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1、第四章第四章可编程控制器概述可编程控制器概述 4.1 可编程控制器概述可编程控制器概述1969年诞生时被称为年诞生时被称为可编程序逻辑控制器，可编程序逻辑控制器，简简称称PLC(Programmable Logic Controller)。70年代年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，称其为称其为可编程序控制器可编程序控制器，简称，简称 PC(Programmable Controller)但由于但由于PC容易和个人计算机相混淆，故容易和个人计算机相混淆，故人们仍习惯地用人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。作为可编程控制器的缩写。4
2、.1.1 PLC 4.1.1 PLC 的定义的定义PLC 是是微微机机技技术术与与继继电电接接触触器器常常规规控控制制概概念念相相结结合合的的产产物物，即即采采用用了了微微型型计计算算机机的的基基本本结结构构和和工工作作原原理理，融融合合了了继继电电接接触触器器控控制制的的概概念念构构成成的的一一种种新新型型电电控控器器。它它专专为为在在工工业业环环境境下下应应用用而而设设计计，采采用用可可编编程程序序的的存存储储器器，用用来来存存储储执执行行逻逻辑辑运运算算、顺顺序序控控制制、定定时时、计计数数和和算算术术运运算算等等操操作作的的指指令令，并并通通过过数数字字、模拟式的输入输出，控制各类机械
3、或生产过程。模拟式的输入输出，控制各类机械或生产过程。可可编编程程控控制制器器的的定定义义：（1987年年，国国际际电电工工委委员员会会IEC）可可编编程程序序控控制制器器是是一一种种数数字字运运算算操操作作的的电电子子系系统统，专专为为在在工工业业环环境境下下应应用用而而设设计计。它它采采用用了了可可编编程程序序的的存存储储器器，用用来来在在其其内内部部存存储储执执行行逻逻辑辑运运算算、顺顺序序控控制制、定定时时、计计数数和和算算术术运运算算等等操操作作的的指指令令，并并通通过过数数字字的的，模模拟拟的的输输入入和和输输出出，控控制制各各种种类类型型的的机机械或生产过程。械或生产过程。三菱P
4、LC外形图2006-3-3 4 Q系列系列PLCFX2N系列系列PLCFX1N系列系列PLCFX1S系列系列PLC西门子PLC外形图2006-3-3 5 S7-200系列系列PLCS7-300系列系列PLCS7-400系列系列PLC欧姆龙PLC外形图C200H系列系列PLCCPM1A、CPM2A系列系列PLC4.1.2 4.1.2 可编程控制器的可编程控制器的可编程控制器的可编程控制器的由来与发展由来与发展由来与发展由来与发展u在在可可编编程程序序控控制制器器问问世世以以前前，工工业业控控制制领领域域中中是是以以继继电电器器控控制制占占主主导导地地位位的的。对对生生产产工工艺艺多多变变的的系系
5、统统适适应应性性差差，一一旦旦生生产产任任务务和和工工艺艺发发生生变变化化，就就必必须重新设计，并改变硬件结构。须重新设计，并改变硬件结构。u19681968年年，美美国国通通用用汽汽车车公公司司(GM(GM公公司司)为为了了在在每每次次汽汽车车改改型型或或改改变变工工艺艺流流程程时时不不改改动动原原有有继继电电器器柜柜内内的的接接线线，降降低低成成本本，缩缩短短开开发发周周期期，而而提提出出了了研研制制新新型型逻逻辑辑顺顺序序控控制制装装置置，并并提提出出了了1010项招标技术指标（项招标技术指标（GM10GM10条）。条）。一、可编程控制器的由来一、可编程控制器的由来一、可编程控制器的由来
6、一、可编程控制器的由来大型继电器逻辑电路异常复杂的配线，带大型继电器逻辑电路异常复杂的配线，带来制造、使用和维护的高成本来制造、使用和维护的高成本10 项项 指指 标：标：1、在工厂里能迅速方便地对其控制系统进行编程。在工厂里能迅速方便地对其控制系统进行编程。2、所有系统单元必须能在工厂内独立运行。所有系统单元必须能在工厂内独立运行。3、系统的维修必须简单易行。系统的维修必须简单易行。4、装置的体积、能耗小于继电器控制系统。装置的体积、能耗小于继电器控制系统。5、必须具有通信功能。必须具有通信功能。6、输入开关量可以是已有的交流输入开关量可以是已有的交流115 V电压信号。电压信号。7、输出必
