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1、1可编程序控制器原理及应用备课笔记上海应用技术学院电子电工教研室叶真2第三章 可编程序控制器的组成及工作原理和继电器控制系统类似，PLC 控制系统也是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。各部分主要作用：输入部分：输入部分：收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。例如：来自被控对象上的各种开关信息或操作台上的操作命令等。逻辑部分：逻辑部分：处理输入部分所取得的信息，并按照被控对象实际的动作要求执行相应的逻辑功能输出部分：输出部分：对需要实时操作的那些设备提供实际操作信号由于输入信号一般为开关信号或电压、电流形成的信号源，它们必须转换成微处理器所能接受的电平信号，所以，中间必须加入变换器。同样，微
2、处理器输出的电平信号，也必须转换成控制设备所需的开关信号或电压、电流信号。所以，也要加入变换器。由此，构成了PLC 控制系统的基本结构框图。（见教材 P58 图 3-2）输入部分（外部）逻辑部分（内部）输出部分（外部）说明：PLC 的逻辑部分由大规模集成电路构成的微处理器和存储器组成。对微处理器进行了软、硬件的开发，提供了许多适用于电气控制的逻辑部件。逻辑部件逻辑部件：继电器逻辑（与、或、非运算）定时器计数器均为“软”器件移位寄存器触发器编程语言编程语言：描述这些逻辑部件的符号和语句PLC 通过编程器编制控制程序，可以将 PLC 内部各种逻辑部件按照工艺要求进行组合以实现一定的逻辑控制功能。所
3、谓 PLC 的控制原理：将输入信息采入 PC 内部执行逻辑功能输出达到控制要求。按钮开关等输入变换器微处理器（含存储器）输出变换器控制对象（灯、电动机等）3第一节可编程序控制器的组成一、PLC 的基本组成基本组成可归为四大部件：中央处理单元（CPU 板）控制器的核心输入部件（I/O 部件）连接现场设备与 CPU 之间输出部件的接口电路电源部件为 PLC 内部电路提供能源整体结构的 PLC四部分装在同一机壳内模块式结构的 PLC各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成I/O 的能力可按用户的需要进行扩展和组合另外，还必须有编程器将用户程序写进规定的存储器内PLC 的基本组成框图：教材 P
4、58 Fig 3-3二、PLC 各组成部件的作用1.CPU是 PLC 的核心部分。与通用微机 CPU 一样，CPU 在 PC 系统中的作用类似于人体的神经中枢。其功能：（1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器；（2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；（3）诊断电源和 PC 内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误；（4）在 PC 进入运行状态后：a）执行用户程序产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路）b）进行数据处理分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、
5、比较、变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务c）更新输出状态输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出中中央央处处理理单单元元C CP PU U（板板）输输入入接接口口部部件件输输出出接接口口部部件件电电源源部部件件可可编编程程序序控控制制器器P PC C接接受受现现场场信信号号驱驱动动受受控控元元件件图图3 3-3 3 P PL LC C的的基基本本组组成成按钮、继电器触点行程开关等接触器电磁阀指示灯等4映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印、数据通讯等）2.存储器系统程序存储器存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程
