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1、第五章 可编程限制器的结构 及工作原理第一第一第一第一节节节节 可可可可编编编编程限制器的硬件系程限制器的硬件系程限制器的硬件系程限制器的硬件系统统统统其次其次其次其次节节节节 可可可可编编编编程限制器的程限制器的程限制器的程限制器的软软软软件及件及件及件及编编编编程程程程语语语语言言言言第三第三第三第三节节节节 可可可可编编编编程限制器的工作原理程限制器的工作原理程限制器的工作原理程限制器的工作原理输输出出设设备备输输入入设设备备 I/OI/O扩扩展展 单单元元 特殊功特殊功 能能单单元元主机主机输输出出单单元元输输入入单单元元 电电 源源外外设设接接口口I/O/O扩扩展展口口存存 储储 器
2、器 系系统统程序程序 存存储储器器 C P U 用用户户程序程序 存存储储器器盒式磁盒式磁带带机机打印机打印机EPROMEPROM写入器写入器 上位上位计计算机算机 PLC PLC编编程器程器可可编编程程终终端端PTPT 整体式整体式 PLC的基本的基本组组成框成框图图5.1 PLC5.1 PLC的的结结构与工作原理构与工作原理一、一、PLC PLC的基本构成的基本构成 OMRON 公司的整体式公司的整体式 PLCCPM1A1 1、中心、中心处处理器（理器（CPUCPU）接收并存接收并存储储用用户户程序和数据；程序和数据；诊诊断断电电源、源、PLCPLC工作状工作状态态及及编编程的程的语语法法
3、错误错误；接收接收输输入信号，送入数据寄存器并保存；入信号，送入数据寄存器并保存；运行运行时时依次依次读读取、取、说说明、明、执执行用行用户户程序，完成用程序，完成用户户 程序的各种操作；程序的各种操作；将用将用户户程序的程序的执执行行结结果送至果送至输输出端。出端。2 2、存、存储储器器 PLC PLC的存的存储储器用来存放程序和数据。器用来存放程序和数据。程序又分程序又分为为系系统统程序和用程序和用户户程序。程序。存存储储区的安排：区的安排：1 1、系、系统统程序存程序存储储器（区）（器（区）（ROMROM）2 2、用、用户户程序存程序存储储器（区）（器（区）（RAMRAM）3 3、变变量
4、（数据）存量（数据）存储储器（区）器（区）.1区区2区区3区区3 3、输输入入输输出接口（出接口（I/OI/O）是是CPUCPU与工与工业现场业现场装置之装置之间间的的连连接部件。接部件。(1)(1)输输入接口入接口 功能：采集功能：采集现场现场信号，通信号，通过过光光电电隔离隔离转换转换成成标标准准电电平送平送给给PLCPLC内部内部电电路。路。输输入信号有开关量和模入信号有开关量和模拟拟量。开关量量。开关量输输入接口有直流和沟入接口有直流和沟通两种。通两种。开关量信号：按开关量信号：按钮钮、开关、开关、继电继电器触器触头头等等 模模拟拟量信号：量信号：电电位器、位器、测测速速发电发电机等机
5、等 协协助助电电源：源：DC24VDC24V输输入、入、DC12V DC12V输输入、入、ACAC输输入入 对输对输入的模入的模拟拟量，需量，需进进行模数（行模数（A/DA/D）转换转换，才能，才能为为CPUCPU所所接受。接受。直流直流输输入入电电路路COM+5VLEDSR3R1AR2CT 内内 部部 电电 路路滤滤波波 光光电电耦合耦合 外部开关外部开关 输输入点的入点的状状态显态显示示 输输入点入点 公共端公共端 沟通沟通输输入入电电路路LED+5VAR2TCOMSCR1 内内 部部 电电 路路R3滤滤波波 光光电电耦合耦合 输输入点的入点的状状态显态显示示 外部开关外部开关 输输入点入