7、须设计为能驱动具有输出必须设计为能驱动具有115 V、2 A以下的负载。以下的负载。8、具有灵活的扩展能力。具有灵活的扩展能力。9、在购买和安装费用上，应具有较高的性能价格比。在购买和安装费用上，应具有较高的性能价格比。10、用户存储器容量至少在、用户存储器容量至少在4 KB以上。以上。10项指标的核心内容：项指标的核心内容：u用用计算机代替继电器控制盘计算机代替继电器控制盘。u能用于能用于工业现场工业现场。u用用程程序序代代替替硬硬件件接接线线，即即能能改改变变其其控控制制“逻逻辑辑”，而而不不需需要要变变动动组组成成它它的的元元件件和和修修改改内内部部接接线。线。u出现故障时出现故障时易于
8、诊断和维修易于诊断和维修。u输输入入/输输出出电电平平可可与与外外部部装装置置直直接接连连接接，结结构构易于扩展易于扩展。二、二、可编程控制器的可编程控制器的发展发展u1968年，美国通用汽车公司（年，美国通用汽车公司（GM公司）提出设想。公司）提出设想。u1969年，美国数字设备公司年，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台可研制出了世界上第一台可编程控制器编程控制器PDP-14，在通用汽车公司的生产线上试用成功，在通用汽车公司的生产线上试用成功并取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。并取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。u第一阶段是第一阶段是初创阶段初创阶段。主要用于逻辑运算
9、和定时、计数，。主要用于逻辑运算和定时、计数，它的控制功能比较简单。它的控制功能比较简单。u第第二二阶阶段段是是扩扩展展阶阶段段。它它的的主主要要功功能能是是逻逻辑辑运运算算，同同时时增增加了模拟运算加了模拟运算。u第第三三阶阶段段 是是PLC通通信信功功能能的的实实现现阶阶段段。产产品品有有西西门门子子的的SYMATIC S6系列等。系列等。u第第四四阶阶段段是是PLC的的开开放放阶阶段段。通通信信协协议议的的标标准准化化使使用用户户得得到了好处。产品有到了好处。产品有SYMATIC S5和和S7系列等系列等1.可编程序控制器可编程序控制器(PLC)发展的几个阶段发展的几个阶段u第一代：第一
10、代：从第一台可编程控制器诞生到从第一台可编程控制器诞生到70年代初期。其特年代初期。其特点是：点是：CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器；器；u第二代：第二代：70年代初期到年代初期到70年代末期。其特点是：年代末期。其特点是：CPU采用采用微处理器，存储器采用微处理器，存储器采用EPROM；u第三代：第三代：70年代末期到年代末期到80年代中期。其特点是：年代中期。其特点是：CPU采用采用8位和位和16位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等等；
11、u第四代：第四代：80年代中期到年代中期到90年代中期。年代中期。PC全面使用全面使用8位、位、16位位微处理芯片的位片式芯片，处理速度也达到微处理芯片的位片式芯片，处理速度也达到1us/步步；u第五代：第五代：90年代中期至今。年代中期至今。PC使用使用16位和位和32位的微处理器位的微处理器芯片，有的已使用芯片，有的已使用RISC芯片。芯片。美美国国从从 1971 年年开开始始输输出出这这种种技技术术，1973 年年以以后后，西西德德、日日本本、英英国国、法法国国相相继继开开发发了了各各自自的的 PLC，并并广广泛泛应应用用。廿廿余余年年来来，PLC 的的发发展展迅迅猛猛异异常常，它它的的