6、序、命令解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数*不能由用户直接存取不能由用户直接存取用户存储器用户程序存储器存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序。功能存储器（数据区）存放用户数据PC 的用户存储器通常以字（16 位/字）为单位来表示存储容量。注意：注意：系统程序直接关系到 PC 的性能，不能由用户直接存取，所以，通常 PC 产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。3.I/O（输入/输出部件）（I/O 模块：接口电路、I/O 映像存储器）CPU 与现场 I/O 装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC 提供了各种操作电平与驱动能力的 I/O 模块，以及各种用
7、途的 I/O 组件供用户选用：输入/输出电平转换电气隔离串/并行转换数据传送A/D、D/A 转换误码校验其他功能模块I/O 模块可与 CPU 放在一起，也可远程放置。通常，I/O 模块上还具有状态显示和 I/O 接线端子排。4.编程器等外部设备编程器PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具作用：用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视通过键盘和显示器去检测 PLC 内部状态和参数通过通讯端口与 CPU 联系，实现与 PLC 的人机对话分类：简单型只能联机编程；只能用指令清单编程智能型既可联机（Online），也可脱机（Offline）编程；可以采用指令清5单（语句表）、梯形图等语言
8、编程。常可直接以电脑作为编程器，安装相关的编程软件编程注意注意：编程器不直接加入现场控制运行。一台编程器可开发、监护许多台 PLC 的工作。其他外设：磁盘、光盘、EPROM 写入器（用于固化用户程序）、打印机、图形监视系统或上位计算机等等。5.电源：内部开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供 DC24V 稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。外部可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。第二节可编程序控制器的工作过程一、PLC 的工作过程框图（教材 P62 Fig 3-5 稍作修改）1.初始操作（上电处理）PLC 未进入正式运行前，
9、首先应确定自身的完好性。这就是接通电源后的初始操作（见图）。通电后，消除各元件的随机状态，进行清零或复位处理，检查 I/O 单元的连接是否正确（I/O 总线）。再做一道题，使它涉及各种指令和内存单元，若解题时间在 to 以内，则自身完好（否则，系统关闭），解题结束，将监控定时器 to 复位，才开始正式运行。2.运行PLCPLC 的工作方式的工作方式（顺序）周期循环扫描扫描扫描按分时操作的原理，每一时刻执行一个操作，顺序进行，这种分时操作的过程称“CPU 对程序的扫描”工作特点工作特点集中输入，集中输出（小型 PLC）二、PLC 运行过程1.四大类操作（1）公共操作故障诊断及处理（自检），一般故
10、障，只报警，不停机（2）I/O 操作联系现场的数据输入及控制信号的输出（3）执行用户程序顺序循环扫描（4）服务外设2.I/O 处理过程（教材 P63 Fig3-6）输入采样三个阶段执行用户程序输出刷新6工作过程框图：I/O 处理过程：合合上上电电源源启启动动I I/O O和和内内部部继继电电器器清清零零所所有有定定时时器器复复位位检检查查I I/O O单单元元的的连连接接监监控控定定时时器器复复位位t to o检检查查硬硬件件和和用用户户程程序序存存储储器器检检查查合合格格？否否采采样样输输入入信信号号刷刷新新输输入入映映像像存存储储器器监监控控定定时时器器t t1 1复复位位逐逐条条执执行行
11、用用户户程程序序指指令令程程序序结结束束？监监控控定定时时器器复复位位t t1 1服服务务于于外外设设命命令令错错误误标标志志置置位位出出错错灯灯点点亮亮报报警警故故障障性性质质？故故障障错错误误P PC C的的扫扫描描周周期期上上电电后后的的初初始始操操作作公公共共操操作作数数据据输输入入执执行行用用户户程程序序服服务务外外设设命命令令图图3 3-5 5 P PC C的的工工作作过过程程是是输输出出映映像像存存储储器器的的内内容容输输出出至至相相应应输输出出口口数数据据输输出出是是否否执执行行用用户户程程序序输输入入端端子子输输入入调调理理电电路路输输入入缓缓冲冲器器输输入入映映像像存存储储
