可编程序控制器概要课件

可编程序控制器(PLC)实验王飞机械工程学院专业实验中心可编程序控制器(PLC)实验王飞机械工程学院专业一、PLC的发展、分类及应用

1.1产生

1.2发展

1.3优点

1.4缺点

1.5分类1.6应用1.7国内外现状

一、PLC的发展、分类及应用1.1产生1.1产生

可编程序逻辑控制器PLC产生于1969年，最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制。

现在所说的可编程序控制器PC（ProgrammableController）是1980年以来，美、日、德等国由先前的可编程序逻辑控制器PLC进一步发展而来。

1985年，国际电工委员会IEC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统，专为工业环境下应用而设计。

1.1产生可编程序逻辑控制器PLC产生于1969年，最初1.2发展

1.发展及现状

2.发展趋势

（1）与计算机联系密切

（2）发展多样化

（3）模块化

（4）网络与通信能力增强

（5）多样化与标准化

（6）工业软件发展迅速

1.2发展1.发展及现状1.3优点

1.可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

1.3优点1.可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制2.配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3.易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。2.配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

5.体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

1.4缺点主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的PLC互不兼容。SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在Windows平台下，结合IEC1131－3国际标准的新一代开放体系结构的PLC。1.4缺点主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的1.5分类

1.从结构上可编程序控制器从结构上可分为整体式和模块式。2.从规模上按PLC的输入输出点数可分为小型、中型和大型。

小型：128点以下中型：129～512点大型：513点以上1.5分类1.从结构上1.6应用

1.工业1）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；2）模拟量控制，部分PLC或功能模块具有PID控制功能，可实现过程控制；3）监控，用PLC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源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。2.其他行业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。1.6应用1.工业1.7国内外状况在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable,是世界上公认的第一台PLC.

限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

1.7国内外状况在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长通常PLC的输入类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部提供。图1.2和图1.3分别为一种型号PLC的直流和交流输入接口电路的电路图，采用的是外接电源。图1.2描述了一个输入点的接口电路。其输入电路的一次电路与二次电路用光耦合器相连，当行程开关闭合时，输入电路和一次电路接通，上面的发光管用于对外显示，同时光耦合器中的发光管使三极管导通，信号进入内部电路，此输入点对应的位由0变为1。即输入映像寄存器的对应位由0变为1。通常PLC的输入类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源二.结构

PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。图1.1为一典型PLC结构简图。图1.1结构简图二.结构PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，1.中央处理单元

中央处理单元（CPU）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。

CPU的主要功能：1）从存储器中读取指令

2）执行指令3）顺序取指令4）处理中断1.中央处理单元中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个2.存储器

1）只读存储器

2）随机存储器RAM

2.存储器1）只读存储器3.输入输出单元

/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

常用的I/O分类如下：

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

3.输入输出单元/O模块

PLC图1.2直流输入电路图内部电路COM输入1输入n图1.2直流输入电路图内部电路COM输入1输入n图1.3交流输入电路图图1.3交流输入电路图RC滤波电路的作用RC滤波电路：防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起的错误信号RC滤波电路的作用光电耦合器的作用1实现现场与PLC主机的电气隔离,提高抗干扰性.2避免外电路出故障时,外部强电侵入主机而损坏主机.3电平交换,现场开关信号可能有各种电平,光电耦合器将他们变换成PLC主机要求的标准逻辑电平.光电耦合器的作用1实现现场与PLC主机的电气隔离,提高抗干PLC与主令电器类设备的连接如图所示是与按钮、行程开关、转换开关等主令电器类输入设备的接线示意图。图中的PLC为直流汇点式输入，即所有输入点共用一个公共端COM，同时COM端内带有DC24V电源。若是分组式输入，也可参照图示的方法进行分组连接

PLC与主令电器类设备的连接如图所示是与按钮、行程开关、转输出电路（继电器型）

负载内部电路输出电路（继电器型）PLC与输出设备连接时，不同组（不同公共端）的输出点，其对应输出设备（负载）的电压类型、等级可以不同，但同组（相同公共端）的输出点，其电压类型和等级应该相同。要根据输出设备电压的类型和等级来决定是否分组连接。如图6-9所示以FX2N为例说明PLC与输出设备的连接方法。图中接法是输出设备具有相同电源的情况，所以各组的公共端连在一起，否则要分组连接。图中只画出Y0-Y7输出点与输出设备的连接，其它输出点的连接方法相似

