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1、可编程序控制器概述第1页，共27页，编辑于2022年，星期六3.1 PLC的产生与发展的产生与发展3.1.1 PLC的产生与特点的产生与特点 3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理3.2.1 PLC的组成的组成3.2.2 PLC的工作原理的工作原理3.2.3可编程序控制器与继电可编程序控制器与继电接触器控制的区别接触器控制的区别3.1.2 PLC的发展的发展第2页，共27页，编辑于2022年，星期六3.1 PLC的产生与发展的产生与发展3.1.1 PLC的产生与特点的产生与特点 1968年美国通用汽车公司年美国通用汽车公司（GM）公开招标，要求用新的控制装置取代机电公开招标，要求用新的
2、控制装置取代机电控制盘以改善生产。公司提出十项指标：控制盘以改善生产。公司提出十项指标：1 1）编程简单，可在现场修改程序；）编程简单，可在现场修改程序；2 2）维护方便，采用插件式结构；）维护方便，采用插件式结构；3 3）可靠性高于继电器控制系统；）可靠性高于继电器控制系统；4 4）体积小于继电器控制系统；）体积小于继电器控制系统；5 5）数据可以直接送入计算机；）数据可以直接送入计算机；1 1PLC的由来的由来第3页，共27页，编辑于2022年，星期六 1969年美国数字设备公司年美国数字设备公司（DEC）研制成功第一台可编程控制器研制成功第一台可编程控制器PDP14，有逻，有逻辑运算、定
3、时、计算功能，称为辑运算、定时、计算功能，称为PLC（Programmable Logic Controller），），早期早期PLC采用存储程序指令完成顺序控制而设计，仅具有逻辑运算、计时、记数等顺采用存储程序指令完成顺序控制而设计，仅具有逻辑运算、计时、记数等顺序控制功能，用于开关量的控制。序控制功能，用于开关量的控制。7 7）输入可为市电（）输入可为市电（PLCPLC主机电源可以是主机电源可以是115V115V电压）；电压）；8 8）输出可为市电（）输出可为市电（115V115V交流电压，电流达交流电压，电流达2A2A以上），能直接驱动电磁以上），能直接驱动电磁阀、接触器等；阀、接触器等
4、；10 10）用户存储器容量大于）用户存储器容量大于4K4K字节。字节。9 9）通用性强、易于扩展；）通用性强、易于扩展；6 6）成本可与继电器控制系统竞争；）成本可与继电器控制系统竞争；3.1 PLC的产生与发展的产生与发展第4页，共27页，编辑于2022年，星期六2PLC的定义的定义 国际电工委员会国际电工委员会（IEC）在在1987年年2月颁布的月颁布的PLC标准草案（第三稿）中对标准草案（第三稿）中对PLC作了如下定义：作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子装置，专为在工可编程控制器是一种数字运算操作的电子装置，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其
5、内部存储执行逻辑运算，业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其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，并通过数字式和模拟式的输入和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统联成一个整体、易于扩展其功能的原则设计易于工业控制系统联成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。”3.1 PLC的产生与发展的产生与发展第5页，共27页，编辑于2022年，星期六3PLC的特点的特点（1
6、 1）可靠性高，抗干扰能力强）可靠性高，抗干扰能力强 （2 2）编程简单，设计施工周期短）编程简单，设计施工周期短 （3 3）控制程序可变，硬件配置方便）控制程序可变，硬件配置方便 （4 4）功能完善）功能完善 （5 5）体积小、重量轻、功耗低）体积小、重量轻、功耗低 综上所述，综上所述，PLC的优越性能使其在工业上得到迅速普及。目前，的优越性能使其在工业上得到迅速普及。目前，PLC在家在家庭、建筑、电力、交通、商业等众多领域也得到了广泛的应用。庭、建筑、电力、交通、商业等众多领域也得到了广泛的应用。3.1 PLC的产生与发展的产生与发展第6页，共27页，编辑于2022年，星期六4PLC的分类
7、的分类按按I/O点数：点数：PLC可分为小型、中型、大型等。可分为小型、中型、大型等。I/OI/O点数小于点数小于6464点的为超小型或微型点的为超小型或微型PLCPLCI/OI/O点数为点数为256256点以下的为小型点以下的为小型PLCPLC，I/OI/O点数为点数为256256点以上、点以上、20482048点以下的为中型点以下的为中型PLCPLC。I/OI/O点数为点数为20482048以上的为大型以上的为大型PLCPLCI/OI/O点数超过点数超过81928192点的为超大型点的为超大型PLCPLC。3.1 PLC的产生与发展的产生与发展第7页，共27页，编辑于2022年，星期六按结
8、构形式，按结构形式，PLCPLC可分为整体式、模块式、紧凑式等可分为整体式、模块式、紧凑式等 整体式整体式 模块式模块式紧凑式紧凑式3.1 PLC的产生与发展的产生与发展第8页，共27页，编辑于2022年，星期六3.1.2 PLC的发展的发展 PLC从产生到现在已经经历了几十年的发展，实现了从简单逻辑控制到运从产生到现在已经经历了几十年的发展，实现了从简单逻辑控制到运动控制、过程控制、数据处理和联网通信的发展。目前，动控制、过程控制、数据处理和联网通信的发展。目前，PLC的发展趋势主的发展趋势主要体现在规模化、高性能、多功能、模块智能化、网络化、标准化等几个方要体现在规模化、高性能、多功能、模