6、点(2)(2)输输出接口出接口 连连接被控接被控对对象中的各象中的各类执类执行元件：接触器、行元件：接触器、电电磁磁阀阀、指示、指示灯、灯、调调整整阀阀（模（模拟拟量）、量）、调调速装置（模速装置（模拟拟量）等。量）等。为为适适应应不同不同负载负载，输输出方式有：出方式有：晶体管晶体管输输出方式：出方式：驱动驱动用于直流用于直流负载负载晶晶闸闸管管输输出方式：出方式：驱动频驱动频繁繁动动作的交作的交/直流直流负载负载继电继电器器输输出方式：出方式：驱动驱动非非频频繁繁动动作的交作的交/直流直流负载负载 PLC PLC的各种的各种输输出方式同出方式同样样都要接受光都要接受光电电隔离。有些隔离。有
7、些PLCPLC还还具具有模有模拟输拟输出接口。出接口。晶体管晶体管输输出出电电路路光光电电耦合耦合 输输出点的出点的状状态显态显示示 公共端公共端 输输出点出点 晶晶闸闸管管输输出出电电路路COMLEDR2 C TFU内内 部部 电电 路路R1负载负载光光电电耦合耦合 输输出点的出点的状状态显态显示示 公共端公共端 输输出点出点 继电继电器器输输出出电电路路COMLED J R内内 部部 电电 路路负载负载输输出点的出点的状状态显态显示示 继电继电器器 机械机械触点触点 公共端公共端 输输出点出点 输输出端子的接出端子的接线线方式方式 a)a)输输出各自独立（无公共点出各自独立（无公共点）b)
8、b)每每4 48 8个个输输出点构成一出点构成一组组，公用一个公共点。，公用一个公共点。4 4、电电源源单单元元 可可编编程限制器的程限制器的电电源包括源包括:*为为可可编编程限制器各工作程限制器各工作单单元供元供电电的开关的开关电电源。源。*为为掉掉电爱护电电爱护电路供路供电电的后的后备电备电源，一般源，一般为电为电池。池。电电源模源模块块：*可可为为CPUCPU板、板、I/OI/O板及板及扩扩展展单单元供元供应应工作工作电电源。源。*有的有的PLCPLC能向外部供能向外部供应应24V24V的直流的直流电电源，可作源，可作为输为输入入单单元元连连接的外部接的外部设备设备的的电电源。源。5 5
9、、I/OI/O扩扩展接口展接口接受并行通接受并行通讯讯方式方式I/O扩扩展端口展端口 CPM1A主机主机与与I/O扩扩展器展器的的连连接接主机主机I/O扩扩展器展器连连接接电缆电缆I/O扩扩展展单单元元A/D转换单转换单元元 I/O扩扩展端口可以展端口可以连连接的接的设备举设备举例例外外设设端口端口6 6、通、通讯讯及及编编程接口程接口接受接受RS-485RS-485或或RS-232RS-232串行串行总线总线 打印机，用以打印程序或制表打印机，用以打印程序或制表 EPROM EPROM写入器，用以将程序写入用写入器，用以将程序写入用户户EPROMEPROM中中 高辨高辨别别率大屏幕彩色率大屏
10、幕彩色图图形形监监控系控系统统，用以，用以显显示或示或监监 视视有关部分的运行状有关部分的运行状态态可可编编程限制器一般可配程限制器一般可配备备的外部的外部设备设备：显显示屏示屏工作方式工作方式选择选择开关开关编编程位程位主机主机监监控位控位运行位运行位编编程器程器 直插式直插式编编程器程器键盘键盘指令指令键键数字数字键键编辑键编辑键清除清除键键 CPM1A主机与便携式主机与便携式编编程器的程器的连连接接工作方式工作方式选择选择开关开关显显示屏示屏键盘键盘学学问问回回顾顾：1 1、PLCPLC的硬件系的硬件系统统由哪几部分由哪几部分组组成？成？2 2、PLCPLC常用的常用的编编程程语语言有哪
11、几种？言有哪几种？5.2 PLC5.2 PLC的的软软件及件及编编程程语语言言系系统软统软件件 运行管理运行管理 生成用生成用户环户环境境系系统统内部自内部自检检系系统统管理程序管理程序 用用户户指令指令说说明程序明程序标标准程序模准程序模块块、系、系统调统调用用用用户户程序程序指令表指令表依次功能流程依次功能流程图图软软件系件系统统一、一、PLCPLC软件系统组成软件系统组成梯形梯形图图系统管理程序：系统管理程序：运行管理：对限制运行管理：对限制PLCPLC输入、输出、计算、自检、通信等作时输入、输出、计算、自检、通信等作时间上的安排管理。间上的安排管理。存储空间管理：即生成用户环境。规定各
