第1章 可编程控制器基础
第1章可编程序控制器基础cxj详解
1.1.1可编程序控制器的基本概念
什么是可编程序控制器？
国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可 编程序控制器标准草案第三稿。在草案中对可 编程序控制器定义如下：
可编程序控制器是一种数字运算操作的电 子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采 用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行 逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算 等操作的指令，并通过数字式和模拟式是输入 和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可 编程序控制器及其有关外围设备，都应按易于 与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的 原则设计。 英文名：Programmable Logic Controller 简 称：PLC
无
2个模块
无
RS-485串行通信接口 1 2
PPI、DP/T 9.6kbit/s、19.2kbit/s、187.5kbit/s 1.2～115.2kbit/s 50m 与波特率有关，187.5kbit/s时为1000m PPI、MPI、PROFIBUS-DP、Ethernet（需要网络模块支持）
通信距离
PLC的生产厂家
德国生产PLC的主要厂商有：西门子 （SIEMENS）公司，它生产S系列的PLC。 1996年推出S7-400系列新产品、自带人机界面 的C7系列PLC等多种新产品。 日本的三菱公司生产的F1系列PLC，近年来又 推出了FX系列，如FX2、FX1、FX2N等等。 东芝公司（EX系列PLC）、富士电机公司 （NB、NJ、NS系列PLC）、松下公司（EP系 列）、日本的立石（欧姆龙）公司。
项 目
功 能 CPU221 6输入/4输 出 CPU222 I/O 8输入/6输 出 CPU224 14输入/10 输出 CPU224XP 14输入/10 输出 2输入/1输 出 7个模块 CPU226 24输入/16 输出
第1讲-第1章可编程序控制器基础
➢ 输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；
➢ 通用性强，扩展方便;
➢ 能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。
第1讲-第1章可编程序控制器基础
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这次招标引起了工业界的密切注视，吸引了不少大公司前来投 标，最后DEC公司(美国数字设备公司)一举中标，并于1969年 研制成功第一台PC，当时命名为PC(Programmable Controller)。
这台PLC投运到汽车生产线后，取得了极为满意的效果，引发 了效仿的热潮，从此PLC技术得以迅猛的发展。
第1讲-第1章可编程序控制器基础
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二、定义
• 严格地讲，至今对PLC没有最终的定义。
• 国际电工委员会（IEC）1985年在可编程序控制器标准草案 （第二稿）中作了如下的定义：“可编程序控制器是一种数字 运算的电子系统，专为在工业环境条件下应用而设计。它采用 可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、 定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式 的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制 器及其有关设备都应按易于使工业控制系统形成一个整体、易 于扩充其功能的原则设计。”
③继电-接触器控制与PLC控制原理图的比较
继电-接触器控制原理图
主电路原理图 相同
PLC控制原理图原理图
第1讲-第1章可编程序控制器基础
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④继电-接触器控制与PLC控制控制图的比较
继电-接触器控制线路 PLC控制线路（梯形图）
第1讲-第1章可编程序控制器基础
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⑤继电-接触器控制与PLC控制实际控制的比较 继电-接触器控制直接控制（起保停）
➢降低成本，缩短周期。
第1讲-第1章可编程序控制器基础
PLC编程入门基础知识