12、器器输输出出映映像像存存储储器器输输出出锁锁存存器器输输出出驱驱动动电电路路输输出出端端子子生生产产现现场场输输入入信信号号受受控控元元件件允允许许（输输入入刷刷新新）允允许许（输输出出刷刷新新）7（1）数据输入/输出I/O 状态刷新采样输入信号送出处理结果a.输入映像存储器及其刷新对应于输入端子状态的数据区PLC 中的 CPU 是不能直接从与外部接线端子打交道的。在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，经过输入调理电路（光电隔离、电平转换、滤波处理等）后进入输入缓冲器等待采样。没有 CPU 的采样“允许”，外界的输入信号是不能进入内存的。当 CPU 采样时，输入信号便进入输入映像存储器刷新。接
13、着进入程序的执行阶段，直至信号的输出。在此期间，输入映像存储器将现场与 CPU 隔离，无论输入信号如何变化，输入映像存储器中的内容保持到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新采样新的信号，即：输入映像存储器每周期刷新一次。这样，是否会影响对现场信息的反应速度？由于，PLC 扫描周期一般仅几十 mS，两次采样之间的间隔时间很短，对一般的开关量而言，可以认为采样是连续的。b.输出映像存储器及其刷新CPU 数据处理的中间结果和最终结果的存放区域同理，CPU 不能直接驱动负载，处理的结果存放在输出映像存储器中，直至所有程序执行完毕，才将输出映像区的内容经输出锁存器（称为输出状态刷新）送到输出端子上驱动外
14、部负载。即：输出映像存储器随时刷新输出锁存器每周期刷新一次（刷新后的输出状态一直保持到下一次刷新）同样，两次刷新的间隔仅几十 mS，即使考虑电路的电气惯性（延迟）时间，仍可认为输出是及时的。c.输入/输出状态表状态 RAM 表I/O 映像存储器的内容，在 CPU 中构成 I/O 状态表，其内容是 CPU 处理用户程序及数据的依据。注意注意：输入状态表采样时刷新输出状态表随时刷新（中间值和最终结果）输出端子的接通或开断输出锁存器决定（2）执行用户程序执行监视a.监控定时器 WDT（WATCH DOG TIMER）即监控定时器 t1正常：执行完用户程序所需的时间应不超过 t1。执行程序前，复位 t
15、1，执行程序开始t1 计时，完毕后立即复位 t1，表示程序执行正常。异常：因某些原因，程序进入死循环，执行程序时间超出 t1 值，WDT 发出警告，程序重8新开始执行，同时复位 t1。若因偶然因素，则重新执行程序将正常，否则，系统自动停止执行用户程序，切断外部负载，并发出故障信号等待处理。b.执行用户程序（3）执行外设命令每次执行完用户程序，输出后，就进入服务外设命令的操作，如没有外设命令，自动循环扫描。三、简单结论（见教材 P63“简单结论”暂略）第三节可编程序控制器中常用的 CPU每台 PLC 至少有一个 CPU。在一些按功能分散处理的或根据容错技术而设计的 PLC 中，可以包括多个 CP
16、U，分别承担各自的控制功能。PLC 中采用的 CPU 主要有通用微处理器、单片机和双极型位片式系列芯片。（本节内容请同学们自学教材 P65P66，并完成 P76 的思考题 5）第四节可编程序控制器中常用的存储器PLC 配备两种存储系统：系统程序存储器存放系统程序和数据，不能由用户直接存取用户存储器存放用户程序和数据一、PLC 所采用的存储器的特点1.可靠性高2.实时性好3.功耗低，工作时温升小，可用电池供电4.数据存储不消失，停电后能长期保存数据以适应 PLC 恶劣的工作环境和所要求的工作速度。二、PLC 常用的存储器CMOS-SRAM、EPROM、EEPROM（此段内容请同学们自学教材 P6
17、6P67，并完成 P76 思考题 6）三、用户程序的存放形式任何语言编写的程序都要经过翻译，变成机器代码，才能顺序存放在用户程序存储器（RAM或 EPROM）中。除了程序代码，用户数据也很重要。用户数据的类型：1.位数据（Bit）占存储器中的 1 位，对应于一个“继电器”状态：“0”或“1”2.字节数据（Byte）占存储器中的 8 位，以 BCD 码（十进制）的形式存放（一般为两9BCD 码，每个 BCD 码占内存的四位）3.字数据（Word）双字节数据，占存储器中的 16 位（BCD 码形式存放）4.双字数据（Dword）占存储器中的 32 位（BCD 码形式存放）5.混合数据（位与字节或字
