PLC的结构与工作原理课件

第二章PLC的结构与工作原理计算机科学与工程学院第二章PLC的结构与工作原理计算机科学与工程学院12.1可编程控制器的硬件系统2.2可编程控制器的软件及编程语言2.3可编程控制器的工作原理2.4CPM-2A系统配置2.5PLC中的几个基本概念

思考题与习题二

2.1可编程控制器的硬件系统22.1可编程控制器的硬件系统

PLC实质上是一种工业控制计算机,只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言,故PLC与计算机的组成十分相似。从硬件结构看,它也有中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)接口、电源等,其硬件结构如图2-1所示。

2.1可编程控制器的硬件系统PLC实质上是一种工3图2-1PLC的硬件结构框图

图2-1PLC的硬件结构框图4图2.1PLC的基本组成图2.1PLC的基本组成5输出设备输入设备

I/O扩展单元

特殊功能单元主机输出单元输入单元

电源外设接口I/O扩展口存储器

系统程序存储器CPU

用户程序存储器盒式磁带机打印机EPROM写入器

上位计算机PLC编程器可编程终端PT…

整体式PLC的基本组成框图输出设备输入设备I/O扩展特殊功能单元主机输出单6

组合式PLC的基本组成框图系统总线通信单元控制系统现场过程CPU单元输出单元编程器PLC或上位计算机……智能I/O单元输入单元组合式PLC的基本组成框图系统总线通信单元7★输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；CPU指挥PLC完成各种预定的功能★检查、校验用户程序，发现错误即报警；★执行用户程序、驱动外部输出设备动作；★诊断故障、记忆故障信息并报警。

1.CPU单元★输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；CPU8系统程序存储器——存储系统系统程序用户程序存储器——存储系统用户程序工作数据存储器——存储工作数据

2.存储器系统程序存储器——存储系统系统程序用户程序存储器——存储9PLC与外部设备联系的桥梁开关量输入单元开关量输出单元直流输入单元交流输入单元晶体管输出单元晶闸管输出单元继电器输出单元

3.输入/输出单元PLC与外部设备联系的桥梁开关量输10直流输入电路COM+5VLEDSR3R1AR2C→→T

内部电路滤波→→→→光电耦合

外部开关输入点的状态显示

输入点公共端直流输入电路COM+5VLEDSR3R1AR2C→T11交流输入电路LED+5VA→→R2T～COMSCR1内部电路R3滤波→→→→光电耦合

输入点的状态显示

外部开关输入点交流输入电路LED+5VA→R2T～COMSCR1内12晶体管输出电路COMT2LED→→DFU+5V内部电路T1R1R2R3负载→→光电耦合

输出点的状态显示

公共端输出点晶体管输出电路COMT2LED→DFU+5V内部电路13晶闸管输出电路COMLEDR2C→→TFU～内部电路R1负载→→光电耦合

输出点的状态显示

公共端输出点晶闸管输出电路COMLEDR2C→TFU～内部电14继电器输出电路COMLEDJ～R内部电路→→负载输出点的状态显示

继电器

机械触点

公共端输出点继电器输出电路COMLEDJ～R内部电路→负载15PLC由开关式稳压电源为内部电路供电抗干扰性能好有的PLC能向外部提供24V的直流电源可作为输入单元连接的外部设备的电源开关电源输入电压范围宽体积小重量轻效率高

4.电源单元PLC由开关式稳压电源为内部电路供电抗干扰性能好有的PL16I/O扩展端口

5.I/O扩展端口C28PI/O扩展端口5.I/O扩展端口C28P17I/O扩展端口

CPM1A的外设端口和I/O扩展端口I/O扩展端口CPM1A的外设端口和I/O扩展端口18I/O扩展单元A/D转换单元

I/O扩展端口可以连接的设备举例I/O扩展单元A/D转换单元I/O扩展端口可以连接的设19I/O扩展端口连接扩展器的示意图I/O扩展端口连接扩展器的示意图20CPM1A主机与I/O扩展器的连接主机I/O扩展器连接电缆CPM1A主机与I/O扩展器的连接主机I/O扩展21

6.外设端口外设端口盒式磁带机打印机EPROM写入器上位计算机

PLC可编程终端PT编程器…6.外设端口外设端口盒式磁带机编程器…22编程器是对PLC进行操作的工具专用编程器在装有专用编程软件的计算机上编程简易编程器直插式、便携式计算机辅助编程图形编程器

7.编程工具编程器是对PLC进行操作的工具专用编程器23显示屏工作方式选择开关编程位主机监控位运行位编程器直插式编程器显示屏工作方式选择开关编程位主机监控位运行位编程器直插式编程24键盘指令键数字键编辑键清除键直插式编程器键盘指令键数字键编辑键清除键直插式编程器25便携式编程器键盘显示屏工作方式选择开关便携式编程器键盘显示屏工作方式选择开关26CPM1A主机与编程器的连接CPM1A主机与编程器的连接27

CPM1A主机与编程器的连接CPM1A主机与编程器的连接28计算机辅助编程计算机编程软件PLC专用电缆计算机编程软件PLC通信适配器RS-232电缆计算机辅助编程计算机编程软件PLC专用电缆计算机编程软件29智能单元本身是一个独立的系统CPU、系统程序、存储器、与外界相连的接口它们有自己的：对组合式PLC：智能单元是PLC系统的一个模块与CPU单元通过系统总线相连接在CPU单元的协调管理下独立地进行工作对整体式PLC：主机通过I/O扩展接口与智能单元连接

8.智能单元智能单元本身是一个独立的系统CPU、系统程序、存302.2可编程控制器的软件及编程语言

2.2.1

PLC的软件系统1.系统软件1)系统管理程序2)用户指令解释程序3)标准程序模块和系统调用2.用户程序2.2可编程控制器的软件及编程语言2.2.1PLC的软312.2.2PLC的编程语言1.梯形图编程3.顺序功能流程图编程