第一章 可编程控制器简介可编程序控制器,英文称Programmable Controller,简称PC.但由于PC 容易和个人计算机Personal Computer 混淆,故人们仍习惯地用PLC 作为可编程序控制器的缩写.它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程.PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是PLC 的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便.用户在购到所需的PLC 后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用户程序编制工作,就可灵活方便地将PLC 应用于生产实践.一、PLC 的结构及各部分的作用PLC 的类型繁多,功能和指令系统也不尽相同,但结构与工作原理则大同小异,通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成.PLC 的硬件系统结构如下图所示：接触器电磁阀指示灯电源电源 限位开关选择开关按钮图1-1-11、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,它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理,即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作,将结果送到输出端,并响应外部设备如电脑、打印机等的请求以及进行各种内部判断等.PLC的内部存储器有两类,一类是系统程序存储器,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；另一类是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和中间结果.2、输入/输出I/O接口I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件.输入接口接受输入设备如按钮、传感器、触点、行程开关等的控制信号.输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备如接触器、电磁阀、指示灯等.I/O接口一般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰,从而提高了可靠性.I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标,通常小型机有几十个点,中型机有几百个点,大型机将超过千点.3、电源图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源,通常也为输入设备提供直流电源.4、编程编程是PLC利用外部设备,用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况.通过专用的PC/PPI电缆线将PLC与电脑联接,并利用专用的软件进行电脑编程和监控.5、输入/输出扩展单元I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元即主机连接在一起.6、外部设备接口此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联,以完成相应的操作.实验装置提供的主机型号有西门子S7-200系列的CPU224AC/DC/RELAY.输入点数为14,输出点数为10；CPU226AC/DC/RELAY,输入点数为26,输出点数为14.二、PLC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.即在PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号或地址号作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束.然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描.在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作.PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段.PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入,并将其写入各对应的输入状态寄存器中,即刷新输入.随即关闭输入端口,进入程序执行阶段.PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算和处理后,其结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变.输出刷新阶段：当所有指令执行完毕,输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中,并通过一定的方式继电器、晶体管或晶闸管输出,驱动相应输出设备工作.三、PLC的程序编制1、编程元件PLC是采用软件编制程序来实现控制要求的.编程时要使用到各种编程元件,它们可提供无数个动合和动断触点.编程元件是指输入寄存器、输出寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等.PLC内部这些存储器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似,也有“线圈”与“触点”,但它们不是“硬”继电器,而是PLC存储器的存储单元.当写入该单元的逻辑状态为“1”时,则表示相应继电器线圈得电,其动合触点闭合,动断触点断开.所以,内部的这些继电器称之为“软”继电器.S7-200系列CPU224、CPU226部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示读AC AC0～AC3用来存放计算的中间值累加寄存器2、编程语言所谓程序编制,就是用户根据控制对象的要求,利用PLC 厂家提供的程序编制语言,将一个控制要求描述出来的过程.PLC最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言,且两者常常联合使用.1）梯形图语言梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言.