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1、 总体时间安排总体时间安排总体时间安排总体时间安排n电器控制部分：电器控制部分：电器控制部分：电器控制部分：3030学时学时学时学时 其中：授课其中：授课其中：授课其中：授课2222学时、实验学时、实验学时、实验学时、实验8 8学时学时学时学时nPLCPLC及应用部分：及应用部分：及应用部分：及应用部分：3838学时学时学时学时 其中：授课其中：授课其中：授课其中：授课2828学时、实验学时、实验学时、实验学时、实验1010学时学时学时学时n实践考核部分：实践考核部分：实践考核部分：实践考核部分：2 2学时学时学时学时 电器控制与电器控制与PLCPLC技术技术n n授课内容：分为授课内容：分为
2、授课内容：分为授课内容：分为6 6个部分个部分个部分个部分 第第第第1 1部分：常用低压电器及选用部分：常用低压电器及选用部分：常用低压电器及选用部分：常用低压电器及选用 （教材第一章）第第第第2 2部分：电器控制基本线路及原理部分：电器控制基本线路及原理部分：电器控制基本线路及原理部分：电器控制基本线路及原理 （教材第一章）第第第第3 3部分：部分：部分：部分：PLCPLC基础知识基础知识基础知识基础知识 （教材第二章）第第第第4 4部分：小型部分：小型部分：小型部分：小型PLCPLC及其指令系统及其指令系统及其指令系统及其指令系统(FX系列)（教材第三章、第四章(自学)）第第第第5 5部分
3、：部分：部分：部分：PLCPLC程序设计程序设计程序设计程序设计 （教材第五章）第第第第6 6部分：部分：部分：部分：PLCPLC应用系统设计应用系统设计应用系统设计应用系统设计 （教材第六章、第七章）可编程序控制器（可编程序控制器（PLCPLC）应用技术应用技术第第3 部分部分 可编程序控制器基础知识可编程序控制器基础知识n n学习说明：学习说明：学习说明：学习说明：本章是学习PLC的入门知识，因此对初学者来说显得特别重要。重点掌握：什么是PLC？PLC与其它控制装置的区别？PLC的工作机制？n n本章内容：本章内容：本章内容：本章内容：3.1 概述 3.2 PLC系统与继电器系统比较 3.
4、3 PLC组成 3.4 PLC工作原理 3.5 PLC特点与分类 3.6 PLC的发展趋势3.1 概述概述3.1.1 什么是什么是PLC？可编程序控制器（可编程序控制器（Programmble Controller）简称简称PC或或PLC 是一种工业是一种工业控制装置控制装置 PLCPLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为的，并逐渐发展成为 以微处理器以微处理器 为核心，将自动化技术、为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置1.1 概述概述1.1.1
5、 什么是什么是PLC？区别于一般微机控制系统区别于一般微机控制系统区别于一般微机控制系统区别于一般微机控制系统 区别于传统控制装置区别于传统控制装置区别于传统控制装置区别于传统控制装置 近年来，可编程控制器发展很快，几乎每年都推出近年来，可编程控制器发展很快，几乎每年都推出不少新系列产品，其功能已远远超出了定义的范围。不少新系列产品，其功能已远远超出了定义的范围。3.1 概述概述3.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展 世界上第一台世界上第一台PLC 1969年由美国数字设备公司（年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽根据美国通用汽车公司（车公司（GM）的要求研制成功的要求研制成功 背
6、景背景背景背景：1968年美国通用汽车公司（年美国通用汽车公司（GM），），为了适应汽车型为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。低成本，缩短周期。3.1 概述概述3.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展 设计思想设计思想设计思想设计思想：吸取继电器和计算机两者的优点吸取继电器和计算机两者的优点 继电器控制系统体
7、积大、可靠性低、接线复杂、不易更继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但但简单易懂、价格便宜；简单易懂、价格便宜；计算机计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程，但编程困难；困难；采用面向控制过程、面向问题的采用面向控制过程、面向问题的“自然语言自然语言”进行编程，进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）3.1 概述概述3.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展近年来近年来近年来近年
