可编程控制器基础
可编程控制器基本原理及应用
可编程控制器基本原理及应用（一）1. 基本原理可编程控制器，英文称ProgrammableLogicController，简称PLC。
PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。
它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。
PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。
普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。
而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。
特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。
1.1实现控制要点输入输出信息变换、可靠物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。
输入输出信息变换靠运行存储于PLC内存中的程序实现。
PLC程序既有生产厂家的系统程序(不可更改)，又有用户自行开发的应用（用户）程序。
系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。
用户程序由用户按控制要求设计。
什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。
可靠物理实现主要靠输人（INPUT）及输出（OUTPUT）电路。
PLC的I/O电路，都是专门设计的。
输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉高频干扰。
而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。
输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。
输出电路还要进行功率放大，以足以带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等等。
I/O电路是很多的，每一输入点或输出点都要有一个I或O电路。
PLC有多I/O用点，一般也就有多少个I/O用电路。
但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。
输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。
每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。
输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。
输出锁存器与输出点也是一一对应的这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。
可编程控制器应用基础练习题
可编程控制器应用基础练习题一、填空题1.PLC的输入和输出量有开关量和两种。
2.按结构形式分类，PLC可分为整体式和。
3. 模块是可编程控制器系统的运算控制核心。
4. 是安装可编程控制器各类模板的机架，可根据实际需要选择。
5. 是在微处理器与I/O回路之间采用的防干扰措施。
6. 是程序的最小独立单位。
7.OUT指令不能用于继电器。
8.FX系列与主控触点下端相连的常闭触点应使用指令。
9.输出电平转换是用来将控制的低电平信号转换为控制设备所需的电压或电流信号。
10.PROFIBUS网络由、从站和网络部件等构成。
二、选择题1.PLC具有______功能，能够描述继电器触点的串联、并联和串并联等各种连接。
A.逻辑运算B.定时控制C.计数控制D.A/D、D/A转换2.下面对PLC的特点描述正确的是______。
A.高可靠性是PLC最突出的特点之一B.PLC执行用户程序过程中与外界隔绝，因而实时性差C.设计、安装调试和维修工作量大D.PLC的价格非常低廉3.PLC的______模块是其运算控制核心。
A.电源B.导轨C.CPUD.输入模块4.PLC工作过程中，______是PLC将输出映像区中的内容送到寄存输出状态的输出锁存器中，再去驱动用户设备。
A.输入采样阶段B.程序执行阶段C.网络通信D.输出刷新阶段5.PLC的语句表指令中，______定义其执行的功能，即告诉CPU该做什么。
A.标识符B.参数C.操作码D.操作数6.输入继电器是PLC接受外部输入的开关信号的窗口，下面对其描述正确的是______。
A.输入继电器有线圈和触点B.输入继电器触点可以无限制使用C.输入继电器的状态仅取决于用户程序的控制D.输入继电器只有常开触点7.指出下列正确的指令______。
A.CTD C300B.LDN MO.OC.TOF T300,6D.NOT QO.08.S7-200的CPU22X系列的PLC有三种类型的定时器，其中______可用于累计许多时间间隔。
可编程控制器(PLC)基础知识概述
可编程控制器（PLC）基础知识概述3.1 PLC的产生和定义3.1.1 PLC的产生20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，为了适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司（GM）公开招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：⏹（1）编程方便，可现场修改程序；⏹（2）维修方便，采用插件式结构；⏹（3）可靠性高于继电器控制装置；⏹（4）体积小于继电器控制盘；⏹（5）数据可直接送入管理计算机；⏹（6）成本可与继电器控制盘竞争；⏹（7）输入可以是交流市电（115V）（美国电压标准）⏹（8）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；⏹（9）扩展时原系统改变小；⏹（10）用户程序存储器至少能扩展到4KB。
这就是著名的“GM十条”。
1969年美国数字设备公司（DEC）中标后，制造出世界上第一台可编程序控制器（Programmable Logic Controller, 简称PLC）。
3.1.2 PLC的定义PLC在飞速发展过程中，很长时间后才有了一个比较明确的定义，1987年，国际电工委员会（IEC）对PLC作出的定义如下：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。
