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1、Date:2023/1/14 Time:Page:1第五章 可编程逻辑控制器概述 一、可编程控制器的定义和特点一、可编程控制器的定义和特点一、可编程控制器的定义和特点一、可编程控制器的定义和特点二、可编程控制器的发展历程二、可编程控制器的发展历程二、可编程控制器的发展历程二、可编程控制器的发展历程三、可编程控制器的性能指标与分类三、可编程控制器的性能指标与分类三、可编程控制器的性能指标与分类三、可编程控制器的性能指标与分类四、可编程控制器的系统组成四、可编程控制器的系统组成四、可编程控制器的系统组成四、可编程控制器的系统组成五、可编程控制器的五、可编程控制器的五、可编程控制器的五、可编程控制器
2、的工作方式与编程语言工作方式与编程语言本章主要讲解本章主要讲解本章主要讲解本章主要讲解六、可编程控制器的应用领域六、可编程控制器的应用领域六、可编程控制器的应用领域六、可编程控制器的应用领域Date:2023/1/14 Time:Page:21 1、PLCPLC的定义：的定义：一、可编程控制器的定义和特点一、可编程控制器的定义和特点是是一一种种专专门门用用于于工工业业环环境境的的、以以开开关关量量逻逻辑辑控控制制为为主主，具具有有存存储储控控制制程程序序的的存存储储器器，能能够够按按照照控控制制程程序序，将将输输入入的的开开关关量量（或或模模拟拟量量）进进行行逻逻辑辑运运算算、定定时时、计计数
3、数和和算算术术运运算算等等处处理理后后，以以开开关关量量（或或模模拟拟量量）的的形形式式输输出出，控控制制各各种种类类型型的的机机械械或或生生产产过过程程的的自自动动控控制制装置。装置。v通用叫法通用叫法中文名称为中文名称为可编程控制器可编程控制器；英文名称为英文名称为Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller，简称简称PLCPLC早期叫早期叫PCPCPersonnelPersonnel computercomputer。易混，现都称。易混，现都称PLCPLCDate:2023/1/14 Time:Page:3一、一、可
4、编程控制器的定义和特点可编程控制器的定义和特点v可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强；无触点免配线，采取了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰措施，适应于无触点免配线，采取了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰措施，适应于各种恶劣的工业环境各种恶劣的工业环境。v编程简单，容易掌握；编程简单，容易掌握；采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑的设计相似采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑的设计相似。v功能完善，灵活方便；功能完善，灵活方便；不仅有开关量逻辑控制功能和步进、计数功能，还具有模拟量处不仅有开关量逻辑控制功能和步进、计数功能，还具有模拟量处理、温度、位置、通信等功能。理、温度、位置、通信等功能。v
5、体积小，质量小，能耗低；体积小，质量小，能耗低；采用大规模集成电路芯片构成。采用大规模集成电路芯片构成。2、可编程控制器的特点可编程控制器的特点Date:2023/1/14 Time:Page:4二、可编程控制器的发展历程二、可编程控制器的发展历程v因为继电器逻辑电路配线复杂因为继电器逻辑电路配线复杂Date:2023/1/14 Time:Page:5二、可编程控制器的发展历程二、可编程控制器的发展历程v背景：背景：19681968年年美美国国通通用用汽汽车车公公司司（GMGM），为为了了适适应应汽汽车车型型号号的的不不断断更更新新，生生产产工工艺艺不不断断变变化化的的需需要要，实实现现小小批
6、批量量、多多品品种种生生产产，希希望望能能有有一一种种新新型型工工业业控控制制器器，它它能能做做到到尽尽可可能能减减少少重重新新设设计计和和更更换换继继电电器器控控制制系系统统及及接接线线，以以降低成本，缩短周期。降低成本，缩短周期。Date:2023/1/14 Time:Page:6v19681968年，年，GMGM公司提出公司提出十项设计标准十项设计标准：编程简单，可在现场修改程序；编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；成本可与继电