2.指令语句表编程顺序功能流程图编程(SFC)是一种较新的编程方法。它的作用是用功能图来表达一个顺序控制过程。梯形图表达式是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的。它的最大优点是形象、直观和实用,为广大电气技术人员所熟知,是PLC的主要编程语言。指令语句表语言类似于微机中的助记符语言。它是可编程控制器最基础的编程语言。所谓指令语句表编程,是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某种操作功能。2.2.2PLC的编程语言1.梯形图编程3.顺序功能322.2.2PLC的编程语言

逻辑功能图

梯形图

逻辑方程式

语句表2.2.2PLC的编程语言逻辑功能图33一、梯形图编程语言1.梯形图编程语言两种梯形图的继电器符号图对照物理继电器PLC继电器常开常闭触点线圈梯形图编程语言是一种图形语言一、梯形图编程语言1.梯形图编程语言两种梯形图34000000100001000PLC控制00001SB2KMKM继电器控制SB1

2.两种控制的梯形图比较线圈线圈常开触点常开触点常闭触点常闭触点

图示是用OMRON公司CPM1型机的自保持电路梯形图。这里01000的触点与启动触点00000并联。当00000接通,01000工作后,01000线圈可由自己的触点保持。若00001通,则01000断。

000000100001000PLC控制00001SB2KM35物理继电器继电器需硬接线连接触点个数有限PLC继电器继电器用程序软连接触点个数无限继电器的接线改变——控制功能改变PLC的用户程序改变——控制功能改变

3.两种控制中继电器的区别物理继电器继电器需硬接线连接触点个数有限PLC继电器继电器用36二、语句表编程语言用助记符表示指令的功能多条指令语句的组合构成了语句表程序指令语句是PLC用户程序的基础元素LD00000OR01000ANDNOT00001OUT0100000000010000100000001梯形图程序语句表程序二、语句表编程语言用助记符表示指令的功能多条指37PLC的指令语句为操作码＋操作数或操作码＋标识符＋参数其中,操作码用来指定要执行的功能,告诉CPU应该进行什么操作;操作数内包含执行该操作所必需的信息,告诉CPU用什么地方的东西来执行此操作。具体指令的说明在后面的章节有详细的介绍。表2-1是图2-2所示梯形图相对应的指令表。

PLC的指令语句为382.3可编程控制器的工作原理

2.3.1PLC控制系统的等效工作电路PLC控制系统的等效工作电路可分为三部分,即输入部分、内部控制电路和输出部分。输入部分采集输入信号,输出部分就是系统的执行部件。这两部分与继电器控制电路相同。内部控制电路通过编程方法实现控制逻辑,用软件编程代替继电器电路的功能。其等效工作电路如图5-4所示。

2.3可编程控制器的工作原理2.3.1PLC控制系统的39图2-4PLC控制系统的等效工作电路

图2-4PLC控制系统的等效工作电路405.3.2扫描工作方式这种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。扫描是一种形象化的术语,用作描述CPU是如何完成分配给它的各种任务的方式。

扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始,在无中断或跳转控制的情况下,按存储地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序,也就是顺序逐条执行用户程序,直到程序结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期,然后再从头开始扫描,并周而复始地重复。5.3.2扫描工作方式扫描从0000号存储地址所415.3.3PLC的工作过程PLC的工作过程就是程序执行过程。PLC投入运行后,便进入程序执行过程。它分为三个阶段进行,即输入采样(或输入处理)阶段、程序执行(或程序处理)阶段和输出刷新(或输出处理)阶段,如图5-5所示。

5.3.3PLC的工作过程42图2-5PLC程序执行的过程

图2-5PLC程序执行的过程43读读读写写执行用户程序I/O刷新I/O刷新I/O刷新I/O刷新PLC执行用户程序的过程0100101000000000000101000输入端子输入电路用户输入设备输入映像寄存器输出电路输出端子元件映像寄存器输出锁存器

用户输出设备读读读写写执行用户程序I/O刷新I/O刷新I/O刷新442.3.4PLC对输入/输出的处理规则总结上面分析的程序执行过程,可以得出PLC对输入／输出的处理规则,如图2-6所示。对应于图中的数字标号说明如下:

