可编程序控制器的基础知识

可编程序限制器（PLC）课程内容任务一可编程序限制器的基础学问任务二CX-programmer编程软件的运用任务三可编程序限制器的内部资源任务四基本逻辑限制任务五程序流向限制任务六定时器限制任务七计数器限制任务八数据运算限制任务九程序限制指令任务十可编程序限制器系统设计任务一可编程序限制器的基础学问学习目标：1.了解可编程序限制器的产生与发展2.了解可编程序限制器的定义与特点3.了解可编程序限制器的功能与分类4.了解可编程序限制器的性能指标5.驾驭可编程序限制器的基本组成6.了解可编程序限制器的工作方式及周期扫描机制7.驾驭可编程序限制器的硬件接线方法END

教学内容：任务一可编程序限制器的基础学问END1.1可编程序限制器的产生与发展1.2可编程序限制器的定义与特点1.3可编程序限制器的基本组成1.4可编程序限制器的功能与分类1.5可编程序限制器的工作方式1.1可编程序限制器的产生与发展PLC限制示例：水处理电力工业

任务一可编程序限制器的基础学问END1.1.1可编程序限制器的产生1969年，美国DEC公司研制出世界上第一台可编程限制器。GM10条是促使其问世的干脆缘由。任务一可编程序限制器的基础学问END1.编程便利，可在现场修改程序；2.修理便利，最好是插件式结构；3.牢靠性高于继电器限制装置；4.体积小于继电器限制装置；5.数据可以干脆输入管理计算机；6.可以干脆用沟通115V输入；7.输出为沟通115V，负载电流要求2A以上，可干脆驱动电磁阀、接触器等负载元件；8.通用性强，易扩展，扩展时原系统只需很少变更；9.用户存储器容量大于4KB；10.成本可与继电器限制装置竞争。GM10条1.1.2可编程序限制器的发展第一阶段：PLC刚问世时任务一可编程序限制器的基础学问END功能简洁，只能完成逻辑运算、定时、计数等功能，硬件方面以分别元件为主，存储器接受磁芯存储器，存储容量为1～2KB左右，一台PLC只能取代200～300个继电器，没有成型的编程语言。其次阶段：集成电路技术集成电路技术的发展及微处理器的产生使PLC技术得到了较大发展。一、可编程序限制器的发展过程1.1.2可编程序限制器的发展任务一可编程序限制器的基础学问END第三阶段：单片机的出现第五阶段：RISC芯片在计算机行业的大量运用第四阶段：超大规模集成电路技术一、可编程序限制器的发展过程1.1.2可编程序限制器的发展任务一可编程序限制器的基础学问END二、可编程序限制器的发展趋势2.向多品种方向发展1.向高速、大存储容量方向发展1.1.3国内外主要PLC产品概况1美国的PLC产品任务一可编程序限制器的基础学问END美国是PLC生产大国，在美国注册的PLC厂商己超过百家。其中A—B公司、通用电气(GE)公司、莫迪康(MODICON)公司、德州仪器(T1)公司、歌德(Gould)公司、西屋公司等都是著名的大公司。A—B公司是美国最大的PLC制造商，其产品约占美国PLC市场50％的份额。A-BPLC1.1.3国内外主要PLC产品概况2欧洲的PLC产品任务一可编程序限制器的基础学问END德国的西门子(SIEMENS)、AEG及法国的TI公司是欧洲著名的PLC制造商。德国的西门子的电子产品以性能精良而久负盛名。西门子的主推产品是S5系列，有S5—90U、S5—95U；S5—100U；S5—115U；S5—115UH：S5—155U；S5—155H是西门子近期推出了S7系列机，有S7—200(小型)、S7。300(中型)及S7—400(大型)。施耐德ModiconTSXPremium西门子S7-300系列西门子S5系列1.1.3国内外主要PLC产品概况3日本的PLC产品任务一可编程序限制器的基础学问END日本的小型PLC很有特色如欧姆龙、三菱、松下、富士、日立、东芝等。在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70％的份额。在中国，OMRON产品的销量居首位。