8、来PLCPLC发展迅速发展迅速发展迅速发展迅速 PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。3.1 概述概述3.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展n就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言，PLC仍然处于一种核心地位。在最近出现在美国、欧洲和国内有关探讨PLC发展的论文中，这个结论是众口一词的，尽管对PLC的未来发展有着许多不同的意见。n在全球经济不景气的时候，PLC的市场销售仍然坚挺
9、；PC控制有了引人注目的进展，但毕竟只能对高端的PLC产品形成竞争；小型、超小型PLC的发展势头令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。3.1 概述概述3.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展我国我国PLC发展情况发展情况n在70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLC。n我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司等。n在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，取得良好效果。PLC在我国的应用越来越广泛。3.1 概述概述3.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展n中国PL
10、C市场（2004年度）3.1 概述概述3.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展 PLCPLC品牌分布情况的原因品牌分布情况的原因品牌分布情况的原因品牌分布情况的原因：n产品覆盖范围。排在最前的三个品牌有最丰富的产品系列，而且没有偏重，用户很容易得到恰当的产品；其他品牌如Fuji，LG则以小型和微型产品为主，GE和Schneider以中大型产品为主。虽然AB拥有出色的技术和全面的产品系列，但是高价格使用户却步。n中国市场上的历史。Siemens，Mitsubishi和Omron都是在中国市场上传统的供应商，在很多领域占了先机，相对应的是GE，Schneider（其实Modicon进入中国也比较
11、早，但没有完整的销售和服务体系）和LG这些后来者虽然市场快速增长，但距先行者仍有一定的差距。n 行业分布。某些品牌会侧重于一些行业，如Schneider更加注重电力行业，Rockwell在冶金行业表现出众。3.1 概述概述3.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展 预测：预测：预测：预测：中国PLC市场在2008年有望翻番 在最近的经济发展中，中国以其制造业发展的迅猛及范围的广泛为人瞩目，使PLC在某些自动化领域增长超过了20%。中国的PLC市场在未来的5年内，将以14.1%的综合年增长率增长。3.1 概述概述3.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展n流行新词汇流行新词汇流行新词汇流行新词汇
12、：可编程自动化控制器可编程自动化控制器可编程自动化控制器可编程自动化控制器 （Programmable Automation Controller，PAC）PAC源自于ARC咨询集团市场调查公司，认为：“PLC相相当当活活跃跃，而而且且发发展展良良好好，具具很很强强的的生生命命力力。然然而而，PLC这这个个工工业业的的有有效效工工具具正正在在许许多多方方面面不不断断改改变变，不不断断增增加加其其魅魅力力。自自动动化化供供应应商商正正不不断断致致力力于于PLC的的开开发发，以以迎迎合合市市场场和和特特殊殊用用户户的的需需求求。功功能能的的增增强强促促使使了了新新系系列列的的系系统统浮浮出出水水面
13、面。PAC基基于于开开放放的的工工业业标标准准、具具多领域功能、通用的开放平台以及高性能多领域功能、通用的开放平台以及高性能”。3.1 概述概述3.1.2 PLC的产生与发展的产生与发展nGE Fanuc却没有丝毫犹豫，立刻接受了PAC的概念，而且在汉诺威展上公开宣布，其新的旗舰控制产品的名称为PACSystems。GE Fanuc使用了这个名称，表达了其产品综合了传统PLC和PC硬件的优点，具有通用编程环境。n2003年11月Rockwell宣布，其为PAC技术的领导厂商，其产品Control Logix和Compact Logix PLC事实上就是PAC。他认为，随着不断的发展，PAC将采
14、用大量的方法以处理数据，并具有升级性，而在多项目控制、集成商务系统分析和生命周期成本管理等方面也能大踏步地前进。n2004年n是否制造商会将产品名称从PLC改到PAC，还有待观察。3.1 概述概述3.1.3 PLC的应用领域的应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从PLC应用类型看，大致可归纳为以下几个方面：n开关量逻辑控制 n运动控制 n过程控制（PID闭环控制）n数据处理 n通信联网（构成DCSDCS、FCSFCS系统系统）3.1 概述概述3.1.3 PLC的
