PLC原理及應用(講義)上

1、第一章PLO論4第一節(jié).PLC的產生第二節(jié).PLC的定義及其術語5一. 定義二常用術語第三節(jié).PLC特點一. 可靠性高、抗干擾能力強 6二. 程序可變、具有柔性 7三. 編程簡單、使用方便 8四. 功能完善五. 組合靈活、擴充方便 6六. 減少了工作量 七. 體積小、重量輕、環(huán)境要求低 8八. 成本低、水平高第四節(jié).PLC的應用狀況和發(fā)展趨勢 一. 應用狀況二. 發(fā)展趨勢 1.Q第二章.PLC的組成及工作原理 .2.第一節(jié).PLC的組成1.2第二節(jié).PLC主要部件功能1.3一. CPU13二. 存儲器 錯誤.!未定義書簽。三. I/O部分1.5四. 編程工具2Q五. 電源2.第三節(jié).PLC的工

2、作原理22一. PLC的工作過程22二. 掃描周期的計算方法 23三. 系統(tǒng)響應時間24第四節(jié).OMRON C2QQH數(shù)據通道2.7.一. I/O繼電器區(qū)36二. 部輔助繼電器區(qū) (Internal Relay ) IR區(qū) 37三. 特殊繼電器區(qū) (Special Relay ) SR區(qū)38四. 暫存繼電器區(qū) （Temporary Relay ） TR區(qū) 4.Q五. 保持繼電器區(qū) （Holdi ng Relay ） HR區(qū)4Q六. 輔助存貯繼電器區(qū)（AuxiliaryRelay ） AR區(qū) 40.七. 繼電器區(qū)（LinkRelay ）LR 區(qū)40.八. 定時/計時繼電器區(qū)（Timer & Co

3、unter） TC區(qū) 40九. 數(shù)據存貯區(qū) （Data Memory ） DM區(qū)40.第三章.PLQ的基本指令錯誤.!未定義書簽。第一節(jié).編程語言簡介錯誤.!未定義書簽。一. 梯形圖錯誤.!未定義書簽。二. 助記符 錯誤.!未定義書簽。三. 布爾表達式 .錯誤.!未定義書簽。四. 功能塊圖 （Function block diagram ）錯誤!未定義書簽。五. 功能表圖 （Function chart ）錯逞.未定義書簽。六. 高級語言 錯誤.!.未定義書簽。第二節(jié).梯形圖使用的符號、概念及注意事項 錯誤!未定義書簽。一. 梯形圖中的符號、概念 錯誤.!未定義書簽。二. 梯形圖使用應注意事項

4、： 錯誤未定義書簽。第三節(jié).OMRON C2QQH指令系統(tǒng)錯誤.!未定義書簽。一. 分類及說明 .錯誤.!未定義書簽。二. 基本指令 錯.誤.!.未定義書簽。三. 常用指令（11條）錯誤.!未定義書簽。四. 數(shù)據傳送指令：錯誤未定義書簽。五. 比較指令（6條）錯謀.!未定義書簽。六. 數(shù)據轉換指令（16條）錯誤.!未定義書簽。七. 移位指令（16條）錯誤.!未定義書簽。八. 十進制數(shù)（BCD碼）運算指令（28條）錯誤.!未定義書簽。九. 二進制運算指令 （8條）錯誤.!未定義書簽。十.邏輯運算指令（1Q條）錯誤.!未定義書簽。十一.子程序指令 （5條）錯誤未定義書簽。十二.特殊指令 錯誤.!未

5、定義書簽。第四章.PLC應用實例錯誤未定義書簽。第五章.PLC程序設計的功能表圖方法 錯誤!未定義書簽。第一節(jié).概 述錯誤.未定義書簽。第二節(jié).功能表圖的基本概念.錯誤.!未定義書簽。一. 步錯誤.!未定義書簽。二. 有向線和轉移 錯誤.!未定義書簽。三. 功能表圖的構成規(guī)則 錯誤.!未定義書簽。四. 功能表圖的基本形式 錯誤.!未定義書簽。第三節(jié)用梯形圖實現(xiàn)功能表圖的程序設計 錯誤!未定義書簽。一. 步的進入 錯誤!未定義書簽。二. 步的退出 錯誤!未定義書簽。第六章.PLC應用中的若干問題 錯誤!未定義書簽。第一節(jié).PLC的使用及其型號選擇錯誤!未定義書簽。一. PLC型號的選擇 錯誤.!

6、未定義書簽。二. 開關量I/O模塊的選擇 錯誤!.未定義書簽。三. 編程手段的選擇錯誤未定義書簽。第二節(jié).降低PLC系統(tǒng)費用的方法錯誤!未定義書簽。一. 減少模塊的數(shù)量錯誤未定義書簽。二. 減少輸入點 錯誤!未定義書簽。三. 減少輸出點錯誤!未定義書簽。參考書： 錯誤未定義書簽。頁腳第一章.PLC概論可編程序控制器(Programmable Controller)簡稱PC,為了避免同個人計算機(Personal Computer，簡稱PC)混淆，現(xiàn)在一般將可編程序控制器簡稱為PLC(Programmable Logic Controller )。PLC從誕生至今已有30多年，發(fā)展勢頭異常迅猛，

7、已經成為當代工業(yè)自動化 領域中的支柱產品之一。特別是隨著計算機技術和通信技術的發(fā)展，PLC的應用領 域逐步擴大，應用前景十分看好。第一節(jié).PLC的產生傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)(特別是1969年以前，那時PLC還未出現(xiàn))中主要元件是各種各樣的繼電器，它 可以可靠且方便地組 成一個簡單的控制系統(tǒng)。例1-1 :但隨著社會的進 步，工業(yè)的發(fā)展，控 制對象越來越多，其 邏輯關系也越來越復 雜，用繼電器組成的 控制系統(tǒng)就會變得非SB1fpSB2riiKRKM NKM_KM-HL圖1-1電機控制常龐大，從而造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定和造價昂貴。主要表現(xiàn)在：當某個繼電器損壞、甚至繼電器的某觸點接觸不良都會影響系統(tǒng)的運行；繼電器本