图2-6PLC对输入/输出的处理规则

2.3.4PLC对输入/输出的处理规则图2-6P452.4OMRON公司CPM2A型机的系统配置2.4.1CPM2A型机的系统组成用OMRON公司CPM2A型机组成PLC控制系统,最小配置为一台基本单元和一台编程器。在整体式PLC中,输入、输出继电器的点数及接线端子是固定的。因此,首先应当明确哪些外部端子是可用的。2.4OMRON公司CPM2A型机的系统配置2.4.1C46CPM1A系列的继电器区及数据区CPM1A系列的继电器区及数据区47内部继电器区（IR）特殊辅助继电器区（SR）暂存继电器区（TR）保持继电器区（HR）辅助记忆继电器区（AR）链接继电器区（LR）定时器/计数器区（TC）数据存储区（DM）内部继电器区（IR）特殊辅助继电器区（SR）暂存继电器区（T48★CPM1A内部器件的编号内部器件以通道形式的编号通道编号为2、3、4位数不等每个通道内有16个继电器（00~15）例：某继电器的编号为01006。则：该继电器的通道编号为010、位编号为06。★CPM1A内部器件的编号内部器件以491.内部继电器区（IR）IR区（000~231）分为两部分输入/输出继电器区：000~019(可以直接对外输出）内部辅助继电器区:200～231(不能直接对外输出)000、001：用于主机的输入通道的编号002～009：I/O扩展单元的输入通道编号010～011：用于主机的输出通道的编号012～019：I/O扩展单元的输出通道编号没被使用的IR通道，可作为内部辅助继电器使用。1.内部继电器区（IR）IR区（000~23150输入18点30点主机输出12点输入12点输出8点扩展器输入12点输出8点扩展器输入12点输出8点扩展器例：30点的主机，连接三个20点的扩展器。其I/O点编号分配：00000~0001101000~0100700100~0010501100~0110300200~0021101200~0120700300~0031101300~0130700400~0041101400~01407输入18点30点主机输出12点输入12点输出8点扩展器输512.特殊辅助继电器区（SR）SR区（231~255）分为前、后两部分232~251：常以通道为单位使用252～255用于存储工作状态、产生脉冲信号等。232~249没作表中指定功能时，可作内辅助继电器用250、251只能按表中的功能使用，不能另作他用。除25200外，252～255的状态只可利用、不可改变。前后2.特殊辅助继电器区（SR）SR区（231~255）分523.暂存继电器区（TR）4.保持继电器区（HR）该区继电器（HR00~HR19）编号要冠以HR。该区继电器（TR0~TR7）编号要冠以TR。用于存储梯形图中分之点之前的ON/OFF状态。同一程序中，某一编号的TR继电器不可重复使用。保持继电器具有掉电保持功能。该区继电器可以通道或位为单位使用。3.暂存继电器区（TR）4.保持继电器区（535.辅助记忆继电器区（AR）该区继电器（AR00~AR15）编号要冠以AR。AR区继电器具有掉电保持功能AR区继电器用于保存PLC的各种工作状态。根据该区某些继电器的状态，可了解PLC的工作状况。5.辅助记忆继电器区（AR）该区继电器（AR0546.链接继电器区（LR）该区通道（LR00~LR15）编号要冠以LRCPM1A与本系列或本公司其他PLC进行1：1链接通信时，要用使用LR区进行数据链接。不作1：1链接通信时，LR区可作内部辅助继电器用。6.链接继电器区（LR）该区通道（LR00~LR1557.定时器/计数器区（TR）000~127定时器分类普通定时器高速定时器计数器分类普通计数器可逆计数器★计数器有掉电保持功能，定时器没有此功能。★同一程序中，计数器和定时器不能使用同一编号。7.定时器/计数器区（TR）000~127定时器分568.数据存储区（DM）DM0000~DM1023DM6144~DM6655★该区继电器只能以通道为单位使用！★该区继电器具有掉电保持功能。该区继电器分为三部分①可读写区：DM0000~DM0999、DM1022~DM1023故障履历存储区：DM1000~DM1021不作该用途时，可作普通数据存储器用。②只读存储区：DM6144~DM65998.数据存储区（DM）DM0000~DM102357③系统设定区：DM6600~DM6655系统设定区的设定内容见表2.5。若系统设定区的设定出错，则辅助记忆继电器的对应位为ON。系统设定区的设定内容，可在指定时间读取。系统设定区的设定错误，只能用初始化来处理。系统设定区的设定内容可用编程工具写入。③系统设定区：DM6600~DM6655系统设定区的设定内58所谓通道，在此处泛指信号进入或流出PC的通路，以及信号在PC内部存放的地点。一般给这些通路或地点赋以编号，称为通道号。一旦一台PC上的通道号规定下来，用户就必须遵守其编号规则，这样PC才能正确识别信息，进行工作。事实上，PC真正能识别的是通道号，PC真正操作的是每个通道的数字，而不是信号本身，正如计算机中外设要有通道号，内存要有地址一样。2.4.2通道所谓通道，在此处泛指信号进入或流出PC的通路59通道分配是指对PLC的每个通道或每个继电器都分配给一个地址号，以便PLC能够识别。一般PLC都将通道号标注在相应的接线端子旁，且标明是输入还是输出。PLC中通道可分两大类，一类是外部的输入/输出通道，简称I/O通道，它对应于PLC机外部的接线端子，直接与PLC外部的设备打交道，也有人称之为输入/输出继电器。另一类是内部通道，或称内部继电器，它不直接与外部设备打交道，而是作为控制其他继电器的数据存储单元或数据处理区，在功能上相当于继电控制系统的内部继电器，即所谓的“内部输出”，这类继电器的种类和功能稍复杂一些。通道分配是指对PLC的每个通道或每个继电器都60CPM2A型机的通道号由三位十进制组成，在通道号后边再加两位十进制数就组成了通道中的点地址。例如010是010通道的通道号，01000则是010通道中第一位的地址。2.4.3．CPM2A型机的通道分配内部继电器可以分为三大部分：000～009共10个通道作为输入通道即输入继电器区，其中000和001通道用于CPU单元，其余8个通道用于扩展单元。1)内部继电器(IR)010～019共10个通道作为输出通道即输出继电器区，其中010和011通道用于CPU单元，其余8个通道用于扩展单元。CPM2A型机的通道号由三位十进制组成，在通61CPM2A的CPU单元有30点、40点和60点三种。I/O点数还可以通过最多三台扩展单元进行扩展。扩展单元有20点输入输出、8点输入和8点输出三种类型可供选用。以20点I/O扩展单元为例，系统扩展后的输入输出通道分配如表2.5.5所示。020～049和200～227共58个通道928点为内部辅助继电器区。除了没有实际输入输出端子与之相联系故不能用于实际输入输出操作外，它的使用与输入输出继电器相同。在输入输出通道中没有连接I/O设备的点在程序中也可以作为内部继电器应用。CPM2A的CPU单元有30点、40点和6062表2.5.5CPM2A的I/O及其通道分配CPU单元扩展单元30点I/O输入18点：00000～0001100100～00105输出12点：01000～0100701100～0100320点I/O输入12点：00200～00211输出8点：

01200～0120720点I/O输入12点：00300～00311输出8点：

01300～0130720点I/O输入12点：00400～00411输出8点：01400～0140740点I/O输入24点：00000～0001100100～00111输出16点：01000～0100701100～0100720点I/O输入12点：00200～00211输出8点：

01200～0120720点I/O输入12点：00300～00311输出8点：

01300～0130720点I/O输入12点：00400～00411输出8点：01400～0140760点I/O输入36点：00000～0001100100～0011100200～00211输出24点：01000～0100701100～0100701200～0120720点I/O输入12点：00300～00311输出8点：