它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号,根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形,直观易懂.梯形图中常用图形符号分别表示PLC编程元件的动合和动断触点；用表示它们的线圈.梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别.触点和线圈等组成的独立电路称为网络,用编程软件生成的梯形图和语句表程序中有网络编号,允许以网络为单位给梯形图加注释.梯形图的设计应注意到以下三点：①梯形图按从左到右、自上而下地顺序排列.每一逻辑行或称梯级起始于左母线,然后是触点的串、并联接,最后是线圈.②梯形图中每个梯级流过的不是物理电流,而是“概念电流”,从左流向右,其两端没有电源.这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件.③输入寄存器用于接收外部输入信号,而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动.因此,梯形图中只出现输入寄存器的触点,而不出现其线圈.输出寄存器则输出程序执行结果给外部输出设备,当梯形图中的输出寄存器线圈得电时,就有信号输出,但不是直接驱动输出设备,而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现.输出寄存器的触点也可供内部编程使用.2指令语句表指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC 程序的语言,它类似于计算机的语言,但比语言易懂易学,若干条指令组成的程序就是指令语句表.一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成.下例为PLC 实现三相鼠笼电动机起/停控制的两种编程语言的表示方法：步序 指令语 器件号SS ST 0 LD KM 1 2 AN1继电接触控制线路图 2梯形图 3 =4END图1-1-2第二章基本指令简介其他指令见附表一、标准触点指令LD动合触点指令,表示一个与输入母线相连的动合触点指令,即动合触点逻辑运算起始.LDN动断触点指令,表示一个与输入母线相连的动断触点指令,即动断触点逻辑运算起始.A 与动合触点指令,用于单个动合触点的串联.AX 与非动断触点指令,用于单个动断触点的串联.O 或动合触点指令,用于单个动合触点的并联.ON 或非动断触点指令,用于单个动断触点的并联.LD、LDN、A、AN、O、ON触点指令中变量的数据类型为布尔BOOC型.LD、LDN两条指令用于将接点接到母线上,A、AN、O、ON指令均可多次重复使用,但当需要对两个以上接点串联连接电路块的并联连接时,要用后述的OLD指令.例子：IIII二、串联电路块的并联连接指令OLD两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块.串联电路块并联连接时,分支开始用LD、LDN指令,分支结束用OLD指令.OLD指令与后述的ALD指令均为无目标元件指令,而两条无目标元件指令的步长都为一个程序步.OLD有时也简称或块指令.三、并联电路的串联连接指令ALD两个或两个以上接点并联电路称为并联电路块,分支电路并联电路块与前面电路串联连接时,使用ALD指令.分支的起点用LD、LDN指令,并联电路结束后,使用ALD指令与前面电路串联.ALD指令也简称与块指令,ALD也是无操作目标元件,是一个程序步指令.四、输出指令 =1、= 输出指令是将继电器、定时器、计数器等的线圈与梯形图右边的母线直接连接,线圈的右边不允许有触点,在编程中,触点以重复使用,且类型和数量不受限制.五、置位与复位指令S、RS为置位指令,使动作保持；R为复位指令,使操作保持复位.从指定的位置开始的N个点的寄存器都被置位或复位,N=1～255如果被指定复位的是定时器位或计数器位,将清除定时器或计数器的当前值.六、跳变触点EU,ED正跳变触点检测到一次正跳变触点的入信号由0到1时,或负跳变触点检测到一次负跳变触点的入信号由1到0时,触点接通到一个扫描周期.正/负跳变的符号为EU和ED,他们没有操作数,触点符号中间的”P”和”N”分别表示正跳变和负跳变七、空操作指令NOPNOP指令是一条无动作、无目标元件的一个序步指令.空操作指令使该步序为空操作.用NOP指令可替代已写入指令,可以改变电路.在程序中加入NOP指令,在改动或追加程序时可以减少步序号的改变.八、程序结束指令ENDEND是一条无目标元件的一序步指令.PLC反复进行输入处理、程序运算、输出处理,在程序的最后写入END指令,表示程序结束,直接进行输出处理.在程序调试过程中,可以按段插入END指令,可以按顺序扩大对各程序段动作的检查.采用END指令将程序划分为若干段,在确认处于前面电路块的动作正确无误之后,依次删去END指令.要注意的是在执行END指令时,也刷新监视时钟.第三章可编程控制器梯形图编程规则一、编程的几个步骤一决定系统所需的动作及次序.当使用可编程控制器时,最重要的一环是决定系统所需的输入及输出.输入及输出要求：(1)第一步是设定系统输入及输出数目.(2)第二步是决定控制先后、各器件相应关系以及作出何种反应.二对输入及输出器件编号每一输入和输出,包括定时器、计数器、内置寄存器等都有一个唯一的对应编号,不能混用.