7、器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；可将数据直接送入计算机；可直接使用可直接使用115V115V交流输入电压；交流输入电压；输出采用输出采用115V115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；通用性强，扩展方便通用性强，扩展方便;能存储程序，存储器容量可以扩展到能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB4KB。二、可编程控制器的发展历程二、可编程控制器的发展历程Date:2023/1/14 Time:Page:7v19691969年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，并应用于工业现场。并应用于工业现
8、场。二、可编程控制器的发展历程二、可编程控制器的发展历程Date:2023/1/14 Time:Page:8二、可编程控制器的发展方向二、可编程控制器的发展方向v高性能、高速度、大容量发展高性能、高速度、大容量发展为为了了提提高高PLCPLC的的处处理理能能力力，要要求求PLCPLC具具有有更更好好的的响响应应速速度度和和更更大大的的存存储储容容量量。目目前前，有有的的PLCPLC的的扫扫描描速速度度可可达达0.1ms/k0.1ms/k步步左左右右。PLCPLC的的扫扫描描速速度度已已成成为为很很重重要要的的一一个个性能指标。性能指标。在在存存储储容容量量方方面面，有有的的PLCPLC最最高高
9、可可达达几几十十兆兆字字节节。为为了了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。Date:2023/1/14 Time:Page:9v向小型化和大型化两个方向发展向小型化和大型化两个方向发展小小型型PLCPLC由由整整体体结结构构向向小小型型模模块块化化结结构构发发展展，使使配配置置更更加加灵灵活活，为为了了市市场场需需要要已已开开发发了了各各种种简简易易、经经济济的的超超小小型型微微型型PLCPLC，最最小小配配置置的的I/OI/O点点数数为为8 81616点点，以以适应单机及小型自动控制的需要适应单机及小型自动控制的需要。大大型型化化是
10、是指指大大中中型型PLC PLC 向向大大容容量量、智智能能化化和和网网络络化化发发展展，使使之之能能与与计计算算机机组组成成集集成成控控制制系系统统，对对大大规规模模、复复杂杂系系统统进进行行综综合合性性的的自自动动控控制制。现现已已有有I/OI/O点点数数达达1433614336点点的的超超大大型型PLCPLC，其其使使用用3232位位微微处处理理器器，多多CPUCPU并行工作和大容量存储器，功能强。并行工作和大容量存储器，功能强。二、可编程控制器的发展方向二、可编程控制器的发展方向Date:2023/1/14 Time:Page:10v智能模块，加强联网与通信能力智能模块，加强联网与通信
11、能力为为满满足足各各种种控控制制系系统统的的要要求求，不不断断开开发发出出许许多多功功能能模模块块，如如高高速速计计数数模模块块、温温度度控控制制模模块块、远远程程I/OI/O模模块块、通信和人机接口模块等。通信和人机接口模块等。PLCPLC的的联联网网与与通通信信有有两两类类：PLCPLC之之间间联联网网通通信信，各各PLCPLC生生产产厂厂家家都都有有自自己己的的专专有有联联网网手手段段；PLCPLC与与计计算算机之间的联网通信。机之间的联网通信。为为了了加加强强联联网网与与和和通通信信能能力力，PLCPLC生生产产厂厂家家也也在在协协商商制制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。订通用
12、的通信标准，以构成更大的网络系统。二、可编程控制器的发展方向二、可编程控制器的发展方向Date:2023/1/14 Time:Page:11v增强外部故障的检测与处理能力增强外部故障的检测与处理能力据据统统计计资资料料表表明明：在在PLCPLC控控制制系系统统的的故故障障中中，CPUCPU占占5%5%，I/OI/O接接口口占占15%15%，输输入入设设备备占占45%45%，输输出出设设备备占占30%30%，线路占线路占5%5%。前前二二项项共共20%20%故故障障属属于于PLCPLC的的内内部部故故障障，它它可可通通过过PLCPLC本本身的软、硬件实现检测、处理。身的软、硬件实现检测、处理。而
