1、PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章第第2章章PLC軟硬件組成及工作原理軟硬件組成及工作原理2.1 概述概述2.2 PLC的硬件組成的硬件組成2.3 PLC的軟件系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)2.4 PLC的工作原理的工作原理2.5 PLC的主要指標(biāo)的主要指標(biāo)2.6 PLC的分類的分類PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章2.1 概述 PLCPLC在早期是一種開關(guān)邏輯控制裝置，被在早期是一種開關(guān)邏輯控制裝置，被稱為可編程序邏輯控制器稱為可編程序邏輯控制器(Programmable (Programmable Logic Controller)Logic Controller)，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱PLCPLC

2、。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，PLCPLC采用微處理器作為其控制核心，它的功能已采用微處理器作為其控制核心，它的功能已不再局限于邏輯控制的范疇。因此，不再局限于邏輯控制的范疇。因此，19801980年年美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)(NEMA)(NEMA)將其命名為將其命名為Programmable Controller(PC)Programmable Controller(PC)，但為避免與，但為避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱的簡(jiǎn)稱PCPC混混淆，習(xí)慣上仍將其稱為淆，習(xí)慣上仍

3、將其稱為PLCPLC。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章PLCPLC的定義的定義 PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制裝置。應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制裝置。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章PLCPLC的產(chǎn)生與發(fā)展的產(chǎn)生與發(fā)展 1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)招標(biāo)的要求，研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。 1971年，日本引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)并開始生產(chǎn)PLC。 19731974年德國(guó)和法國(guó)也研制出自己的PLC。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章整體式整體式組合

4、式組合式 PLC的基本分類的基本分類小型機(jī)常采用整體式小型機(jī)常采用整體式中、大型機(jī)常采用組合式中、大型機(jī)常采用組合式2.2 PLC的硬件組成的硬件組成PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章輸出設(shè)備輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸入設(shè)備 I/OI/O擴(kuò)展擴(kuò)展 單元單元 特殊功特殊功 能單元能單元主機(jī)主機(jī)輸出單元輸出單元輸入單元輸入單元 電電 源源外設(shè)接口外設(shè)接口I/O/O擴(kuò)擴(kuò)展展口口存存 儲(chǔ)儲(chǔ) 器器 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 C P U 用戶程序用戶程序 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器盒式磁帶機(jī)盒式磁帶機(jī)打印機(jī)打印機(jī)EPROMEPROM寫入器寫入器 上位計(jì)算機(jī)上位計(jì)算機(jī) PLCPLC編程器編程器可編程終端可編程終端P

5、TPT 整體式整體式 PLC的基本組成框圖的基本組成框圖PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章 組合式組合式 PLC的基本組成框圖的基本組成框圖 系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線通信單元通信單元 控控 制制 系系 統(tǒng)統(tǒng) 現(xiàn)現(xiàn) 場(chǎng)場(chǎng) 過(guò)過(guò) 程程CPU單元單元輸出單元輸出單元 編程器編程器PLC或或上位計(jì)算機(jī)上位計(jì)算機(jī)智能智能I/O單元單元輸入單元輸入單元PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章 CPU指揮指揮PLC完成各種預(yù)定的功能完成各種預(yù)定的功能2.2.1 2.2.1 CPU單元單元1.中央處理單元（中央處理單元（CPU）：）：(1)從程序存儲(chǔ)器讀取程序指令，編譯、執(zhí)行指令從程序存儲(chǔ)器讀取程序指

6、令，編譯、執(zhí)行指令(2)將各種輸入信號(hào)取入將各種輸入信號(hào)取入(3) 把運(yùn)算結(jié)果送到輸出端把運(yùn)算結(jié)果送到輸出端(4) 響應(yīng)各種外部設(shè)備的請(qǐng)求響應(yīng)各種外部設(shè)備的請(qǐng)求2. 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)系統(tǒng)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)系統(tǒng)系統(tǒng)程序用戶程序存儲(chǔ)器用戶程序存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)系統(tǒng)用戶程序存儲(chǔ)系統(tǒng)用戶程序工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章 PLC與外部設(shè)備聯(lián)系的橋梁與外部設(shè)備聯(lián)系的橋梁 開關(guān)量輸入單元開關(guān)量輸入單元 開關(guān)量輸出單元開關(guān)量輸出單元 直流輸入單元直流輸入單元 交流輸入單元交流輸入單元晶體管輸出單元晶體管輸出單元晶閘管輸出單元