15、应用领域的应用领域 PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关的机器、与环境相关的机器，而且有急速的上升趋势。值得注意的是，随着PLC、DCS相互渗透，二者的界线日趋模糊的时候，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展 3.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较控制系统与电器控制系统的比较3.2.2 PLC控制系统组成控制系统组成3.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较控制系统与电器控制系统的比较3.2.3 PLC等效电路等效电路n例：三相异步电动机单向运行电器控制系统
16、输入设备输入设备 输出设备输出设备 3.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较控制系统与电器控制系统的比较3.2.3 PLC等效电路等效电路n三相异步电动机单向运行PLC控制系统FX-PLCFX0SFX1S/FX1NFX2NAnSQnA/AnAQnSCC-LINKS7-200S7-300S7-400LOGOCSPC200HCSSLC5003.3 P LC组成组成3.3.1 PLC组成概述组成概述 PLC的基本组成与一般的微机系统类似的基本组成与一般的微机系统类似：是一种是一种以微处理器为核心的、以微处理器为核心的、以微处理器为核心的、以微处理器为核心的、用于控制的用于控制的用于控制的用于控制
17、的特殊计算特殊计算机机 PLC的基本组成包括的基本组成包括硬件与软件硬件与软件硬件与软件硬件与软件两部分两部分 PLC PLC的硬件：的硬件：的硬件：的硬件：中央处理器（中央处理器（CPU）、）、存储器、输入接口、存储器、输入接口、输出接口、通信接口、电源等输出接口、通信接口、电源等 PLC PLC的软件：的软件：的软件：的软件：系统程序和用户程序系统程序和用户程序3.3 P LC组成组成3.3.1 PLC组成概述组成概述编程编程器器写入器电电 源源输输入入单单元元输输出出单单元元CPU通通信信接接口口扩扩展展接接口口存储器存储器3.3 P LC组成组成3.3.2 PLC中的CPU及作用及作用
18、 PLC中常采用的CPU有三类：1)通用微处理器通用微处理器（如Z80、8086、80286等）2)单片微处理器单片微处理器（如8031、8096等）3)位片式微处理器位片式微处理器(如AMD29W等)小型PLC：大多采用8位通用微处理器和单片微处理器，中型PLC：大多采用16位通用微处理器或单片微处理器 大型PLC：大多采用高速位片式微处理器（32位）小型PLC为单单CPUCPU系统，系统，中、大型PLC则大多为双双CPUCPU或多或多CPUCPU系统。系统。对于双CPU系统，一般一个为字处理字处理器器，一般采用8位、16位或32位处理器；另一个为位处理位处理器器，采用由各厂家设计制造的专用
19、芯片。3.3 P LC组成组成3.3.2 PLC中的CPU及作用及作用CPUCPU的的的的作作作作用用用用：按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作。归纳起来主要有以下五个方面：1）接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据2）诊断电源、PLC内部电路故障和编程中的语法错误等3）接收并存储从输入单元（接口）得到现场输入状态或数据4）逐条读取并执行存储器中的用户程序，并将运算结果存入 存储器中5）根据运算结果，更新有关标志位和输出内容，通过输出接 口实现控制、制表打印或数据通讯等功能3.3 P LC组成组成3.3.3 PLC中的存储器及作用及作用存储器的作用存储器的作用：在在PLC
20、中，存储器主要用于中，存储器主要用于系统程序、用户程序、数据系统程序、用户程序、数据 存储器的类型存储器的类型：可读/写操作的随机存储器随机存储器RAM 只读存储器只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM3.3 P LC组成组成3.3.3 PLC中的存储器及作用及作用系统程序系统程序系统程序系统程序:系统程序是完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。系统程序由PLC的制造厂家编写的，在PLC使用过程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，它关系到PLC的性能。系统程序 由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问