12、种参数、程序的存放存储空间管理：即生成用户环境。规定各种参数、程序的存放地址，将用户运用的数据参数、存储地址转化为实际的数据格地址，将用户运用的数据参数、存储地址转化为实际的数据格式及物理地址，运用户看到的是依据用户数据结构排列的元件式及物理地址，运用户看到的是依据用户数据结构排列的元件空间和程序存储空间。空间和程序存储空间。系统自检程序：包括系统出错检测、用户程序语法检验、句法系统自检程序：包括系统出错检测、用户程序语法检验、句法检验、警戒时钟运行等。检验、警戒时钟运行等。用户指令说明程序：用户指令说明程序：将用户运用的编程语言（梯形图）转变为机器语言指令，由将用户运用的编程语言（梯形图）转
13、变为机器语言指令，由PLCPLC执行这些指令。执行这些指令。标准程序模块和系统调用：标准程序模块和系统调用：由很多独立的程序块组成。各程序块完成不同功能，如输入、由很多独立的程序块组成。各程序块完成不同功能，如输入、输出处理，特殊运算等。输出处理，特殊运算等。PLCPLC的各种具体工作由这部分程序的各种具体工作由这部分程序完成，程序的多少确定了完成，程序的多少确定了PLCPLC性能的强弱。性能的强弱。IEC 61131-3IEC 61131-3中中规规定的定的5 5种种编编程程语语言言梯形梯形图图（LD-Ladder DiagramLD-Ladder Diagram）依次功能依次功能图图（SF
14、C-Sequential Function ChartSFC-Sequential Function Chart）功能功能块图块图（FBD-Function Block DiagramFBD-Function Block Diagram）指令表（指令表（IL-Instruction ListIL-Instruction List）结结构文本（构文本（ST-Structured TextST-Structured Text）图图形形语语言言 文文本本语语言言 二、二、PLCPLC的的编编程程语语言言1 1、梯形、梯形图图LDLD简简介介继电继电器原理器原理图图与梯形与梯形图图中所用中所用图图符的
15、符的对对比关系比关系 物理物理继电继电器器 PLC继电继电器器 常开常开 常常闭闭 触触 点点线线 圈圈000000100001000PLC控制控制00001 两种限制的两种限制的图图形比形比较较线线圈圈线线圈圈常开触点常开触点常开触点常开触点常常闭闭触点触点常常闭闭触点触点用用PLC限制限制外部接外部接线线不不变变，变变更用更用户户程序。程序。用用继电继电器限制器限制要要变变更限制更限制电电路的路的实际实际接接线线。KMQFUFR M 3 继电继电器限制接器限制接线线 PLC限制外部接限制外部接线线输输入入设备设备PLCSB1SB2FRKM输输出出设备设备 欲欲变变更限制功能：更限制功能：主
16、主电电路路 相同相同例例如如2 2、语语句表句表编编程程语语言言LD 00000OR 01000 AND NOT 00001OUT 0100000000010000100000001语语句表程序句表程序 梯形梯形图图程序程序 3、依次功能、依次功能图图步步1步步2动作动作1动作动作2转换条件转换条件1转换条件转换条件2转换条件转换条件3有向连线有向连线转换转换初始步初始步PLC上上电电系系统统启启动动1号工号工进进I1号工号工进进II 1号快退号快退 1号快号快进进 2号快号快进进 2号工号工进进2号快退号快退原位等待原位等待压压SQ1快快进进到位到位压压SQ2工工进进到位到位压压SQ3工工进
17、进到位到位压压SQ0退到原位退到原位快快进进到位到位压压SQ5工工进进到位到位压压SQ6退到原位退到原位压压SQ4液液压动压动力力头头工工艺过艺过程程 01006和和01007 ON 01005和和01007 ON 01005和和01006 ON 200000000025315TIM000快快进进快退快退工工进进原原位位等待等待原原 位位等待等待快退快退 20009 20008 20007 20006 01002和和01003 ON快快进进00101工工进进I00102工工进进II01002、01003和和01004 ON0010300100001050010600104 20005 2000
