《电气控制与PLC-第3章ppt课件(全).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气控制与PLC-第3章ppt课件(全).ppt（66页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第第3章章 可编程序控制器可编程序控制器3.1可编程序控制器概述可编程序控制器概述3.2PLC的硬件组成的硬件组成3.3PLC的工作过程及性能指标的工作过程及性能指标3.4PLC的编程语言的编程语言本章小结本章小结习题与思考题习题与思考题3.1可编程序控制器概述编程序控制器（ProgrammableController）是一种专门应用于工业控制领域的计算机，是在继电-接触器控制技术的基础上，综合自动控制技术、计算机技术和通信技术形成的一种新型自动控制设备。由于PLC具有使用简单、灵活和可靠等优点，已经成为工业自动化领域中应用最广泛的控制装置之一。PLC的名称缩写为PC，但为了与个人计算机（Pe
2、rsonalComputer）的名称缩写PC相区别，通常把可编程序控制器简称为PLC，PLC是可编程控制器原来的名称可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController）的缩写。3.1.1PLC的产生PLC的产生是工业生产发展的迫切需要和计算机技术的快速进步共同作用的结果。传统的电气控制装置是继电-接触器控制系统。继电-接触器控制系统采用的是固定接线方式，控制系统的功能决定于接线方式。生产过程有了变动，控制系统的功能需要相应改变，这就必须重新设计接线和重新安装调试。随着市场竞争越来越激烈，市场对产品的需求呈现出多品种、小批量、高质量和更新换代加快的特点。与此相适应，生产工
3、艺和生产设备的功能要随之不断改进，控制系统接线也要不断改造。控制系统的改造费时费力，继电-接触器控制系统不能满足生产过程不断变动的要求。生产上急需一种灵活性好，功能易于改变的新型控制装置。20世纪60年代，随着电子技术在自动控制领域中的应用，出现了采用分立元件和中小规模集成电路构成的逻辑式顺序控制器，由于使用不够灵活而没能推广应用。随着计算机技术的发展，工业控制系统也采用过小型计算机，但由于其编程技术复杂，价格昂贵，输入、输出电路不匹配，也没能得到推广和应用。1968年，美国通用汽车公司（GM）为了适应汽车型号不断更新和生产工艺不断改进的需求，提出新一代控制器应具备简单、灵活和可靠等一些主要特
4、性。1969年，美国数字设备公司（DEC公司）据此研制出了世界上第一台可编程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽车生产线上试用成功，PLC从此诞生。当时PLC控制功能比较简单，主要用于顺序控制制完成逻辑运算和计时、计数运算功能,因此，被称为可编程序逻辑控制器。在70年代，出现了微处理器，微处理器被应用于PLC，使PLC发生了巨大的变化。除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送等功能。美国电气制造商协会（NEMA）将其命名为ProgrammableController。国际电工委员会IEC（InternationalElectricalCommittee
5、）对PLC的定义为：“PLC是一种专门为在工业环境下应用设计的数字运算操作的电子系统。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设设计。”总之，PLC是专门为工业环境应用而设计和制造的计算机，具有使用简单、灵活和可靠等优点，是将计算机技术、自动控制技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。3.1.2 PLC的特点的特点 PLC是在继承了继电-接触器控制优点的基础上发展起来的新型工业控制计算机，