13、而其其余余80%80%的的故故障障属属于于PLCPLC的的外外部部故故障障。PLCPLC生生产产厂厂家家都都致致力力于于研研制制、发发展展用用于于检检测测外外部部故故障障的的专专用用智智能能模模块块，进一步提高系统的可靠性。进一步提高系统的可靠性。二、可编程控制器的发展方向二、可编程控制器的发展方向Date:2023/1/14 Time:Page:12v编程语言多样化编程语言多样化在在PLCPLC系系统统结结构构不不断断发发展展的的同同时时，PLCPLC的的编编程程语语言言也也越越来越丰富，功能也不断提高。来越丰富，功能也不断提高。除除了了大大多多数数PLCPLC使使用用的的梯梯形形图图、语语
14、句句表表语语言言外外，为为了了适适应应各各种种控控制制要要求求，出出现现了了面面向向顺顺序序控控制制的的步步进进编编程程语语言言、面面向向过过程程控控制制的的流流程程图图语语言言、与与计计算算机机兼兼容容的的高高级级语语言言（BASICBASIC、C C语语言言等等）等等。多多种种编编程程语语言言并并存存、互补与发展是互补与发展是PLCPLC进步的一种趋势。进步的一种趋势。二、可编程控制器的发展方向二、可编程控制器的发展方向Date:2023/1/14 Time:Page:13三、三、可编程控制器的性能指标与分类可编程控制器的性能指标与分类1、可编程控制器的性能指标可编程控制器的性能指标输入输
15、入/输出点数（输出点数（I/OI/O点数）；点数）；存储容量；存储容量；扫描速度；扫描速度；功能扩展能力；功能扩展能力；指令系统；指令系统；Date:2023/1/14 Time:Page:14v按结构形式分按结构形式分整整体体式式PLCPLC 将将电电源源、CPUCPU、I/OI/O接接口口等等部部件件都都集集中中装装在在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。三、三、可编程控制器的性能指标与分类可编程控制器的性能指标与分类2、可编程控制器的分类可编程控制器的分类Date:2023/1/14 Time:Page:15v按结构形式分按结构
16、形式分模模块块式式PLCPLC 将将PLCPLC各各组组成成部部分分分分别别作作成成若若干干个个单单独独的的模模块块，如如CPUCPU模模块块、I/OI/O模模块块、电电源源模模块块（有有的的含含在在CPUCPU模模块中）以及各种功能模块。块中）以及各种功能模块。三、三、可编程控制器的性能指标与分类可编程控制器的性能指标与分类2、可编程控制器的分类可编程控制器的分类Date:2023/1/14 Time:Page:16v按结构形式分按结构形式分紧紧凑凑式式PLCPLC 还还有有一一些些PLCPLC将将整整体体式式和和模模块块式式的的特特点点结结合起来。合起来。三、三、可编程控制器的性能指标与分
17、类可编程控制器的性能指标与分类2、可编程控制器的分类可编程控制器的分类Date:2023/1/14 Time:Page:17模模块块式式PLCPLC 将将PLCPLC各各组组成成部部分分分分别别作作成成若若干干个个单单独独的的模模块块，如如CPUCPU模模块块、I/OI/O模模块块、电电源源模模块块（有有的的含含在在CPUCPU模模块中）以及各种功能模块。块中）以及各种功能模块。v按结构形式分按结构形式分紧紧凑凑式式PLCPLC 还还有有一一些些PLCPLC将将整整体体式式和和模模块块式式的的特特点点结结合起来。合起来。整整体体式式PLCPLC 将将电电源源、CPUCPU、I/OI/O接接口口
18、等等部部件件都都集集中中装装在在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。三、三、可编程控制器的性能指标与分类可编程控制器的性能指标与分类2、可编程控制器的分类可编程控制器的分类Date:2023/1/14 Time:Page:18v按功能分按功能分低低档档PLCPLC 具具有有逻逻辑辑运运算算、定定时时、计计数数、移移位位以以及及自自诊诊断断、监监控控等等基基本本功功能能，还还可可有有少少量量模模拟拟量量输输入入输输出出、算算术术运运算算、数数据据传传送和比较、通信等功能。送和比较、通信等功能。中中档档PLCPLC 具具有有低低档档PLC
19、PLC功功能能外外，增增加加模模拟拟量量输输入入/输输出出、算算术术运运算算、数数据据传传送送和和比比较较、数数制制转转换换、远远程程I/OI/O、子子程程序序、通通信信联联网网等功能。有些还增设中断、等功能。有些还增设中断、PIDPID控制等功能。控制等功能。高高档档PLCPLC 具具有有中中档档机机功功能能外外，增增加加带带符符号号算算术术运运算算、矩矩阵阵运运算算、位位逻逻辑辑运运算算、平平方方根根运运算算及及其其它它特特殊殊功功能能函函数数运运算算、制制表表及及表表格格传送等。高档传送等。高档PLCPLC机具有更强的通信联网功能。机具有更强的通信联网功能。三、三、可编程控制器的性能指标