三画出梯形图.根据控制系统的动作要求,画出梯形图.梯形图设计规则1触点应画在水平线上,并且根据自左至右、自上而下的原则和对输出线圈的控制路径来画.2不包含触点的分支应放在垂直方向,以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径.3在有几个串联回路相并联时,应将触头多的那个串联回路放在梯形图的最上面.在有几个并联回路相串联时,应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面.这种安排,所编制的程序简洁明了,语句较少.4不能将触点画在线圈的右边.四将梯形图转化为程序把继电器梯形图转变为可编程控制器的编码,当完成梯形图以后,下一步是把它的编码编译成可编程控制器能识别的程序.这种程序语言是由序号即地址、指令控制语句、器件号即数据组成.地址是控制语句及数据所存储或摆放的位置,指令告诉可编程控制器怎样利用器件作出相应的动作.五在编程方式下用键盘输入程序.六编程及设计控制程序.七测试控制程序的错误并修改.八保存完整的控制程序.。
可编程控制器原理及应用第一章可编程控制器基础
可编程控制器原理及应用第一章可编程控制器基础一、PLC的基本原理PLC的基本原理是通过输入模块接收来自外部的输入信号，如按钮、传感器等，通过内部的逻辑运算和控制算法进行处理，再通过输出模块控制外部的执行机构，如电动机、气缸等。
1.输入模块：输入模块负责接收来自外部的输入信号，并将其转换为PLC可识别的电信号。
通常使用的输入信号包括开关、传感器、编码器等。
输入模块通过检测输入信号的状态，向PLC发送相应的输入状态信号。
2.中央处理器：中央处理器是PLC的核心部件，负责接收输入信号并根据预设的程序进行逻辑运算和控制算法。
它包括控制器、存储器和输入输出接口。
控制器是PLC的控制中心，采用微处理器技术进行计算和处理。
存储器用于存储程序和数据，包括只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。
3.输出模块：输出模块用于控制外部执行机构的状态，如电动机、气缸等。
它将PLC的输出信号转换为外部执行机构可识别的电信号，并向其发送相应的控制信号。
二、PLC的应用PLC具有广泛的应用领域，其中包括以下几个方面：1.自动化生产线：PLC在自动化生产线中起到关键的作用。
它可以通过控制输入输出设备，实现自动装配、运输、包装和检测等工作。
在汽车制造和电子工业等领域，PLC被广泛应用于生产线的控制和管理。
2.自动控制系统：PLC在自动控制系统中常用于控制温度、压力、流量等工艺参数。
它可以根据预设的逻辑运算和控制算法，实现对工艺参数的精确控制和调节，提高生产效率和产品质量。
3.机器人：PLC可以与机器人控制系统集成，实现对机器人的控制和协调。
它可以通过输入输出模块，接收机器人传感器的信号，根据预设的程序实现机器人的动作和操作。
4.电力系统：在电力系统中，PLC被广泛应用于电能负荷控制、配电管理和故障检测等方面。
通过控制输入输出设备，PLC可以实现对电力设备的精确控制和监测。
5.智能楼宇：在智能楼宇系统中，PLC用于控制和管理楼宇中的照明、空调、安防等设备。
第一章可编程控制器的基本知识
第一章 可编程控制器的基本知识
第一节 可编程控制器的硬件知识
按钮SB接到PLC的输入 按钮SB接到PLC的输入 SB接到PLC 接线端子X1和公共端 接线端子X1和公共端 X1 COM之间 之间。 子COM之间。按下按钮 SB，输入继电器X1 X1线 SB，输入继电器X1线 圈得电， 圈得电，输入继电器 X1常开触点闭合 常开触点闭合、 X1常开触点闭合、常 闭触点断开。输入继 闭触点断开。 电器的常开触点和常 注意： 注意：输入继电器只能由外 闭触点的使用是不受 数量的限制。 部信号来驱动， 部信号来驱动，而不能由内 数量的限制。 部指令来驱动！ 部指令来驱动！
第一章 可编程控制器的基本知识
第一节
• • • •
可编程控制器的硬件知识
1、输入接线端 输入接线端可分为电源输入端、COM端 输入接线端可分为电源输入端、COM端、输入接线 端三部分。 端三部分。 （1）电源输入端 接线端子L接电源的相线， 接电源的中性线， 接线端子L接电源的相线，N接电源的中性线，PE 接地。电源电压一般是交流100～240V，为PLC提 接地。电源电压一般是交流100～240V， PLC提 100 供工作电压。 供工作电压。
可编程序控制器及其应用
第一章 可编程控制器的基本知识
第一章 可编程控制器的基本知识
第一节 可编程控制器的硬件知识
• 一、可编程控制器的产生和特点 • （一）可编程控制器的产生 • 20世纪60年代末期，美国汽车制造工业竞争激烈 20世纪60年代末期， 世纪60年代末期 为了适应生产工艺不断更新的需要， 1968年美 ，为了适应生产工艺不断更新的需要， 1968年美 国通用汽车公司（GM）首先公开招标， 国通用汽车公司（GM）首先公开招标，对控制系 统提出的基本要求: 统提出的基本要求: • ①编程方便，现场可修改程序； 编程方便，现场可修改程序； • ②维修方便，采用插件式结构； 维修方便，采用插件式结构； • ③可靠性高于继电控制盘； 可靠性高于继电控制盘； • ④体积小于继电控制盘； 体积小于继电控制盘；
PLC电子教案
电子工业出版社
目 录
电子工业出版社
• 第5章 FX2N系列PLC的特殊扩展模块 • 5.1 模拟量的输入输出模块 • 5.1.1 FX2N-8AV-BD 模拟量调节器 • 5.1.2 FX2N-2AD-BD模拟量输入模块 • 5.1.3 FX2N-4DA-BD模拟量输出模块 • 5.1.4 FX2N—2LC温度调节模块 • 5.2 其它特殊功能模块 • 5.2.1 高速计数模块FX2N—1HC 5.2.2 FX2N—1PG脉冲输出模块 习题5