18、）如：定时器、计数器等的设定值和当前值均为字节或字数据，而它们的触点状态则为位数据不同形式的数据如何存放和调用完全由系统程序自动管理。作业：P76 思考题 4，5，6第五节 可编程序控制器的输入输出接口PLC 的输入输出接口的作用在前面已作了简单的介绍。PLC 之所以能在恶劣的工业环境中可靠地工作，I/O 接口技术起着关键的作用。I/O 模块的种类很多，这里仅介绍开关量 I/O 接口模块和模拟量 I/O 接口模块的基本电路及其工作原理。一、开关量 I/O 接口模块PLC 以开关量顺序控制为特长，在工业控制中，有很大一部分工作可由 PLC 按开关量控制来完成。1.开关量输入模块的基本电路及工作原
19、理种类：种类：直流输入模块、交流输入模块、交、直流输入模块（见教材 P68）特点特点：输入信号的电源均可由用户提供，直流输入信号的电源也可由 PLC 自身提供一般 8 路输入共用一个公共端，现场的输入提供一对开关信号：“0”或“1”（有无触点均可）每路输入信号均经过光电隔离、滤波，然后送入输入缓冲器等待 CPU 采样。每路输入信号均有 LED 显示，以指明信号是否到达 PLC 的输入端子10接输入端输入端光电隔离滤波等待 CPU 采样LED光电隔离浪涌吸收器桥式整流取样电阻（限幅）滤波限流电阻LED 显示旁路二极管（防发光二极管反压过大）等待 CPU 采样2.开关量输出模块的基本电路及工作原理
20、种类：种类：+2 24 4V V输输入入缓缓冲冲器器C CO OM MX Xo oX X7 7图图3 3-8 8 （a a）直直流流输输入入模模块块X X1 1C CO OM M去去光光隔隔图图3 3-8 8 （b b）交交、直直流流输输入入模模块块AC输入缓冲器X Xo oX X7 7C CO OM M图图3 3-8 8（c c）交交流流输输入入模模块块11按负载使用的电源直流输出模块交流输出模块交直流输出模块按输出的开关器件种类场效应晶体管输出方式直流输出模块，响应速度最快（可带高速小功率直流负载）可控硅输出方式交流输出模块（可带高速大功率交流负载）继电器输出方式交直流输出模块，响应速度较
21、慢，但工作最可靠（可带较低速大功率交、直流负载）输输出出锁锁存存器器+2 24 4V V+9 9V V图图3 3-9 9（a a）场场效效应应晶晶体体管管输输出出方方式式（直直流流输输出出）光光隔隔滤滤波波场场效效应应晶晶体体管管输输出出稳稳压压限限幅幅被被控控元元件件线线圈圈L LE ED D显显示示2 24 4V VD DC C程程序序执执行行完完，由由输输出出映映像像存存储储器器送送至至输输出出锁锁存存器器输输出出锁锁存存器器图图3 3-9 9（b b）可可控控硅硅输输出出方方式式（交交流流输输出出）S SS SR RAC固固态态继继电电器器交交流流电电源源12特点：特点：各路输出均有电
22、气隔离措施（光电隔离）各路输出均有 LED 显示。只要有驱动信号，输出指示 LED 亮，为观察 PLC 的工作状况或故障分析提供标志输出电源一般均由用户提供。输出模块提供具有一定通断能力的常开触点，触点上有防过电压、灭弧措施固态继电器固态继电器 SSRSSR 简介简介采用固体半导体元件组装而成无触点开关（接通和断开无机械接触部件）优点：优点：开关速度快工作频率高使用寿命长噪声低工作可靠使用场合：使用场合：取代常规电磁式继电器，广泛用于：数字程控装置数据处理系统计算机终端接口电路尤其：动作频繁防爆耐潮耐腐蚀的场合缺点缺点：漏电流大接触电压高触点单一使用温度范围窄过载能力差价格高1.基本特点 控制
23、功率小：输入很小的控制电流便能正常工作，输出采用大功率管可控硅器件，具有功率放大作用 可靠性：绝缘防水材料浇铸，没有可动部件 抗干扰能力强：无触点动作，无火花等电磁干扰，输入/输出之间隔离 动作快：直流 SSR响应时间几十S过零交流 SSR转换时间10Ms（1/2fsf=50Hz）寿命长：10121013次（普通电磁式继电器 105106次）承受的浪涌电流大：610 倍额定值 对电源电压适应范围广：交流 SSR30220VAC任意选择 耐压水平高：输入/输出介质耐压 2.5kV 以上输输出出锁锁存存器器图图3 3-9 9 （c c）继继电电器器输输出出方方式式（交交、直直流流输输出出）L LE
24、 ED D显显示示继继电电器器线线圈圈触触点点电电气气隔隔离离+us -（Us）负负载载132.分类按切换负载性质分：直流固态继电器交流固态继电器按输入/输出之间的隔离分：光电隔离磁隔离按控制触发信号方式分：过零型非过零型有源触发型无源触发型3.工作原理（以光电耦合式 SSR 为例说明）无输入信号：T3截止，T4导通，VT1关断（控制极被箝位在低电位）2有信号输入：T3导通，T4截止。当电源电压大于过零电压（约25V），A 点电压大于 T5的 Vbe5T5导通，VT1控制极处于低电压而关断，VT2控制极无触发信号而关断。当电源电压小于过零电压时，A 点电压小于 T5的 Vbe5T5截止，VT1