01300～0130720点I/O输入12点：00400～00411输出8点：01400～0140720点I/O输入12点：00500～00511输出8点：01500～01507表2.5.5CPM2A的I/O及其通道分配CPU单元扩展632)特殊继电器(SR)228～255共有28个通道。228～231是在CPM1基础上新加的内容232～251通道通常是以通道为单位使用的。除了25200之外，对所有的SR，用户只能使用其状态而不能改变其状态。2)特殊继电器(SR)228～255共有28个通道。64表3.4.6CPM2A为特殊继电器一览表地址定义228～229脉冲输出0PV230～231脉冲输出1PV232～235宏指令输入区不使用宏时可作IR用236～239宏指令输出区不使用宏时可作IR用240～243中断0～3计数器设定值中断不使用计数器模式时可作IR用244～247中断0～3计数器当前值-1中断不使用计数器模式时可作IR用248～249高速计数器当前值区不使用高速计数器时可作IR用250～251模拟电位器0～1设定值存入区25200高速计数器复位标志25204脉冲输出0PV复位位25205脉冲输出1PV复位位表3.4.6CPM2A为特殊继电器一览表地址定义228～6525208外设通信口复位标志25209RS-232C口复位位25210PC系统设定区初始化标志25211强制置位/复位标志25512I/O保持标志25514故障履历复位标志25300～25307故障码存储区25308电池错25309扫描周期超过100ms标志25312改变RS–232C口设置25313常ON25314常OFF25315运行第一扫描周期标志254001分钟时钟脉冲表3.4.6CPM2A为特殊继电器一览表25208外设通信口复位标志25209RS-232C口复位位66254010.02秒时钟脉冲25402负数标志25406微分监视完成标志25407STEP指令第一行程的第一扫描周期标志255000.1秒时钟脉冲255010.2秒时钟脉冲255021秒时钟脉冲25503出错标志ER25504进位标志CY25505大于标志GR25506等于标志EQ25507小于标志LE表3.4.6CPM2A为特殊继电器一览表254010.02秒时钟脉冲25402负数标志25406微分67HR00～HR19共有20个通道320点。用标志HR后的两位数据表示通道号，再加两位数据指定点号。在程序中的使用方法同IR，但HR具有断电保持功能。3)暂存继电器(TR)暂存继电器用于复杂逻辑梯形图中的分支点暂存，合理使用可以简化程序。CPM2A共有按TR0～TR7顺序编号的8个暂存继电器。其具体使用可参阅有关章节。4)保持继电器(HR)HR00～HR19共有20个通道320点。用68AR00～AR23共有28个通道384点。用户可以通过AR中相应位的状态了解系统的运行情况如：AR15中为四位BCD的扫描周期当前值，单位是0.1ms，在系统运行中将不断的自动写入最新周期值，当运行停止时该通道并不复位，数据仍可以使用。5)辅助继电器(AR)AR00～AR23共有28个通道384点。5)辅助继电器69表3.4.7CPM2A辅助继电器一览表地址定义AR0208～11扩展单元连接数AR0800～03RS–232C通信错误代码*AR0804RS–232C错误标志*AR0805RS–232C发送允许标志*AR0806RS–232C接受完成标志*AR0807RS–232C接受溢出标志*AR0808～11外围设备通信出错码AR0812外围设备通信异常AR0814外围端口接受完成标志*AR0815外围端口接受溢出标志*AR09RS–232C接受计数器*AR1000～15电源断电次数表3.4.7CPM2A辅助继电器一览表地址定义AR02070表3.4.7CPM2A辅助继电器一览表AR1100～071～7号比较条件满足标志AR1108高速计数器比较标志*AR1109高速计数器溢出标志*AR1111脉冲输出0加减速当前值溢出标志*AR1112脉冲输出0当前值溢出标志*AR1113脉冲输出0脉冲数设置标志*AR1114脉冲输出0输出完成标志*AR1115脉冲输出0输出状态*AR1211脉冲输出1加减速当前值溢出标志*AR1212脉冲输出1当前值溢出标志*AR1213脉冲输出1脉冲数设置标志*AR1214脉冲输出1输出完成标志*AR1215脉冲输出1输出状态*表3.4.7CPM2A辅助继电器一览表AR1100～0771AR1300DM6600～6614中有异常AR1301DM6615～6644中有异常AR1302DM6645～6655中有异常AR1305DM6619中设定扫描时间大于实际扫描时间AR1308用户程序区以外存在继电器区AR1309高速存储器异常AR1310DM6614～6599发生累加或校验错AR1311系统设定区发生累加或校验错AR1312用户程序区发生累加或校验错或执行不正确指令AR1400～15扫描周期最大值AR1500～15扫描周期最小值AR17～21时钟/日历数据*AR23断电计数器*表3.4.7CPM2A辅助继电器一览表AR1300DM6600～6614中有异常AR1301DM672定时器和计数器在CPM2A中是统一编号的，000～127共有128个。系统断电时，定时器复位，计数器保持断电前的状态不变。6)链接继电器(LR)LR00～LR15共16个通道256点。在PC联网系统中作为数据交换的接口。在没有联网的系统中也可以作为IR使用。7)定时器/计数器(TIM/CNT)定时器和计数器在CPM2A中是统一编号的，073用于存储内部数据，操作中只能以通道为单位，不能以点为单位通道地址分为三部分：DM0000～DM2447为程序读写区，用户程序可以自由使用。DM6144～DM6559为只读区，用户不能用程序改写其中内容。DM6600～DM6655为系统设置区，用来设定各种系统参数。系统设定区的内容只能用编程器写入，不能用程序改写。8)数据存储区(DM)用于存储内部数据，操作中只能以通道为单位，不能以点为单位874表3.4.8CPM2A系统设置区一览表通道点定义DM660000～07电源ON时的工作方式DM660008～15电源ON时的工作方式设定DM660108～11电源ON时IOM保持/不保持设定DM660112～15电源ON时S/R保持/不保持设定DM660200～03用户程序存储器可写/不可写设定DM660204～07编程器信息英文/日文显示DM661600～07RS–232C口服务时间设定*DM661608～15RS–232C口服务时间使能*DM661700～07外围设备通信口服务时间设定表3.4.8CPM2A系统设置区一览表通道点定义DM6675表3.4.8CPM2A系统设置区一览表DM661708～15外围设备通信口服务时间设定有效/无效DM661800～07扫描监视时间设定DM661808～15扫描监视有效/无效DM661900～15扫描周期可变/不可变DM662000～0300000～00002输入滤波时间设定DM662004～0700003～00004输入滤波时间设定DM662008～1100005～00006输入滤波时间常数设定DM662012～1500007～00011输入滤波时间常数设定DM662100～07001CH输入滤波时间常数设定DM662108～15002CH输入滤波时间常数设定DM662200～07003CH输入滤波时间常数设定DM662208～15004CH输入滤波时间常数设定DM662300～07005CH输入滤波时间常数设定DM662308～15006CH输入滤波时间常数设定DM662400～07007CH输入滤波时间常数设定DM662408～15008CH输入滤波时间常数设定表3.4.8CPM2A系统设置区一览表DM661708～76通道点定义DM662500～07009CH输入滤波时间常数设定DM662800～23输入00003的中断输入设定DM662804～07输入00004的中断输入设定DM662808～11输入00005的中断输入设定DM662812～15输入00006的中断输入设定DM662900～03脉冲输出0坐标系统*DM662904～07脉冲输出1坐标系统*DM664200～23高速计数器模式设定DM664204～07高速计数器复位方式设定DM664208～15高速计数器使用/不使用设定DM664500～03RS–232C通信设定选择器*DM664504～07RS–232C口STC控制设定*通道点定义DM662500～07009CH输入滤波时间常数设77DM664508～111:1链接RS–232C口链接字*DM664512～15RS–232C口通信方式*DM664600～07RS–232C口波特率*DM664608～15RS–232C口帧格式*DM664700～15RS–232C口传输延时*DM664800～07RS–232C口上位链接节点号*DM664808～11RS–232C口无约规启动代码使能*DM664812～15RS–232C口无约规终止代码使能*DM664900～07RS–232C口无约规启动代码设定*DM664908～15RS–232C口无约规终止代码设定或接受字节数*DM665000～07上位链接总线外围设备通信标准格式DM665008～11外围设备通信口1:1链接区域设定DM665012～15外围设备通信口使用模式设定DM664508～111:1链接RS–232C口链接字*DM78DM665100～07上位链接外围设备通信口波特率设定DM665108～15上位链接外围设备通信口帧格式设定DM665200～15上位链接外围设备通信口发送延时设定DM665300～07上位链接外围设备通信上位链接模式设定DM665308～11外围口无约规启动代码使能*DM665312～15外围口无约规终止代码使能*DM665400～07外围口无约规启动代码设定*DM665408～15外围口无约规终止代码设定或接受字节数*DM665500～03故障履历存入方法设定DM665508～11扫描周期超出/不超出设定DM665512～15电池错误检测测定*DM665100～07上位链接外围设备通信口波特率设定DM6792.5PLC中的几个基本概念(1)继电器：它在PC中也称编程元件，它包括线圈、常开触点和常闭触点。常开触点：常用符号为—