20、与分类可编程控制器的性能指标与分类2、可编程控制器的分类可编程控制器的分类Date:2023/1/14 Time:Page:19四、四、PLC系统的组成系统的组成硬件系统硬件系统软件系统软件系统PLCPLC系统系统CPU CPU 系统存储器系统存储器用户存储器用户存储器输入单元输入单元存储器存储器输入输出接口输入输出接口输出单元输出单元系统监控程序系统监控程序 用户程序用户程序Date:2023/1/14 Time:Page:201、PLC硬件系统组成硬件系统组成输入电路输入电路输出电路输出电路CPUEEPROMRAM内部电源总线扩展接口外设接口编程器打印机计算机现场输入信号输出信号基本单元扩
21、展单元现场输入信号输出信号四、四、PLC系统的组成系统的组成Date:2023/1/14 Time:Page:211、PLC硬件系统组成硬件系统组成v微处理器（微处理器（CPUCPU）接收并存储用户程序和数据；接收并存储用户程序和数据；诊断电源、诊断电源、PLCPLC工作状态及编程的语法错误；工作状态及编程的语法错误；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 程序的各种操作；程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。将用户程序的执行结果送至输出端。四、四、PLC系统的组
22、成系统的组成Date:2023/1/14 Time:Page:221、PLC硬件系统组成硬件系统组成四、四、PLC系统的组成系统的组成v系统存储器系统存储器系统程序存储器系统程序存储器+系统数据存储器系统数据存储器存放系统工作程序（监控程序）；存放系统工作程序（监控程序）；存放模块化应用功能子程序；存放模块化应用功能子程序；存放命令解释程序；存放命令解释程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放存储系统参数。存放存储系统参数。Date:2023/1/14 Time:Page:231、PLC硬件系统组成硬件系统组成四、四、PLC系统的组成系统的组成v用户存储器用户存储
23、器RAM/EPROM/EEPROM存放用户工作程序存放用户工作程序；存放工作数据。存放工作数据。Date:2023/1/14 Time:Page:241、PLC硬件系统组成硬件系统组成四、四、PLC系统的组成系统的组成v通讯及编程接口通讯及编程接口采用采用RS-485RS-485或或RS-422RS-422串行总线串行总线连接专用编程器（连接专用编程器（FX-20PFX-20P、FX-10PFX-10P）；连接个人电脑（连接个人电脑（PCPC），），实现编程及在线监控；实现编程及在线监控；连接工控机连接工控机，实现编程及在线监控；实现编程及在线监控；连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；
24、连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设。连接打印机等计算机外设。Date:2023/1/14 Time:Page:251、硬件系统、硬件系统四、四、PLC系统的组成系统的组成通常有干接触、直流输通常有干接触、直流输入、交流输入三种形式。入、交流输入三种形式。干接触式由内部的直流干接触式由内部的直流电源供电，小型电源供电，小型PLC的的直流输入电路也由内部直流输入电路也由内部的直流电源供电，交流的直流电源供电，交流输入必须外加电源。输入必须外加电源。PLCPLC的输入接口电路的输入接口电路Date:2023/1/14 Time:Page:261、PLC硬件系统组成硬件
25、系统组成四、四、PLC系统的组成系统的组成输出形式有三种：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。输出形式有三种：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。PLCPLC的输出接口电路的输出接口电路继电器输出晶体管输出晶闸管输出Date:2023/1/14 Time:Page:271、PLC硬件系统组成硬件系统组成四、四、PLC系统的组成系统的组成PLCPLC的输出与实际负载连接举例的输出与实际负载连接举例Date:2023/1/14 Time:Page:282、PLC软件系统组成软件系统组成四、四、PLC系统的组成系统的组成编程软件编程软件存储在ROM中，有PLC厂家开发的软件，通常不能被用户读取的程序