25、控制极通过 R5、R6分压获触发信号VT2导通B、C 两点接通负载回路接通。VT2导通过程：电源电压“+”：电源R8D6VT1D9R9负载VT2控制极获得触发脉冲电源电压“-”：电源负载R9D8VT1D7R8电源 VT2控制极获得触发脉冲当输入信号取消后：T4导通VT1关断但 VT2仍导通（负载电流大于维持电流），直至负载电流随电源电压减小，下降到双向晶闸管维持电流以下，VT2关断，从而切断负载电流。二、模拟量 I/O 接口模块PLC 要在过程控制领域得以应用，模拟量的输入输出接口便是其不可或缺的重要部件。其主要功能：数据转换。与 PLC 的基本单元的总线相连，由 CPU 调用和处理其数据。比
26、如：MODICON MICRO PLC 612 型具有：4 路模拟量输入A/D2 路模拟量输出D/AA AC C输输入入+-光光电电耦耦合合器器输输出出电电源源负负载载V V V VT T T T2 2 2 2A AB BC CC CV V V VT T T T1 1 1 1D D D D1 1 1 1D D D D2 2 2 2T T T T3 3 3 3T T T T4 4 4 4T T T T5 5 5 5D D D D6 6 6 6D D D D7 7 7 7D D D D8 8 8 8D D D D9 9 9 9R R R R1 1 1 1R R R R2 2 2 2R R R R3
27、 3 3 3R R R R4 4 4 4R R R R5 5 5 5R R R R6 6 6 6R R R R8 8 8 8R R R R9 9 9 9R R R R1 1 1 10 0 0 0虚虚线线用用户户自自接接光光电电耦耦合合式式固固态态继继电电器器（S SS SR R）工工作作原原理理141.模拟量输入接口模块（A/D）4 路模拟量输入特点特点：（1）输入信号可以是电压（010V），也可以是电流（420mA）（2）每路输入经过前置放大保证高输入阻抗和线性度（3）每路输入完全隔离，都有自己的公共端，都有 LED 显示（4）每路输入均经过光电隔离进入输入锁存器（5）各路输入须经多路选择开
28、关选择后，分别进行 A/D 转换执行时，当程序扫描到读模拟量指令时，由程序指定的输入通道的模拟量信息被采集，经 A/D转换后，从锁存器经总线送到指定的数据寄存器。此接口电路，完全受 PLC 主机控制。2.模拟量输出接口模板2 路模拟量输出特点特点：（1）输出信号可以是电压（010V 或-10+10V），也可以是电流（420mA）（2）各路输出完全隔离，有自己独立的锁存器、光电隔离、D/A 转换、LED 显示和输出放大驱动电路执行时，在 PLC 两次输出操作之间，端子上的模拟量保持不变（锁存器内容每周期刷新一次）。由于 PLC 的扫描速度为毫秒级，所以，可以认为输出没有台阶，输出是平滑的。0 0
29、1 12 23 3多多路路选选择择开开关关#/锁锁存存器器C C C CO O O OM M M MC C C CO O O OM M M MV VI IV VI I前前置置放放大大A A/D D转转换换光光电电隔隔离离数数据据寄寄存存器器#/#/V V V VI I I IV V V VI I I IC C C CO O O OM M M MC C C CO O O OM M M M锁锁存存器器锁锁存存器器光光电电隔隔离离D D/A A转转换换输输出出放放大大15三、MODICON MICRO PLC I/O 接口（61200 型）：开关量输入：16 点模拟量输入：4 路开关量输出：12 点
30、模拟量输出：2 路开关量为：16I 24VDC/12O Relay注：Relayn.继电器v.用继电器控制，中继转播Triacn.三端双向可控硅开关元件第六节编程语言及梯形图前几节，介绍了 PLC 的工作过程、硬件框图及各种硬件的功能。PLC 工作过程及硬件功能的实现，则要靠软件的支持。首先，PLC 的软件提供了各种逻辑部件（软器件），经编程来完成逻辑控制功能。一、逻辑部件1.继电器逻辑触点、线圈用逻辑与、或、非等运算处理各种继电器逻辑的连接。“1”ON（得电）状态“0”OFF（失电）与通常的物理（实际）继电器相比，“软”继电器有如下特点：（1）体积小，功耗低（2）无触点，速度快，寿命长（3）