8、身并不太貴，但控制柜元件的安裝和接線工作量極大，造成系統(tǒng)價格偏高；產品需要不斷地更 新?lián)Q代，生產設備的控制系統(tǒng)不斷地作相應的調整。但對龐大的系統(tǒng)而言，日常 維護已很難，再作調整難度更大鑒于以上問題，1968年美國通用汽車公司(General Motors)向傳統(tǒng)的繼電器控 制系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)：設想是否能用一種新型的控制器，弓I入這種控制器后可使龐 大的系統(tǒng)減小，并且能方便地進行修改、調整。按照這個宗旨，該公司向外公開招標，提出如下十大指標：.編程簡單，可在現(xiàn)場改程序；.維護方便，最好是插件式；.可靠性高于繼電器控制柜； .體積小于繼電器控制柜； .成本低于繼電器控制柜；.可將數(shù)據直接輸入計算機；

9、.輸入可以是市電（AC110V）;.控制程序容量 4KB; .輸出可驅動市電2A以下的負荷，能直接驅動電磁閥； .擴展時，原有的系統(tǒng)僅作少許更改。這次招標引起了工業(yè)界的密切注視，吸引了不少大公司前來投標，最后DEC公司一舉中標，并于1969年研制成功第一臺PLC,當時命名為PC（Programmable Logic Controller）。這臺PLC投運到汽車生產線后，取得了極為滿意的效果，引發(fā) 了效仿的熱潮，從此PLC技術得以迅猛的發(fā)展。第二節(jié).PLC的定義及其術語一. 定義嚴格地講，至今對PLC沒有最終的定義。國際電工委員會（IEC） 1985年在可編程序控制器標準草案（第二稿）中作了 如

10、下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境條件 下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控 制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出， 控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備都應按易于使工 業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴充其功能的原則設計?！泵绹姎庵圃靺f(xié)會（NEMA） 1987年作的定義如下：“它是一種帶有指令存儲 器、數(shù)字或模擬I/O接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和算術 運算功能，用于控制機器或生產過程的自動控制裝置?！盜EC（國際電工委員會）在標準草案中，將這種裝置定義為可

11、編程序控制器 （Programmable Controller），簡稱PC。為了避免同個人計算機混淆，現(xiàn)在一般將 可編程序控制器簡稱 PLC （Programmable Logic Controller ）二. 常用術語1點數(shù)（I/O Points）指能夠輸入/輸出開關量、模擬量的總個數(shù)。一般是 4 或8的倍數(shù)。2掃描周期 是指PLC執(zhí)行系統(tǒng)監(jiān)控程序、用戶程序、I/O刷新一次所用的時間。它直接反映PLC的響應速度，因此是PLC的重要指標之一，其單位是 ms/kw (kb)3梯形圖 梯形圖是PLC用戶編程時最常用的一種圖形編程方法， 是表示I/O點之間邏輯關系的一種圖 常相似，其目的是為了讓 工

12、廠技術人員不必懂計 算機，就可使用（設計、 閱讀）它，例如圖1-2 :它實質上是變相的繼電器控制邏輯圖，形式和規(guī)非丄SB1X1Y0rq-i SB27X2T-f KrI7 1X3Y1HL1XKA1X0 X2 IH-HF 阿X3 Y0HI_O-Y1O-圖1-2梯形圖是因為它具有如下特點:第三節(jié).PLC特點1 .可靠性高、抗干擾能力強5、組合靈活、擴充方便2 .程序可變、具有柔性6、減少了工作量3 .編程簡單、使用方便7、體積小、重量輕、環(huán)境要求低4 .功能完善8、成本低、水平咼PLC之所以能適應工業(yè)環(huán)境，并能夠得以迅猛的發(fā)展,可靠性高、抗干擾能力強據有關資料稱：“到目前為止沒有任何一種工業(yè)控制設備

13、可達到PLC的可靠性”?？刂葡到y(tǒng)在使用時發(fā)生故障，絕大多數(shù)是由PLC外的開關、傳感器、執(zhí)行器引 起的，而不是PLC本身。若是PLC,多數(shù)是使用、設計不當引起的。誘發(fā)電子設備故障的原因大概有如下幾種：廣電磁干擾輻射干擾外部彳由I/O線、電源線等引入的干擾設備故障原 因環(huán)境、溫度、灰塵、有害氣體的影響I振動、沖擊引起的器件損壞等元器件的老化、失效存儲器信息的丟失、出錯i內部“程序錯誤I運行進入死循環(huán)針對以上故障原因，PLC在硬、軟件兩方面采取了相應的解決方法，使其可靠 性大為提高，PLC本身發(fā)生故障的概率極小。1. 硬件(1) 常規(guī)手段 選用優(yōu)質元器件，設計合理的系統(tǒng)結構，實施加固使其易于抗沖 擊

14、，印制板的設計加工和焊接工藝嚴格規(guī)。(2) 隔離 所有I/O電路一律采用光電器件進行隔離，使外無電氣回路的聯(lián)接點 (電浮空)，這樣可以抗電干擾。(3) 濾波 對供電系統(tǒng)及輸入回路采用模擬量濾波(如 LC、n型濾波網絡),再加 上數(shù)字濾波，以消除或抑制高頻干擾。屏蔽 采用導電、導磁性能良好的材料進行屏蔽，以防電磁波輻射的干擾。(5) 增強電源的適應性 PLC的供電系統(tǒng)(部為DC)采用開關電源，并用集成電壓 調整器進行調整，使之適應電網電壓較寬圍的波動。(6) 采用模塊式結構 一旦某模塊有故障，能迅速更換，使系統(tǒng)停用時間減到最 低程度。2. 軟件(1) 設置警戒時鐘 WDT (看門狗)PLC在正常