21、和修改。3.3 P LC组成组成3.3.3 PLC中的存储器及作用及作用 用户程序用户程序:用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而编制的应用程序。它是由PLC控制对象的要求而定的，为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在EPROM中。现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。3.3 P LC组成组成3.3.3 PLC中的存储器及作用及作用nPLC的编程语言（IEC61131-3中的中的5种种PLC基本语言）基本语言）顺序功
22、能图（顺序功能图（SFC）：不仅仅是一种语言，更是一种组 织控制程序的图形化方式。梯梯 形形 图（图（L D）：以图形方式表达触点和线圈以及 特殊指令块的梯级。指指 令令 表（表（I L）：类似汇编程序的基于文本的语言 与其相对应的是LD。结结 构构 文文 本（本（S T）：类似Pascal的基于文本的语言 功功 能能 块块 图（图（FBD）：一种对应于线路图的图形语言。FBD广泛地用于过程工业。3.3 P LC组成组成3.3.3 PLC中的存储器及作用及作用 工作数据工作数据:工作数据工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。它们存放在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的
23、工作数据存储器中，设有存放输入/输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。3.3 P LC组成组成3.3.3 PLC中的存储器及作用及作用系统程序和工作数据与用户无直接联系系统程序和工作数据与用户无直接联系 在PLC产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器用户程序存储器。当PLC提供的用户存储器容量不够用，许多PLC还提供有存储器扩展功能。3.3 P LC组成组成3.3.4 PLC中的输入/输出接口
24、及作用及作用输入输入输入输入/输出接口输出接口输出接口输出接口通常也称I/O I/O 单元或单元或单元或单元或I/O I/O 模块，模块，模块，模块，是PLC与工业生产现场之间的连接通道。PLCPLC输入接口输入接口输入接口输入接口-可以检测被控对象的各种数据，用这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据 PLCPLC输出接口输出接口输出接口输出接口-将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的3.3 P LC组成组成3.3.4 PLC中的输入/输出接口及作用及作用 I/O I/O 接口的作用：接口的作用：接口的作用：接口的作用：电电平平转转换换功功能能：由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平
25、是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的信号是标准电平信号。光电隔离和滤波功能光电隔离和滤波功能，以提高PLC的抗干扰能力 通常还有状态指示状态指示，工作状况直观，便于维护 I/O I/O 接口的类型接口的类型接口的类型接口的类型：开关量输入/输出接口 模拟量输入/输出接口3.3 P LC组成组成3.3.4 PLC中的输入/输出接口及作用及作用 开关量输入开关量输入开关量输入开关量输入/输出接口输出接口输出接口输出接口 常用开关量输入接口开关量输入接口开关量输入接口开关量输入接口：直流输入接口、交流输入接口、交/直流输入接口 常用开关量输出接口开关量输出接口开关量输出接口开关量输出接口：继电器
26、输出接口：响应速度慢、动作频率低，可驱动交流或直流负载 晶体管输出接口：响应速度快、动作频率高，只能用于驱动直流负载 晶闸管输出接口：响应速度快、动作频率高，只能用于驱动交流负载3.3 P LC组成组成3.3.4 PLC中的输入/输出接口及作用及作用 模拟量输入模拟量输入模拟量输入模拟量输入/输出接口输出接口输出接口输出接口 模拟量输入接口（A/D接口）分辨率（8位、10位、12位等）、量化误差、偏移误差、满刻度误差、线性度、精度等 许多PLC还有与热电阻或热电偶配套使用的A/D接口 模拟量输出接口（D/A接口）分辨率（8位、10位、12位等）、精度、线性度、稳定时间等3.3 P LC组成组成
27、3.3.4 PLC中的输入/输出接口及作用及作用 输入输入输入输入/输出（输出（输出（输出（I/OI/O）点数点数点数点数：PLCPLC的的I/OI/O点数点数是指PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数的总和。I/O点数是选择PLC的重要依据之一 当I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展3.3 P LC组成组成3.3.5 PLC中的通信接口及作用及作用PLCPLC配有各种通信接口与外部设备连接配有各种通信接口与外部设备连接配有各种通信接口与外部设备连接配有各种通信接口与外部设备连接 与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印 与监视器连接，可将控制过程