—，受PC输入开关量或PC内部相应线圈的控制，当PC输入接通或相应的线圈通过电流时，此触点闭合。常闭触点：常用符号为

，受控方式与常开触点相同，只是当PC输入接通或相应线圈通电时，此触点断开。线圈：PC中也称逻辑线圈，常用符号为—○—，在PC中用它作为输出元件，以控制外部设备(如电磁阀、接触器、指示灯等)；也可以用来控制PC内部的其他触点，以构成复杂的控制逻辑。2.5PLC中的几个基本概念(1)继电器：它80(2)定时器：它的作用与继电器控制中的延时继电器或时间继电器相同。常见的定时单位有0.1s、0.2s、1s几种，其符号因型号不同各异。日本立石公司C系列机用下列符号表示：TIM02TIM××#××××#0142(定时预置值)符号 例子其中圆内“××”表示定时器(TIM)的编号，圆外#号后的“××××”表示定时预置值，定时时间=定时预置值×定时单位。例中的定时器为02号，若PC内部规定的定时单位为0.1s，则定时时间142×0.1s=14.2s。(2)定时器：它的作用与继电器控制中的延时继电器或81(3)计数器：它的作用是每当其计数输入端由断开(OFF)到接通(ON)时，计一个数，即计数器记录的是其输入由断到通的次数。当计数值与预置值相等时，计数器导通。有的PC(如C40P)计数端由断到通时，自动减一个数，当计数值由预置值减到0时，计数器导通，其相应的触点接通或断开，可用来控制其他元件。C系列PC常用下列符号表示计数器：计数端——复位端——CPCNT××R#××××(计数预置值)(3)计数器：它的作用是每当其计数输入端由82(4)其他元件：如时序器、加法器、编码器、减法器、译码器等。上述元件在PC内部都是由软件实现的，并不存在它们的物理实体，因此常称之为“虚拟元件”或“软元件”。将它们相互连接构成复杂控制逻辑的过程称为“软连接”，放入PLC后则是一段程序(5)梯形图(LadderDiagram)：(4)其他元件：如时序器、加法器、编码器、减83思考题与习题二2-1PLC的硬件系统由哪些基本部件组成？各部件的主要作用是什么？2-2PLC的软件包括几部分？各部分的作用是什么？2-3PLC目前常用的编程语言有哪几种？各有何特点？2-4简述PLC的工作方式及其工作过程。

思考题与习题二2-1PLC的硬件系统由哪些基本部件组成84返回谢谢！返回谢谢！85第二章PLC的结构与工作原理计算机科学与工程学院第二章PLC的结构与工作原理计算机科学与工程学院862.1可编程控制器的硬件系统2.2可编程控制器的软件及编程语言2.3可编程控制器的工作原理2.4CPM-2A系统配置2.5PLC中的几个基本概念

思考题与习题二

2.1可编程控制器的硬件系统872.1可编程控制器的硬件系统

PLC实质上是一种工业控制计算机,只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言,故PLC与计算机的组成十分相似。从硬件结构看,它也有中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)接口、电源等,其硬件结构如图2-1所示。