15、的運行程序中對 WDT定時復 位，若超過了 WDT規(guī)定的時間，WDT會發(fā)出報警信號，并強制系統(tǒng)CPU復位, 使之走入正常的運行程序。(2) 系統(tǒng)軟件對用戶軟件自動進行檢查能對用戶程序進行查錯、報錯，使 用戶程序無語法、結構性錯誤，錯誤的程序或參數(shù)得不到運行。(3) 掉電保護 對RAM區(qū)用后備電池或蓄能電容，掉電時使RAM繼續(xù)有電， 保證用戶程序運行的狀態(tài)信息和中間數(shù)據不會丟失。(4) 自檢 系統(tǒng)程序中有對CPU及外圍器件自動檢測的功能，一旦出錯，立 即報警。二.程序可變、具有柔性生產工藝或設備改變后，在原設計的 PLC功能備用量夠用的情況下，可不變 PLC的硬件，只要改編控制程序即可。這點就充

16、分體現(xiàn)了 PLC具有繼電器控制系統(tǒng)所不具備和無可比擬的優(yōu)點。故 PLC除應用于單機控制外，還在柔性制造單元 (FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMC)、工廠 自動化(FA)中被大量采用。三. 編程簡單、使用方便PLC采用與繼電器控制邏輯圖非常接近的“梯形圖”進行編程，這種編程方法既 具備傳統(tǒng)控制線路的易懂易編，清晰直觀優(yōu)點，又顧及了多數(shù)電氣技術人員的讀 圖習慣和微機應用水平，易于被大眾接受，因此受到普遍歡迎，這種面向生產的 編程方法與目前微機控制中常用的匯編語言或高級語言編程相比，其優(yōu)點是顯而 易見的。為進一步優(yōu)化編程，PLC還針對實際問題設計了諸如步進順控指令、移位指令、 鼓形控制器等功能性指令，減

17、少編程工作量，加快了開發(fā)速度。四. 功能完善現(xiàn)代的PLC還具有數(shù)字量及模擬量的輸入輸出、邏輯和算術運算、定時、計數(shù)、 順序檢測、功率驅動、聯(lián)網通信、人機對話、自檢、記錄和顯示等功能，使控制 系統(tǒng)的水平大大提高，功能更加完善。五. 組合靈活、擴充方便PLC除摸塊化外，還具有各種擴充單元，I/O點數(shù)及各種I/O方式、I/O量均 可選擇，可以方便地適應不同的控制對象。六. 減少了工作量由于PLC是采用軟件編程來實現(xiàn)控制功能的，而繼電器控制采用硬接線來實 現(xiàn)。這就減少了設計、施工的工作量。同時，PLC能事先進行摸擬調試并且具有很 強的監(jiān)視功能，所以系統(tǒng)的調試、檢修、維護的工作量得到大大地減少。七. 體

18、積小、重量輕、環(huán)境要求低由于PLC是專為工控而設計的專用計算機，所以其結構緊密、堅固、體積小 巧、功能齊全，能直接投運在惡劣的工作環(huán)境。一般PLC的功能若用繼電器來實現(xiàn)，需用3至4個1.8m高的大繼電器控制柜。八. 成本低、水平高1. 由于PLC功能的強大（一臺PLC相當于3至4個大控制柜），使得控制系 統(tǒng)的直接費用大量降低。2. 由于PLC具有易修改性、高可靠性、易擴展性、易維護性，大大降低了 日常運行的檢修、維修工作量，降低了今后改造的成本。3. 由于PLC安裝調試方便，開發(fā)、調試周期短，從而降低了設計、開發(fā)、 安裝、調試的工作量，故減少了工資費用。4. 由于PLC靠軟件編程實現(xiàn)控制功能，

19、硬件及其備件均具有通用性，也減 少了采購的時間和費用。5. 由于體積小、功能強，所以占地少、耗電?。▋H為繼電器柜的幾十分之一）， 每年節(jié)省的電費就可將投資收回。6. 由于PLC實質上是一種專用工控計算機，實現(xiàn)了智能控制，從而使得控 制水平上了新臺階，并且具有聯(lián)網功能，很易構成綜合控制系統(tǒng)。第四節(jié).PLC的應用狀況和發(fā)展趨勢應用狀況PLC自問世以來，經30多年的發(fā)展，在工業(yè)發(fā)達（如美、日、德等）已成為重要 的產業(yè)之一，生產廠家不斷涌現(xiàn)，PLC的品種多達幾百種。國應用始于80年代。一些大中型工程項目引進的生產流水線上采用了 PLC控制系統(tǒng)，使用后取得了明顯的經濟效益，從而促進了國PLC的發(fā)展和應用

20、。目前國PLC的應用已取得了許多成功的經驗和成果，證明了 PLC是大有發(fā)展前途的工 業(yè)控制裝置，它與 DCS SCADA、計算機網絡系統(tǒng)相互集成、互相補充而形成的 綜合系統(tǒng)將得到更加廣泛的應用。我國PLC的生產廠家主要是80年代涌現(xiàn)出來的，靠技術引進、轉讓、合資等 方式進行生產，目前約有十幾家，生產的 天津中環(huán)自動化儀表公司 上屋電器有限公司 機床電器廠 組合機床研究所 上海國際程控公司 通靈控制電腦公司 機床電器廠DKK、E、PLC型號主要有：DJK-84 ;華光電子工業(yè)有限公司 C F系列；北京樁樹電子儀表廠 D系列；上海電力電子設備廠 S系列；機械部北京自動化所 EM、H系列；上海工業(yè)自