• 可编程序控制器是以微处理器为核心，综合微机技术、电子应 用技术、自动控制技术以及通信技术而发展起来的新一代工业 自动化控制装臵。可编程序控制器自问世以来，经过了近40年 的发展，在工业自动化、生产过程控制、机电一体化、机械制 造业等方面的应用非常广泛，已成为当代工业自动化控制的三 大支柱之一。鉴于可编程序控制器在工业生产过程中日趋广泛 的应用，为满足高职、高专教育的需求，特编写《可编程序控 制器原理及应用》教材。 • 本书以较新型的FX2N型PLC为蓝本，从实际应用出发，对小型 机的指令系统及编程方法，作了较详细的介绍。根据高等职业 教育的特点，本书在编写时力求由浅入深，通俗易懂，摒弃纯 理论性的分析探讨，注重实用性。为配合每章的内容设臵了适 当的思考题及习题，同时设有实验和实训章。
电子工业出版社
目 录
• 2.2.7 电路块并联连接指令 • 2.2.8 电路块串联连接指令 • 2.2.9 栈指令 • 2.2.10 主控指令 • 2.2.11 逻辑取反指令 • 2.2.12 臵位和复位指令 • 2.2.13 定时器和计数器指令 • 2.2.14 脉冲指令 • 2.2.15 空操作指令 • 2.2.16 程序结束指令 • 2.3 FX系列PLC编程的基本原则 • 2.3.1 梯形图的规则 • 2.3.2 PLC执行用户程序的过程分析 • 习题2
第1章可编程序控制器概述
三、可编程控制器的分类 1.按结构形式分类 ：PLC可分：整体式、模 块式、叠装式 CPU、电源、输入输出部件 2. 按功能分类：按照控制性能分：低档、中 档、高档 基本功能、模拟量处理、通信等 3. 按I/O点数分类：由I/O点数的多少可将 PLC的I/O点数分成小型、中型和大型 。 512点、512～2048点、 2048点以上 四、国内外产品举例（表1-1）
习题
1. 简述可编程序控制器的定义。 2. 可编程控制器的基本组成有哪些？ 3. 输入接口电路有哪几种形式？输出接口电路有哪 几种形式？各有何特点？ 4. 可编程序控制器有哪些主要特点? 5. 与一般的计算机控制系统相比可编程序控制器有 哪些优点? 6. 与继电器控制系统相比可编程序控制器有哪些优 点? 7. 可编程序控制器可以用在哪些领域?
四、与继电接触器异同
相同点：图形关系和逻辑关系相同
（控制线路－－梯形图）
不同点：控制方法、工作方式、控制速度、定时和 计数、可靠性和维护性
1.4 PLC的应用领域及发展趋势
一、可编程控制器的应用领域 （1）顺序控制 （2）运动控制 （3）过程控制 （4）数据处理 （5）通信和联网
二、可编程控制器的发展 1. 向高集成、高性能、高速度，大容量发展。 2. 向超大型、超小型方向发展 。 3. 向模块化、智能化、通信网络化发展。 4. 编程语言丰富多样化 。 6.向多样化与标准化发展。
1.2 PLC的基本结构 一、结构
PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构.主要 由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、 电源等组成（如图1-3）
1. 中央处理单元 : 中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存 器组成，这些电路都集成在一个芯片上。 CPU的主要功能： 1）从存储器中读取指令 2）执行指令 3）顺序取指令 4）处理中断
可编程控制器应用技术
1．1．1可编程控制器的由来
电气自动控制系统的发展： 继电器-接触器控制系统 半导体逻辑组件构成的顺序控制装置 计算机控制系统 可编程控制器控制系统
继电器-接触器控制系统
时间：20世纪30年代 概念：用导线把各种继电器、接触器、开关及 触点，按一定的逻辑关系连接起来所构成的控 制系统。 特点： 优点是价格低廉、对维护技术要求不高， 适用于工作模式固定、控制要求简单的场合。 缺点是系统的布线连接不宜更新、功能不宜扩 展，可靠性不高。对复杂的控制系统，查找和 排除故障困难；产品更新、生产工艺变化时， 继电器控制系统的元件和接线也须作相应的变 动，这种变动工作量很大，工期长，费用高。
5.通信联网
通信联网是指PLC与PLC之问、PLC与上位计算 机或其他智能设备间的通信，利用PLC和计算机 的RS一232或RS--422接口、PLC的专用通信模 块，用双绞线和同轴电缆或光缆将它们联成网络， 可实现相互间的信息交换，构成“集中管理、分 散控制” 的多级分布式控制系统，建立工厂的 自动化网络。
2可编程控制器的定义
1980年，美国制造商协会（NEMA）正式将其命 名为可编程控制器 （ Programmable Controller） 简 称 PC， 并 定 义为： PC是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的 存储器以及存储指令，能够完成逻辑、顺序、定 时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟 的输入、输出接口控制各种机械或生产过程。
1．2 PLC系统的组成及功能
PLC是一种以微处理器为核心的工业
通用自动控制装置，其实质是一种 工业控制用的专用计算机。因此， 它的组成与一般的微型计算机基本 相同，也是由硬件系统和软件系统 两大部分组成的
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3.