OMRON公司的PLC产品，大、中、小、微型具全，微型机：SP系列；小型机：P型、H型、CPM1A系列、CPM2A系列以及CPM2C、CQM1、CQM1H等；中型机：C200H、C200Hα(C200HX/C200HG/C200HE)、CSl系列。大型机：C1000H/C2000H、CV(CV500/CV1000/CV2000/CVM1)等。欧姆龙CPM2C-S1口0C小型PL欧姆龙C60P欧姆龙CPM1A-20CDRA-A1.1.3国内外主要PLC产品概况3日本的PLC产品任务一可编程序限制器的基础学问END三菱公司的PLC也是较早进入中国市场的产品。其小型机F1/F2系列(F1/F2—12M、F1/F2—20M、F1/F2—40M、F1/F2—60M)；FX系列(FX—16M、FX—24M、FX—32M、48M、FX—64M、FX—80M)；FX2系列(FX2—16M、FX2—24M、FX2—32M、FX2—48M、FX2—64M、FX2—80M)；FX2N(FX2N—16M/—FX2N—128M)；三菱公司的中、大型机为A系列，典型产品有A1、A2、A3系列等。三菱FX1N系列三菱FX2N系列三菱MELSEC-Q系列1.1.3国内外主要PLC产品概况3日本的PLC产品任务一可编程序限制器的基础学问END松下电工公司的PLC产品中，FP0为微型机，FP1为整体式小型机，FP3为中型机，FP5/EPl0(FPl0的改进型)、FP20为大型机，其中FP20是最新产品。松下FP1-C16松下FP1-C721.1.3国内外主要PLC产品概况4我国的PLC产品任务一可编程序限制器的基础学问END中国科学院自动化探讨所的PLC—0088，北京联想计算机集团公司的GK—40，上海机床电器厂的CKY—40，上海起重电器厂的F—40MR旧R，苏州电子计算机厂的YZ—PC—001A，原机电部北京机械工业自动化探讨所的MPC—001/20、KB—20/40，杭州机床电器厂的DKK02，天津中环自动化仪表公司的DJK—S—84/86/480，上海独立电子设备厂的KKI系列，上海香岛机电制造有限公司的ACMY—S80、ACMY—S256、无锡华光电子工业有限公司(合资)的SR—10、SR—/20/21等。江苏无锡HL-26R2小型PLC本节小结可编程序限制器是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动限制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动限制装置。1969年，美国DEC公司研制出世界上第一台可编程限制器。GM10条是促使其问世的干脆缘由。追溯PLC的发展历史可以看到，世界上200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品大体可以按地域分成三个流派：一个流派是美国；一个流派是欧洲产品；还有一个流派是日本产品。任务一可编程序限制器的基础学问END1.美国电气制造商协会(NEMA)PC是一种数字的电子装置，它运用可编程序的存储器以及存储指令，能够完成逻辑、依次、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟的输入、输出接口限制各种机械或生产过程。任务一可编程序限制器的基础学问END1.2可编程序限制器的定义与特点2.国际电工委员会（IEC）可编程序限制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它接受可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、依次限制、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，限制各种类型的机械或生产过程。可编程序限制器及其有关设备，都应按易于与工业限制器系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。1.2.1可编程序限制器的定义1.灵敏性和通用性强。任务一可编程序限制器的基础学问END1.2.2可编程序限制器的特点2.抗干扰实力强、牢靠性高。4.PLC与外部设备的连接简洁、运用便利。3.编程语言简洁易学。5.PLC的功能强、功能的扩展实力强。6.PLC限制系统的设计、调试周期短。7.PLC体积小、重量轻、易于实现机电一体化。

整体式PLC的组成示意图任务一可编程序限制器的基础学问END1.3可编程序限制器的基本组成1.3.1可编程序限制器的硬件组成组合式PLC的组成示意图任务一可编程序限制器的基础学问END1.3.1可编程序限制器的硬件组成1.主机（CPU模块）