21、動化研究所HZK系列；電子計算機廠CYK系列KCK系列； BCM-PIC ; KKI-IC ;MPC、KB 系列；TCMS-300/D ;YZ系列；此外還有聯(lián)想計算機集團公司、中科院自動化所、上海機床電器廠、儀表十五 廠、春海電子設備廠、科用開發(fā)公司、北京恒達機電技術發(fā)展公司、上海香島斯 邁克有限公司，無線電二廠，A-B公司等也生產PLCo由上可看出國產PLC的品種只有二十多種，主要集中在小型 PLC品種上（中 型PLC的生產較少，大型的更少），生產和銷售規(guī)模均不大。目前國產 PLC的質量 和技術性能與發(fā)達相比還有較大的差距，遠不能滿足國日益增長的市場需要，故 須依賴進口，尤其是大中型 PLC

22、,更是清一色的國外產品。國流行的PLC多是國外產品，主要有：日本：立石(OMRON)、三菱、日立、夏普、松下、東芝、富士、安川、橫河、光洋(Koyo)等公司美國：AB(Allen Bradley)、GM(Gould Modicon)、GE(GE-Fanuc、Square D、西屋(Westing House)、TI儀器(Texasnstruments德洲儀器)等公司 德國：西門子(Siemens)、 BBC、AEG等公司法國：TE (Telemecanique)公司等其中美國的 A-B(Allen-Bradley)、GE-Fanuc、 Modicon，德國的西門子 (Siemens),法國的T

23、E(Telemecanique),日本的三菱、立石(OMRON)等7家公司， 在所有PLC制造廠中占有主導地位。這7家公司占有著全世界PLC市場80%以上 的份額，他們的系列產品有其技術廣度和深度， 從售價為100美元左右的微型PLC 到有數(shù)千個I/O點的大型PLC應有盡有。小型PLC日本各廠家占領的市場份額最大，其結構型式的優(yōu)點也較為突出，故 其他小型PLC的結構形式也都向日本看齊。大、中型 PLC市場份額的90%一直被 美、日、歐三家占領，具有三足鼎立之勢，近年來日本稍有頹勢。二.發(fā)展趨勢1. 結構微型化、模塊化自73年微處理機芯片(CPU)問世以后，為計算機應用產品(PLC也屬其中之一)

24、 微型化創(chuàng)造了條件，一般小型的PLC產品只有32K 16K書這么大小(高度510mm)。一般小型PLC整體式的較多，但功能較多的小型機，結構型式大多采用 模塊式，以便使用戶有更多的選擇余地，配置成性能比較高的控制系統(tǒng)。大、中型PLC幾乎全部采用模塊結構。采用模塊式結構可讓用戶各取所需， 減 少投資費用。2. 功能全面化、標準化在PLC發(fā)展的初期，PLC只具有開關量的I/O、定時、計數(shù)、順序控制等功能， 之后又增加了模擬量的I/O、PID調節(jié)、信號調制、數(shù)字量的I/O、通迅、高速計 數(shù)器等功能模塊，現(xiàn)代PLC能完成CNC過程控制、集散控制器柔性制造單元等各 種控制系統(tǒng)所能完成的功能。它大大加強了

25、數(shù)學運算、數(shù)據處理圖形顯示、聯(lián)網 通信等功能，使PLC向IPC方向滲透和發(fā)展。功能標準化后，使用同一系列的產品(甚至不同廠家、不同系列的PLC均能選 用同一功能的PLC模塊。3. 產品系列化一家PLC生產公司往往以統(tǒng)一的設計思想，設計其系列產品，在系列產品中， I/O模塊和各種功能摸塊的接口功能是統(tǒng)一的，但有各種規(guī)格，可任意選擇、組合，構成小型、中型或大型（小到幾點，大到上萬點）規(guī)模的控制系統(tǒng)。編程器、軟件、 指令是兼容的，也有不同規(guī)格、型號可選。4. 大容量化、高速化IC及CPU技術的發(fā)展為PLC的大容量化、高速化創(chuàng)造了條件，現(xiàn)代大型 PLC 存儲器容量大到數(shù)兆， 控制程序達到數(shù)萬步，梯形圖

26、的掃描速度可達 0.1ms/kw 的數(shù)量級，速度上比許多 DCS分散型控制系統(tǒng)）快數(shù)十倍。大容量及高速化的PLC為加工機具的精確定位、機床速度的精確調節(jié)、閥門的 靈活控制以及PID過程控制等提供了更好的手段。5. 模塊化、模塊智能化大中型PLC幾乎全用模塊式結構，功能較多的小型 PLC也采用模塊式結構， 因為這種結構最大的優(yōu)點是可讓用戶按需組合，避免功能資源的浪費，使控制系 統(tǒng)的成本最小化，實現(xiàn)性價比最優(yōu)。I/O模塊的點數(shù)逐漸增多，小型機大多采用4、 8及16點，大、中型機多采用64、32及16點。模塊智能化，就是模塊的本身具有 CPU,能獨立工作，它們與主 CPU模塊并 列運行，緊密結合，有

27、助于克服 PLC掃描算法上的局限性，使其在速度、精度、 適應性、可靠性等各方面均更勝一籌，完成以前 PLC本身無法完成的許多功能。6. 通迅化、網絡化現(xiàn)代工業(yè)生產規(guī)模大、控制復雜、被控對象分布廣且具有一定的空間距離， 因此要有許多PLC或其它控制器來分區(qū)控制，往往還有上位機對他們進行統(tǒng)一管 理，以協(xié)調全廠的生產，這就需要各級控制器之間以及與上位機之間具有通訊手 段，實現(xiàn)信息交流?，F(xiàn)代的PLC機大多具有標準通訊接口（例如RS-232C、422、485、ProfiBus、以 太網等），具有通迅聯(lián)網功能。通過電纜或光纖，信息傳送距離可達幾十公里，聯(lián) 網后，各控制器形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)集散控制。各