31、有无数个常开触点和常闭触点供程序使用，且不必考虑触点的容量。PLC 一般为用户提供三类继电器：（1）输入继电器：输入给 PLC 的现场信号（2）输出继电器：具备一对物理接点，可以串接在负载回路中，以接通或断开负载。（3）内部继电器：与外部无联系，仅作运算的中间结果使用（辅助或中间继电器）掉电保护内部继电器：掉电期间，原状态由内装电池维持掉电不保护内部继电器：掉电期间，该继电器状态为“OFF”2.定时器逻辑一般，定时器应包含如下内容：（1）定时语句（指令）选定所需的定时器，定时时基（2）定时条件控制定时器操作（使能 Bool）（3）定时器当前值存放的存储单元（Word）16（4）定时器的复位当前
32、值复零、状态位复位（Bool）（5）定时设定值（预置值）及存放单元（Word）（6）定时器状态（位）定时器达到设定值时“ON”（bit）3.计数器逻辑一般，计数器应包含如下内容：（1）计数语句（指令）选定所需的计数器（编号）（2）计数信号控制计数器操作（使能 Bool）（3）计数器当前值存放的单元（Word）（4）计数器的复位恢复设定值、状态位复位（Bool）（5）计数设定值及存放单元（Word）（6）计数器状态（位）计数达到设定值时“ON”；复位或未达到计数设定值时“OFF”4.触发器逻辑触发器包括：置位输入S触发器还有复位优先或置位优先之分。复位输入R5.移位寄存器长度可变，以适应步进控制
33、的需要移位脉冲输入 cp移位寄存器填充输入IN复位输入R6.数据寄存器存放数据二、编程语言PLC 常用的编程语言主要有三种：功能图、语句表、梯形图。1.功能图（FBD）一种较新的编程方法，是各种 PLC 编程语言规范化的方向（Function ChartProgramming）2.语句表（STL）类似于汇编语言，由语句系列构成3.梯形图（LAD）类似于继电接触器控制线路（Ladder Programming）梯形图编程目前依然是应用最广泛的编程语言，因为它与继电接触器控制线路非常相象，容易学习，使用方便。17例：例：梯形图编程示意图ABCM（）母线DY母线（）E例：例：功能图编程顺序钻孔控制方
34、框中的数字代表顺序步，每个顺序步所执行的功能写在方框的右边，每个顺序步前进的条件写在短横线的右边。如下图所示。1启动2送入4夹紧8卸具进入送入钻孔件工件夹紧工件加工完毕3退出5钻孔9卸具退出钻头在下面取出加工件送夹具退回6钻头向上钻头在上部7松夹具10台面转动台面转动完成三、能流（PowerFlow）“能流”是 PLC 梯形图中的一个重要概念，但仅是概念上的“能流”。假想：左母线电源的火线右母线电源的零线如果有“能流”从左至右流向线圈，则线圈被激励（ON），如没有“能流”通过，线圈未被激励（OFF），不动作。“能流”可以通过被激励（ON）的常开触点和未被激励（OFF）的常闭触点自左向右流动，“
35、能流”任何时刻都不会自右向左流动。（注意：引入“能流”的概念，仅是用于理解梯形图的各输出点的动作，实际上并不存在这种“能流”）。母线左右垂直线与接点在水平线上串联或逻辑并联18四、梯形图设计一般规则1.梯形图的每一逻辑行必须从左母线出发，一般以触点开始，以线圈结束。右边母线可以省略。2.触点应画在水平线上，垂直分支线上不画触点。例：例：1212（）（）343354543.对同一个输出线圈，串联多的支路尽量放在上部，并联多的支路尽量靠近左母线。因为，PLC 的扫描顺序是从上到下，从左到右，这样可使 PLC 尽量早的获取尽可能多的信息。例：例：上例中右图的第二行可放在最上面。例：例：（）（）五、P
36、LC 控制与微机控制、PLC 控制系统与继电接触器控制系统的区别1.PLC 与微机微机通用的专用机集中于信息处理相互渗透、相辅相成PLC专用的通用机集中于功能控制2.PLC 控制系统与继电接触器控制系统组成器件不同组成器件不同触点数量不同触点数量不同实施控制的方法不同实施控制的方法不同工作方式不同工作方式不同继电接触器控制系统硬器件，易磨损有限，一般用于控制 48 对控制功能包含于固定线路，功能专一，设计复杂并行工作方式，该吸合的继电器同时吸合PLC控制系统软器件，功耗低，无磨损无限多，各触点的状态可取用无数次梯形图程序实现控制功能，灵活多变，设计简化串行工作方式，依次扫描19说明：说明：一个
37、继电器控制线路，可以用 PLC 的梯形图来实现其功能。但由于 PLC 的工作方式不同（并行），以及 PLC 工作过程的特点：集中输入集中输出等，给控制结果带来了特殊性。3.PLC 串行工作方式带来的特殊性（1）输入/输出滞后现象（见教材 P64 Fig3-7）输入输入/输出的延时：输出的延时：Y1XY1Y0Y1Y2画成梯形图：画成梯形图：周期 1周期 2周期 3X输入端子信号OFFONON输入采样刷新X 输入映像寄存器 OFFONON刷新后 X 输入映像寄存器中的状态 OFFONY1Y0（）Y0 输出映像寄存器OFFOFFONXY1（）Y1 输出映像寄存器OFFONONY1Y2（）Y2 输出映
