第十二章 可编程控制器及其应用
可编程控制器的应用3
液体B和混合液体由电磁阀YV1、YV2、YV3控制。 具体要求如下：
1)初始状态: 当装置投入运行时,A﹑B阀门关闭,混合阀门打开20S,放空后关闭。 2)启动操作:
按SB1流入A；当液面到SL2动作→A关B打开。达SL1动作→B关 电机M得电1min后→混合阀打开→达SL3接通变为断开→经20S后 放空→开始下一周期。 3）停止操作
可编程控制器的应用
开关量、模拟量：所需内存字数=模拟I/O总点数×200 推荐经验计算公式: 存储器总字数=[(开关量I/O)×10+(模拟I/O)×150] ×1.25(余
量) 4、设计I/O连接图(分配I/O点)常开常闭触点的使用。 5、进行PLC程序设计,同时可进行控制台(柜)的设计和现场施工。
按SB2,在本周期结束后,停在原始状态上。
可编程控制器的应用
设计: 1、I/O连接图
2、梯形图
可编程控制器的应用
报警电路
可编程控制器的应用
高精度时钟
可编程控制器的应用
可编程控制器的应用
小车运动控制 控制要求： 小车处于后端，按下启动按钮，小车向前运行。压 下前限位开关，翻门打开，7s后小车向后运行，达到后端后压 下后限位开关，打开小车底门5s,完成一次动作。 要求：控制小车的运行，并具有以下几种方式：a：手动；b：
1）绘制控制系统流程图(简单的控制可省略) 2）梯形图设计（编写指令表） 3）键入程序 4）对程序进行调试和修改 5）编制技术文件(设计、计算书、产品说明书等) 6）交付使用
可编程控制器的应用
可编程控制器的应用
三、PLC系统设计的应用举例 混合液体控制装置 一、装置结构：
可编程控制器原理及应用
可编程控制器原理及应用可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是一种现代化的工业自动化设备，它由控制器主体、外部输入输出口及通信接口等部分组成，能够根据预先编写的程序进行逻辑运算、数据处理、控制输出等功能。
PLC的应用领域广泛，包括工业生产、建筑、交通、能源等各个行业，能够提高生产效率、降低成本、提高产品质量等，因此在工业自动化中起到了至关重要的作用。
PLC的原理是基于可编程逻辑控制的思想，它采用了数字逻辑电路和现代微处理器技术相结合的方式，能够根据内部编程和外部输入输出信号的状态进行运算和判断，并控制相应的输出信号。
PLC的编程语言多种多样，包括梯形图（Ladder Diagram）、指令列表（Statement List）、功能块图（Function Block Diagram）等，用户可以根据需要选择合适的编程方法。
PLC的应用具有以下特点：1.可靠性高：PLC采用数字化控制和可编程技术，相对于传统的电气控制设备更加可靠稳定，由于运算及控制过程都由单片机完成，因此不受外部环境的影响。
2.灵活性强：PLC具有较强的适应性，可以根据不同的控制要求进行编程和调整，能够针对不同的控制环节进行灵活的组合，方便用户根据实际情况进行应用。
3.扩展能力强：PLC的硬件结构和软件设计都具有良好的扩展性，可以满足用户日益增长的需求，比如增加输入输出点位、扩大存储容量等。
4.程序易于编写和修改：PLC的编程语言相对简单易懂，即使对于非专业人员来说也能进行简单的编程和修改。
PLC的应用非常广泛，几乎涵盖了所有工业领域。
以下是几个典型的应用案例：1.电力行业：PLC可用于发电厂的自动化控制，包括煤气轮机控制、燃煤锅炉控制、燃气轮机控制等，以提高发电效率和运行安全性。
2.制造业：PLC可用于各种生产制造过程的控制，如汽车生产线的控制、机械加工的控制、食品加工的控制等，以提高生产效率和产品质量。
《可编程控制器及应用》课程简介
可编程控制器及应用
(Programmab1eContro11erandApp1ication)
总学时：48学时理论：48学时实验（上机、实习等）：0学时
学分：3
课程主要内容：
《可编程控制器及应用》是计算机科学与技术专业的嵌入式技术应用方向一门应用性很强的专业必修课程。
本课程主要内容包括：可编程控制器的基本结构及工作原理，可编程控制器的工作特点及主要技术指标，可编程控制器助记符指令、梯形图的特点以及梯形图设计的基本原则，三菱FX2N系列P1C指令系统（基本逻辑指令、定时指令、计数及比较指令、数据块及数据传送指令、移位/循环、转换以及数学运算指令等），P1C通信的通信协议、P1C通信及P1C网络技术，P1C控制系统设计等。
先修课程：
《电工技术》、《数字电子技术》等。
适用专业：
计算机科学与技术
教材：
赵燕，周新建.《可编程控制器原理与应用》.北京：中国林业出版社，北京大学出版社，2006教学叁考书：