6、它既具有计算机灵活性好、功能强大和可靠性高等优点，也具有继电-接触器控制简单易学、使用方便和适合工业环境应用的特点。1灵活性好，编程简单PLC的控制逻辑以程序的形式存储在内存中，称“软接线”。通过改变程序就可改变“软接线”，实现不同的控制功能。“软接线”代替继电器之间的实际接线极大地提高了控制系统的灵活性。PLC最常用的编程语言是梯形图。梯形图与一般工程技术人员熟悉的继电-接触器控制电路图非常相似，它形象直观，不需要专业的计算机知识就可掌握。电气控制领域的技术人员很容易学会使用它编程。PLC继承了顺序控制法的思想，容易处理工业领域中大量的顺序控制过程，非常适合工业应用。2可靠性高，适应工业环境
7、这是PLC能成为工业控制装置的基本条件。工业现场的环境都比较恶劣，如有高温、噪声、粉尘和电磁干扰。传统的继电-接触器控制系统中使用了大量的中间继电器和时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，系统的可靠性不高。PLC是专门为工业控制设计制造的计算机，它具有可靠性高，适应性强的特点。在I/O接口电路中采用了光耦合器进行光电隔离，防止PLC外部的强电对内部的干扰和危害。在I/O接口电路中还采用了RC滤波器，防止输入触点的抖动和外部脉冲引起的干扰。各个模块均采用屏蔽措施，防止辐射干扰。在PLC控制系统中，用软件代替了大量的继电器，减少了因触点接触不良造成的故障。系统具有自诊断功能，如果系统出现异常
8、情况，CPU会立刻采取有效措施进行处理，防止故障扩大。3安装简单，使用方便PLC用“软继电器”代替继电器，“软继电器”实际是存储器中的存储位，而存储器中的存储位数量巨大且廉价，这可使控制系统的硬件数量大大减少，控制柜的体积变小，器件的安装工作量减小。用程序代替继电器硬接线，使得控制柜中的接线也大为减少。PLC具有可靠的输入输出接口，现场安装接线非常简单，只要将现场设备的输入或输出与PLC相应的输出或输入相连接即可。PLC采用模块化设计，可根据使用需要扩展各种功能模块，维修时也只需更换损坏了的模块。4功能日益强大随着信息技术的飞速发展，PLC的性能越来越好，功能越来越强。PLC具有逻辑运算、定时
9、、计数、模拟量处理、算术运算、PID控制等功能。PLC接口模块丰富，例如模拟量输入输出模块、高速计数器模块、运动控制模块、通信模块和显示模块。PLC具有过程监视、通信和联网等功能。3.1.3 PLC的主要用途的主要用途PLC是工业控制领域应用最受欢迎的控制装置之一。现在广泛地应用于机械、冶金、化工、电力、食品和交通等行业。它的主要用途有如下几个方面：1开关量逻辑控制PLC是在继承继电-接触器控制技术基础上发展起来的，它的最基本的功能是逻辑运算、定时和计数等功能。PLC可以非常方便地实现逻辑控制和顺序控制。许多原来采用继电-接触器控制的地方，都可采用PLC来进行控制。例如钻床、组合机床、订书机、
10、注塑机和包装线等。2模拟量控制在化工、冶金、电力等领域，有许多如温度、压力和流量等连续变化的参数需要进行控制。现在许多PLC具有模拟量输入输出接口、PID算法和模糊算法可供模拟量控制使用。PLC还具有温度测量模块，可以直接与各种热电阻和热电偶传感器相连。3运动控制用PLC可以对步进电动机、伺服电动机进行控制，实现对运动物体的位置、速度和加速度的控制。如可以采用步进电动机作驱动装置，既可采用开环控制，也可以采用闭环控制。运动控制和顺序控制相结合被广泛应用于机床和装配机械中。4联网通信现在的PLC都具有通信接口。PLC可实现与上位机或其它PLC或各种智能设备通信，组成“集中管理，分散控制”的分布式
11、控制网络。3.1.4 PLC的发展趋势的发展趋势随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，PLC采用了性能更强的CPU，各种先进技术，使得PLC性能也在快速发展。现代PLC的发展趋势主要如下：1向微型化发展PLC向微型化发展是电子技术飞速发展的结果，也是其应用领域不断扩大的需要。由于PLC使用简单可靠，其应用领域已扩大到工业控制以外的许多地方，如住宅、医院、商业和娱乐场所等。而许多场所的控制任务并不复杂，微型化是PLC发展的一个重要方向。很多知名的PLC制造商相继推出了小型、微型PLC。2向集成化、网络化发展工业生产对自动化程度的要求不断提高，控制对象由单个设备变为一条生产线、一个车间、甚至一个工