任务一可编程序限制器的基础学问END1.3.1可编程序限制器的硬件组成2.电源3.输入/输出模块7.其他外设6.编程器5.扩展口4.功能模块1.系统程序任务一可编程序限制器的基础学问END1.3.2可编程序限制器的软件组成2.用户程序3.编程语言1.系统程序任务一可编程序限制器的基础学问END1.3.2可编程序限制器的软件组成2.用户程序3.编程语言系统程序是PLC赖以工作的基础，接受汇编语言编写，在PLC出厂时就已固化于ROM型系统程序存储器中。系统程序分为系统监控程序和说明程序。系统监控程序用于监视并限制PLC的工作，如诊断PLC系统工作是否正常，对PLC各模块的工作进行限制，与处设交换信息，依据用户的设定使PLC比处在编制用户程序状态或者处在运行用户程序状态等。说明程序用于把用户程序说明成微处理器能够执行的程序。1.系统程序任务一可编程序限制器的基础学问END1.3.2可编程序限制器的软件组成2.用户程序3.编程语言用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一特定的限制任务而利用PLC的编程语言编制的程序。用户程序通过编程器输入到PLC的用户程序存储器中。1.系统程序任务一可编程序限制器的基础学问END1.3.2可编程序限制器的软件组成2.用户程序3.编程语言可编程限制器是通过程序对系统进行限制的，所以各种机型的PLC都有自己的编程语言。PLC的编程语言有多种，如梯形图、语句表、逻辑功能图、逻辑方程式等。下面介绍常用的梯形图和语句表编程语言。PLC是一种工业限制用计算机，其组成与微型计算机基本相同。PLC的硬件一般由主机、I/O扩展机及外部设备组成可编程序限制器的软件组成包括系统程序和用户程序任务一可编程序限制器的基础学问END本节小结1.4.1可编程序限制器的功能任务一可编程序限制器的基础学问END1.4可编程序限制器的功能与分类1.逻辑限制功能2.定时限制功能3.计数限制功能4.步进限制功能5.数据处理功能6.回路限制功能7.通讯联网功能8.监控功能9.停电记忆功能10.故障诊断功能1.4.2可编程序限制器的分类任务一可编程序限制器的基础学问END1.按结构形式分类

（1）整体式PLC：

（2）组合式PLC：

2.按限制规模分类（1）小型PLC：I/O点数较少，在256点以下的PLC。（2）中型PLC：I/O点数较多，在256点以上、2048点以下的PLC。（3）大型PLC：I/O点数较多，在2048点以上的PLC。3．按实现的功能分类

（1）低档机：

（2）中档机：

（3）高档机：1.4.3可编程序限制器的性能指标任务一可编程序限制器的基础学问END1.输入输出点数。

2.程序容量。3.指令的种类和条数。4.指令处理速度。5.内部器件的种类和数量。6.扩展实力。7.智能单元的数量系统程序存放在系统程序存储器中。这里说的存储容量指的是用户程序存储器的容量。用户程序存储器容量确定了PLC可以容纳用户程序的长短，一般以字为单位来计算。每1024个字为1K字。中、小型PLC的存储容量一般在8K以下，大型PLC的存储容量可达到256K—2M。也有的PLC用存放用户程序的指令条数来表示容量。1.存储容量2.输入/输出点数I/O点数即PLC面板上的输入、输出端子的个数。I/O点数越多，外部可按的输入器件和输出器件就越多，限制规模就越大。因此I/O点数是衡量PLC性能的重要指标之一。任务一可编程序限制器的基础学问3.扫描速度