12、应应用用领领域域可可谓谓是是各各行行各各业业。PLC 的的出出现现和和发发展展，是是工工业业控控制制技技术术上上的的一一个个飞飞跃。跃。PLC 的的应应用用在在工工业业界界产产生生了了巨巨大大的的影影响响，它它与与监监控控和和数数据据采采集集(Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA)和和集集散散控控制制系系统统(Distribution Control System，DCS)相相互互集集成成、相相互互补补充充、综综合合应应用用，将将对对工工业业控控制制各各领领域域产产生生巨巨大大的影响。的影响。2.2.我国我国我国我国PLCPLC的发展的发
13、展的发展的发展u1974年我国开始仿制美国的第二代年我国开始仿制美国的第二代PLC产品，直到产品，直到1977年，年，我国才研制出第一台具有实用价值的我国才研制出第一台具有实用价值的PLC，主要的控制方，主要的控制方式是开关量控制。式是开关量控制。u从从1982年开始，由于合资或引进技术、生产流水线等，使年开始，由于合资或引进技术、生产流水线等，使我国我国PLC的应用有了较大的发展。同时也促进了的应用有了较大的发展。同时也促进了PLC的发的发展。这一阶段的主要特点是以产品的引进、技术的消化、展。这一阶段的主要特点是以产品的引进、技术的消化、应用的普及为目标。规模在应用的普及为目标。规模在100
14、0点以下。点以下。u近年来，我国近年来，我国PLC的应用也取得了可喜的成果。的应用也取得了可喜的成果。PLC 在我在我国机械、冶金、化工、轻工的大多数工业部门已开始得到国机械、冶金、化工、轻工的大多数工业部门已开始得到广泛应用。广泛应用。PLC 的主要生产厂家的主要生产厂家当今世界上当今世界上 PLC 生产厂家按地域可分为生产厂家按地域可分为 三大流派三大流派：美国、：美国、欧洲和日本。欧洲和日本。美国和欧洲以大中型美国和欧洲以大中型 PLC 而闻名而闻名，但产品的差异，但产品的差异性很大，这是由于它们是在相互隔离的情况下独立开发出来的；性很大，这是由于它们是在相互隔离的情况下独立开发出来的；
15、日本以小型日本以小型 PLC 著称，它的技术是从美国引进的，因此对美国著称，它的技术是从美国引进的，因此对美国的产品有一定的继承性。的产品有一定的继承性。美国美国是是 PLC 生产大国，有生产大国，有 100 多家多家 PLC 厂商，著名的有厂商，著名的有 A-B 公司、通用电气（公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（）公司、莫迪康（MODICON）公）公司、德州仪器（司、德州仪器（TI）公司、西屋电气公司等。）公司、西屋电气公司等。欧洲欧洲著名的著名的 PLC 生产厂商有德国的西门子（生产厂商有德国的西门子（SIEMENS）公司、）公司、AEG 公司，法国的公司，法国的 TE 公司等。公司等。
16、日本日本有许多有许多 PLC 制造商，如：三菱、欧姆龙、松下、富士、制造商，如：三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等。日立、东芝等。我国我国的的 PLC 生产厂家规模一般不大，主要有无锡华光电子生产厂家规模一般不大，主要有无锡华光电子工业有限公司、上海香岛机电制造有限公司、杭州机床电器厂、工业有限公司、上海香岛机电制造有限公司、杭州机床电器厂、天津中环自动化仪表公司等。天津中环自动化仪表公司等。4.1.3 可编程控制器的特点可编程控制器的特点 通通用用性性、灵灵活活性性强强，控控制制系系统统具具有有良良好好的的柔柔性性和和可可扩扩展展性性：由由于于采采用用了了微微型型计计算算机机的的基基本本
17、结结构构和和工工作作原原理理，而而且且接接口口电电路路考考虑虑了了工工业业控控制制的的要要求求，输输出出接接口口能能力力强强，因因而而对对不不同同的的控控制制对对象象，可可以以采采用用相相同同的的硬硬件件，只只需需编编制制不不同同的的软软件件，就就可可实实现现不不同同的的控控制制；PLC 一一般般采采用用模模块块结结构构，只只需要增加模块，就可以实现系统功能的强化和升级。需要增加模块，就可以实现系统功能的强化和升级。编编程程简简单单，使使用用方方便便，控控制制系系统统易易于于实实现现，开开发发工工作作量量少少，周周期期短短：一一般般使使用用与与继继电电接接触触器器控控制制电电路路原原理理图图相