PLC与输出设备连接时，不同组（不同公共端）的输出点，其对应电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。

底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电三.工作原理

1.循环扫描PLC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、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图1.4所示。图1.4中当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。三.工作原理1.循环扫描图1.4工作原理图图1.4工作原理图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1.5所示。PLC执行的五个阶段，称为一个扫描周期，PLC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。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1.5程序执行原理图X0Y0END行程开关电磁阀指示灯图1.5程序执行原理图X0Y0END行程开关电磁阀指示灯四.技术性能指标

1.外形尺寸

2.输入输出点数

3.机器字长

4.速度5.指令系统6.存储器容量7.扩展性8.通信功能

四.技术性能指标1.外形尺寸五.编程语言

1.梯形图

2.语句表

3.SFC(SequentialFunctionChart)图

4.高级语言

五.编程语言1.梯形图梯形图画法编制PLC程序前的准备：1、设计PLC控制系统的结构、配置；确定I/O位置2、根据I/O位置确定信号的I/O地址（端口表）3、设计、整理输入/输出信号间的逻辑关系梯形图的基本画法：1、在左右两条逻辑电源线之间，按系统逻辑要求从左到右排列接点和线圈；计算机可只画左边2、逻辑可以是一个或多个接点的串并联，然后接到输出线圈(定时器、锁存器、移位寄存器等)3、所有接点必须在输出线圈左边；4、输出线圈不能不经过任何接点直接接在两个逻辑电源线之间。梯形图画法编制PLC程序前的准备：PLC梯形图编程原则1、梯形图由多个梯级组成，每个线圈可构成一个梯级，每个梯级有多条支路，每个梯级代表一个逻辑方程；2、梯形图中的继电器继电器、接点、线圈不是物理的，是PLC存储器中的位(1=ON；0=OFF)；故编程时常开/常闭接点可无限次引用，线圈输出只能是一次；3、梯形图中流过的不是物理电流而是“概念电流”，只能从左向右流；4、用户程序的运算是根据PLC的输入/输出映象寄存器中的内容，逻辑运算结果可以立即被后面的程序使用；5、PLC的内部继电器不能做控制用，只能存放逻辑控制的中间状态；6、输出线圈不能直接驱动现场的执行元件，通过I/O模块上的功率器件来驱动。PLC梯形图编程原则1、梯形图由多个梯级组成，每个线圈可构成编程所用软件FXGPWIN：主要是针对FX系列的PLC的GXDEVELOPER：是针对三菱所有系列的pLC的，GXDEVELOPER还支持仿真插件可以与三菱触摸屏的仿真交互通讯鉴于本实验采用的是FX系列的，而且FXGPWIN占用资源少，易于操作，我们本次实验采用它。编程所用软件FXGPWIN：主要是针对FX系列的PLC的实验一、验机和基本指令练习一、实验目的1.熟悉实验仪器（PLC实验箱），了解FX1S-30MRPLC的组成。熟悉编程软件FXGPWIN3.掌握PLC验机程序的编制和调试I/O根据实验要求自定义实验一、验机和基本指令练习一、实验目的I/O根据实验要求自定实验一、验机和基本指令练习二、实验内容1.利用开关按钮驱动相关指示灯实现与、或、非逻辑处理功能2.使用FXGPWIN软件编制程序；3.调试PLC程序。实验一、验机和基本指令练习二、实验内容实验二、电动机的转动控制一、实验目的1.学会时间控制的方法，加深对定时器、计数器的理解2.掌握自锁、互锁控制思想3.学会顺控中的循环控制I/O根据实验要求自定义实验二、电动机的转动控制一、实验目的I/O根据实验要求自定义实验二、电动机的转动控制

二、实验要求1.通过启动开关使电动机正转4秒后自动停止，在转动过程中亦可通过另一开关使其停止。通过启动开关电机正转10秒，反转5秒，连续重复上述状态，1分钟后自动停止.实验二、电动机的转动控制