9、块智能化、网络化、标准化等几个方面。面。1 1）、产品规模向大、小两个方向发展）、产品规模向大、小两个方向发展2 2）、高性能、高速度、大容量发展）、高性能、高速度、大容量发展3 3）、模块智能化发展）、模块智能化发展4 4）、网络化发展）、网络化发展5 5）、标准化发展）、标准化发展3.1 PLC的产生与发展的产生与发展第9页，共27页，编辑于2022年，星期六3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理 可编程序控制器是专为工业环境下的应用而设计的工业计算机，通常由基本单元、扩可编程序控制器是专为工业环境下的应用而设计的工业计算机，通常由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能模块组成，展
10、单元、扩展模块及特殊功能模块组成，特殊功能单元是一些特殊用途的特殊功能单元是一些特殊用途的装置。装置。基本单元内设基本单元内设CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O和电源等，和电源等，是是PLCPLC的主要部分，可独立工作的主要部分，可独立工作 扩展单元内设电源，用于扩展扩展单元内设电源，用于扩展I/OI/O点数点数 扩展模块用于增加扩展模块用于增加I/OI/O点数和点数和I/OI/O点点数比例，内无电源，由基本单元和扩展数比例，内无电源，由基本单元和扩展单元供电单元供电3.2.1 3.2.1 PLC的组成的组成第10页，共27页，编辑于2022年，星期六3.2 PLC的组成及工作原理的组
11、成及工作原理1 1PLCPLC的硬件的硬件 可编程序控制器主要由中央处理器可编程序控制器主要由中央处理器CPU、存储器、输入输出接口、电源及编程器、存储器、输入输出接口、电源及编程器等外围设备组成。等外围设备组成。第11页，共27页，编辑于2022年，星期六3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理 （1 1）CPU一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路集成在一块芯片内。一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路集成在一块芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入输出接口电路相连。通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入输出接口电路相连。（2 2）PLCPL
12、C的存储器是存放程序和数据的地方。可编程序控制器的存储器分为系统程序存的存储器是存放程序和数据的地方。可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用于存放系统工作程序、模块化应用功能子程序、命令储器和用户存储器。系统程序存储器用于存放系统工作程序、模块化应用功能子程序、命令解释、功能子程序调用管理等程序及各种系统参数，一般采用只读存储器解释、功能子程序调用管理等程序及各种系统参数，一般采用只读存储器ROMROM（PROMPROM）。用）。用户存储器用于存放用户编制的控制程序。分为随机存储器（户存储器用于存放用户编制的控制程序。分为随机存储器（CMOSRAMCMOSRAM
13、）、光可擦写只读存储）、光可擦写只读存储器（器（EPROMEPROM）以及电可擦写只读存储器（）以及电可擦写只读存储器（EEPROMEEPROM）等。）等。第12页，共27页，编辑于2022年，星期六3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理 （3 3）输入输出）输入输出I/OI/O接口是接口是PLCPLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。输入部件是开与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。输入部件是开关、按钮、传感器等。输出部件是电磁阀、接触器、继电器。由于现场信号的类别不同，为关、按钮、传感器等。输出部件是电磁阀、接触器、继电器。由于现场信号的类别不同，为适应控制的需要，适应控制
14、的需要，PLC I/OPLC I/O具有不同的类别。输入输出接口有开关量输入输出接口、模拟量输具有不同的类别。输入输出接口有开关量输入输出接口、模拟量输入输出接口。入输出接口。第13页，共27页，编辑于2022年，星期六.输入单元输入单元带光电隔离电路带光电隔离电路多种辅助电源类型：多种辅助电源类型：ACAC电源电源DC24VDC24V输入输入 DC DC电源电源DC24VDC24V输入输入 DC DC电源电源DC12VDC12V输入输入接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）；接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）；接收模拟量信号（模拟量输入单元）；接收模拟量信号（模拟量输入单元）；接收按