18、4 20003 20002 20001 01001、01002 ON 01001和和01003 ON 功能表功能表图图5.3 PLC5.3 PLC的工作原理的工作原理 一、等效一、等效电电路路图图SB1SB2ST公共端公共端公共端公共端输输入部分入部分输输出端子出端子输输入端子入端子用用户户程序程序输输出部分出部分主主电电路路KMFUFR M 3 QKM0500PLCCOM000000000001000200000500000100020500COM00010002PLCSB1SB2KMSQ0000000100020500COMCOMKM线线圈通圈通电电SB1闭闭合合0000 闭闭合合接点接点
19、闭闭合合KMFUFR M 3 QKM通通电电KM通通电电触点触点闭闭合合电动电动机机转转触点触点闭闭合合PLCCOM000000000001000200000500000100020500COM050000010002SB2STPLCSB1SB2KMSQ0000000100020500COMCOMKM线线圈断圈断电电0001 断开断开接点断开接点断开KMFUFR M 3 QKM通通电电KM断断电电触点断开触点断开电动电动停停转转触点断开触点断开PLCCOM000000000001000200000500 0001 000201000COM050000010002SB2STPLCSB1SB2KM
20、SQ0000000100020500COMCOMSB2闭闭合合输输入采入采样样程序程序执执行行输输出刷新出刷新v 工作方式：周期循工作方式：周期循环环依次依次扫扫描。描。v一个循一个循环扫环扫描描过过程称程称为扫为扫描周期。描周期。v执执行程序行程序时时，扫扫描是从第一条程序起先，在无中断或跳描是从第一条程序起先，在无中断或跳转转限制的状况下，按程序存限制的状况下，按程序存储储依次的先后，逐条依次的先后，逐条执执行用行用户户程序，直到程序程序，直到程序结结束。束。二、二、扫扫描工作方式描工作方式读读读读读读写写写写 程序程序执执行行 输输入采入采样样 输输出刷新出刷新三、三、PLC的工作的工作
21、过过程程05010500000000010500输输入入端端子子输输入入电电路路用用户户输输入入设设备备输输入入映映像像寄寄存存器器输输出出电电路路输输出出端端子子元元件件映映像像寄寄存存器器输输出出锁锁存存器器 用用户户输输出出设设备备留意：留意：PLC PLC重复重复执执行上述三个行上述三个过过程，每重复一次的程，每重复一次的时间时间就是一个工作周期（或就是一个工作周期（或扫扫描周期）。描周期）。PLC PLC在每次在每次扫扫描中，描中，对输对输入信号采入信号采样样一次，一次，对输对输出信号刷新一次。出信号刷新一次。这这就保就保证证了了PLCPLC在在执执行行程序程序阶阶段，段，输输入映像
22、寄存器和入映像寄存器和输输出出锁锁存寄存存寄存器的数据保持不器的数据保持不变变。(1)(1)其其输输入入输输出信号存在滞后，出信号存在滞后，扫扫描周期越描周期越长长，滞后就越，滞后就越严严峻。峻。(2)(2)扫扫描周期除了描周期除了执执行用行用户户程序所占用的程序所占用的时间时间外，外，还还包括系包括系统统管管理操作占用的理操作占用的时间时间。(3)(3)假如考假如考虑虑到到I/OI/O硬件硬件电电路的延路的延时时，PLCPLC响响应应滞后比滞后比扫扫描原理滞描原理滞后更大。后更大。PLCPLCI/OI/O端子上的信号关系，只有在端子上的信号关系，只有在稳态稳态（ONON或或OFFOFF状状态态保持不保持不变变）时时才与才与设计设计要求一要求一样样。v重要的重要的结论结论：