输入输出部分
PLC与被控设备相连接的接口电路。
①
输入接口电路
将输入信号转换成CPU能够接收处理的信号。
•
输入设备：限位开关、操作按钮、行程开关以
及一些其他传感器。 • • 光耦合电路 输入接口电路
哈工大华德学院计算机应用技术系
②
输出接口电路
将 CPU送出的微弱控制信号转换成现场需要的
强电信号输出。
警告
异常
程序结束？
户 程执 执 序 程行 行 序用 用
户
扫描周期检查
有固定值设置？ 有固定设置？ 有 等待设定扫描周期到 计算扫描周期 扫描周期计算
等待
扫 扫 描 描 周 周 期 期 计 计 算 处 算
理
I/O刷新 外设端口服务
外设端口服务
I/O 刷 新
新 刷 新刷
外设端口 服设 外 务 服务
I/O
什么时 间？谁提出 要造PLC？
哈工大华德学院计算机应用技术系
1968年，美国最大
的汽车制造商通用汽车
公司（GM公司）为了适
应生产工艺不断更新的 需要，期望找到一种新 的方向，尽可能减少重 新设计继电控制系统和
重新接线的工作，以降
低成本、缩短周期。
哈工大华德学院计算机应用技术系
GM公司提出了十项招标指标，即：
硬件检查 正常？
异常
异常
异常报警
异常或警告？ 异常处理
设置各异常继电器 异常： (ERR/ALM)LED 灯亮 警告： (ERR/ALM)LED 闪烁
扫描周期监视
执行用户程序 执行用户程序 程序结束？(END命令？) No Yes 扫描周期固定值 设定检查 无
正常 扫描周期监视 时间预置
公 公 共 共 处 处 理 理
德国的SIEMENS（西门子）公司。 法国的SCHNEIDER（施奈德）公司。 美国的 Rockwell （罗克韦尔）公司（包括 AB 公司产品）。
哈工大华德学院计算机应用技术系
西门子系列PLC
GE 系列PLC
AB系列PLC
LG系列PLC
三菱系列PLC
欧姆龙系列PLC
哈工大华德学院计算机应用技术系
小型 中型 大型 超大型
哈工大华德学院计算机应用技术系
2.
•
按结构形式分类
整体式结构
将 CPU 、存储器、 I/O 点、电源等硬件都装在
一个机壳内的PLC。 • 模块式结构 将PLC各部分分成若干个单独的模块。
哈工大华德学院计算机应用技术系
1.4 可编程控制器的工作原理与性能指标
1.4.1 可编程控制器的工作原理
上位计算机 PLC 可编程终端PT （触摸屏）
扩 存 储 器 展 系统程序 用户程序 口
存储器
存储器
…
哈工大华德学院计算机应用技术系
1.中央处理机
大脑 CPU+存储器
①
• • •
中央处理器（CPU）
从存储器中读取指令 执行指令 准备取下一条指令
哈工大华德学院计算机应用技术系
②
存储器（Memory）
（8）输出为115 V，2 A以上，能直接驱动电磁
阀、接触器等； （9）通用性强，易于扩展； （10）用户程序存储器容量可扩展到4 KB。 GM10 条的核心要求：采用软件代替硬件接线。
哈工大华德学院计算机应用技术系
1969年，美国数字设备公司（DEC公司）研制
出了第一台可编程序逻辑控制器（PLC）。
• 输出设备 指示灯、电磁阀、接触器等执行元件。 • • 输出接口电路 功率放大电路 继电器、晶闸管、晶体管
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4.