2.1可编程控制器的硬件系统PLC实质上是一种工88图2-1PLC的硬件结构框图

图2-1PLC的硬件结构框图89图2.1PLC的基本组成图2.1PLC的基本组成90输出设备输入设备

I/O扩展单元

特殊功能单元主机输出单元输入单元

电源外设接口I/O扩展口存储器

系统程序存储器CPU

用户程序存储器盒式磁带机打印机EPROM写入器

上位计算机PLC编程器可编程终端PT…

整体式PLC的基本组成框图输出设备输入设备I/O扩展特殊功能单元主机输出单91

组合式PLC的基本组成框图系统总线通信单元控制系统现场过程CPU单元输出单元编程器PLC或上位计算机……智能I/O单元输入单元组合式PLC的基本组成框图系统总线通信单元92★输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；CPU指挥PLC完成各种预定的功能★检查、校验用户程序，发现错误即报警；★执行用户程序、驱动外部输出设备动作；★诊断故障、记忆故障信息并报警。

1.CPU单元★输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；CPU93系统程序存储器——存储系统系统程序用户程序存储器——存储系统用户程序工作数据存储器——存储工作数据

2.存储器系统程序存储器——存储系统系统程序用户程序存储器——存储94PLC与外部设备联系的桥梁开关量输入单元开关量输出单元直流输入单元交流输入单元晶体管输出单元晶闸管输出单元继电器输出单元

3.输入/输出单元PLC与外部设备联系的桥梁开关量输95直流输入电路COM+5VLEDSR3R1AR2C→→T

内部电路滤波→→→→光电耦合

外部开关输入点的状态显示

输入点公共端直流输入电路COM+5VLEDSR3R1AR2C→T96交流输入电路LED+5VA→→R2T～COMSCR1内部电路R3滤波→→→→光电耦合

输入点的状态显示

外部开关输入点交流输入电路LED+5VA→R2T～COMSCR1内97晶体管输出电路COMT2LED→→DFU+5V内部电路T1R1R2R3负载→→光电耦合

输出点的状态显示

公共端输出点晶体管输出电路COMT2LED→DFU+5V内部电路98晶闸管输出电路COMLEDR2C→→TFU～内部电路R1负载→→光电耦合

输出点的状态显示

公共端输出点晶闸管输出电路COMLEDR2C→TFU～内部电99继电器输出电路COMLEDJ～R内部电路→→负载输出点的状态显示

继电器

机械触点

公共端输出点继电器输出电路COMLEDJ～R内部电路→负载100PLC由开关式稳压电源为内部电路供电抗干扰性能好有的PLC能向外部提供24V的直流电源可作为输入单元连接的外部设备的电源开关电源输入电压范围宽体积小重量轻效率高

4.电源单元PLC由开关式稳压电源为内部电路供电抗干扰性能好有的PL101I/O扩展端口

5.I/O扩展端口C28PI/O扩展端口5.I/O扩展端口C28P102I/O扩展端口

CPM1A的外设端口和I/O扩展端口I/O扩展端口CPM1A的外设端口和I/O扩展端口103I/O扩展单元A/D转换单元

I/O扩展端口可以连接的设备举例I/O扩展单元A/D转换单元I/O扩展端口可以连接的设104I/O扩展端口连接扩展器的示意图I/O扩展端口连接扩展器的示意图105CPM1A主机与I/O扩展器的连接主机I/O扩展器连接电缆CPM1A主机与I/O扩展器的连接主机I/O扩展106

6.外设端口外设端口盒式磁带机打印机EPROM写入器上位计算机

PLC可编程终端PT编程器…6.外设端口外设端口盒式磁带机编程器…107编程器是对PLC进行操作的工具专用编程器在装有专用编程软件的计算机上编程简易编程器直插式、便携式计算机辅助编程图形编程器

7.编程工具编程器是对PLC进行操作的工具专用编程器108显示屏工作方式选择开关编程位主机监控位运行位编程器直插式编程器显示屏工作方式选择开关编程位主机监控位运行位编程器直插式编程109键盘指令键数字键编辑键清除键直插式编程器键盘指令键数字键编辑键清除键直插式编程器110便携式编程器键盘显示屏工作方式选择开关便携式编程器键盘显示屏工作方式选择开关111CPM1A主机与编程器的连接CPM1A主机与编程器的连接112

CPM1A主机与编程器的连接CPM1A主机与编程器的连接113计算机辅助编程计算机编程软件PLC专用电缆计算机编程软件PLC通信适配器RS-232电缆计算机辅助编程计算机编程软件PLC专用电缆计算机编程软件114智能单元本身是一个独立的系统CPU、系统程序、存储器、与外界相连的接口它们有自己的：对组合式PLC：智能单元是PLC系统的一个模块与CPU单元通过系统总线相连接在CPU单元的协调管理下独立地进行工作对整体式PLC：主机通过I/O扩展接口与智能单元连接

8.智能单元智能单元本身是一个独立的系统CPU、系统程序、存1152.2可编程控制器的软件及编程语言

2.2.1

PLC的软件系统1.系统软件1)系统管理程序2)用户指令解释程序3)标准程序模块和系统调用2.用户程序2.2可编程控制器的软件及编程语言2.2.1PLC的软1162.2.2PLC的编程语言1.梯形图编程3.顺序功能流程图编程

2.指令语句表编程顺序功能流程图编程(SFC)是一种较新的编程方法。它的作用是用功能图来表达一个顺序控制过程。梯形图表达式是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的。它的最大优点是形象、直观和实用,为广大电气技术人员所熟知,是PLC的主要编程语言。指令语句表语言类似于微机中的助记符语言。它是可编程控制器最基础的编程语言。所谓指令语句表编程,是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某种操作功能。2.2.2PLC的编程语言1.梯形图编程3.顺序功能1172.2.2PLC的编程语言

逻辑功能图

梯形图

逻辑方程式

语句表2.2.2PLC的编程语言逻辑功能图118一、梯形图编程语言1.梯形图编程语言两种梯形图的继电器符号图对照物理继电器PLC继电器常开常闭触点线圈梯形图编程语言是一种图形语言一、梯形图编程语言1.梯形图编程语言两种梯形图119000000100001000PLC控制00001SB2KMKM继电器控制SB1

2.两种控制的梯形图比较线圈线圈常开触点常开触点常闭触点常闭触点

图示是用OMRON公司CPM1型机的自保持电路梯形图。这里01000的触点与启动触点00000并联。当00000接通,01000工作后,01000线圈可由自己的触点保持。若00001通,则01000断。