12、厂，要求控制系统功能越来越复杂，单个PLC无法完成整个任务，使得PLC向集成化、网络化发展。控制系统的功能模块不断增多，PLC通信功能不断增强，PLC与工业控制计算机相结合、与集散控制系统相结合、与现场总线相结合，使得PLC的应用越来越深入。3向开放型转变目前各个PLC生产厂商生产的PLC软件和硬件互不兼容，给用户的使用带来许多不便，严重影响PLC的发展。因此实现PLC硬件和软件的标准化是今后发展的趋势。国际电工委员会已经制定了一些标准，为各PLC向开放型转变铺平了道路。3.1.5 可编程控制器与继电器控制的比较可编程控制器与继电器控制的比较PLC控制系统是从继电器控制系统发展而来的。继电器控
13、制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，目前仍然在工业领域中大量应用。然而PLC控制系统具有继电器控制系统无法比拟的优点。PLC与继电器控制系统功能与特点比较如表3-1所示。3.2 PLC的硬件组成的硬件组成 3.2.1 PLC的分类的分类PLC的分类方法有多种，可按生产厂家，结构分类和I/O点数等分类。1按生产厂家分类目前，国际上PLC产品按生产厂家可分为美国产品、欧洲产品和日本产品三大类。美国的生产厂商有A-B公司、通用电气公司和德州仪器公司等，欧洲的厂商代表为西门子公司，日本的厂商代表为三菱公司。美国A-B公司的产品类型多、系列全；西门子公司主要生产大中型产品；三菱公司主要生产小型产品。
14、各PLC生产厂家的产品都自成系列，指令及外设向上兼，因此设计控制系统时，选择同一系列产品使用比较方便。例如美国A-B公司的PLC-5系列，西门子公司的S7系列PLC，三菱公司的FX系列PLC。美国A-B公司的PLC-5系列是大中型PLC，采用模块式结构。CPU模块采用PLC-5/10、PLC-5/12、PLC-5/15等的为中型PLC,采用PLC-5/11、PLC-5/20、PLC-5/30、PLC-5/40等CPU的为大型PLC。西门子公司的S7系列PLC可分为微型PLC（S7-200）、小规模PLC（S7-300）、和中高性能PLC（S7-400）等。西门子公司的S7-200系列PLC是在
15、S5系列的基础上开发出来的，具有高速计数、高速中断处理功能，利用特殊功能模块可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信功能。S7-300系列采用模块化结构，具有浮点数运算功能、集成的人机界面服务功能、多级口令保护功能、智能化诊断功能和很强的通信功能，能满足中等性能要求的应用。三菱公司的FX系列PLC是近年推出的小型PLC，具有丰富的软硬件资源、强大的功能和很高的速度，在国内得到广泛的应用。2按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。整体式PLC一般小型PLC采用整体式结构。如图3-1整体式PLC将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、
16、重量轻，适合控制单个设备。其缺点是主机的I/O点数固定，使用不够灵活。图3-1整体式PLC模块式PLC一般大中型PLC采用模块式结构。如图3-2模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成单独的模块，如CPU模块、I/O模块和电源模块。实际使用时，可根据需要选配不同的模块，而且装配方便，便于扩展和维修。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。图3-1模块式PLC3按I/O点数分类根据PLC的I/O点数来分，可
17、将PLC分为小型、中型和大型三类。小型PLC的I/O点数在256点以下。一般具有逻辑运算、定时、计数等功能，它适合开关量的场合，可用它实现条件控制及定时、计数控制、顺序控制等，在实际中应用最广。也有些小型PLC增加了模拟量处理、算术运算功能，可满足更广泛的领域。中型PLC的I/O点数在2561024点之间。具有逻辑运算、算术运算、数据传送、数据通信、模拟量输入输出等功能，可完成既有开关量又有模拟量较为复杂的控制。大型PLC的I/O点数在1024点以上。具有逻辑运算、模拟调节、联网通信、监视、记录、打印等功能，能进行中断控制、智能控制、远程控制。在用于大规模的过程控制中，可构成分布式控制系统，或