18、相似似的的梯梯形形图图或或用用面面向向工工业业控控制制的的简简单单指指令令形形式式编编程程。因因而而编编程程语语言言形形象象直直观观，容容易易掌掌握握，具具有有一一定定的的电电工工和和工工艺艺知知识识的的人人员可在短时间学会并应用自如。员可在短时间学会并应用自如。接接线线简简单单，安安装装、调调试试工工作作量量少少：只只要要将将用用于于控控制制的的接接线线、限限位位开开关关和和光光电电开开关关等等接接入入控控制制器器的的输输入入端端，将将被被控控制制的的电电磁磁铁铁、电电磁磁阀阀、接接触触器器和和继继电电器器等等功功率率输输出出元元件件的的线线圈圈接至控制器的输出端，就完成了全部的接线任务。接
19、至控制器的输出端，就完成了全部的接线任务。抗抗干干扰扰能能力力强强、可可靠靠性性高高，维维修修方方便便：PLC 的的输输入入输输出出采采取取了了隔隔离离措措施施，并并应应用用大大规规模模集集成成电电路路，故故它它能能适适应应各各种种恶恶劣劣的的环环境境，能能直直接接安安装装在在机机器器设设备备上上运运行行。PLC 一一般般采采用用模模块块结结构构，又又具具有有自自诊诊断断功功能能，判判断断故故障障迅迅速速方方便便，维维修时只需更换插入式模块，因而维修十分方便。修时只需更换插入式模块，因而维修十分方便。性性能能价价格格比比高高、体体积积小小、重重量量轻轻、能能耗耗低低、成成本本低低、容容量量大大
20、、功功能能强强：例例如如一一台台具具有有 128 个个输输入入输输出出点点的的小小型型 PLC，其其尺尺寸寸为为 216 127 110mm 3，重重约约 2.3Kg，空空载载功功耗耗为为 1.2W，它它可可以以完完成成相相当当于于 400 800 个个继继电电器器组组成成的的系系统统的的控控制制功功能能，而而其其成成本本仅仅相相当当于于相相同同功功能能继继电电器器系系统统的的（10 20）；）；PLC与其他工业控制系统的比较与其他工业控制系统的比较 PLC与继电器比较与继电器比较 u继电器控制采用硬接线继电器控制采用硬接线方式装配而成，只能完方式装配而成，只能完成既定的功能。成既定的功能。u
21、PLC控制只要改变程序控制只要改变程序并改动少量的接线端子，并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的改就可适应生产工艺的改变。变。u从适应性、可靠性及设从适应性、可靠性及设计、安装、维护等各方计、安装、维护等各方面进行比较。传统的继面进行比较。传统的继电器控制大多数将被电器控制大多数将被PLC所取代。所取代。与工业计算机比较与工业计算机比较u工业控制机控制要求开发人工业控制机控制要求开发人员具有较高的计算机专业知员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力。识和微机软件编程的能力。uPLC采用了工厂技术人员熟采用了工厂技术人员熟悉的梯形图语言编程，易学悉的梯形图语言编程，易学易懂，便于推广应
22、用。易懂，便于推广应用。uPLC是专为工业现场应用而是专为工业现场应用而设计的，具有更高的可靠性。设计的，具有更高的可靠性。u在模型复杂、计算量大且较在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境难、实时性要求较高的环境中，工业控制机则更能发挥中，工业控制机则更能发挥其专长。其专长。小型小型PLCPLC I/OI/O点数在点数在256256点以下，用户程序存储器容量在点以下，用户程序存储器容量在2K2K步以下。其中步以下。其中I/OI/O点数小于点数小于6464点的点的PLCPLC又称为超小型或微型又称为超小型或微型PLCPLC。型号有日本松下电工。型号有日本松下电工FP1FP1型、日本三菱
23、型、日本三菱FXFX系列和日本欧系列和日本欧姆龙姆龙C40PC40P等。等。中型中型PLCPLC I/OI/O点数在点数在25625620482048点之间，用户程序存储器点之间，用户程序存储器容量在容量在2K2K8K8K步之间。型号有日本三菱的步之间。型号有日本三菱的A1A1系列、日本日立系列、日本日立公司的公司的H-200H-200、美国、美国A-BA-B公司的公司的PLC2/80PLC2/80等。等。大型大型PLCPLC I/OI/O点数在点数在20482048点之上，用户程序存储器容量达点之上，用户程序存储器容量达8K8K步之上。型号有美国步之上。型号有美国A-BA-B公司的公司的PL