28、图像显示出来 与 P L C 连接，组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制 与计算机连接，组成多级分布式控制系统，控制与管理相结合 与人机界面（触摸屏）连接 与智能接口模块连接。智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口，PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。与编程器连接3.3 P LC组成组成3.3.6 PLC中的扩展接口及作用及作用扩展接口扩展接口扩展接口扩展接口（是用于连接护展单元的接口）。当PLC基本单元I/O点数不能满足要求时，可通过扩展接口连接扩展单元以增加系统的增加系统
29、的I/O点数点数3.3 P LC组成组成3.3.6 PLC中的扩展接口及作用及作用n通信与扩展接口的连接实例通信与扩展接口的连接实例通信与扩展接口的连接实例通信与扩展接口的连接实例3.3 P LC组成组成3.3.7 PLC中的电源及作用及作用 PLC配有开关式稳压电源，以提供内部电路使用。与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。因此，对于电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值15%的范围内波动。许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感 器供电。电源的容量3.3 P LC组成组成3.3.8 PLC编程器及作用及作用编程器的作用编程器的作用编程器的作用编
30、程器的作用：是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备。简易编程器 专用编程器专用编程器 编程器编程器编程器编程器 智能编程器 通用编程系统：通用编程系统：PCPC上配专用编程软件包上配专用编程软件包3.3 P LC组成组成3.3.8 PLC编程器及作用及作用3.3 P LC组成组成3.3.8 PLC写入器及作用及作用写入器写入器:是用来将用户程序固化到EPROM存储器中的一种PLC外部设备。为了使调试好用户程序不易丢失，经常用EPROM写入器将PLC内RAM保存到EPROM中。3.4 PLC工作原理工作原理3.
31、4.1 扫描工作方式 当当PLC运行时，需要进行众多的操作运行时，需要进行众多的操作而而 PLC的的CPU不可能同时去执行多个操作，不可能同时去执行多个操作，每一刻只能每一刻只能执行一个操作执行一个操作。3.4 PLC工作原理工作原理3.4.1 扫描工作方式 解决的办法：解决的办法：采用分时操作原理采用分时操作原理 由于由于CPUCPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC PLC外部出现的结果似乎是同时完成的。外部出现的结果似乎是同时完成的。这种分时操作的方法称为这种分时操作的方法称为扫描工作方式扫描工作方式扫描工作方式扫描工作方式 3.4 PLC
32、工作原理工作原理3.4.1 扫描工作方式 例如：用户程序的执行（例如：用户程序的执行（用户程序的扫描工作过程）用户程序的扫描工作过程）扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而
33、复始地到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。重复进行。重复进行。重复进行。3.4 PLC工作原理工作原理3.4.2 PLC的扫描工作过程的扫描工作过程 检查检查CPUCPU等内部硬件，对监视定时等内部硬件，对监视定时器（器（WDTWDT）复位以及其它工作复位以及其它工作 与其它智能装置（如编程器、与其它智能装置（如编程器、计算机等）实现通信计算机等）实现通信 按顺序对所有输入端的状态进按顺序对所有输入端的状态进行采样，并存入相应寄存器行采样，并存入相应寄存器对用户程序扫描执行对用户程序扫描执行 ，并将结，并将结果存入相应的寄存
34、器果存入相应的寄存器将寄存器中与输出有关状态，转到将寄存器中与输出有关状态，转到输出锁存器，输出驱动外部负载输出锁存器，输出驱动外部负载 3.4 PLC工作原理工作原理3.4.2 PLC的扫描工作过程的扫描工作过程 整整整整个个个个过过过过程程程程包包包包括括括括内内内内部部部部处处处处理理理理、通通通通信信信信服服服服务务务务、输输输输入入入入处处处处理理理理、程程程程序序序序执执执执行行行行、输输输输出出出出处处处处理五个阶段理五个阶段理五个阶段理五个阶段 整整整整个个个个过过过过程程程程扫扫扫扫描描描描执执执执行行行行一一一一遍遍遍遍所所所所需需需需的的的的时时时时间间间间称为称为称为称