[1]李胜多，张还.《可编程控制器原理与应用实训》.北京：中国电力出版社，2010
[2]钟肇.《可编程控制器原理及应用》（第4版）.广州：华南理工大学出版社，2008
[3]宫淑贞，徐世许.《可编程控制器原理及应用》（第2版）.北京：人民邮电出版社2009
[4]日本三菱公司.《三菱FX系列可编程控制器编程手册》.2008。
可编程控制器原理及应用
可编程控制器原理及应用可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是一种数字式的、微型的、带有专用数字计算机特性的电子装置。
它具有自动化控制系统所需的输入输出接口、控制逻辑、计算处理和数据存储等功能。
可编程控制器可以广泛应用于工业自动化、机械设备、交通运输、建筑物控制、家庭自动化等领域。
本文将从可编程控制器的原理以及应用两个方面进行详细介绍。
一、可编程控制器的原理1.输入接口：可编程控制器通过输入接口将外部信号（例如传感器信号）转换成数字信号，以供中央处理器进行处理。
输入接口通常包括数字输入模块和模拟输入模块，数字输入模块接收开关信号、传感器信号等，模拟输入模块接收模拟传感器信号，例如温度、压力等。
2.中央处理器（CPU）：中央处理器是可编程控制器的核心部分，主要负责控制逻辑的运算和数据的处理。
中央处理器通常由微处理器、存储器和定时器等组成，它能够执行各种控制逻辑以及数学运算、函数计算等任务。
3.输出接口：可编程控制器通过输出接口控制执行器（例如电磁阀、电机等）的开关状态。
输出接口通常包括数字输出模块和模拟输出模块，数字输出模块能够控制开关状态，模拟输出模块能够输出模拟信号，例如控制电机的转速。
4.通信接口：可编程控制器可以通过通信接口与其他设备进行数据交换和通信。
通信接口通常包括串行接口、以太网接口等，用于与其他设备（如上位机、HMI人机界面）进行数据交换和实时监控。
二、可编程控制器的应用1.工业自动化：可编程控制器可以实现工厂的自动化生产线控制，对物体进行自动化的分拣、组装、检测等操作。
通过编写控制程序，设置不同的逻辑控制条件，能够实现生产线的高效率、高精度运行。
2.机械设备：可编程控制器可以应用于各种机械设备的控制和监控。
例如，印刷机、包装机、激光切割机等机械设备都可以使用可编程控制器进行自动化控制，提高生产效率和质量。
3.交通运输：可编程控制器可以应用于交通信号灯、地铁、机场行李输送系统等交通运输设备的控制和监控。
第12章 可编程控制器及其应用
第12章可编程控制器（PLC）及其应用本章基本要求：1.了解PLC主要特点、结构、工作原理及技术性能指标；2.熟悉PLC的基本指令系统；3.学会PLC的编程原则和编程的基本方法。
本章重点内容：熟悉PLC基本指令的意义并能用于实际编程。
本章难点：各指令动作时序图。
本章学时及分配：共10学时(其中第1节2学时，第2节4学时，第3节4学时)。
第1节概述1.PLC主要特点1）可靠性高，抗干扰能力强；2）功能完善，组合灵活，扩展方便；3）体积小，质量轻，功耗低；4) 编程简单易学；5）硬件配置、安装、使用及维护都方便；6）运行稳定可靠；7)设计施工周期短。
2.结构1）主机：包括CPU、系统程序内存、用户程序及数据存储器；2）I/O接口：接受输入设备的控制信号并将处理结果通过输出电路去驱动输出设备；3）编程器：除手持编程器外，还可将PLC和计算机联接；4）电源：是为CPU、内存、I/O接口等内部电子电路所配备的直流开关稳压电源；5）I/O扩展接口：用于将扩展单元与主机联接在一起；6）外部设备接口。
3.可编程控制器的工作原理PLC是采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作的，扫描工作过程分为三个阶段：（1）.输入采样阶段按顺序扫描所有的输入端口并将输入信息存入输入状态寄存器中，即刷新输入。
随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。
在程序执行阶段，即使输入状态有变化，输入状态寄存器的内容也不会改变。
一个扫描周期只接收一次输入信号。
（2）.程序执行阶段按用户程序的先后顺序执行每条指令，将运算和处理后再写入输出状态寄存器中。
（3）输出刷新阶段所有指令执行完毕后，将所有输出结果由输出状态寄存器送入输出锁存器中，并通过继电器、晶体管或晶闸管驱动控制对象。
一个扫描周期只执行一次输出控制。
(4) 扫描周期扫描一次所需要的时间。
在每一个扫描周期中，分三个阶段，即输入采样、程序执行和.输出刷新。
以ms/千步为单位。