000000100001000PLC控制00001SB2KM120物理继电器继电器需硬接线连接触点个数有限PLC继电器继电器用程序软连接触点个数无限继电器的接线改变——控制功能改变PLC的用户程序改变——控制功能改变

3.两种控制中继电器的区别物理继电器继电器需硬接线连接触点个数有限PLC继电器继电器用121二、语句表编程语言用助记符表示指令的功能多条指令语句的组合构成了语句表程序指令语句是PLC用户程序的基础元素LD00000OR01000ANDNOT00001OUT0100000000010000100000001梯形图程序语句表程序二、语句表编程语言用助记符表示指令的功能多条指122PLC的指令语句为操作码＋操作数或操作码＋标识符＋参数其中,操作码用来指定要执行的功能,告诉CPU应该进行什么操作;操作数内包含执行该操作所必需的信息,告诉CPU用什么地方的东西来执行此操作。具体指令的说明在后面的章节有详细的介绍。表2-1是图2-2所示梯形图相对应的指令表。

PLC的指令语句为1232.3可编程控制器的工作原理

2.3.1PLC控制系统的等效工作电路PLC控制系统的等效工作电路可分为三部分,即输入部分、内部控制电路和输出部分。输入部分采集输入信号,输出部分就是系统的执行部件。这两部分与继电器控制电路相同。内部控制电路通过编程方法实现控制逻辑,用软件编程代替继电器电路的功能。其等效工作电路如图5-4所示。

2.3可编程控制器的工作原理2.3.1PLC控制系统的124图2-4PLC控制系统的等效工作电路

图2-4PLC控制系统的等效工作电路1255.3.2扫描工作方式这种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。扫描是一种形象化的术语,用作描述CPU是如何完成分配给它的各种任务的方式。

扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始,在无中断或跳转控制的情况下,按存储地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序,也就是顺序逐条执行用户程序,直到程序结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期,然后再从头开始扫描,并周而复始地重复。5.3.2扫描工作方式扫描从0000号存储地址所1265.3.3PLC的工作过程PLC的工作过程就是程序执行过程。PLC投入运行后,便进入程序执行过程。它分为三个阶段进行,即输入采样(或输入处理)阶段、程序执行(或程序处理)阶段和输出刷新(或输出处理)阶段,如图5-5所示。

5.3.3PLC的工作过程127图2-5PLC程序执行的过程

图2-5PLC程序执行的过程128读读读写写执行用户程序I/O刷新I/O刷新I/O刷新I/O刷新PLC执行用户程序的过程0100101000000000000101000输入端子输入电路用户输入设备输入映像寄存器输出电路输出端子元件映像寄存器输出锁存器

用户输出设备读读读写写执行用户程序I/O刷新I/O刷新I/O刷新1292.3.4PLC对输入/输出的处理规则总结上面分析的程序执行过程,可以得出PLC对输入／输出的处理规则,如图2-6所示。对应于图中的数字标号说明如下:

图2-6PLC对输入/输出的处理规则

2.3.4PLC对输入/输出的处理规则图2-6P1302.4OMRON公司CPM2A型机的系统配置2.4.1CPM2A型机的系统组成用OMRON公司CPM2A型机组成PLC控制系统,最小配置为一台基本单元和一台编程器。在整体式PLC中,输入、输出继电器的点数及接线端子是固定的。因此,首先应当明确哪些外部端子是可用的。2.4OMRON公司CPM2A型机的系统配置2.4.1C131CPM1A系列的继电器区及数据区CPM1A系列的继电器区及数据区132内部继电器区（IR）特殊辅助继电器区（SR）暂存继电器区（TR）保持继电器区（HR）辅助记忆继电器区（AR）链接继电器区（LR）定时器/计数器区（TC）数据存储区（DM）内部继电器区（IR）特殊辅助继电器区（SR）暂存继电器区（T133★CPM1A内部器件的编号内部器件以通道形式的编号通道编号为2、3、4位数不等每个通道内有16个继电器（00~15）例：某继电器的编号为01006。则：该继电器的通道编号为010、位编号为06。★CPM1A内部器件的编号内部器件以1341.内部继电器区（IR）IR区（000~231）分为两部分输入/输出继电器区：000~019(可以直接对外输出）内部辅助继电器区:200～231(不能直接对外输出)000、001：用于主机的输入通道的编号002～009：I/O扩展单元的输入通道编号010～011：用于主机的输出通道的编号012～019：I/O扩展单元的输出通道编号没被使用的IR通道，可作为内部辅助继电器使用。1.内部继电器区（IR）IR区（000~231135输入18点30点主机输出12点输入12点输出8点扩展器输入12点输出8点扩展器输入12点输出8点扩展器例：30点的主机，连接三个20点的扩展器。其I/O点编号分配：00000~0001101000~0100700100~0010501100~0110300200~0021101200~0120700300~0031101300~0130700400~0041101400~01407输入18点30点主机输出12点输入12点输出8点扩展器输1362.特殊辅助继电器区（SR）SR区（231~255）分为前、后两部分232~251：常以通道为单位使用252～255用于存储工作状态、产生脉冲信号等。232~249没作表中指定功能时，可作内辅助继电器用250、251只能按表中的功能使用，不能另作他用。除25200外，252～255的状态只可利用、不可改变。前后2.特殊辅助继电器区（SR）SR区（231~255）分1373.暂存继电器区（TR）4.保持继电器区（HR）该区继电器（HR00~HR19）编号要冠以HR。该区继电器（TR0~TR7）编号要冠以TR。用于存储梯形图中分之点之前的ON/OFF状态。同一程序中，某一编号的TR继电器不可重复使用。保持继电器具有掉电保持功能。该区继电器可以通道或位为单位使用。3.暂存继电器区（TR）4.保持继电器区（1385.辅助记忆继电器区（AR）该区继电器（AR00~AR15）编号要冠以AR。AR区继电器具有掉电保持功能AR区继电器用于保存PLC的各种工作状态。根据该区某些继电器的状态，可了解PLC的工作状况。5.辅助记忆继电器区（AR）该区继电器（AR01396.链接继电器区（LR）该区通道（LR00~LR15）编号要冠以LRCPM1A与本系列或本公司其他PLC进行1：1链接通信时，要用使用LR区进行数据链接。不作1：1链接通信时，LR区可作内部辅助继电器用。6.链接继电器区（LR）该区通道（LR00~LR11407.定时器/计数器区（TR）000~127定时器分类普通定时器高速定时器计数器分类普通计数器可逆计数器★计数器有掉电保持功能，定时器没有此功能。★同一程序中，计数器和定时器不能使用同一编号。7.定时器/计数器区（TR）000~127定时器分1418.数据存储区（DM）DM0000~DM1023DM6144~DM6655★该区继电器只能以通道为单位使用！★该区继电器具有掉电保持功能。该区继电器分为三部分①可读写区：DM0000~DM0999、DM1022~DM1023故障履历存储区：DM1000~DM1021不作该用途时，可作普通数据存储器用。②只读存储区：DM6144~DM65998.数据存储区（DM）DM0000~DM1023142③系统设定区：DM6600~DM6655系统设定区的设定内容见表2.5。若系统设定区的设定出错，则辅助记忆继电器的对应位为ON。系统设定区的设定内容，可在指定时间读取。系统设定区的设定错误，只能用初始化来处理。系统设定区的设定内容可用编程工具写入。③系统设定区：DM6600~DM6655系统设定区的设定内143所谓通道，在此处泛指信号进入或流出PC的通路，以及信号在PC内部存放的地点。一般给这些通路或地点赋以编号，称为通道号。一旦一台PC上的通道号规定下来，用户就必须遵守其编号规则，这样PC才能正确识别信息，进行工作。事实上，PC真正能识别的是通道号，PC真正操作的是每个通道的数字，而不是信号本身，正如计算机中外设要有通道号，内存要有地址一样。2.4.2通道所谓通道，在此处泛指信号进入或流出PC的通路144通道分配是指对PLC的每个通道或每个继电器都分配给一个地址号，以便PLC能够识别。一般PLC都将通道号标注在相应的接线端子旁，且标明是输入还是输出。PLC中通道可分两大类，一类是外部的输入/输出通道，简称I/O通道，它对应于PLC机外部的接线端子，直接与PLC外部的设备打交道，也有人称之为输入/输出继电器。另一类是内部通道，或称内部继电器，它不直接与外部设备打交道，而是作为控制其他继电器的数据存储单元或数据处理区，在功能上相当于继电控制系统的内部继电器，即所谓的“内部输出”，这类继电器的种类和功能稍复杂一些。通道分配是指对PLC的每个通道或每个继电器都145CPM2A型机的通道号由三位十进制组成，在通道号后边再加两位十进制数就组成了通道中的点地址。例如010是010通道的通道号，01000则是010通道中第一位的地址。2.4.3．CPM2A型机的通道分配内部继电器可以分为三大部分：000～009共10个通道作为输入通道即输入继电器区，其中000和001通道用于CPU单元，其余8个通道用于扩展单元。1)内部继电器(IR)010～019共10个通道作为输出通道即输出继电器区，其中010和011通道用于CPU单元，其余8个通道用于扩展单元。CPM2A型机的通道号由三位十进制组成，在通146CPM2A的CPU单元有30点、40点和60点三种。I/O点数还可以通过最多三台扩展单元进行扩展。扩展单元有20点输入输出、8点输入和8点输出三种类型可供选用。以20点I/O扩展单元为例，系统扩展后的输入输出通道分配如表2.5.5所示。020～049和200～227共58个通道928点为内部辅助继电器区。除了没有实际输入输出端子与之相联系故不能用于实际输入输出操作外，它的使用与输入输出继电器相同。在输入输出通道中没有连接I/O设备的点在程序中也可以作为内部继电器应用。CPM2A的CPU单元有30点、40点和60147表2.5.5CPM2A的I/O及其通道分配CPU单元扩展单元30点I/O输入18点：00000～0001100100～00105输出12点：01000～0100701100～0100320点I/O输入12点：00200～00211输出8点：

01200～0120720点I/O输入12点：00300～00311输出8点：

01300～0130720点I/O输入12点：00400～00411输出8点：01400～0140740点I/O输入24点：00000～0001100100～00111输出16点：01000～0100701100～0100720点I/O输入12点：00200～00211输出8点：

01200～0120720点I/O输入12点：00300～00311输出8点：

01300～0130720点I/O输入12点：00400～00411输出8点：01400～0140760点I/O输入36点：00000～0001100100～0011100200～00211输出24点：01000～0100701100～0100701200～0120720点I/O输入12点：00300～00311输出8点：

01300～0130720点I/O输入12点：00400～00411输出8点：01400～0140720点I/O输入12点：00500～00511输出8点：01500～01507表2.5.5CPM2A的I/O及其通道分配CPU单元扩展1482)特殊继电器(SR)228～255共有28个通道。228～231是在CPM1基础上新加的内容232～251通道通常是以通道为单位使用的。除了25200之外，对所有的SR，用户只能使用其状态而不能改变其状态。2)特殊继电器(SR)228～255共有28个通道。149表3.4.6CPM2A为特殊继电器一览表地址定义228～229脉冲输出0PV230～231脉冲输出1PV232～235宏指令输入区不使用宏时可作IR用236～239宏指令输出区不使用宏时可作IR用240～243中断0～3计数器设定值中断不使用计数器模式时可作IR用244～247中断0～3计数器当前值-1中断不使用计数器模式时可作IR用248～249高速计数器当前值区不使用高速计数器时可作IR用250～251模拟电位器0～1设定值存入区25200高速计数器复位标志25204脉冲输出0PV复位位25205脉冲输出1PV复位位表3.4.6CPM2A为特殊继电器一览表地址定义228～15025208外设通信口复位标志25209RS-232C口复位位25210PC系统设定区初始化标志25211强制置位/复位标志25512I/O保持标志25514故障履历复位标志25300～25307故障码存储区2530