18、整个工厂的自动化网络。3.2.2 PLC的硬件组成的硬件组成PLC是一种专门为在工业环境下进行电气自动控制而设计的计算机。PLC基本组成结构与普通微型计算机基本组成结构基本相同，主要由CPU、存储器、I/O模块、编程器和电源等组成，如图3-3所示。图3-3PLC组成框图1中央处理器（CPU）CPU是PLC的核心，在很大程度上决定了PLC的整体性能。CPU由运算器、控制器、寄存器和各种总线构成，这些电路一般都集成在一块芯片上。CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储器、输入输出接口电路相连接。CPU具有逻辑运算、算术运算和协调控制功能。从执行程序功能角度看，CPU主要完成下面的功能：1）从存
19、储器中读取指令。CPU从地址总线上给出存储地址，从控制总线上给出读入命令，从数据总线上得到读出的指令，并存入CPU内的指令寄存器中。2）执行指令。CPU对存放在指令寄存器中的指令操作码进行译码，执行指令规定的操作，如读取输入信号、取操作数、进行逻辑运算或算术运算等，将结果输出，驱动现场设备。3）准备取下一条指令。CPU执行完一条指令后，能根据条件产生下一条指令的地址，以便取出和执行下一条指令，在CPU的控制下，程序的指令既可以顺序执行，也可以分支或跳转。4）处理中断。CPU除顺序执行程序外，还能接收输入输出接口发来的中断请求，并进行中断处理，中断处理结束后，再返回原址，继续顺序执行。2存储器存
20、储器用于存放程序和数据。PLC常用的存储器类型有RAM、ROM和EEPROM。RAM是随机存储器，一般为用户存储器；ROM是只读存储器，一般为系统存储器；EEPROM是电可擦除的存储器，用于存放用户程序。PLC存储空间一般包括系统程序存储区、系统RAM存储区和用户程序存储区。系统程序存储区中存放有PLC厂家编写的系统软件，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序和系统诊断子程序等，它们被固化在ROM或EEPROM中，用户不能直接更改。系统软件质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能。系统RAM存储区包括I/O缓冲区和各种软元件的存储区。用户程序区存放使用者根据工程现场的生产过程和工艺要
21、求编写的控制程序，其内容可由用户通过编程器或计算机任意修改或增删。用户程序存储器容量的大小，决定了用户控制系统的控制规模和复杂程度，是反映PLC性能的重要指标之一。3I/O接口输入接口和输出接口简称为I/O接口，是将CPU与现场I/O设备相连接的部件。它的作用是将输入信号转换为CPU能够接收和处理的信号，并将CPU送出的弱电信号转换为外部设备所需的强电信号。1）输入接口单元输入接口单元是PLC与控制现场的接口界面的输入通道。输入接口由光电耦合、输入电路和微处理器输入接口电路组成。光电耦合输入电路隔离输入信号，防止出现的强电干扰进入微机。PLC输入接口电路分为开关量输入接口电路和模拟量输入接口电
22、路。开关量输入接口电路开关量输入接口单元是把现场按钮开关、限位开关、继电器触点等各种开关量信号转换为PLC内部处理的标准信号。通常有三种类型：直流输入、交流输入、交/直流输入，如图3-4所示。图3-4开关量输入接口电路（a）直流输入电路图3-4开关量输入接口电路（b）交/直流输入电路图3-4开关量输入接口电路（c）交流输入电路模拟量输入接口电路模拟量输入接口单元是把现场连续变化的模拟量标准信号，转换为PLC内部处理的，由若干位表示的数字量信号。现场中模拟量的变化范围一般是不标准的，在送入PLC模拟量输入接口前一般需要经过变送处理，标准信号是指符合国际标准的通用交互用电压电流信号值，如420mA
23、的直流电流信号和110mV的直流电压信号，如图3-5所示。图3-5模拟量输入接口电路方2）输出接口单元输出接口单元接收主机的输出信息，并进行功率放大和隔离，经过输出接线端子向现场输出部分相应的控制信号。PLC输出接口电路分为开关量输出接口电路和模拟量输出接口电路。图3-6开关量输出接口电路（a）继电器输出开关量输出接口电路开关量输出接口单元是把PLC的内部信号转换成驱动继电器、接触器、电磁阀等现场执行机构的各种开关信号。其功率放大元器件有继电器、晶体管和双向晶闸管三种。（b）晶体管输出图3-6开关量输出接口电路c）双向晶闸管输出图3-6开关量输出接口电路图3-7模拟量输出接口电路方框图模拟量输