有时也可用扫描一步指令的时间计，如μs/步。
可编程控制器原理及其应用
可编程控制器原理及其应用在现代工业自动化系统中，可编程控制器（PLC）扮演着至关重要的角色。
它作为一种专门用于工业控制的计算机，广泛应用于各种自动化设备和生产线中。
本文将介绍可编程控制器的原理和应用，并探讨其在工业领域中的重要性。
一、可编程控制器的原理可编程控制器的原理基于它的硬件和软件系统。
硬件系统由中央处理器（CPU）、内存、输入/输出（I/O）模块、通信接口和电源组成。
软件系统则包括操作系统、编程软件和用户自定义程序。
可编程控制器的工作原理是通过接收来自传感器的输入信号，经过逻辑判断和运算，控制执行器输出相应的控制信号，实现对设备和生产线的自动控制。
它的核心是中央处理器，负责解释和执行用户编写的程序指令。
内存用于存储程序和数据，输入/输出模块用于与外部设备进行数据交互，通信接口用于与其他设备进行通信。
二、可编程控制器的应用1. 工业自动化控制可编程控制器在工业自动化控制中发挥着关键作用。
它可以对多个设备和生产线进行集中控制和管理，提高生产效率和质量。
例如，在汽车制造中，可编程控制器可以实现自动化装配线的运行控制，确保汽车零部件的准确安装和高效生产。
2. 机械设备控制可编程控制器广泛应用于各种机械设备的控制中。
它可以实现对机械设备的自动启停、速度调节和位置控制等功能。
例如，在包装机械中，可编程控制器可以根据产品尺寸和数量自动调整包装速度和包装形式，提高包装效率和可靠性。
3. 过程控制可编程控制器还可以用于各种过程控制领域，如化工、电力和环境控制等。
它可以实现对生产过程中的温度、压力、流量等参数进行监测和控制，确保过程的稳定和安全。
例如，在化工生产中，可编程控制器可以根据反馈信号自动调整化学反应的温度和物料投入量，实现精确控制和优化生产。
4. 智能建筑控制随着智能建筑的发展，可编程控制器在建筑控制领域中的应用也越来越广泛。
它可以实现对建筑物的照明、空调、安防等系统进行集中控制和管理，提高能源利用效率和舒适性。
12_第十二章 PLC可编程控制器的应用
第一节 PLC可编程控制器硬件和软件及工作原理
一、PLC可编程控制器的硬件 PLC的硬件,随厂家的不同、功能强弱的不同,差异很大。但 是其组成的基本原理大同小异,都是由单板机与接口电路组成 的。有的PLC将这两部分组成一体,其体积较小,功能相对较弱。
例如西门子的ST─200系列产品。有的PLC分为几部分,这种产品
PLC的多数部件都安装在标准导轨上,首先将电源模块安装在导
轨的最左边,中央处理单元靠在电源模块的右边。接下来安装总线
单元,将总线单元夹子中的扁平线拉出,与其左侧的CPU插座相连 接,再将总线单元的扁平线与其本身的插座连接。这里强调一点,
带有中断功能的总线模块必须靠紧CPU模块安装。多排安装的要
将产生发热的CPU安装在最下一排,模块序号是自左向右顺序排 列,然后将每一排总线模块用带插头的电缆连接,由带有CPU一排
第二节 PLC可编程控制器的应用
一、可编程控制器基本应用 最初,PLC主要用于开关量的逻辑控制。随着PLC技术的进步, 它的应用领域不断扩大。如今,PLC不仅用于开关量控制,还用于模 拟量及数字量的控制,可采集与存储数据,还可对控制系统进行监控, 同时能联网、通信,实现大范围、跨地域的控制与管理。PLC已日 益成为工业控制装置家族中一个重要的角色。
(4)用定时器取代线圈
(5)用计数器取代线圈
图12-1 基本梯形图及编程
由于梯形图是最早的编程语言,只能编写十分简单的程序,很 多稍复杂的程序就不能用梯形图来编制。现在一般用专门的编程 语言,如西门子S5系列使用的编程语言是STEP5,欧姆龙C200H系 列使用的LSS(IBM XTAT编程软件),语言功能十分强大,基本能满 足编程需要。
(一)输入输出点数 这是使用PLC开发者首先考虑的问题。一般选用的PLC所允许 的输入输出点数要大于或等于控制电路所需的开关量。例如后面要
可编程控制器原理及应用教程
可编程控制器是一种用于自动化控制的电子设备。通过该教程，您将了解到 可编程控制器的核心原理、功能以及在各个领域的应用。
可编程控制器的定义和功能
可编程控制器（PLC）是一种专门设计用于自动化控制的电子设备。它具有 灵活性和可配置性，可根据不同的应用需求进行编程和修改。
可编程控制器的原理
物流领域
可编程控制器在仓储和物流系统中使用，提 高物流效率和准确性。
如何学习并开始使用可编程控制器
1. 了解可编程控制器的基本原理和工作方式。 2. 学习编程语言和开发环境，如Ladder Diagram（LD）和Structured Text（ST）。 3. 参加培训课程或自学教材，了解实际应用和案例。 4. 通过实际项目实践，掌握可编程控制器的使用技巧。