24、C-3PLC-3，I/OI/O点数有点数有81928192个；个；德国西门子公司德国西门子公司S5-155US5-155U，I/OI/O点数有点数有1000010000个，具有多个处理个，具有多个处理器。器。u按按I/OI/O点数分和存储器容量分点数分和存储器容量分一、可编程控制器的分类一、可编程控制器的分类4.1.4 PLC的分类与性能指标的分类与性能指标模模块块式式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（有的含在（有的含在CPUCPU模块中）以及各种功能模块。模块中
25、）以及各种功能模块。叠叠装装式式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点结合起来。特点结合起来。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一一个个机机箱箱内内，具具有有结结构构紧紧凑凑、体体积积小小、价格低等特点。价格低等特点。u按结构形式分按结构形式分整体式整体式PLCPLC模块式模块式PLCPLC模块式模块式PLCPLCv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
26、模拟拟量量输输入入输输出出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。算术运算、数据传送和比较、通信等功能。中中档档PLCPLC 具具有有低低档档PLCPLC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等功功能能。有有些些还还增增设设中中断断、PIDPID控控制制等等功能。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
27、算算、制制表表及及表表格格传传送送等等。高高档档PLCPLC机机具具有有更更强强的的通通信联网功能。信联网功能。二、可编程控制器的性能指标二、可编程控制器的性能指标 u各厂家的各厂家的PLCPLC产品虽然各有特色，但是总体来讲均产品虽然各有特色，但是总体来讲均可用以下几项指标来衡量对比其性能：可用以下几项指标来衡量对比其性能：I/O点数点数；存储器容量存储器容量；扫描速度扫描速度；内部寄存器内部寄存器；指令系统指令系统；特殊功能及模块特殊功能及模块；工作环境工作环境。4.1.5 可编程序控制器的应用可编程序控制器的应用u开关逻辑和顺序控制开关逻辑和顺序控制：开关量的逻辑控制使：开关量的逻辑控制
28、使PC的最基本的最基本控制功能。目前，控制功能。目前，PC首用的目标，就是用于开关量的控首用的目标，就是用于开关量的控制。制。u模拟控制：模拟控制：PLC具有具有A/D、D/A转换及算术运算等功能，转换及算术运算等功能，因此可以实现模拟量控制。因此可以实现模拟量控制。u数据采集与监控：数据采集与监控：利用利用PLC能接受和输出高速脉冲的功能接受和输出高速脉冲的功能，在配备了相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺能，在配备了相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环型分配器、功放、步进电机）就能实现数服装置（如环型分配器、功放、步进电机）就能实现数字量的智能控制。字量的智能控制。随随着着微微
29、电电子子技技术术的的快快速速发发展展，PLC PLC 的的制制造造成成本本不不断断下下降降，而而功功能能却却不不断断增增强强。目目前前在在先先进进工工业业国国家家 PLC PLC 已已成成为为工工业业控控制制中中的的标标准准设设备备，应应用用的的领领域域已已覆覆盖盖工工业业各各领领域域。概概括起来主要应用在以下几个方面：括起来主要应用在以下几个方面：u运运动动控控制制：如如电电机机等等设设备备的的控控制制，提提供供步步进进电电机机和和伺伺服服电电机的单轴和多轴运动控制模块。机的单轴和多轴运动控制模块。u过过程程控控制制：大大型型化化工工企企业业等等的的生生产产过过程程控控制制，过过程程控控制制