24、出接口电路模拟量输出接口单元是把CPU处理后的若干位二进制数字量信号置换为相应的模拟量输出，以满足生产过程现场连续信号的控制要求。4编程器编程器用来输入和编辑用户程序、发出命令和监视PLC的工作状态。常用的有手持式简易编程器和微型计算机。手持式简易编程器的体积小，价格便宜。常用来给小型PLC编程，但利用它只能输入和编辑指令表程序，不能输入和编辑梯形图；只能与PLC直接联机编程，不能脱机编程；手持式简易编程器常用于系统的现场调试和维修。微型计算机是最常用的编程器，利用它可以输入和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图；程序被编译后，通过串口很容易下载到PLC中，也可通过串口将PLC中的程序上传
25、到计算机中。不同厂家和型号的PLC都有其相应的编程软件，使用不同的编程软件可为相应型号的PLC编程。5电源PLC电源用来将交流电转换成供CPU、存储器等工作所需的直流电压。目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰能力强。有的PLC还向外提供24V直流电源，给开关量输入接口连接的现场无源开关使用，或给外部传感器供电。电源在整个系统中起着十分重要的作用，如果没有一个优质可靠的电源，PLC系统将无法正常工作，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。图3-8PLC工作过程 3.3 PLC的工作过程及性能指标的工作过程及性能指标 3.3.1
26、PLC的工作过程的工作过程PLC虽然在本质上是一台微型计算机，其组成结构和工作原理与普通计算机类似，但其工作方式却与微型计算机不同。微型计算机一般采用等待命令、响应处理的工作方式。如有键按下，则由计算机的操作系统进行处理，转入相应的子程序，一旦该程序执行结束，则又进入等待命令的状态。而PLC采用循环扫描工作方式，PLC工作过程如图3-8所示。PLC的循环扫描方式有两种基本的工作模式，运行（RUN）模式和停止（STOP）模式。运行模式的一个执行周期有5个阶段，即自诊断、通信服务、输入采样、程序执行和输出刷新。一个执行周期结束后，将立即开始下一个周期的执行，如此一直循环执行程序。停止模式的一个执行
27、周期只有2个阶段。即自诊断和通信服务”。PLC的一个执行周期所需时间称为循环扫描时间或扫描周期。（a）RUN工作模式（b）STOP工作模式图3-9两种编程方式1自诊断PLC每次扫描用户程序之前，都先完成对自身硬件的自检测，当发现自身硬件有问题或硬件配置与实际对不上时，PLC将产生错误指示。若自诊断正常，则继续向下扫描。2通信服务PLC检查是否有与上位机、编程器及别的智能设备的通信，若有通信请求，则进行相应处理，若无通信请求，则继续向下扫描。3输入采样PLC的CPU对各个输入端口进行扫描，顺序读取所有输入端口状态，并将输入端口的状态写入内存中各对应的输入映象寄存器中。4程序执行PLC的CPU将指
28、令逐条调出并执行，以对输入和输出状态进行处理，即按程序对数据进行逻辑、算术运算，再将正确的结果送到输出映象寄存器中。5输出刷新当所有的指令执行完毕后，将输出映象寄存器中所有的状态，在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，再通过隔离电路、驱动功率放大电路、输出端子，向外输出控制信号，以驱动被控设备。3.3.2 PLC对对I/O信息的变换信息的变换PLC是用来处理工业现场信息的一种专用计算机。信号处理是由计算机程序来完成的。计算机程序有系统程序和用户程序。系统程序提供运行平台，是PLC厂家编制的，并固化在PLC内部的ROM或EPROM中，随产品一起提供给用户。用户程序是用户根据生产控制要求，按照所用PL