机器人技术
机器人技术中的运动控制和路径规划通常使用可编程控制器。
智能家居
可编程控制器可以实现智能家居系统的自动化控制和远程监控。可编程控制器的优势和特点
1 灵活性和可扩展性
可编程控制器可以灵活配置和扩展，以适应不同的应用需求。
2 可编程性和可定制性
可编程控制器可以根据具体需求编写和修改程序，实现个性化的控制逻辑。
1
输入输出模块
输入输出模块用于将传感器和执行器与可编程控制器连接起来，实现对外部设备 的控制。
2
中央处理器
中央处理器负责执行程序和控制逻辑，根据输入信号和编程指令来控制输出信号。
3
存储器
存储器用于存储程序、数据和配置信息，确保可编程控制器的正确运行。
可编程控制器的应用领域
工业自动化
可编程控制器在工业领域广泛应用，用于控制生产线和自动化设备。
3 可靠性和稳定性
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2. 程序执行阶段 PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步 序，执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存 器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状 态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存 入有关的状态寄存器中。
3. 输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应 的输出状态寄存器的通/断状态，在输出刷新阶段转 存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通/断，这 才是PLC的实际输出。
RO—R62F 共1 008点 R R90O—R62F 共64点 T C WR T0—T99 共100点 共44点 共63点
特殊内部继电器 定时器 计数器 通用“字”寄存器 数据寄存器 DT
C100—C143 WR0—WR62
DT0—DT6 143 共6 144字
特殊数据寄存器
DT9 000—DT9 069 共70字
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内部存储器有两类：一类是系统程序存储器， 另一类是用户程序及数据存储器 系统程序存储器：主要存放系统管理和监控程序 及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家 固定，用户不能更改。
用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应 用程序及各种暂存数据、中间结果。
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继电器输出 L负载
L
LED
输出端子
L
内 部 电 路
～
COM
PLC的继电器输出接口电路
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晶体管输出 L负载
L
LED
输出端子
L 24V
内 部 电 路
COM
PLC的晶体管输出接口电路
3. 电源
电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配 备的直流开关稳压电源
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采用光电 隔离装置
照明 电磁装置 执行机构
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1. 主机 主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序 存储器和用户程序及数据存储器 CPU是PLC的核心，一切逻辑运算及判断都是 由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是 我们常说的电脑芯片。 (1) 运行用户程序。 (2) 监控输入/输出接口状态。 (3) 作出逻辑判断和进行数据处理