30、指指对温度、压力、流量和速度等模拟量的闭环控制。对温度、压力、流量和速度等模拟量的闭环控制。u数数据据处处理理：目目前前，现现代代PLC具具有有强强大大的的数数据据处处理理功功能能，能能实实现现复复杂杂工工业业控控制制过过程程中中的的数数据据处处理理功功能能，实实现现与与计计算算机机数数控控（CNC）设设备备相相结结合合，使使PLC系系统统的的生生产产控控制制功功能能和和信息管理功能融为一体。信息管理功能融为一体。u通通信信联联网网及及集集散散控控制制：利利用用PLC的的强强大大的的通通信信联联网网功功能能，把把PLC分分布布到到控控制制现现场场，并并实实现现各各站站间间的的通通信信，上上、下
31、下层层间的通信，达到分散控制、集中管理的目的。间的通信，达到分散控制、集中管理的目的。应用例子应用例子 .包裹运输包裹运输工厂自动化工厂自动化停车场停车场农场农场可编程控制器的应用领域可编程控制器的应用领域v向向小型化小型化小型化小型化和和大型化大型化大型化大型化两个方向发展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
32、。适应单机及小型自动控制的需要。大大型型化化是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。4.1.6 PLC技术发展动向技术发展动向vv高性能、高速度、大容量高性能、高速度、大容量高性能、高速度、大容量高
33、性能、高速度、大容量发展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，有的公司已使用了硬盘。扩大存储容量，有的公司已使用了硬盘。vv编程语言编程语言编程语言编程语言多样化多样化向、向、标准化标准化标准化标
34、准化靠拢靠拢在在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
35、势。IEC1131-3IEC1131-3标准中规定了五种标准语言标准中规定了五种标准语言梯形图（梯形图（Ladder diagramLadder diagram）和功能块图（）和功能块图（Function Function block diagramblock diagram）为图形语言；）为图形语言；指令表（指令表（Instruction listInstruction list）和结构文本（）和结构文本（Struction Struction texttext）为文字语言；）为文字语言；顺序功能图（顺序功能图（Sequential function chartSequential func
36、tion chart）v大力开发大力开发智能模块智能模块智能模块智能模块，加强，加强联网与通信能力联网与通信能力联网与通信能力联网与通信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
37、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。订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。v增强增强外部故障的检测与处理能力外部故障的检测与处理能力外部故障的检测与处理能力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
38、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。而而其其余余80%80%80%80%的的的的故故故故障障障障属属属属于于于于PLCPLCPLCPLC的的的的外外外外部部部部故故故故障障障障。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。vv控制与管理功能一体化控制与管理功能一体化控制与管理功能一体化控制与管理功能一体化在一台控制器上同时实现在一台控制器上同时实现控制功能控制功能控制功能控制功能和和信息处理功能信息处理功能信息处理功能信息处理功能