28、公司都有自己的專用通訊網絡， 造成了各家PLC之間的通迅困難，但是它們 可以通過主機與遵循標準通迅協(xié)議（如MAP網絡通迅協(xié)議）的網絡聯(lián)網。7. 編程語言化梯形圖編程固然方便直觀，但對復雜的控制領域編程則較煩瑣，因此對復雜的 應用場合需要高級的編程工具，當代 PLC已發(fā)展出了許多編程語言，如面向順序 控制的步進順控語言，面向過程控制的流程圖語言 （它能表示過程中動態(tài)變量與信號的相互聯(lián)接）。還有用高級語言BASIS PASCAL C語言編程的。8. 增強外部故障檢測能力據分析，PLC控制系統(tǒng)的故障中：部故障占20%（其中CPU板占5% I/O板占15%,外部故障（非PLC）占 80%其中：傳感器占

29、45%執(zhí)行器占30% 接線 占5%除了部故障可通過PLC的軟、硬件自動檢測以外，其余 80%都不能通過自診 斷查出，因此，檢測外部故障的功能是很有價值的發(fā)展方向。第二章.PLC的組成及工作原理第一節(jié).PLC的組成PLC由三個基本部分組成：輸入部分、邏輯處理部分、輸出部分?；窘Y構示KA1邏輯處理PLC的基本組成框圖輸 入 接 口圖2-1意圖參見圖2-1所示。I ! il二 SBRt4輸入部分是指各類按鈕、行程開關、傳感器等接口電路，它收集并保存來自被 控對象的各種開關量、模擬量信息和來自操作臺的命令信息等。邏輯處理部分用于處理輸入部分取得的信息，按一定的邏輯關系進行運算， 并把運算結果以某種形

30、式輸出。輸出部分是指驅動各種電磁線圈、交/直流接觸器、信號指示燈等執(zhí)行元件的接口電路，它向被控對象提供動作信息。為了使用方便，PLC還常配套有編程器等外部設備，它們可以通過總線或標準 接口與PLC連接，圖2-2為一般PLC組成系統(tǒng)的原理框圖。（由圖2-2可看出，PLC 的組成結構和計算機差不多，故 PLC可看成用于工業(yè)控制的專用計算機）第二節(jié).PLC主要部件功能CPUCPU是PLC的核心部件之一，它的主要功能有： 采集輸入信號；執(zhí)行用戶程序；刷新系統(tǒng)輸出；執(zhí)行管理和診斷程序；與外界通信。PLC常用的CPU芯片主要有：1. 通用微處理器如 INTEL （8080、8085、8086、8088,

31、80386、80486、80586）、Zilog （Z80、 Z8000）、Motorola （6800、6809、68000）等。通用微處理器芯片的通用性強、 價格便宜、貨源充足。2. 單片微處理器如INTEL （8031、8039、8049、8051、8089）,單片微處理器又叫單片機，它 將ROM、RAM、接口電路、時鐘電路、串行口甚至 A/D都集成在一個很小的芯片 上，自成一個小的微處理機系統(tǒng)；另外，單片機有大量的位尋址單元和豐富的位 操作指令，它為PLC在位處理方面提供了最佳的功能和速度，所以特別適用于PLC; 此外，單片機集成度高、體積小、通用性強、價格低、可擴充性好、貨源足。3.

32、 位片式微處理器女口 AMD （2900、2901、2903、N8 X300）,位片式微處理器是獨立于微型機 的另一分支，因為它采用雙極型工藝，所以比一般的MOS型微機處理器在速度上要快一個數(shù)量級。上述兩種微處理器的字長、結構、指令系統(tǒng)是固定的，而位片 機是具有CPU的一切必要附件（如寄存器、算術邏輯部件 ALU等），位片的寬度有 2、4、8位幾種，用幾個位片機級聯(lián)，可組成任意字長的微處理器。還可通過改變 微程序存儲器的容來改變機器的指令系統(tǒng)（即指令系統(tǒng)對用戶開放）；位片式結構可 使用多個微處理器，將任務分成幾個部分讓其并行處理，即重疊操作，這樣能更 有效地發(fā)揮其快速的特點；其缺點是：集成度低

33、，用的芯片較多，功耗也較大。目前小型 PLC一般采用 8 位 CPU 如：8080、8085、Z80、6800、MCS48、51 系列，而大、中型PLC常采用位片式微處理器、16/32位通用微處理器。二.存儲器存儲器是保存系統(tǒng)程序、用戶程序、中間運算結果的器件，據其在系統(tǒng)中的作 用，可將它們分為下列4種：系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器、數(shù)據表存儲器、 高速暫存存儲器。1. 系統(tǒng)程序存儲器系統(tǒng)程序存儲器用來存放 PLC的監(jiān)控程序，可分為：系統(tǒng)管理程序、命令解 釋程序、故障檢測、診斷程序、通信程序。系統(tǒng)程序由PLC廠家設計，并固化在ROM / PROM / EPROM存儲器中，用戶不必對它作細致的

34、了解，更不能改變它。2. 用戶程序存儲器用戶程序存儲器用來存放用戶編制的控制程序。PLC術語中講的存儲器容量及型式就是指的用戶程序存儲器。常用的用戶存儲器型式有：EPROM E2ROM、帶掉電保護的RAM等。EPRO M作程序存儲器的優(yōu)點是：寫入程序不會因停電而丟失，但其成本較高， 主要體現(xiàn)在兩個方面：1）調試時仍要用RAM作程序存儲器，而且最好用帶電容/電池后備的RAM, 這樣用戶實質上是購了兩套用戶程序存儲器。2）對許多PLC而言，往往還要另外配套購置專用的 EPROM寫入裝置和擦除 裝置。EROM是非易失性的且可電擦除的存儲器，它兼有 ROM的非易失性和RAM 隨機存取之優(yōu)點，它的寫入或