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5. 输入输出扩展接口 I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数扩 展单元与基本单元（即主机）联接在一起。 6. 外部设备接口 此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等 外部设备与主机相连。
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12.1.2 可编程控制器的工作原理
4. 编程器
编程器是PLC很重要的外部设备，它主要由 键盘、显示器组成。编程器分简易型和智能型两 类。小型PLC常用简易编程器，大、中型PLC多 用智能编程器。编程器的作用是编制用户程序并 送入PLC程序存储器。利用编程器可检查、修改、 调试用户程序和在线监视PLC工作状况。现在许 多PLC采用和计算机联接，并利用专用的工具软 件进行编程或监控。
目前PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻 工等领域，加速了机电一体化的进程。
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12.1 可编程控制器的结构和工作原理
各种PLC的具体结构虽然多种多样，但其结 构和工作原理大同小异，都是以微处理器为核心 的电子电气系统。PLC各种功能的实现，不仅基 于其硬件的作用，而且要靠其软件的支持。
位址 WX0 15 XF 14 XE 13 XD 12 XC 11 XB 10 XA 9 X9 8 X8 7 X7 6 X6 5 X5 4 X4 3 X3 2 X2 1 X1 0 X0
位址
15
14
R1E
13
R1D
12
R1C
11
R1B
10
R1A
9
R19
8
R18
7
R17
6
R16
5
R15
4
R14
3
R13
2
第12章 可编程控制器(PLC)
概述 12.1 可编程控制器的结构和工作原理 12.2 可编程控制器的程序编制 12.3 可编程控制器应用举例
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第12章 可编程控制器(PLC)
本章要求：
1. 了解可编程控制器的结构和工作原理。
2. 了解可编程控制器的几种基本编程方法。 3. 熟悉常用的编程指令。
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(4) 缩短设计、施工、投产的周期，维护容量。目前 PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据 控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计， 同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减 轻了接线工作，同时PLC还具有故障检测和显示功 能，使故障处理时间缩短。 (5) 体积小，易于实现机电一体化。
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12.2 可编程控制器的程序编制
12.2.1 可编程控制器的编程语言
同其它电脑装置一样，PLC的操作是依其程序 操作进行的，而程序是用程序语言表达的，并且表 达的方式多种多样，不同的生产厂家，不同的机种， 采用的表达方式不同，但基本上可归纳为：
PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式， 这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新 三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间 称为扫描周期。
输 入 端 子 输 入 锁 存 器 输 输 写 出 入 状 状 读 程 序 态 态 执 读 寄 寄 行 存 存 器 器
程序执行
输 出 锁 存 器
输 出 端 子
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FP1－C24编程元件的表示形式及编号范围
元 件 名 称 输入继电器 代表字母 X XO—XF 编 号 范 围 共16点 功 能 说 明 接收外部输入设备的信号
输出继电器
内部辅助继电器
Y
YO—Y7
共8点
输出程序执行结果给外部输出设 备