26、。软件系统软件系统系统监控程序系统监控程序 用户程序用户程序由用户根据需要，通过编程软件（平台）用户自己编写的梯形图程序。Date:2023/1/14 Time:Page:29五、五、PLCPLC系统的工作方式与编程语言系统的工作方式与编程语言 PLC的扫描工作方式 包括五个阶断：内部处理、通包括五个阶断：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。输出处理。扫描周期：扫描周期：PLC完成一次扫描完成一次扫描过程所需的时间。过程所需的时间。扫描周期的长短与用户程序的扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关长度和扫描速度有关 1可编程控制器可编程控制器PLC
27、的工作方式的工作方式Date:2023/1/14 Time:Page:30五、五、PLCPLC系统的工作方式与编程语言系统的工作方式与编程语言1可编程控制器可编程控制器PLC的工作方式的工作方式 PLCPLC的程序执行过程的程序执行过程 PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段三个阶段 Date:2023/1/14 Time:Page:31PLC 用户程序扫描工作过程用户程序扫描工作过程输输入入端端子子输入输入映象映象寄存器寄存器X0X1X2 M0 Y0元件元件映象映象寄存器寄存器读读X0Y0读读写写读读写写辅助
28、继电器辅助继电器输输出出端端子子输出输出锁存锁存存储器存储器Y0Y1Y2输出输出反复一个周期反复一个周期称为扫描周期称为扫描周期程序执行中读程序执行中读 X X程序执行完写所有程序执行完写所有 Y YDate:2023/1/14 Time:Page:32五、五、PLCPLC系统的工作方式与编程语言系统的工作方式与编程语言1可编程控制器可编程控制器PLC的工作方式的工作方式 PLCPLC的扫描周期的扫描周期 指指PLC从输入采样从输入采样程序执行程序执行输出刷新所用的时间。输出刷新所用的时间。主要与主要与I/O点数、程序的长短、指令的执行速度有关。点数、程序的长短、指令的执行速度有关。PLCPL
29、C的的I/OI/O响应时间响应时间 当当PLC的输入变化时，对应输出应随着变化，二者变化的时间间隔。的输入变化时，对应输出应随着变化，二者变化的时间间隔。I/O响应时间的大小与扫描周期、输入滤波器的滞后、输出开关电路响应时间的大小与扫描周期、输入滤波器的滞后、输出开关电路的滞后有关。的滞后有关。Date:2023/1/14 Time:Page:33五、五、PLCPLC系统的工作方式与编程语言系统的工作方式与编程语言2可编程控制器的编可编程控制器的编程语言程语言 梯形图语言梯形图语言 助记符语言助记符语言 顺序功能图语言顺序功能图语言 Date:2023/1/14 Time:Page:34六、可
30、编程控制器的应用领域六、可编程控制器的应用领域Date:2023/1/14 Time:Page:35六、可编程控制器的应用领域六、可编程控制器的应用领域Date:2023/1/14 Time:Page:36六、可编程控制器的应用领域六、可编程控制器的应用领域Date:2023/1/14 Time:Page:37六、可编程控制器的应用领域六、可编程控制器的应用领域Date:2023/1/14 Time:Page:38六、可编程控制器的应用领域六、可编程控制器的应用领域Date:2023/1/14 Time:Page:39六、可编程控制器的应用领域六、可编程控制器的应用领域Date:2023/1/
31、14 Time:Page:40六、可编程控制器的应用领域六、可编程控制器的应用领域Date:2023/1/14 Time:Page:41六、可编程控制器的应用领域六、可编程控制器的应用领域Date:2023/1/14 Time:Page:42六、可编程控制器的应用领域六、可编程控制器的应用领域Date:2023/1/14 Time:Page:43六、可编程控制器的应用领域六、可编程控制器的应用领域Date:2023/1/14 Time:Page:44 本本章章主主要要介介绍绍了了可可编编程程控控制制器器的的定定义义、可可编编程程控控制制器器产产生生的的背背景景、可可编编程程控控制制器器的的特特点点、可可编编程程控控制制器器的的工工作作模模式式与与编编程程语语言言、可可编编程程控控制制器器的的应应用用领领域域、主主要要类型、发展趋势及概况。类型、发展趋势及概况。本章小结本章小结Date:2023/1/14 Time:Page:45