7、晶閘管輸出單元繼電器輸出單元繼電器輸出單元 2.2.22.2.2. I/OI/O單元單元PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章 輸入、輸出接口：輸入、輸出接口：采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。輸出接口作用：輸出接口作用：將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。輸出三種形式：輸出

8、三種形式：繼電器繼電器 - 低速大功率低速大功率 可控硅可控硅 - 高速大功率高速大功率 晶體管晶體管 - 高速小功率高速小功率輸入接口作用：輸入接口作用：將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章 2.2.32.2.3 電源單元電源單元 把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源。 有的電源單元還向外提供24v隔離直流電源，可供開關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)源開關(guān)等使用。 PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章PLC的外部設(shè)備主要有：的外部設(shè)備主要有：編程設(shè)備編程設(shè)

9、備觸摸屏觸摸屏操作面板操作面板文本顯示器文本顯示器打印機(jī)打印機(jī) 等等 2.2.4 外部設(shè)備外部設(shè)備PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章2.3 PLC.3 PLC的軟件系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)2.3.1 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序是由是由PLCPLC的制造者采用匯編語(yǔ)言編寫的，固化的制造者采用匯編語(yǔ)言編寫的，固化于于ROMROM型系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中，用于控制型系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中，用于控制PLCPLC本身的運(yùn)行，本身的運(yùn)行，用戶不能更改。用戶不能更改。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章PLC的軟件系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)2.3.2 用戶程序用戶程序 用戶程序用戶程序又稱為應(yīng)用程序，是用戶為完成某一控

10、制任又稱為應(yīng)用程序，是用戶為完成某一控制任務(wù)而利用務(wù)而利用PLCPLC的編程語(yǔ)言編制的程序。用戶程序是線的編程語(yǔ)言編制的程序。用戶程序是線性地存儲(chǔ)在系統(tǒng)程序制定的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。性地存儲(chǔ)在系統(tǒng)程序制定的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。1 1用戶環(huán)境用戶環(huán)境 用戶環(huán)境是由系統(tǒng)程序生成的，它包括用戶環(huán)境是由系統(tǒng)程序生成的，它包括用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶元件區(qū)、用戶程序存儲(chǔ)區(qū)、用用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶元件區(qū)、用戶程序存儲(chǔ)區(qū)、用戶參數(shù)、文件存儲(chǔ)區(qū)等。戶參數(shù)、文件存儲(chǔ)區(qū)等。2 2用戶程序結(jié)構(gòu)用戶程序結(jié)構(gòu) 用戶程序結(jié)構(gòu)大致可以分為三種：用戶程序結(jié)構(gòu)大致可以分為三種：（1 1）線性程序（）線性程序（2 2）分塊程序（）分塊程序（3 3）結(jié)構(gòu)化程

11、序）結(jié)構(gòu)化程序3 3用戶程序語(yǔ)言用戶程序語(yǔ)言 PLCPLC的編程語(yǔ)言有多種，其中梯形圖、的編程語(yǔ)言有多種，其中梯形圖、語(yǔ)句表、功能塊圖是三種基本語(yǔ)言。語(yǔ)句表、功能塊圖是三種基本語(yǔ)言。 PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章2.4 PLC的工作原理的工作原理PLCPLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程的循環(huán)掃描工作過(guò)程 接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制 輸入輸入/ /輸出滯后響應(yīng)輸出滯后響應(yīng) PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章2.4.1 接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制 繼電接觸器控制系統(tǒng)，又稱為繼電接觸器控制系統(tǒng)，又稱為接線程序控制接線程序控制系統(tǒng)，是通過(guò)