29、C规定的编程语言而编写的应用程序。PLC输入操作采用定时采样方式。在扫描周期输入采样阶段，集中采样与输入点相连的所有输入暂存器，采样结果用二进制的形式存入到RAM中一个区域。在执行程序阶段，所需的现场信息全部从输入映像区中取用，不直接从现场取样。即使输入暂存器发生变化，输入映象寄存器的内容也保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新输入暂存器的新内容。用户程序的执行是从零步开始按用户程序的实际逻辑关系结构由前向后，边扫描边进行逻辑运算，边刷新数据表存储器，直到执行“END”指令。PLC输出操作采用定时输出方式。在扫描周期输出刷新阶段，将输出映象区中控制信号集中输出到与输出点相连的输出锁
30、存器中。扫描周期T是PLC的重要指标之一，T的长短主要取决于程序的长短，一般每秒钟可以扫描数十次以上，毫秒级的扫描时间对于一般工业设备通常是足够了，这点影响滞后非但无害，反而可增强系统的抗干扰能力，避免执行机构频繁动作而引起的工艺过程波动。但对某些控制时间要求严格、I/O快速响应的设备，则应选用高速CPU，或通过精确计算响应时间，细心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少扫描周期造成的响应延时等不良影响。PLC与继电接触器控制的重要区别之一就是工作方式的不同。继电接触器控制是按“并行”方式工作的，也就是说，只要形成电流通路，就可能有几个继电器同时动作。而PLC是以反复扫描的方式工作的，它是
31、循环地连续逐条执行程序，任一时刻它只能执行一条指令，这就是说PLC是以“串行”方式工作的。这种串行工作方式可以避免继电接触器控制的触点竟争和时序失配问题，这也是PLC可靠性高的原因之一。3.3.3 PLC的性能指标的性能指标PLC的主要功能及特征可用下列指标进行表征。1I/O点数PLC的I/O点数是指PLC能够处理的I/O总数，它决定了控制系统在实际应用中规模的大小。用户在系统设计时，要根据实际生产过程中的I/O点数，并考虑一定的备用扩展余量（如10%15%）来选择不同型号的PLC和相关的I/O设备。2扫描速度指扫描1步用户程序所需的时间，以us/步为单位。有时也可以用扫描1000步指令的时间
32、计，单位是ms/千步。3存储容量通常是指用户程序存储器容量，它是厂家根据不同型号产品的功能、I/O处理能力和通信等要求来配备的。用千字节来表示；也用步来表示，因为PLC中，程序指令是按“步”存储，一“步”占用一个地址单元，一条指令有时不止一“步”。4可扩展性指输入输出点数的扩展、存储器容量的扩展、控制区域和功能的扩展等，为控制系统的扩展留有适量的余地。5使用条件指工作环境中的温度、湿度和环境空气中尘埃的要求等；电源的输入电压和频率范围、功耗等；抗干扰性能中的耐压强度、抗电磁干扰强度、抗振动强度等。6编程语言和指令功能编程语言有梯形图、指令表、顺序功能图等几种，不同厂家的PLC所用的编程语言可能
33、不同，产品的编程指令功能在表达方式和指令的完整性上也有差异。选择编程语言对PLC进行编程时，主要应考虑要便于使用和实现，同时应考虑应用程序的主要功能等。3.4 PLC的编程语言的编程语言 3.4.1 PLC的编程语言的编程语言1994年5月国际电工委员会（IEC）在PLC的国际标准IEC61131中颁布了编程语言标准，定义了五种编程语言。1梯形图（LadderDiagram）梯形图是一种图形语言，它与继电-接触器控制电路图非常接近。梯形图借助于类似于继电器的常开触点、常闭触点和线圈等术语和符号，通过它们之间的串联和并联实现逻辑运算。梯形图形象、直观、易懂，电气技术人员容易接受。梯形图中编程元件
34、用图形符号及标注的字母或数字加以区别,如图3-10（a）所示。（a）梯形图（b）指令语句表图3-10两种编程方式2指令语句表（InstructionList）指令语句表是一种用指令助记符等来编制PLC程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言容易理解。指令表语言由一系列指令按顺序排列组成，它与梯形图程序有严格的对应关系，如图3-3(b)所示。3顺序功能图（SequentialFunctionChart）顺序功能图常用来编制顺序控制类程序，它的编程方法是将一个复杂的控制过程分解为一些小的控制任务，每一个控制任务对应于顺序功能图中的每一步（用方框表示），每一步实际上是一段为了完成某一控制任