35、擦除不需特殊裝置，用它作用戶程序存儲器，在程 序調試階段，可用編程器直接修改程序，程序確定下來投入運行后。這是它的優(yōu) 越之處，不足的是，它的寫入時間較長（約為ms級），但對手工輸入或修改程序而 言，這點是不成問題的。一般而言，用戶的控制程序必須經過多次的調試和修改才能確定下來，據此特 點，在控制程序沒確定以前，常先采用帶掉電保護的 RAM作用戶程序存儲器，待 程序確定后，再由廠家提供的 EPROM寫入器將程序固化到 EPROM中，并將該 EPROM插入PLC中運行。EPROM插入PLC后，PLC則運行EPROM中的用戶程序， 若沒EPROM插入，PLC則運行RAM區(qū)中的用戶程序。許多用戶用掉電

36、保護的RAM 作用戶程序存儲器，因為它比另兩種價格便宜，一旦電源停電，靠后備電池/電容可以保存RAM中的程序數(shù)年/數(shù)十天，只要做到停電時間不超過這期限即可。 這點對于一般的工礦企業(yè)而言是容易做到的。例如：OMRON 公司的 C200H-MR431/831 是全電池后備 RAM 存儲器， C200H-MR431 / 831是電容后備RAM存儲器，它們在25C的壞境下，可以保存 程序的時間分別是23年、20天。3. 數(shù)據表存儲器 （I/O映像存儲器）數(shù)據表存儲器用來存放開關量I/O狀態(tài)表，定時器、計算器的預置值表，模擬 量I/O數(shù)值等。4. 高速暫存儲器高速暫存儲器主要存放運算的中間結果，統(tǒng)計數(shù)據

37、、故障診斷的標志位等。其中，3、4兩類存儲器，常用RAM,這其中部分或全部有后備電源。三.I/O部分PLC的I/O部分，因用戶的需求不同有各種不同的組合方式，通常以模塊的形式供應，般可分為：開關量I/O模塊模擬量I/O模塊數(shù)字量I/O模塊（包括TTL電平I/0模塊、撥碼開關輸入模塊、LED/LCD/CRT顯示控制模塊、打印機控制模塊）高速計數(shù)模塊精確定時模塊快速響應模塊中斷控制模塊PID模塊位置控制模塊軸向定位模塊(11)通信模塊。1 .開關量I/O模塊（部分）開關量輸入模塊（部分）的作用是接收現(xiàn)場設備的狀態(tài)信號、控制命令等，如 限位開關、操作按鈕等，并且將此開關量信號轉換成CPU能接收和處理

38、的數(shù)字量信號。開關量輸出模塊（部分）的作用是將經過CPU處理過的結果轉換成開關量信號 送到被控設備的控制回路去，以驅動閥門執(zhí)行器、電動機的啟動器和燈光顯示等 設備。開關量I/O模塊（部分）的信號僅有通、斷兩種狀態(tài)，各I/O點的通/斷狀態(tài)用發(fā) 光二極管在面板上顯示。輸入電壓等級通常有DC （5V、12V、24V、48V）或AC（24V、120V、220V）等。每個模塊可能有4、8、12、16、24、32、64點，外部引線連接在模塊面板的 接線端子上，有些模塊使用插座型端子板，在不拆去外部連線的情況下，可迅速 地更換模塊，便于安裝、檢修。（1）開關量輸入模塊按與外部接線對電源的要求不同，開關量輸入

39、模塊可分為AC輸入，DC輸入，無壓接點輸入，AC/DC輸入等幾種型式，參見圖2-3。每個輸入點均有濾波網絡、LED顯示器、光電隔離管。從圖2-3 ?中可以看出無壓接點輸入是開關觸點直接接在公共點和輸入端，不 另外接電源，電源由部電路提供（公共點有、之分，圖2-3?中為）。ininin(COMAri(a) AC220V 輸入(IA222)內部電路inAC220VCOMDC24VCOMinin 0O.Oluf 土3K Q1.8K Q(b) DC24V 輸入(ID212)內部電路DC24V內部電源3K Q（c） 無壓接點輸入 （ID001）輸入電路 inin二 G AC/DC24VCOM(d) AC

40、/DC24V 輸入(ID212)輸入電路圖2-3開關量輸入模塊的幾種型式輸入模塊的主要技術指標有： 輸入電壓：指PLC外接電源的電壓值。 輸入點數(shù)：指輸入模塊開關量輸入的個數(shù)。 AC頻率：指輸入電壓的工作頻率，一般為 5060Hz。 輸入電流：指開關閉合時，流入模塊的電流。一般為 510mA。 輸入阻抗：指輸入電路的等效阻抗。 ON電壓：指邏輯“1”之電壓值，開關接通時為1”。 OFF電壓：指邏輯“0”之電壓值，開關斷開時為0”。 OFiON的響應時間，指開關由斷-通時，導致部邏輯電路由“0”“的變化時間。 ON-OFF的響應時間，指開關由通-斷時，導致部邏輯電路由“ 1”-0”的變化時間。

41、部功耗：指整個模塊所消耗的最大功率。(2)開關量輸出模塊：(a)繼電器輸出開關量輸出通常有3種型式： 繼電器輸出 晶體管輸出 可控硅輸出。每個輸出點均有LED發(fā)光管、隔離元件 (光電管/繼電器)、功率驅動元件和輸出保 護電路，見圖2-4。罕，4呼O.Oluf負載圖a為繼電器輸出電路，繼電器同時起 隔離和功放的作用；與觸點并聯(lián)的R、C和壓 敏電阻在觸點斷開時起消弧作用。圖b為晶體管輸出電路，大功率晶體管 的飽和導通/截止相當于觸點的通 /斷； 穩(wěn)壓管用來抑制過電壓，起保護晶體管作用。圖c為可控硅輸出電路，光電可控硅， 起隔離、功放作用；R、C和壓敏電阻用來抑制SSR關斷時產生的過電壓和外部浪涌電