39、。PLCPLC产品广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图产品广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使得形显示技术，使得PLCPLC系统的系统的生产控制功能和信息管理功能生产控制功能和信息管理功能生产控制功能和信息管理功能生产控制功能和信息管理功能融为一体融为一体融为一体融为一体，进一步提高了，进一步提高了PLCPLC的功能，更好地满足了现代化的功能，更好地满足了现代化大生产的控制与管理的需要。大生产的控制与管理的需要。美国美国A-BA-B公司的新产品公司的新产品PYRAMID INTEGRATORPYRAMID INTEGRATOR，首次将，首次将PLCPLC、机器视觉
40、和信息处理器结合在一起，机器视觉和信息处理器结合在一起，具有基础自动化、过程具有基础自动化、过程具有基础自动化、过程具有基础自动化、过程自动化以及信息管理等多层次功能自动化以及信息管理等多层次功能自动化以及信息管理等多层次功能自动化以及信息管理等多层次功能，适用于工业自动化系统。，适用于工业自动化系统。4.2 可编程控制器的组成可编程控制器的组成uPLCPLC的基本组成部件如下图所示：的基本组成部件如下图所示：返回返回外部设备外部设备现场用户输出设备现场用户输出设备微处理器（微处理器（CPU）运算器运算器控制器控制器输输出出部部件件输输入入部部件件系系统统存存储储器器用用户户存存储储器器I/O
41、扩扩展展接接口口通通讯讯及及编编程程接接口口编程设备编程设备计算机计算机打印机等打印机等传感器传感器按钮、开关按钮、开关现场信号现场信号电磁阀电磁阀中间继电器中间继电器执行器执行器现场用户输入设备现场用户输入设备扩展设备扩展设备扩展单元扩展单元通讯模块通讯模块功能模块功能模块电源变换器电源变换器110V/220V市电市电PLC基本单元基本单元PLC系统结构示意图系统结构示意图可编程控制器由哪几部分组成？可编程控制器由哪几部分组成？硬件硬件软件软件存储器存储器CPUI/O口口编程器编程器电源电源系统程序系统程序用户程序用户程序FX 系列系列PLC的硬件配置图的硬件配置图FX 系列系列PLC的网络
42、通信能力的网络通信能力4.2.1 中央处理单元（中央处理单元（CPUCPU）u中央处理单元是中央处理单元是PLC的核心部件，采用的核心部件，采用8 8位、位、1616位位或更高级的单片机或通用微处理器，负责完成逻或更高级的单片机或通用微处理器，负责完成逻辑运算、数字运算以及协调系统内各部分的工作。辑运算、数字运算以及协调系统内各部分的工作。它在系统程序的管理下运行，主要功能有它在系统程序的管理下运行，主要功能有：接受并存储接受并存储由编程器键入的由编程器键入的用户程序和数据用户程序和数据；诊断诊断电源故障以及用户程序的语法错误；电源故障以及用户程序的语法错误；读取输入状态和数据并存储读取输入状
43、态和数据并存储到相应的存储区；到相应的存储区；读读取取用用户户程程序序指指令令，解解释释执执行行用用户户程程序序，完完成成逻逻辑辑运运算算、数数字字运运算算、数数据据传传递递等等任任务务，刷刷新新输出映像，将输出映像内容送至输出单元输出映像，将输出映像内容送至输出单元。4.2.2 存储器单元存储器单元uPLCPLC的存储器单元分成两个部分：的存储器单元分成两个部分：系系系系统统统统程程程程序序序序存存存存储储储储器器器器（ROMROM）；用用于于存存放放PLCPLC生生产产厂厂家家编编写写的的系系统统程程序序，系系统统程程序序在在出出厂厂时时已已经经被被固固化化在在PROMPROM或或EPRO
44、MEPROM中。中。用用用用户户户户程程程程序序序序存存存存储储储储器器器器（RAMRAM）。可可分分为为程程序序存存储储区区和和数数据据存存储储区区，程程序序存存储储器器用用于于存存放放用用户户编编写写的的控控制制程程序序，数数据据存存储储区区存存放放的的是是程程序序执执行行过过程程中中所所需需要要的的或或者者所所产产生生的的中中间间数数据据。这这类类存存储储器器一一般般由由低低功功耗耗的的CMOS-RAM构构成成，其其中中的的存存储储内内容容可可读读出出并并更更改改。掉掉电电会会丢丢失失存存储储的的内内容容，一般用锂电池来保持。一般用锂电池来保持。注意：注意：注意：注意：PLC产品手册中给