在程序内部使用，不能提供外 部输出，类似中间继电器。 提供特殊功能，在程序内部使 用，不能提供外部输出。 延时定时继电器，其触点在程 序内部使用。 减法计数继电器，其触点在程 序内部使用。 每个WR有相应的16个内部辅助 继电器R构成。 用于以字为单位存储内部数据， 不提供触点。
2. PLC的主要特点 (1) 可靠性高，抗干扰能力强。由于采用大规模集成 电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬 件的设计和制造的过程中采取了一系列隔离和抗干扰 措施，使它能适应恶劣的工作环境，具有很高的可靠 性。 (2) 编程简单，使用方便。 (3) 通用性好，具有在线修改能力。PLC硬件采用模 块化结构，可以灵活地组态以适应不同的控制对象， 控制规模和控制功能的要求。且可通过修改软件，来 实现在线修改的能力，因此其功能易于扩展，具有广 泛的工业通用性。
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进入80年代，随着微电子技术和计算机技术 的发展，可编程控制器的功能已远远超出逻辑控 制、顺序控制的范围，可以进行模拟量控制、位 置控制，特别是远程通讯功能的实现，易于实现 柔性加工和制造系统，因此将其称为可编程控制 器（Programmable Controller）简称PC ,但为 了与个人电脑PC相区别，仍将其称为PLC。 PLC已被称为现代工业控制的三大支柱（PLC、 机器人和CAD/CAM）之一。
用于特殊用途的以字为单位的 内部数据寄存器
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12.1.4 可编程控制器的主要功能和特点
1. 主要功能 （1）开关逻辑控制 （2）定时/计数控制 （3）步进控制
（4）数据处理
（5）过程控制 （6）运动控制
（7）通信联网
（8）监控
（9）数字量与模拟量的转换
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2. 可编程控制器的发展：它的起源可以追溯到60年 代，美国通用汽车公司为了适应汽车型号不断翻新 的需要，对生产线上的控制设备提出了新的要求， 为此研制了第一台可编程控制器用于生产线上，通 过改变存储在里面的指令的方法来改变生产线的控 制流程，从而提供了继电器控制系统无法比拟的灵 活性。但这一时期它主要是代替继电器系统完成顺 序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，实际只 能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器 简称 PLC（Programmable Logical Controller）。
12.1.1 可编程控制器的结构及各部分的作用
PLC内部主要由主机、输入 /输出接口、电源、 编程器、扩展接口和外部设备接口等几部分组成。
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编 程 器 外 接 设 备 接 口 I/O 接 设 备 接 口
打印机 计算机 盒式磁带机 条码扫描仪
存储器
系统程序 系统 程序 数据
R12
1
R11
0
R10
WR1 R1F
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12.1.3 可编程控制器的主要技术性能
1. I/O点数 指PLC外部输入和输出端子数。 2. 用户程序存储容量 用来衡量PLC所能存储用户程序的多少。 3. 扫描速度 指扫描1000步用户程序所需的时间，以ms/千步为 单位。 4. 指令系统条数 指PLC具有的基本指令和高级指令的种类和数 量。种类数量越多，软件功能越强。
输 出 端 子
一个扫描周期
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1. 输入采样阶段 PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入 所有输入端的通/断状态或输入数据，并将此状态 存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程 序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发 生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只 有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。