35、为扫描周期 扫扫扫扫描描描描周周周周期期期期与与与与CPUCPU运运运运行行行行速速速速度度度度、PLCPLC硬件配置及用户程序长短硬件配置及用户程序长短硬件配置及用户程序长短硬件配置及用户程序长短有关。有关。有关。有关。典型值为典型值为典型值为典型值为1 1100100msms3.4 PLC工作原理工作原理3.4.3 PLC执行程序的过程执行程序的过程3.4 PLC3.4 PLC工作原理工作原理3.4.4 3.4.4 PLCPLC扫描工作方式的特点扫描工作方式的特点 集中采样：集中采样：在在一一个个扫扫描描周周期期中中，对对输输入入状状态态的的采采样样只只在在输输入入处处理理阶阶段段进进行行
36、。当当PLC进进入入程程序序处处理理阶阶段段后后输输入入端端将将被被封封锁锁，直直到到下下一一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。集中输出：集中输出：在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。态一直保存在输出映象寄存器中。3.4
37、 PLC3.4 PLC工作原理工作原理3.4.4 3.4.4 PLCPLC扫描工作方式的特点扫描工作方式的特点(集中采样、集中输出的优点集中采样、集中输出的优点)提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性 PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。3.4 PLC3.4 PLC工作原理工作原理3.4.4 3.4.4 PLCPLC扫描工作方式的特点扫描工作方式的特点(集中采样、集中输出的缺点集中采样、集中输出的缺点)降低了系统的响应速度降低了系统的响应速度 PLCPLC输入输出响应滞后输入输出响应滞后：当：当PLC
38、PLC输入端输入信号发生变化输入端输入信号发生变化到到PLCPLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间。对一般输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。的工业控制，这种滞后是完全允许的。注意：注意：这种响应滞后不仅是由于这种响应滞后不仅是由于PLCPLC扫描工作方式造扫描工作方式造成，更主要是成，更主要是PLCPLC输入接口滤波环节带来的输入延迟和输出接输入接口滤波环节带来的输入延迟和输出接口中驱动器件动作时间带来输出延迟口中驱动器件动作时间带来输出延迟，还与程序设计有关。，还与程序设计有关。对于小型对于小型PLC:PLC:I/O点数较少、用户程序较
39、短点数较少、用户程序较短 一般采用一般采用集中采样、集中输出集中采样、集中输出的工作方式的工作方式 而对于大中型而对于大中型PLC:PLC:I/O点数较多，控制功能强，点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，采用用户程序较长，为提高系统响应速度，采用定期采定期采样、定期输出方式样、定期输出方式或中断输入、输出方式中断输入、输出方式以及以及采用智能采用智能I/O接口等多种方式接口等多种方式 3.4 PLC3.4 PLC工作原理工作原理3.4.4 3.4.4 PLCPLC扫描工作方式的特点扫描工作方式的特点3.5 3.5 P LC的分类及特点 3.5.1 3.5.1 PLCPLC的
40、分类的分类 PLC一般可从其一般可从其I/O点数、结构形式点数、结构形式和功能三方面进行分类：和功能三方面进行分类：3.5 3.5 P LC的分类及特点 3.5.1 3.5.1 PLCPLC的分类的分类（按（按I/O点数分类）点数分类）根据PLC的I/O点数，PLC分为小型、中型和大型三类。1）小型小型PLC I/O点数为256点以下点以下的为小型PLC （其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）2）中中型型PLC I/O点数为256点点以以上上、2048点点以以下下的为中型PLC3）大型大型PLC I/O点数为2048以上以上的为大型PLC （其中I/O点数超过8192点的为超大型P
41、LC）这个分类界限不是固定不变的，它随PLC的发展而变化。3.5 3.5 P LC的分类及特点 3.5.1 3.5.1 PLCPLC的分类的分类（按结构形式分类）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。1）整整体体式式PLC 将将电电源源、CPU、I/O接接口口等等部部件件都都集集中中装装在一个机箱内，在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单