38、像寄存器OFFONON输 出 刷 新输出端子 Y0OFFOFFONY1OFFONONY2OFFONON以三个扫描周期来说明控制过程中输出的滞后问题：第一个周期：第一个周期：输入信号还未进入映像区，X 输入映像寄存器中的状态为“OFF”，所有输出Y0、Y1、Y2 当然均为“OFF”第二个周期第二个周期：在输入采样阶段，X 信号进入映像区，X 输入映像寄存器中的状态变为“ON”。由于先扫描到 Y0 时，Y1 尚处在断开状态，所以 Y0=“OFF”；而在第二周期继电器控制：用一个按钮开关 X（输入信号）控制 3 个输出量：Y0、Y1、Y2。电路中 Y0 与 Y2 具有相同的响应速度。（X 闭合Y1
39、接通Y0、Y2 同时接通）20中，Y1 在输出映像寄存器中的状态在程序执行后变为“ON”，所以，后扫描的Y2 在其输出映像寄存器中的状态也变为“ON”。这样，第二周期的结果：输出端子 Y0=“OFF”，Y1=Y2=“ON”。第三个周期第三个周期：由于 Y1 在其输出映像寄存器中的状态已为“ON”，此时 Y0 才能接通为“ON”。显然，Y0 的响应滞后 Y2 一个扫描周期，在输入条件为“ON”时，Y0 的输出延迟响应。若在梯形图中，将 Y0 和 Y2 互换位置，则执行结果使 Y2 的响应滞后于 Y0 一个扫描周期。实际上，输入输出滞后现象除了与上述 PLC 的“集中输入刷新，顺序扫描工作方式”有
40、关，还与输入滤波器的时间常数以及输出继电器机械滞后有关。对于一般工业控制设备，这些滞后现象是完全允许的。但对于有些设备，需要 I/O 迅速响应的，则应采用快速响应模块、高速计数模块及中断处理。并且，编制程序应尽量简洁，选择扫描速度快的 PLC 机种，从而减少滞后时间。（2）不允许双重输出例：例：双重输出不允许集中输入采样：X1=ON，X2=OFFX1Y33（）Y33Y34（）X2Y33（）输出刷新：Y33=OFF，Y34=ON图中 Y33 为双重输出，从上图中的结果可以看出，优先输出处理的是后面 Y33，即尽管第一行中当 X1=“ON”时，Y33=“ON”，但在第三行中，X2=“OFF”将 Y
41、33 的状态改写为“OFF”并作为结果输出。（用 LMODSOFT 编程时，软件在编译程序时将提示你“双重输出”出错，但 S7-200PLC 无此提示。作业：P76思考题 7，8，10，11，21第四章MODICON MICRO PLC 的结构和工作原理MODICON 公司简介（94 年资料）MODICON 公司（MODICON INC）是美国的可编程序控制器和运动控制器制造厂商，1984 年起在北京设立办事处，产品进入我国，广泛应用于钢铁、煤炭、电力、石油化工、食品、造纸等行业。产品有微型、小型、中型和大型 PLC（MICRO、COMPACT 和 984 系列），分低档机和高档机。第一节 基
42、本组成和工作原理以微型机 CPU61200 型 PLC 为例。一、组成和所有 PLC 一样，由四大部分组成：CPU（包括 FLASH 存储器）、输入设备、输出设备、电源。FLASH 存储器内容非易失，不需电池后备，用于储存 PLC 的操作系统。上述五部分组装于一个壳体内，为紧凑型产品，体积小，重量轻，价格低。面板布局、电源接线等见教材 P78P80，图 4-2图 4-4 所示（注：可带实物给学生看，并参见教材 P71Fig3-11）。上部：开关量输入端子16I 24VDC（均有 LED 显示）中断/高速计数输入端子下部：开关量输出端子12O Relay（均有 LED 显示）左边：电源输入端子右
43、边：30 针A120 I/O 扩展口面板：16 路输入和 12 路输出的 LED 显示，以及 PLC 各种工况的 LED 显示。底侧：2 个串行通讯口：RS-232 COMM1 和 COMM21 个 I/O 扩展链路口：RS-485模拟量输入端子4AI（AIA/D）模拟量输出端子2A0（AOD/A）二、工作原理由机器的系统性能、操作软件支持 PLC 完成：输入转换执行转换输出的整个过程输入来自现场的各种输入信号转换将输入信号转换成 CPU 可以处理的逻辑电平信号执行解读并执行内存中的用户逻辑，然后输出相应的控制信号22转换将输出的逻辑电平控制信号转换成现场设备可接受的驱动信号输出输出电路对现场