12、電系統(tǒng)，是通過(guò)電器元器件的固定接線來(lái)實(shí)現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務(wù)的。器元器件的固定接線來(lái)實(shí)現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務(wù)的。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制 在在PLC控制系統(tǒng)中，用戶根據(jù)控制要求編制出相應(yīng)控制系統(tǒng)中，用戶根據(jù)控制要求編制出相應(yīng)的控制程序，并寫入的控制程序，并寫入PLC的程序存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)運(yùn)行的程序存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，時(shí)，PLC將程序執(zhí)行結(jié)果輸出給相應(yīng)的輸出設(shè)備，控將程序執(zhí)行結(jié)果輸出給相應(yīng)的輸出設(shè)備，控制被控對(duì)象工作。制被控對(duì)象工作。 這種控制稱為這種控制稱為存儲(chǔ)程序控制存儲(chǔ)程序控制。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2

13、章章 2.4.2 PLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程的循環(huán)掃描工作過(guò)程 掃描工作一般分為：讀輸入、執(zhí)行程序、處理通掃描工作一般分為：讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請(qǐng)求、自診斷檢查和寫輸出等過(guò)程，信請(qǐng)求、自診斷檢查和寫輸出等過(guò)程，CPU反復(fù)不停反復(fù)不停地分階段處理上述各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的地分階段處理上述各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為循環(huán)掃描。循環(huán)工作方式稱為循環(huán)掃描。 執(zhí)行用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用執(zhí)行用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)，戶程序不運(yùn)行時(shí)，PLC也在掃描，只不過(guò)在一個(gè)周期也在掃描，只不過(guò)在一個(gè)周期中去除了執(zhí)行用戶程序和讀輸入、寫輸出的內(nèi)容。

14、中去除了執(zhí)行用戶程序和讀輸入、寫輸出的內(nèi)容。 PLC最主要的工作方式是循環(huán)掃描（周期掃描）最主要的工作方式是循環(huán)掃描（周期掃描） PLC在運(yùn)行工作狀態(tài)，執(zhí)行如上所述的一次掃描在運(yùn)行工作狀態(tài)，執(zhí)行如上所述的一次掃描操作所需的時(shí)間稱為操作所需的時(shí)間稱為掃描周期掃描周期，其典型值為，其典型值為1100ms。掃描周期與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和。掃描周期與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU的運(yùn)算速度有很大的關(guān)系。用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指的運(yùn)算速度有很大的關(guān)系。用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行的時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。令執(zhí)行的時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。 PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章讀讀讀

15、讀讀讀寫寫寫寫 執(zhí)行用戶程序執(zhí)行用戶程序 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新PLC執(zhí)行用戶程序的過(guò)程執(zhí)行用戶程序的過(guò)程010010100000000 00001 01000輸輸入入端端子子輸輸入入電電路路用戶輸入設(shè)備用戶輸入設(shè)備輸入映像寄存器輸入映像寄存器輸輸出出電電路路輸輸出出端端子子元件映像寄存器元件映像寄存器輸出鎖存器輸出鎖存器 用戶輸出設(shè)備用戶輸出設(shè)備PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章PLC控制的原理控制的原理 等效電路圖等效電路圖SB1SB2ST公共端公共端公共端公共端輸入部分輸入部分輸出端子輸出端子輸入端子輸入端子用戶程序用戶程序輸出部分輸出部分

16、主電路主電路KMFUFR M 3 QKM01000PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM0000100002PLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMPLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章KM線圈通電線圈通電SB1閉合閉合00000 閉合閉合接點(diǎn)閉合接點(diǎn)閉合KMFUKH M 3 QKM通電通電KM通電通電觸點(diǎn)閉合觸點(diǎn)閉合電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)觸點(diǎn)閉合觸點(diǎn)閉合PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM01000000010000