二、实验要求实验三、混料罐实验

一、实验目的1.掌握液位控制技巧了解传感器原理及使用方法3.练习步进指令编程I/O根据实验要求自定义实验三、混料罐实验

一、实验目的I/O根据实验要求自定义实验三、混料罐实验

二、实验要求启动开关后低液位报警出料泵关，进料泵一打开；中2液位报警进料泵一关，进料1泵二打开；高液位报警进料H泵二关，混料泵打开，搅拌3秒后关掉，出料泵打开……，M循环动作。L实验三、混料罐实验

二、实验要求实验四、红绿交通灯实验一、实验目的

1.熟悉可编程控制器指令。

2.熟悉PLC的硬件系统及工作原理。

3.熟悉设计和调试PLC程序的方法实验四、红绿交通灯实验一、实验目的

1.熟悉可编程控制器指实验四、红绿交通灯实验二、实验要求设计一个由红、绿、黄三种颜色的灯组成的彩色霓虹灯共12个，自行确定红绿黄三种

颜色的灯的变换规律，控制三种灯有次序地正常运行。本实验的要求是，利用一外部开关

实现程序的起停，利用另外两个开关确定灯亮灭的方向。

1.画出所设计红、绿、黄灯控制规律的时序图。

2.设计控制线路图并正确接线。

3.正确编写出控制梯形图。

4.调试，运行，检验程序和接线是否正确。

实验四、红绿交通灯实验二、实验要求实验五、电梯控制实验一、实验目的

1.熟悉可编程控制器指令。

2.了解传感器控制原理与方法

3.熟悉电梯控制基本原理I/O根据实验要求自定义实验五、电梯控制实验一、实验目的

1.熟悉可编程控制器指令实验五、电梯控制实验二、实验要求

1.自动响应层楼召唤信号（含上、下召唤）2.自动响应轿厢服务指令信号3.自动完成轿厢层楼位置指示4.具有电梯直达功能和最远反向外呼功能实验五、电梯控制实验二、实验要求

1.自动响应层楼召唤信号（可编程序控制器(PLC)实验王飞机械工程学院专业实验中心可编程序控制器(PLC)实验王飞机械工程学院专业一、PLC的发展、分类及应用

1.1产生

1.2发展

1.3优点

1.4缺点

1.5分类1.6应用1.7国内外现状

一、PLC的发展、分类及应用1.1产生1.1产生

可编程序逻辑控制器PLC产生于1969年，最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制。

现在所说的可编程序控制器PC（ProgrammableController）是1980年以来，美、日、德等国由先前的可编程序逻辑控制器PLC进一步发展而来。

1985年，国际电工委员会IEC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统，专为工业环境下应用而设计。

1.1产生可编程序逻辑控制器PLC产生于1969年，最初1.2发展

1.发展及现状

2.发展趋势

（1）与计算机联系密切

（2）发展多样化

（3）模块化

（4）网络与通信能力增强

（5）多样化与标准化

（6）工业软件发展迅速

1.2发展1.发展及现状1.3优点

1.可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

1.3优点1.可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制2.配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3.易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。2.配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

5.体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

1.4缺点主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的PLC互不兼容。SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在Windows平台下，结合IEC1131－3国际标准的新一代开放体系结构的PLC。1.4缺点主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的1.5分类

1.从结构上可编程序控制器从结构上可分为整体式和模块式。2.从规模上按PLC的输入输出点数可分为小型、中型和大型。

小型：128点以下中型：129～512点大型：513点以上1.5分类1.从结构上1.6应用

1.工业1）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；2）模拟量控制，部分PLC或功能模块具有PID控制功能，可实现过程控制；3）监控，用PLC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源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。2.其他行业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。1.6应用1.工业1.7国内外状况在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable,是世界上公认的第一台PLC.