42、 流。輸出模塊最大通斷電流的能力大小依次 為繼電器、可控硅、晶體管。而通斷響應時 間的快慢則剛好相反。使用時應據以上特性(c) SSR/可控硅輸出圖2-4開關量輸出模塊型式選擇不同的輸出型式。輸出模塊的主要技術指標有： 工作電壓：指輸出觸點所能承受的外部負載電壓。 最大通斷能力：指輸出觸點在一定的電 壓下，能通過的最大電流，一般給出的電壓等級有 AC120V、AC220V、AC / DC24V 漏電流：指當輸出點斷開時(邏輯O”觸點所流過的最大電流。此參數(shù)主要 針對晶體管、可控硅型輸出模塊，無保護電路的繼電器輸出模塊漏電流為0，有保護電路的繼電器輸出模塊為12mA。 接通壓降：指當輸出點接通時

43、（邏輯1 ”，觸點兩端的壓降 回路數(shù)：等于公共點的個數(shù)。獨立式模塊，等于輸出點數(shù)。 OFiON響應時間：同輸入模塊。 ON - OFF響應時間：同輸入模塊。 部功耗同輸入模塊。11COM（a）匯點式輸出模塊按外部接線方式分有： 匯點式：輸出有1個公共點，各 輸出點屬同一個回路，共用1個電源。（b）獨立式圖2-5開關量輸出模塊接線方式 獨立式：輸出無公共點，各輸出 點回路不同，可以使用不同電壓等級的 電源。2 .模擬量I/O模塊模擬量I/O模塊常用的有：A/D、D/A、熱電偶/熱電阻輸入等幾種模塊。A/D 模塊是將傳感器測量的電流或電壓信號轉換成數(shù)字量給PLC的CPU處理；D/A模塊是將CPU處

44、理得到的數(shù)字量轉變?yōu)殡娏骰螂妷盒盘?；熱電?/熱電阻輸入模 塊，可以直接連接熱電偶/熱電阻等測溫傳感器，外部不需放大電路和線性化電 路，能自動進行冷端補償和調零，并且具有開路檢查、輸入越限報警功能，部有 A/D電路。模擬量I/O模塊的量程一般是IEC標準信號（0-5V、1-5 V、0-10V、10mA、 4-20mA 等）。也有雙極性信號（如 50mv、5v、10v、10mv、20mA 等）。A/D、 D/A的轉換位數(shù)通常為 8 10、12、16位，并且在數(shù)字量I/O處用光電管將PLC 的部核心電路與外圍接口電路隔離。3 .數(shù)字量I/O模塊常用的有TTL電平I/O模塊、撥碼開關輸入模塊、LED

45、/LCD/CRT顯示控制模 塊、打印機控制模塊等。TTL電平I/O模塊是將外圍設備輸入的TTL電平數(shù)據進行處理，或將處理的結 果以TTL電平形式輸出給外圍設備進行控制、執(zhí)行。撥碼開關輸入模塊是TTL電平輸入，專用于BCD撥碼開關的輸入模塊，用來 輸入若干組撥碼開關的 BCD碼，有若干個輸入地址選擇信號輸出，某位（十進制） 選擇信號有效時，讀入相應位的 BCD碼信息。LED / LCD / CRT顯示控制模塊是 TTL電平輸出，專用于 LED / LCD / CRT等顯 示設備的輸入模塊，有相應的控制信號輸入/輸出，能直接驅動LED數(shù)碼管、液 晶顯示器、CRT顯示器等。打印機控制模塊是專用于通用

46、打印機的接口模塊，是TTL電平的并行接口，除并行輸出的數(shù)據信息外還有相應的I/O控制信號（有的PLC采用串行接口或編程器 上的接口與打印機連接）。4. 高速計數(shù)模塊高速計數(shù)模塊是工控中最常用的智能模塊之一，過程控制中有些脈沖變量（如旋轉編碼器、數(shù)字碼盤、電子開關等輸出的信號）的變化速度很高（可達幾十KHZ、 幾MHZ），已小于PLC的掃描周期，對這類脈沖信號若用程序中的計數(shù)器計數(shù)，因受掃描周期的限制，會丟失部分脈沖信號。因此使用智能的高速計數(shù)模塊，可使 計數(shù)過程脫離PLC而獨立工作，這一過程與 PLC的掃描過程無關，可準確計數(shù)。 PLC可通過程序對它設定計數(shù)預置值， 并可控制計數(shù)過程的啟、停。

47、計數(shù)器的當前 值等于、大于預置值時，均有開關量輸出給PLC, PLC得到此信號后便可進行相應 的控制。5. 精確定時模塊精確定時模塊是智能模塊，能脫離 PLC進行精確的定時，定時時間到后會給 出信號讓PLC檢測。例如：OMRON的模擬定時單元C200H-TM001提供4個精 確定時器，可通過 DIP開關設定成0.11S、110S 1060S 110mm，定時 值可通過/外可調電阻進行設定。6. 快速響應模塊PLC的輸入/輸出量之間存在著因掃描工作方式而引起的延遲，最大延遲時 間可達2個掃描周期，這使PLC對很窄的輸入脈沖難以監(jiān)控?？焖夙憫K則可 檢測到窄脈沖，它的輸出與 PLC的掃描工作無關

48、，而由輸入信號直接控制，同時 它的輸出還受用戶程序的控制。7. 中斷控制模塊它適用于要求快速響應的控制系統(tǒng)，接收到中斷信號后，暫停正在運行的PLC用戶程序，運行相應的中斷子程序，執(zhí)行完后再返回來繼續(xù)運行用戶程序。8. PID調節(jié)模塊過程控制常采用PID控制方式，PID調節(jié)模塊是一種智能模塊，它可脫離 PLC 獨立執(zhí)行PID調節(jié)功能，實際上可看成1臺或多臺PID調節(jié)器，P、I、D參數(shù)可調。通常的輸入信號種類是：直流電壓 （0-10v / 1-5v）、直流電流（0-10mA / 4-20mA）、熱電偶/熱電阻、脈沖/頻率以及有控制作用的開關量I/O。9. 位置控制模塊位置控制模塊是用來控制物體的位