35、务的程序，可以用梯形图、结构文本等编程语言编写。步与步之间有转换条件，可以简单、清楚地描述各种顺序控制系统的工作过程，并利用顺序功能图编写出结构清晰、可读性好的用户程序。图3-11顺序功能图图3-12功能框图4功能块图（FunctionBlockDiagram）功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，用类似于与门、或门的方框来表示逻辑运算关系。方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，信号自左向右流动，像电路图一样，被“导线”连接在一起。例如图3-12所示功能块图。5结构化文本语言（StructuredText）结构化文本语言是一种专门为工业控制而开发的高级语言，类似于计算机高级语言
36、，如C语言、BASIC等。它可以用来描述函数、功能块和程序的行为，也可以在顺序功能图中描述动作和行为。结构化文本语言有很强的编程能力，可方便地对变量赋值，用函数和功能块，编写条件语句和迭代程序等。因此，在大、中型的PLC控制系统中，常采用结构化文本语言来描述控制系统中各个变量的关系。结构化文本语言也常被用于集散控制系统的编程和组态。3.4.2 梯形图的特点梯形图的特点梯形图语言是应用最广泛的PLC编程语言，它由多个不同的梯级组成，每个梯级表示一个因果关系。在梯级中，描述事件发生条件的输入指令表示在左面，描述事件发生结果的输出指令表示在右面。当输入指令所表示的梯级条件为真，则执行输出指令。因此，
37、允许在一个梯级中无输入指令，表示梯级指令永远为真；也允许有多个输入指令串并联，表示几个条件的“与”或“或”的关系。输出指令不允许串联，表示梯级条件为真时，几个输出指令可一并执行。梯形图语言的特点是：1）梯形图中的继电器不是物理继电器，每个继电器实际上是相应的映象存储器中的一位，因此称为“软继电器”。当位的状态为“1”，表示该逻辑继电器线圈通电，其常开触点闭合，常闭触点断开；位的状态为“0”，表示该逻辑继电器线圈失电，其常开触点断开，常闭触点闭合。2）梯形图中流过的电流不是物理电流，而是概念电流或能流，是用户程序运算满足输出执行条件的形象表示。能流只能从左向右流动。3）梯形图中的逻辑继电器的触点
38、，可在编制用户程序时无限引用，即相当于每个逻辑继电器的线圈可以驱动无数多个逻辑继电器的触点。4）当PLC处于运行状态时，按照从左至右，从上至下的顺序循环扫描梯形图。每次扫描用户逻辑运算结果，可马上为后面用户程序的逻辑运算所利用。梯形图语言适用于开关逻辑和顺序控制，这也是PLC最广泛、最基本的应用领域。本章小结本章小结本章主要论述可编程序控制器产生发展、特性、硬件组成、工作过程、性能指标及编程语言。PLC是专门为工业环境应用而设计和制造的计算机，具有使用简单、灵活和可靠等特点，是将计算机技术、自动控制技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。PLC与微型计算机系统基本相同，也由硬件和软件两大部分
39、组成。PLC的硬件部分包括CPU、存储器、I/O接口、编程器和电源等部分。PLC的软件分为系统软件和用户程序两部分。PLC采用的是循环扫描的工作方式。PLC的性能可通过I/O点数、扫描速度、存储容量、可扩展性、使用条件、编程语言和指令功能等指标来衡量，了解PLC的性能指标是控制系统设计选型的重要依据。PLC的编程语言有梯形图、指令表语句、顺序功能图、功能块图、结构化文本语言五种，其中梯形图是应用最广泛的编程语言。PLC与微型计算机系统基本相同，也由硬件和软件两大部分组成。PLC的硬件部分包括CPU、存储器、I/O接口、编程器和电源等部分。PLC的软件分为系统软件和用户程序两部分。PLC采用的是
40、循环扫描的工作方式。PLC的性能可通过I/O点数、扫描速度、存储容量、可扩展性、使用条件、编程语言和指令功能等指标来衡量，了解PLC的性能指标是控制系统设计选型的重要依据。PLC的编程语言有梯形图、指令表语句、顺序功能图、功能块图、结构化文本语言五种，其中梯形图是应用最广泛的编程语言。习题与思考题习题与思考题1.可编程序控制器的定义是什么？2.简述PLC的工作过程。3.PLC今后的发展方向是什么？4.PLC的编程语言有哪些？5.可编程控制器的CPU有哪些功能？6.PLC控制与继电器-接触器控制系统相比，有哪些优点？能否用PLC取代继电器控制？7.梯形图语言的特点是什么？8.PLC可以用在哪些领域？