编程方式
PLC
编程软件
适配器 手持 专用 编程 器
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显示屏
编程器 主机
运行位
工作方式 选择开关 监控位 编程位 哈工大华德学院计算机应用技术系
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第1章 可编程控制器基础
1.1 PLC的基本概念
1.2 PLC的特点与发展趋势
1.3 PLC的基本结构与类型 1.4 PLC的工作原理与性能指标
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1.1 可编程控制器的基本概念
计算机技术与继电器逻辑控制概念相结合的一
种新型控制器。
以微处理机（ CPU）为核心，用作数字控制的 专用计算机。 • 20世纪20年代 继电器接触器控制 优点：简单、方便、便宜
KM
KM KM得电 失电
FU
SB2闭合
KM FR
SB2
00001
软 接 线
COM
~
COM
PLC
M 3~
主电路 PLC控制电路
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电源
L1 L2 L3 N
空气开关
按钮
直流电源
接触器
熔断器
热继电器
电动机
USB
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等效电路图
输入端子 SB1 SB2 软触点 软线圈 00000 00001 01000 10000 10000 输出端子
（1）编程方便，现场可修改程序；
（2）维修方便，采用模块化结构；
（3）可靠性高于继电器控制装置； （4）体积小于继电器控制装置，能耗较低； （ 5 ）数据可直接送入管理计算机，便于监控 系统运行状态；
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（6）成本可与继电器控制装置竞争；
（7）可直接用115 V交流输入；
强化PLC的联网通信能力 记忆容量大、适用性强 向小型化、高机能的整体型发展
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1.3 可编程控制器的基本结构和类型
1.3.1 可编程控制器的基本结构
电 源 输 入 设 备 编程器 外 设 接 口
输 入 单 元
CPU
输 出 单 元
输 出 设 备 IO扩展 单元 特殊功 能单元
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3.
学习PLC的目标？
掌握 PLC 的组成及工作原理，熟悉 PLC的指令
系统，掌握 PLC的各种功能。具备 PLC控制系统硬
件设计、软件编程和调试的基本能力，为走向工作
岗位练就一身本领。
• 懂原理
•
•
会分析
能维护
•
会简单设计
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4.
•
本学期学习PLC的三个层次
1.2 可编程控制器的特点与发展趋势
1.2.1 可编程控制器的特点
1.
2. 3. 4. 5.
应用简便
可靠性高 环境适应性强 功能完善 成熟的工控网络体系
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1.2.2 可编程控制器的发展趋势
1. 更快的处理速度、多CPU结构和容错系统
2.
3. 4. 5.
编程语言与工具日趋标准化和高级化
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PLC控制与继电器控制比较不同点：
继电器控制 PLC控制
（1）组成器件
（2） 触点情况 （3）工作电流 （4）接线方式 （5）工作方式
硬件继电器
数量、寿命限制 实际电流 复杂 并行
“软继电器”
不限 “能流” 简单 循环扫描
哈工大华德学院Βιβλιοθήκη 算机应用技术系2. 可编程控制器的工作方式
Personal Computer
Programmable Logic Controller
P LC
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2.
•
为什么要学习PLC？
简单易学、上手快。
普通工人经过短期培训就能够学会应用。
• PLC实用性高、应用广泛。 PLC已经成为工业各相关领域中发展最快、应 用最广的控制设备。 • 与就业紧密结合。 “会PLC者优先”
PLC与编程器的连接
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1.3.2 可编程控制器的类型
1. 按I/O点数、存储容量和功能分类
•
• • • •
超小型
1.可编程控制器的等效电路
继电器控制逻辑 “与” “或” “非” 串联 并联 常闭触点
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FU
Q
SB2按下 SB2 SB1 KM KM KM失电 得电
FU SB1按下 KM FR
KM
M 3~ 控制电路
主电路
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Q
SB1闭合 SB1 00000 10000
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电 源
L1 L2 L3
空气开关
熔断器
接触器
热继电器
按钮
电动机
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继电器接触器控制的缺点：
• 体积大
•
• • •
速度慢
功能单一 硬件接线逻辑、接线复杂 通用性和灵活性较差
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可编程控制器的产生源于继电器逻辑电路配线复杂
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3. 扫描周期
PLC执行一次扫描的时间。
PLC的重要技术指标。
WDT看门狗定时器 超时错误 分析设计程序时要有扫描周期的概念！
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5. I/O响应时间
（1）I/O信号的传递过程
可编程控制器原理及应用
1.
•
什么是可编程控制器（PLC）？