49、置、速度、加速度的智能模塊，可以控制 直線運動（單軸）、平面運動（雙軸）、甚至更復雜的運動（多軸）。位置控制一般采用閉環(huán)控制，常用的驅動裝置是伺服電機或步進電機、 模塊從 參數(shù)傳感器得到當前物體所處的位置，速度/加速度，并與設定值進行比較，比較 的結果再用來控制驅動裝置，使物體快進、慢進、快退，慢退、加速、減速、停 止等，實現(xiàn)定位控制。10 .軸向定位模塊軸向定位模塊是一種能準確地檢測出高速旋轉轉軸的角度位置，并根據不同的 角度位置控制開關ON/OFF（可以多個開關）。例如：美國三菱公司的F2-32RM型凸輪控制器，它可準確檢測出720 度/轉角 位置信號，同時控制32個開關ON/OFF。允許

50、最高轉速是：1方式時為830rpm , 0.5方式時為415 rpm。它實質上很象一種機械凸輪：共有 32個凸輪盤，每輪可多至360齒。11.通信模塊通信模塊大多是帶CPU的智能模塊，用來實現(xiàn)PLC與上位機、下位機或同級 的其它智能控制設備通信，常用通信接口標準有RS-232C、RS422、RS-485、ProfiBus、以太網等幾種。四.編程工具編程工具是一種人機對話設備，用戶用它來輸入、檢查、修改、調試PLC的用戶程序，它還可用來監(jiān)視 PLC的運行情況。PLC投入正常運行后，通常不要編程工具一起投入運行，因此，編程器都是獨 立設計的，而且是專用的，PLC生產廠家提供的專用編程器只能用在自己

51、廠生產的 某些型號的PLG專用編程器分為簡易編程器和圖形編程器。1. 簡易編程器它類似于計算器，上面有命令鍵、數(shù)字鍵、功能鍵及LED顯示器/ LCD顯示屏。使用時可直接插在PLC的編程器插座上，也可用電纜與 PLC相連。調試完畢 后，或取下或將它安在 PLC上一起投入運行。用簡易的編程器輸入程序時，先將 梯形圖程序轉換為指令表程序，再用鍵盤將指令程序打入PLCo2. 圖形編程器常用的圖形編程器是液晶顯示圖形編程器 （手持式的），它有一個大型的點陣式 液晶顯示屏。除具有簡易型的功能外，還具有可以直接打入和編輯梯形圖程序， 使用起來更方便，直觀。但它的價格較高，操作也較復雜。也有用CRT作顯示器

52、的臺式圖形編程器，它實質是一臺專用計算機，它的功能更強，使用更方便，但 價格也十分昂貴。3. 用專用編程軟件在個人計算機（PC）上實現(xiàn)編程功能隨著PC的日益普及，最新發(fā)展趨勢是使用專用的編程軟件，在通用的PC上實現(xiàn)圖形編程器的功能。這一編程方法的最大特點是：充分利用PC機的軟、硬件資源（如：硬盤、打印及各種功能軟件），大大降低了編程器的成本，同時也大大增 強了編程器的功能，使用十分方便。一般的 PC添置一套專用的“編程軟件”后就可 進行編制、修改PLC的梯形圖程序，存貯、打印程序文件（清單），與PLC聯(lián)機調試 及系統(tǒng)仿真等。并且用戶程序可在 PC、PLC之間互傳。具有以上功能后，PLC的 程序

53、（特別是大型程序）編程、調試就顯得十分方便和輕松。五.電源電源是PLC最重要的部分之一，是正常工作的首要條件。當電網有強烈波動遭 強干擾時，輸出電壓要保持平穩(wěn)。因此在 PLC的電源中要加入許多穩(wěn)壓抗擾措施， 如浪涌吸收器、隔離變壓器、開關電源技術等。頁腳第三節(jié).PLC的工作原理與其它計算機系統(tǒng)一樣，PLC的CPU以分時操作方式處理各項任務，程序要 按指令逐條執(zhí)行，PLC的輸入、輸出就有時差。整個PLC的程序執(zhí)行時問有多長？ 輸入/輸出的響應時間有多大？我們要很好地應用 PLC,就必須對這些有清楚的 認識。PLC的工作過程PLC是采用循環(huán)掃描方式工作的，圖2-6為一般PLC的工作流程框圖:其循環(huán)

54、過程為：部處理通迅服務 輸入刷新執(zhí)行用戶程序輸出刷新。1 .部處理：CPU對PLC部的硬件作故障檢查，復位 WDT等。2. 通信服務：與外圍設備、編程器、網絡設備等進行通信。3. 輸入刷新：將接在輸入端子上傳感器、開關、按鈕等輸入元件狀態(tài)讀入，并保存在“輸入狀 態(tài)表”（I/O映像存儲器）中，給本掃描周期用戶程序運行時提供最新的輸入信號4. 執(zhí)行用戶程序：CPU逐條解釋并執(zhí)行用戶程序。根據I/O狀態(tài)表（屬數(shù)據表狀態(tài)存儲器）中ON / OFF信息，按用戶程序給定的邏輯關系運算，將運算結果寫入I/O狀態(tài)表。注意：“/O狀態(tài)表”這個概念，用戶程序中的部分輸入、輸出“元件”是它，但 它當前的狀態(tài)值和與它對應I/O端子上的元件之狀態(tài)不一定相同。（這點在學過I/O 響應時間之后就明白了）。5. 輸出刷新將 輸出狀態(tài)表” （I/O映像存儲器）中的容輸出到接口電路，以驅動輸出端子上 的輸出元件，實