扫描速度是指PLC执行程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。一般以扫描1K字所用的时间来衡量扫描速度。PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。4.编程指令的种类和条数这也是衡量PLC实力强弱的主要指标。编程指令种类及条数越多，其功能就越强，即处理实力、限制实力越强。任务一可编程序限制器的基础学问5.内部器件的种类和数量内部器件包括各种继电器、计数器/定时器、数据存储器等。其种类越多、数量越大，存储备种信息的实力和限制实力就越强。6.扩展实力PLC的扩展实力表现在以下几个方面。大部分PLC可以用I/O扩展单元进行I/O点数的扩展：有的PLC可以便用各种功能模块进行功能扩展等。任务一可编程序限制器的基础学问7.智能单元的数量PLC不仅能完成开关量的逻辑限制，而且利用智能单元可完成模拟量限制、位置和速度限制以及通信联网等功能。智能单元种类的多少和功能的强弱是衡量PLC产品水平凹凸的一个重要指标。各个生产厂家都特殊重视智能单元的开发，近年来智能单元的种类日益增多，功能越来越强。任务一可编程序限制器的基础学问本节小结可编程序限制器的功能包括逻辑限制功能、计数限制功能、定时限制功能、步进限制功能、数据处理功能、回路限制功能、通讯联网功能、监控功能、停电记忆功能、故障诊断功能。PLC的种类很多，其实现的功能、内存容量、限制规模、外型等方面均存在较大的差异。因此，PLC的分类没有一个严格的统一标准，而是依据结构形式、限制规模、实现的功能进行大致地分类任务一可编程序限制器的基础学问1.5可编程序限制器的工作方式输入部分：它们干脆接受来自操作台上的操作叮嘱，或来自被控对象上的各种状态信息，如按钮、开关、传感器等。输出部分：它们用来接受程序执行结果的状态，以操作各种被控对象，如电动机、电磁阀、状态指示部件等。限制部分：接受微处理器和存储器，执行依据被控对象的实际要求编制并存入程序存储器的程序，来完成控制任务。1.5.1存储程序限制任务一可编程序限制器的基础学问1.5.2PLC限制系统的组成任务一可编程序限制器的基础学问1.5.3PLC的循环扫描工作方式

1.可编程序限制器的工作方式循环扫描的工作方式：PLC接受循环扫描的工作方式，它可以看成是一种由系统软件支持的扫描设备，不论用户程序运行与否，都周而复始地进行循环扫描，并执行系统程序规定的任务。每一个循环所阅历的时间称为一个扫描周期。每个扫描周期又分为几个工作阶段，每个工作阶段完成不同的任务。任务一可编程序限制器的基础学问任务一可编程序限制器的基础学问2.可编程序限制器的周期扫描机制PLC上电后首先进行初始化，然后进入循环扫描工作过程。一次循环扫描过程可归纳为五个工作阶段。1.上电后初始处理为PLC工作做好准备，清除内部继电器区，并复位全部计时器，硬件检查、用户内存检查。检查I/O外套的链接等。任务一可编程序限制器的基础学问在每一次扫描起先之前，CPU都要进行复位监视定时器、硬件检查、用户内存检查等操作。假如有异样状况，除了故障显示灯亮以外，还推断并显示故障的性质。假如属于一般性故障则只报警不停机，等待处理。假如属于严峻故障，则停止PLC的运行。公共处理阶段所用的时间一般是固定的，不同机型的PLC有所差异。2.上位链接服务