45、出的产品手册中给出的“存储器类型存储器类型”和和“程序容量程序容量”是针对用户程序存储器而言的。是针对用户程序存储器而言的。4.2.3 电源单元电源单元 u电电源源单单元元将将外外界界提提供供的的电电源源转转换换成成PLC的的工工作作电电源源后后，提提供供给给PLC。PLC PLC 一一般般采采用用 AC220VAC220V 电电源源，经经整整流流、滤滤波波、稳稳压压后后可可变变换换成成供供 PLC PLC 的的 CPU CPU、存存储储器器等等电电路路工工作作所所需需的的直直流流电电压压，有有的的 PLC PLC 也也采采用用 DC24V DC24V 电电源源供供电电。为为保保证证 PLC
46、PLC 工工作作可可靠靠，大大都都采采用用开开关关型型稳稳压压电电源源。有有的的 PLC PLC 还还向向外外部部提供提供 24V 24V 直流电源。直流电源。u电电源源单单元元还还提提供供掉掉电电保保护护电电路路和和后后备备电电池池电电源源，以以维维持持部部分分RAM存存储储器器的的内内容容在在外外界界电电源源断断电电后后不不会会丢丢失失。在在面面板板上上通通常常有有发发光光二二极极管管（LCDLCD）指指示电源的工作状态，便于判断电源工作是否正常。示电源的工作状态，便于判断电源工作是否正常。4.2.4 输入输出单元与接口单元输入输出单元与接口单元 uPLC的输入、输出单元也叫的输入、输出单
47、元也叫I/O单元单元，对于模块式对于模块式的的PLC来说，来说，I/O单元以模块形式出现，所以又称单元以模块形式出现，所以又称为为I/O模块。模块。I/O单元是单元是PLC与工业现场的接口，与工业现场的接口，现场信号与现场信号与PLC之间的联系通过之间的联系通过I/O单元实现单元实现。u工业现场的输入和输出信号包括数字量和模拟量工业现场的输入和输出信号包括数字量和模拟量两类，因此两类，因此I/O单元也有数字单元也有数字I/O和模拟和模拟I/O两种两种，前者又称为前者又称为DI/DO，后者又称为，后者又称为AI/AO。PLC的的输入、输出单元还应包括一些功能模块，所谓功输入、输出单元还应包括一些
48、功能模块，所谓功能模块就是一些智能化了的输入和输出模块。能模块就是一些智能化了的输入和输出模块。v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 DCDC电源电源DC24VDC24V输入输入 DCDC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。不同的接口需求设计
49、了不同的接口单元。不同的接口需求设计了不同的接口单元。主要有以下几种主要有以下几种：输入接口电路：输入接口电路：输入接口电路：输入接口电路：作用：是作用：是把现场的开关量信号变成把现场的开关量信号变成把现场的开关量信号变成把现场的开关量信号变成PLCPLC内部处理的标准信内部处理的标准信内部处理的标准信内部处理的标准信号号号号。接口接受的外信号电源有直流输入、交流输入和交流。接口接受的外信号电源有直流输入、交流输入和交流/直直流输入。如图所示：流输入。如图所示：PLC开关量输入接口开关量输入接口输入接口中都有输入接口中都有滤波电路滤波电路及及光耦合隔离电路光耦合隔离电路，滤波有抗干扰，滤波有抗
50、干扰的作用，耦合有抗干扰及产生标准信号的作用。的作用，耦合有抗干扰及产生标准信号的作用。vv输出单元输出单元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多种输出方式多种输出方式多种输出方式：晶体管晶体管晶体管晶体管 晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管 继电器继电器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）。输出接口电路输出接口电