。在梯形图中，触点代表逻辑“输入输入”条件，如条件，如开关、按钮、内部条件等；线圈通常代表逻辑开关、按钮、内部条件等；线圈通常代表逻辑“输出输出”结果，结果，如灯、电机接触器、中间继电器等。对如灯、电机接触器、中间继电器等。对S7-200系列系列PLC来说，来说，还有一种输出还有一种输出“盒盒”(方块图方块图)，它代表附加的指令，如定时，它代表

46、附加的指令，如定时器、计数器和功能指令等。梯形图语言简单明了，易于理解，器、计数器和功能指令等。梯形图语言简单明了，易于理解，是所有编程语言的首选。是所有编程语言的首选。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理PLC的梯形图与继电气控制线路图的本质区别：的梯形图与继电气控制线路图的本质区别： 在继电器控制线路图中，各个并联电路是同时加电压，并在继电器控制线路图中，各个并联电路是同时加电压，并行工作的，由于实际元件动作的机械惯性，可能会发生触点竞行工作的，由于实际元件动作的机械惯性，可能会发生触点竞争现象。在梯形图中，各个编程元件的动作顺序是按扫描顺序争现象。在梯形图中，各个编程元件的动作顺序是按

47、扫描顺序依次执行的，或者说是按照串行的方式工作的，执行时是自上依次执行的，或者说是按照串行的方式工作的，执行时是自上而下，从左到右，串行扫描，不会发生触点竞争现象。而下，从左到右，串行扫描，不会发生触点竞争现象。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理第2章 可编程序控制器的结构和工作原理第2章 可编程序控制器的结构和工作原理PLC的梯形图与继电气控制线路图的本质区别：的梯形图与继电气控制线路图的本质区别： PLC梯形图中的输出线圈只对应存储器中的输出映像区的梯形图中的输出线圈只对应存储器中的输出映像区的相应位，不能用该编程元件直接驱动现场机构，必须通过指定相应位，不能用该编程元件直接驱动现场机

48、构，必须通过指定的输出继电器，经的输出继电器，经I/O接口上对应的输出单元（或输出端子）接口上对应的输出单元（或输出端子）才能驱动现场执行机构。才能驱动现场执行机构。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理 2. 指令表指令表(STL) 指令表指令表(STL)编程语言类似于计算机中的助记符语言，它编程语言类似于计算机中的助记符语言，它是可编程序控制器最基础的编程语言。所谓指令表编程，是用是可编程序控制器最基础的编程语言。所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程序控制器的某种操作一个或几个容易记忆的字符来代表可编程序控制器的某种操作功能。功能。 图图2.9是一个简单的是一个简单的P

49、LC程序，图程序，图(a)是梯形图程序，图是梯形图程序，图(b)是相应的指令表。一般来说，指令表编程适合于熟悉是相应的指令表。一般来说，指令表编程适合于熟悉PLC和有和有经验的程序员使用。经验的程序员使用。第2章 可编程序控制器的结构和工作原理图2.9 基本指令应用举例(a) 梯形图； (b) 指令表I0.0( )( )I0.1Q0.0Q0.0Q0.1( )M0.1I0.5I0.3I0.4( )Q0.2M0.1(a)(b)LDOALDNALDNANI0.0Q0.0I0.1Q0.0I0.5Q0.1I0.3M0.1I0.4M0.1Q0.2第2章 可编程序控制器的结构和工作原理 3. 功能块图功能块图(FBD) S7-200系列系列PLC专门提供了专门提供了FBD编程语言，利用编程语言，利用FBD可以可以查看到像普通逻辑门图形的逻辑盒指令。它没有梯形图编程器查看到像普通逻辑门图形的逻辑盒指令。它没有梯形图编程器中的触点和线圈，但有与之