42、元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。小型PLC一般采用这种整体式结构。3.5 3.5 P LC的分类及特点 3.5.1 3.5.1 PLCPLC的分类的分类（按结构形式分类）按结构形式分类）2）模模块块式式PLC 将将PLC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CPU模模块块、I/O模模块块、电电源源模模块块（有有的含在的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块中）以及各种功能模块。模块式由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基
43、板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同模块组成一个系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。3.5 3.5 P LC的分类及特点 3.5.1 3.5.1 PLCPLC的分类的分类（按结构形式分类）按结构形式分类）3）叠装式叠装式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。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。3.5 3.5 P LC的分类及特点 3.5.1 3.5.1 PLCPLC的分类的分类（按功能分类）（
44、按功能分类）1）低档）低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机系统 2）中档）中档PLC 具有低档PLC功能外，具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能 3）高档）高档PLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系
45、统，实现工厂自动化。3.5.5 P LC的分类及特点 3.5.2 3.5.2 PLC的特点 PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强 编程简单、使用方便编程简单、使用方便 功能完善、通用性强功能完善、通用性强 设计安装简单、维护方便设计安装简单、维护方便 体积小、重量轻、能耗低体积小、重量轻、能耗低3.5.2 3.5.2 PLC的特点可靠性高、抗干扰能力强 可可靠靠性性高高、抗抗干干扰扰能能力力强强是是PLC最最重重要要的的特特点点之之
46、一一。PLC的的平均无故障时间可达几十万个小时平均无故障时间可达几十万个小时。硬硬件件方方面面：I/O接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。软软件件方方面面：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。3.5.2 3.5.2
47、 PLC的特点 编程简单、使用方便 目前，各种PLC都采用梯形图语言为第一编程语言，是，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。许多PLC还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编程方法，进一步简化了编程。3.5.2 3.5.2 PLC的特点 功能完善、通用性强 现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、P
48、ID控制、通信联网以等许多功能。同时，由于PLC产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。3.5.2 3.5.2 PLC的特点 设计安装简单、维护方便 由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。3.5.2 3.5.2 PLC的特点体积小、重量轻、能耗低 PLC结构紧凑、
49、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备3.6 3.6 PLCPLC的发展趋势的发展趋势 3.6.1 3.6.1 向高速度、大容量方向发展向高速度、大容量方向发展 为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。3.6 3.6 PLCPLC的发展趋势的发展趋势3.6.2 3.6.2 向超大型、超小型两个方向发展向超大型、超小型两个方向发展 当前中小型PLC比较多，为了适
50、应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为816点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司系列PLC、西门子公司的LOGO系列PLC。3.6 3.6 PLCPLC的发展趋势的发展趋势3.6.3 3.6.3 大力开发智能模块，加强联网与通信能力大力开发智能模块，加强联网与通信能力 为满足各种控制系统的要求，不断开