17、2SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMPLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章KM線圈斷電線圈斷電00001 斷開斷開接點(diǎn)斷開接點(diǎn)斷開KMFUKH M 3 QKM通電通電KM斷電斷電觸點(diǎn)斷開觸點(diǎn)斷開電動(dòng)停轉(zhuǎn)電動(dòng)停轉(zhuǎn)觸點(diǎn)斷開觸點(diǎn)斷開PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2閉合閉合PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章2.4.3 輸入、輸出延遲響應(yīng) 由

18、于由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，而且采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對(duì)輸入對(duì)輸入/輸出信號(hào)只在每個(gè)掃描周期的固定時(shí)間輸出信號(hào)只在每個(gè)掃描周期的固定時(shí)間集中輸入集中輸入/輸出，所以必然會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)相對(duì)輸出，所以必然會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)的滯后現(xiàn)象。輸入信號(hào)的滯后現(xiàn)象。 輸入輸入/輸出滯后響應(yīng)又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是輸出滯后響應(yīng)又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指指PLC的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化到它控制的有的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化到它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)間間隔。關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)間間隔。 它由它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)

19、間時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分三部分組成。組成。 PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章輸入、輸出延遲響應(yīng) 輸入電路濾波時(shí)間，它由輸入電路濾波時(shí)間，它由RC濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定。濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定。改變時(shí)間常數(shù)可調(diào)整輸入延遲時(shí)間。改變時(shí)間常數(shù)可調(diào)整輸入延遲時(shí)間。 PLC循環(huán)掃描的工作方式循環(huán)掃描的工作方式 用戶程序中語(yǔ)句的安排用戶程序中語(yǔ)句的安排 PLC對(duì)輸入采樣、輸出刷新的集中處理方式對(duì)輸入采樣、輸出刷新的集中處理方式 輸出電路的滯后時(shí)間，它與輸出電路的輸出方式有關(guān)。輸出電路的滯后時(shí)間，它與輸出電路的輸出方式有關(guān)。繼電器輸出方式的滯后時(shí)間為繼電器輸出方式的滯后時(shí)間為10

20、ms左右；雙向晶閘管輸出左右；雙向晶閘管輸出方式，在接通負(fù)載時(shí)滯后時(shí)間約為方式，在接通負(fù)載時(shí)滯后時(shí)間約為1ms，切斷負(fù)載時(shí)滯后，切斷負(fù)載時(shí)滯后時(shí)間小于時(shí)間小于10ms；晶體管輸出方式的滯后時(shí)間小于；晶體管輸出方式的滯后時(shí)間小于1ms。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章 程序語(yǔ)句安排對(duì)程序語(yǔ)句安排對(duì)I/O響應(yīng)時(shí)間的影響舉例響應(yīng)時(shí)間的影響舉例200000000001000200002000001001PLCSBKM1000000100101000COMCOMKM2當(dāng)當(dāng)SB閉合，經(jīng)過(guò)輸入濾波，設(shè)第一個(gè)掃描周期閉合，經(jīng)過(guò)輸入濾波，設(shè)第一個(gè)掃描周期I/O刷刷新時(shí)新時(shí) 00000的映像寄存器的映像

21、寄存器 ON。第一個(gè)掃描周期第一個(gè)掃描周期 結(jié)束時(shí)，結(jié)束時(shí)，01000為為OFF。01000只能在第二個(gè)掃描周期結(jié)束后才能只能在第二個(gè)掃描周期結(jié)束后才能ON。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章000002000020000010002000001001PLCSBKM1000000100101000COMCOMKM2當(dāng)當(dāng)SB閉合，經(jīng)過(guò)輸入濾波，設(shè)第一個(gè)掃描周期閉合，經(jīng)過(guò)輸入濾波，設(shè)第一個(gè)掃描周期 00000的映像寄存器的映像寄存器 ON。01000 在第一個(gè)掃描周期結(jié)束后就能在第一個(gè)掃描周期結(jié)束后就能ON 。續(xù)續(xù)如果將梯形圖的第一與第二梯級(jí)交換，如下圖：如果將梯形圖的第一與第二梯級(jí)交換，如下圖： 顯然，程序