在构成微机一PLC网络时，用于处理与微机间的通讯。上位链接服务时间Tl在0一8ms之间。若未构成微机—PLC网络，PC上未装HOSTLINK，则Tl=0若构成微机一PLC网络，则Tlmax＝8ms。任务一可编程序限制器的基础学问3.程序执行阶段在程序执行阶段，CPU对用户程序按先左后右、先上后下的依次逐条地进行说明和执行。CPU从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读取各继电器当前的状态，依据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果再写入元件映像寄存器中。4.I/O刷新阶段在I/O刷新阶段，CPU要作两件事情。其一，从输入电路中读取各输入点的状态，并将此状态写入输入映像寄存器中，也就是刷新输入映像寄存器的内容。自此输入映像寄存器就与外界隔离，无论输入点的状态怎样变更，输入映橡寄存器的内容都保持不变，始终到下一个扫描周期的I/O刷新阶段，才会写进新内容。这就是说，各输入映像寄存器的状态要保持一个扫描周期不变。其二，将全部输出继电器的元件映像寄存器的状态传送到相应的输出锁存电路中，再经输出电路的隔离和功率放大部分传送到PLC的输出端，驱动外部执行元件动作。I/O刷新阶段的时间长短取决于I/O点数的多少。任务一可编程序限制器的基础学问5.外设端口服务阶段这个阶段里，CPU完成与外设端口连接的外围设备的通信处理。完成上述各阶段的处理后，又返回公共处理阶段，周而复始地进行扫描。图描述了信号从输入端子到输出端子的传递过程。在I/O刷新阶段，CPU从输入电路的输出端读出各输入点的状态，并将其写入输入映像寄存器中。在紧接着的下一个扫描周期用户程序执行阶段，CPU从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出各继电器的状态，并依据此状态执行用户程序，再将执行结果写入元件映像寄存器中。在I/O刷新阶段，将输出映橡寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递到输出端子。任务一可编程序限制器的基础学问PLC信号的传递过程任务一可编程序限制器的基础学问分析在执行用户程序阶段，要留意所运用的输入和输出数据的问题。设输入数据为允输出数据为Yo在第n次扫描执行用户程序时，所依据的输入数据是第n-1次扫描I/O刷新阶段读取的Xn-1；执行用户程序过程中，元件映像寄存器中的数据既有第n-1次扫描存入的数据入Y，也有本次执行程序的中间结果。第n次扫描的I/O刷新时输出的数据是Yn。如图所示，在某一个扫描周期里执行用户程序的具体过程是：执行第一个梯级时，CPU从输入映像寄存器中读出00000号输入继电器的状态，设其为1；再读出00001号输入继电器的状态，设其为0。由00000和00001的状态结算出01000号继电器当前的状态是1。若此前01000的状态是0，则CPU用当前的1去改写元件映像寄存器中01000对应的位。下一步再执行其次个梯级，从元件映像寄存器中读出01000号继电器的状态1(即前一步存入的)，结算出01001号继电器的状态是1。若此前01001的状态是0，则CPU用当前的1去改写元件映像寄存器中01001对应的位。本次扫描加刷新的结果是：01000为1，01001为1。任务一可编程序限制器的基础学问结论由上述分析可得出，执行用户程序的扫描阶段其特点是：其一，在执行用户程序的过程中，输入映像寄存器的状态不变。其二，元件映像寄存器的内容随程序的执行在变更，前一步的结算结果随即作为下一步的结算条件，这一点与输入映像寄存器完全不同。其三，程序的执行是由上而下进行的，所以各梯级中的继电器线圈不行能同时变更状态。其四，执行用户程序的结果要保持到下一个扫描周期的用户程序执行阶段。在编写应用程序时，务必要留意PLC的这种循环扫描工作方式，不少应用程序的错误就是由于忽视了这个问题而造成的。任务一可编程序限制器的基础学问6.PLC的扫描时间1上电后初始处理2共同处理Tc=2.6ms

PLC与微机构成网络0—8ms3上位链接服务Tl=PLC与微机不构成网络0ms4外设服务T<13ms0.8msT=Tc+Tl+Tp+TrTo=T>13ms0.06XTms5运算处理Tp=平均速度X指令条数

主机输入0.07ms/8个6I/O刷新Tr=输出0.04ms/8个远程1.3ms+nX0.2ms扫描时间例3—1某PLC限制系统由主机和1号近程扩展机构成，型号为C200H。主机上装有2个8点输入模块，3个16点输入模块，3个12点输出模块。1号扩展机上装有2个16点输入模块，3个8点输出模块。用户程序为5000条指令组成，假定汉有基本指令，每条指令执行时间平均为0.94Ps。试计算下列状况下的扫描时间T5：①PLC不与微机构成网络，不带编程器；②PLC不与微机构成网络，带编程器；③PLC与微机构成网络，带编程器。任务一可编程序限制器的基础学问解：该例中三种状况的共同处理时间Tc、运算处理时间T，和I/O刷新时间Tr相同的。因此，应先计算Tc、Tp和Tr。Tc＝2.6msTp＝0.94×5000=4.7×103(μs)＝4.7ms该例中输入模块共有：主机上2个8点输入模块：3个16点输入模块，扩展机上2个16点输入模块。由于16点模块按2个8点模块设计，因此，可认为有2+3×2+2×2＝12个8点输入模块共有：主机上3个12点输出模块，扩展机3个8点输出模块。12点输出模块可按2个8点模块计，所以可以认为有3×2+3=9个8点输出模块。因此，I/O刷新时间Tr为：Tr=0.07×12+0.04×9＝1.2(ms)任务一可编程序限制器的基础