15、钮或开关命令（数字量输入单元）；接收按钮或开关命令（数字量输入单元）；接收传感器输出信号。接收传感器输出信号。3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理第14页，共27页，编辑于2022年，星期六.输出单元输出单元带光电隔离器及滤波器带光电隔离器及滤波器多种输出方式：晶体管多种输出方式：晶体管 晶闸管晶闸管 继电器继电器驱动直流负载（晶体管输出单元）；驱动直流负载（晶体管输出单元）；驱动非频繁动作的交驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）；直流负载（继电器输出单元）；驱动频繁动作的交驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）。直流负载（晶闸管输出单元）。3.2 PLC的组成及工作
16、原理的组成及工作原理第15页，共27页，编辑于2022年，星期六3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理 （4 4）外部设备）外部设备 PLC PLC可配有编程器、外部存储器、打印机、可配有编程器、外部存储器、打印机、EPROMEPROM写入器、高分辨写入器、高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。（5 5）电源）电源 PLC PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，可将内部配有一个专用开关式稳压电源，可将PLCPLC外部连接的电源电压转化为外部连接的电源电压转化为CPUCPU、存、存储器、输入输出接口等电路工作所需的直流电源，并为外部输入元件提供储器、输
17、入输出接口等电路工作所需的直流电源，并为外部输入元件提供24V24V直流电源。需要注意的是，直流电源。需要注意的是，PLCPLC负载的电源是由用户另外提供的。负载的电源是由用户另外提供的。第16页，共27页，编辑于2022年，星期六3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器110V/220V市电PLC基本单元基本单元PLC系统结构示意图系统结构示意图
18、第17页，共27页，编辑于2022年，星期六3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理2 2PLCPLC的软件的软件 （1 1）软件组成）软件组成PLC的软件包括系统监控程序和用户程序两大部分。的软件包括系统监控程序和用户程序两大部分。系统监控程序是由系统监控程序是由PLC的生产厂家编制的，用于控制的生产厂家编制的，用于控制PLC的运行，包括管理程序、的运行，包括管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块和系统调用三个部分。用户指令解释程序、标准程序模块和系统调用三个部分。用户程序又称用户软件、应用软件等，是用户程序又称用户软件、应用软件等，是PLCPLC的使用者编制的针对控制问的使用者编制
19、的针对控制问题的程序。题的程序。（2 2）应用软件常用的编程语言）应用软件常用的编程语言 目前，目前，PLC常用的编程语言包括梯形图、指令语句表、功能图、功能块图、高常用的编程语言包括梯形图、指令语句表、功能图、功能块图、高级编程语言等。级编程语言等。第18页，共27页，编辑于2022年，星期六3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理1)1)、梯形图是用图形符号在图中的互相关系来表示控制逻辑的编程语言、梯形图是用图形符号在图中的互相关系来表示控制逻辑的编程语言 第19页，共27页，编辑于2022年，星期六3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理 2)2)、指令语句表、指令语句表 P
20、LC的指令是一种与微型计算机的汇编语言指令类似的助记的指令是一种与微型计算机的汇编语言指令类似的助记符表达式。基本指令语句的基本格式包括地址（或步序）、助记符、操作元件符表达式。基本指令语句的基本格式包括地址（或步序）、助记符、操作元件等部分。等部分。助记符：常用助记符：常用24个英文字母组成，表明了操作功能个英文字母组成，表明了操作功能 操作元件：执行该指令所用的元件、设定值等。某些基本指令仅由助记操作元件：执行该指令所用的元件、设定值等。某些基本指令仅由助记符，无操作元件，而有的有符，无操作元件，而有的有2 2个或更多。个或更多。第20页，共27页，编辑于2022年，星期六 3 3）、功能
21、图又称状态流程图，是用状态来描述控制过程的流程图，它包含状态、）、功能图又称状态流程图，是用状态来描述控制过程的流程图，它包含状态、转移条件、动作三要素。转移条件、动作三要素。3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理第21页，共27页，编辑于2022年，星期六3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理 4 4）、功能块图是一种类似数字逻辑门电路的编程语言，对于有数字电路基础的人来说比较容易）、功能块图是一种类似数字逻辑门电路的编程语言，对于有数字电路基础的人来说比较容易掌握。该语言用类似与门、或门的方框表示逻辑运算关系，方框左侧为逻辑运算的输入变量，右侧掌握。该语言用类似与门、或门的