限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

1.7国内外状况在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长通常PLC的输入类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部提供。图1.2和图1.3分别为一种型号PLC的直流和交流输入接口电路的电路图，采用的是外接电源。图1.2描述了一个输入点的接口电路。其输入电路的一次电路与二次电路用光耦合器相连，当行程开关闭合时，输入电路和一次电路接通，上面的发光管用于对外显示，同时光耦合器中的发光管使三极管导通，信号进入内部电路，此输入点对应的位由0变为1。即输入映像寄存器的对应位由0变为1。通常PLC的输入类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源二.结构

PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。图1.1为一典型PLC结构简图。图1.1结构简图二.结构PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，1.中央处理单元

中央处理单元（CPU）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。

CPU的主要功能：1）从存储器中读取指令

2）执行指令3）顺序取指令4）处理中断1.中央处理单元中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个2.存储器

1）只读存储器

2）随机存储器RAM

2.存储器1）只读存储器3.输入输出单元

/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

常用的I/O分类如下：

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

3.输入输出单元/O模块

PLC图1.2直流输入电路图内部电路COM输入1输入n图1.2直流输入电路图内部电路COM输入1输入n图1.3交流输入电路图图1.3交流输入电路图RC滤波电路的作用RC滤波电路：防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起的错误信号RC滤波电路的作用光电耦合器的作用1实现现场与PLC主机的电气隔离,提高抗干扰性.2避免外电路出故障时,外部强电侵入主机而损坏主机.3电平交换,现场开关信号可能有各种电平,光电耦合器将他们变换成PLC主机要求的标准逻辑电平.光电耦合器的作用1实现现场与PLC主机的电气隔离,提高抗干PLC与主令电器类设备的连接如图所示是与按钮、行程开关、转换开关等主令电器类输入设备的接线示意图。图中的PLC为直流汇点式输入，即所有输入点共用一个公共端COM，同时COM端内带有DC24V电源。若是分组式输入，也可参照图示的方法进行分组连接

PLC与主令电器类设备的连接如图所示是与按钮、行程开关、转输出电路（继电器型）

负载内部电路输出电路（继电器型）PLC与输出设备连接时，不同组（不同公共端）的输出点，其对应输出设备（负载）的电压类型、等级可以不同，但同组（相同公共端）的输出点，其电压类型和等级应该相同。要根据输出设备电压的类型和等级来决定是否分组连接。如图6-9所示以FX2N为例说明PLC与输出设备的连接方法。图中接法是输出设备具有相同电源的情况，所以各组的公共端连在一起，否则要分组连接。图中只画出Y0-Y7输出点与输出设备的连接，其它输出点的连接方法相似

PLC与输出设备连接时，不同组（不同公共端）的输出点，其对应电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。

底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电三.工作原理

1.循环扫描PLC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、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图1.4所示。图1.4中当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。三.工作原理1.循环扫描图1.4工作原理图图1.4工作原理图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1.5所示。PLC执行的五个阶段，称为一个扫描周期，PLC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。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1.5程序执行原理图X0Y0END行程开关电磁阀指示灯图1.5程序执行原理图X0Y0END行程开关电磁阀指示灯四.技术性能指标

1.外形尺寸

2.输入输出点数

3.机器字长

4.速度5.指令系统6.存储器容量7.扩展性8.通信功能

四.技术性能指标1.外形尺寸五.编程语言

1.梯形图

2.语句表

3.SFC(SequentialFunctionChart)图

4.高级语言

五.编程语言1.梯形图梯形图画法编制PLC程序前的准备：1、设计PLC控制系统的结构、配置；确定I/O位置2、根据I/O位置确定信号的I/O地址（端口表）3、设计、整理输入/输出信号间的逻辑关系梯形图的基本画法：1、在左右两条逻辑电源线之间，按系统逻辑要求从左到右排列接点和线圈；计算机可只画左边2、逻辑可以是一个或多个接点的串并联，然后接到输出线圈(定时器、锁存器、移位寄存器等)3、所有接点必须在输出线圈左边；4、输出线圈不能不经过任何接点直接接在两个逻辑电源线之间。梯形图画法编制PLC程序前的准备：PLC梯形图编程原则1、梯形图由多个梯级组成，每个线圈可构成一个梯级，每个梯级有多条支路，每个梯级代表一个逻辑方程；2、梯形图中的继