44、设备进行开停控制。1.系统性能（1）扫描时间逻辑解算时间与 CPU 的扫描速度有关，与程序的长短及指令的复杂程度有关I/O 服务时间系统管理等其他服务时间（2）最大扫描时间（周期）250mS，由监控定时器提供监控（如果在规定的扫描时间内，没有完成一次扫描，CPU 中的“t1 看门狗”将终止应用程序，并向编程器发出超时信息。（3）逻辑扫描速度一般，以 每执行 1000 步指令（1K 逻辑节点）所需时间来定义，单位为 mS/K（逻辑节点）MODICON MICRO PLC 的逻辑扫描速度为：CPU311、CPU411：4.25mS5mS/KCPU512、CPU612：2.5mS/k2.存储器分配M
45、ODICON MICRO PLC 的系统内存分为三大区域：用户数据内存区系统配置内存区用户程序内存区（1 1 1 1）用户数据内存区）用户数据内存区程序执行过程中数据变量的存储PLC 将控制过程中的输入、输出信号、状态及内部逻辑存放于用户数据区，存放地址用“参考号”编址，这些地址可直接用于梯形图编程（寻址）。CPU512、CPU612 型有 2048（2K）个字（16 位）的用户数据区1参考号为了梯形图编程需要，MODICON MICRO PLC 使用一个统一的编址系统来管理输入/输出信号及内部逻辑（同一系列的 PLC 编程软件和编址系统一样）每个参考号由 5 位数字组成：首位数据的类型后四位
46、数据在用户数据区的唯一的地址。编址类型四类（参见教材 P81 图 4-5）230 xxxx（1 位位数据）离散量输出（或线圈）.可以是真实的输出，也可以是状态 RAM中的线圈（内部继电器的线圈）及相应的触点。作为触点可以多次使用，作线圈不可双重输出。1xxxx（1 位位数据）离散量输入.对应来自现场的信号输入，在梯形图逻辑中作为触点使用。一个寄存器中可有 16 个 1xxxx 或 0 xxxx 参考号3xxxx（16 位字数据）输入寄存器.可以是从外设接收的模拟量输入信号入或 16 个连续的离散量输入。4xxxx（16 位字数据）输出或保持（数据）寄存器.可用于模拟量输出或作为数据寄存器使用。
47、如：如：参考号 40201 表示为一个 16 位的数据寄存器，在状态 RAM 中的地址是“201”。输入/输出点的物理位置（对应系统的 I/O 映射表I/OMAP）（参见教材 P81Fig4-6）在用户数据区（状态 RAM 表）中，每个字长 16 位，离散量 I/O 点的 ON/OFF 状态，在一个字中的某一位以“1”或“0”表示。每一个输入通道的物理位置与 1000110016 参考号（地址）一一对应。每一个输出通道的物理位置与 0000100012 参考号（地址）一一对应。如图 4-6 所示。开关量输入点物理位置（输入端子）01020304050607080910111213141516对
48、应用户数据区参考号10001 10002 10003 10004 10005 10006 10007 10008 10009 10010 10011 10012 10013 10014 10015 10016开关量输出点物理位置（输出端子）010203040506070809101112对应用户数据区参考号000010000200003000040000500006000070000800009000100001100012（注：开关量（交流）输出的映射还与输出点的分组有关，可查阅手册。）当 I/O 为模拟量时，每个输入/输出通道映射为用户数据区中的一个字（16 位），此时，一个字只对应一个参
49、考号。（2 2 2 2）系统配置内存区）系统配置内存区存放 PLC 的配置参数、I/O 映射表等PLC 系统的配置主要包括如下几方面：1PLC 的型号、工作模式等2PLC 的通讯参数3编程中使用的参考号范围244PLC 所支持的 I/O 单元数（后面再讲）5若配置为母机或子机，则还需指定子机的个数或子机的地址上述内容存放在系统配置内存区，可以通过编程软件访问或修改。如不修改，则系统配置区的内容将被设为默认值。（参见教材 P81 图 4-7）。例如：在通讯参数的配置中，默认值设置通讯口为 COMM1，而实际 PLC 所连接的电脑（编程器）的 RS-232 口为 COMM2，此时必须修改通讯参数为
50、 COMM2，否则无法通讯。或者，在参考号的范围中，CPU612 型默认 0 x 总数为 1536，但实际需要 1570 个 0 x，则可在 3x 或 4x 的范围中借用：将 3x 的默认值 48 修改为 46，即取出 162=32 点挪作 0 x 使用，0 x 的范围就应修改为 1572。亦可将 0 x 或 1x 以 16 为单取出供 3x 或 4x 使用。但总的内存字总数不能超过默认值的总数。MODICON MICRO PLC 参考号初始默认值（教材 P81 Fig4-7）：参数CPU 型号311/411512/6120 xxxx102415361 xxxx2565123 xxxx3248