22、方框表示逻辑运算关系，方框左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为逻辑运算的输出变量，输入、输出端的小圆圈表示为逻辑运算的输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非非”运算。用运算。用“导线导线”把方框连接起来，信把方框连接起来，信号从左向右流动号从左向右流动 5 5）、随着）、随着PLC技术的发展，大型、高档的技术的发展，大型、高档的PLC具有很强的运算与数据处理等功能，为方具有很强的运算与数据处理等功能，为方便用户编程，增加程序的可植性，许多高档便用户编程，增加程序的可植性，许多高档PLC都配备了都配备了BASIC、C等高级编程语言。等高级编程语言。第22页，共27页，编辑于2022年，星期六3.2
23、PLC的组成及工作原理的组成及工作原理3.2.2 PLC3.2.2 PLC的工作原理的工作原理 可编程控制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序，实现控制任务。可编程控制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序，实现控制任务。CPU在每个扫描周期的开始扫描输入模块的信号状态，并将其状态送入到输入映像寄存器区域；在每个扫描周期的开始扫描输入模块的信号状态，并将其状态送入到输入映像寄存器区域；然后根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将处理结果送到输出映像寄存器区域，然后根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将处理结果送到输出映像寄存器区域，在每个扫描周期结束时，送入输出模块。在
24、每个扫描周期结束时，送入输出模块。第23页，共27页，编辑于2022年，星期六3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理循环扫描的工作过程循环扫描的工作过程：每一次扫描所用的时间称为一个扫描周期，在一个扫描周期内可编程控制器工作过程分为三个阶每一次扫描所用的时间称为一个扫描周期，在一个扫描周期内可编程控制器工作过程分为三个阶段：段：1 1输入采样输入采样 可编程控制器把所有外部输入电路的接通可编程控制器把所有外部输入电路的接通/断开断开（ON/OFF）状态读入输状态读入输入映像寄存器。入映像寄存器。2 2程序执行程序执行 在没有跳转指令时，在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序
25、地执行用户程序，从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入对应直到用户程序结束之处。并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入对应的元件映像寄存器中。的元件映像寄存器中。3 3输出刷新输出刷新 CPU将输出映像寄存器的将输出映像寄存器的“0”/“1”状态传送到输出锁存器。状态传送到输出锁存器。第24页，共27页，编辑于2022年，星期六PLC的工作过程示意图的工作过程示意图3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理第25页，共27页，编辑于2022年，星期六3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理3.2.
26、33.2.3可编程序控制器与继电可编程序控制器与继电接触器控制的区别接触器控制的区别1 1在组成器件方面在组成器件方面 继电继电接触器控制电路是由各种真正的硬件继电器组成，硬件继电器触头易磨损。而接触器控制电路是由各种真正的硬件继电器组成，硬件继电器触头易磨损。而PLC梯形图则梯形图则由许多所谓软继电器组成。这些软继电器实质上是存储器中的每一位触发器，可以置由许多所谓软继电器组成。这些软继电器实质上是存储器中的每一位触发器，可以置“0”或置或置“1”，而软继电器则无磨损现象。，而软继电器则无磨损现象。2 2在工作方式方面在工作方式方面 继电继电接触器控制电路工作时，电路中硬件继电器都处于受控状
27、态，凡符合条件吸合的硬件继电器都处接触器控制电路工作时，电路中硬件继电器都处于受控状态，凡符合条件吸合的硬件继电器都处于吸合状态，受各种制约条件不应吸合的硬件继电器都同时处于断开状态，属于于吸合状态，受各种制约条件不应吸合的硬件继电器都同时处于断开状态，属于“并行并行”的工作方式。的工作方式。PLC梯形图中各软继电器都处于周期循环扫描工作状态，受同一条件制约的各个软继电器的线圈工梯形图中各软继电器都处于周期循环扫描工作状态，受同一条件制约的各个软继电器的线圈工作和它的触电的动作并不同时发生，属于作和它的触电的动作并不同时发生，属于“串行串行”的工作方式。的工作方式。第26页，共27页，编辑于2
28、022年，星期六3.2 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理 继电继电接触器控制电路是依靠硬线接线来实施控制功能的，其控制功能通常是不变的，当需要接触器控制电路是依靠硬线接线来实施控制功能的，其控制功能通常是不变的，当需要改变控制功能时必须从新接线。改变控制功能时必须从新接线。PLC控制电路是采用软件编程来实现控制，可做在线修改，控制功控制电路是采用软件编程来实现控制，可做在线修改，控制功能可根据实际要求灵活实施。能可根据实际要求灵活实施。3 3在元件触点数量方面在元件触点数量方面 继电继电接触器控制线路的硬件触点数量是有限的，一般只有接触器控制线路的硬件触点数量是有限的，一般只有48对。对。PLC梯形图中软继电器的梯形图中软继电器的触点数量无限，在编程时可无限次使用。触点数量无限，在编程时可无限次使用。4 4控制电路实施方式不同控制电路实施方式不同第27页，共27页，编辑于2022年，星期六