它采用了可编程序的存储器，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的输入和输出，控制各种机械和生产过程。
而有关的外围设备，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。
”⏹定义强调了PLC直接应用于工业环境。
⏹定义强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，即计算机。
⏹定义强调了PLC是用软件方式来实现“可编程”的。
3.2 PLC的基本工作原理PLC工作过程可用图3.1所示的运行框图来表示。
整个过程可分为三部分。
图3.1 PLC工作过程PLC的工作方式：第一部分是上电处理。
机器上电后对PLC系统进行一次初始化，包括硬件初始化，I/O模块配置检查，停电保持范围设定，系统通信参数配置及其他初始化处理等。
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.。
简述可编程控制器的基本组成
简述可编程控制器的基本组成可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种专门用于工业自动化控制的电子设备，它的基本组成包括中央处理器、输入/输出模块、存储器、通信模块和电源模块等。
1. 中央处理器中央处理器（Central Processing Unit，CPU）是PLC的核心部件，它负责控制整个系统的运行。
CPU通常由微处理器、存储器和时钟电路等组成，它可以执行各种控制算法，如逻辑运算、计数、定时、比较等。
CPU还可以通过通信模块与其他设备进行数据交换和通信。
2. 输入/输出模块输入/输出模块（Input/Output Module，I/O Module）是PLC与外部设备进行数据交换的接口，它可以将外部信号转换为数字信号，然后传输给CPU进行处理。
I/O模块通常包括数字输入模块、数字输出模块、模拟输入模块和模拟输出模块等。
数字输入模块可以接收开关量信号，如按钮、开关、传感器等；数字输出模块可以控制开关量输出，如继电器、电磁阀等；模拟输入模块可以接收模拟量信号，如温度、压力、流量等；模拟输出模块可以输出模拟量信号，如电压、电流等。
3. 存储器存储器（Memory）是PLC用于存储程序和数据的设备，它通常包括随机存储器（Random Access Memory，RAM）和只读存储器（Read Only Memory，ROM）等。
RAM用于存储程序和数据，可以随时读写；ROM用于存储固化程序和数据，只能读取不能写入。
存储器的容量和速度是影响PLC性能的重要因素。
4. 通信模块通信模块（Communication Module）是PLC用于与其他设备进行数据交换和通信的设备，它可以通过各种通信协议与其他设备进行数据交换，如以太网、串口、CAN总线等。
通信模块可以实现PLC之间的数据共享和远程监控等功能，提高了PLC的应用范围和灵活性。
5. 电源模块电源模块（Power Module）是PLC用于提供电源的设备，它可以将外部电源转换为PLC所需的电源，如24V直流电源等。
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。
PLC基础知识入门
第一讲：PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
一. PLC的由来在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。
当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。
随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。
为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：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；5.数据可直接送入管理计算机；6.成本可与继电器控制装置竞争；7.输入可以是交流115V；8.输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9.在扩展时，原系统只要很小变更；10.用户程序存储器容量至少能扩展到4K。
1969年，美国数字设备公司(DEC) 研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。
这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。
这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。
1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。
可编程控制器的基本组成单元
可编程控制器的基本组成单元1. 引言可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种专门用于工业自动化控制的电子设备。
它由一系列的基本组成单元构成，这些单元共同实现了PLC的功能。
本文将详细介绍可编程控制器的基本组成单元，包括中央处理器（CPU）、输入输出模块（I/O模块）、存储器和通信接口等。
2. 中央处理器（CPU）中央处理器是PLC的核心部件，负责执行用户程序并控制整个系统的运行。
它通常由微处理器、时钟电路和存储器组成。
2.1 微处理器微处理器是中央处理器的主要计算部件，它负责执行指令、进行数据运算和逻辑判断等操作。
常见的微处理器有Intel、AMD等品牌。
2.2 时钟电路时钟电路为CPU提供了稳定的时序信号，使其能够按照固定频率进行工作。
时钟信号驱动着CPU内部各个部件的协调运行。
2.3 存储器存储器用于存储用户程序、数据和临时变量等信息。
它分为RAM（Random Access Memory）和ROM（Read Only Memory）两种类型。
•RAM：用于存储用户程序和数据，具有读写功能。
当PLC断电时，RAM中的数据会丢失。
•ROM：用于存储固化的系统程序和常量，只能读取不能写入。
即使PLC断电，ROM中的数据也能保持不变。
3. 输入输出模块（I/O模块）输入输出模块是PLC与外部设备进行数据交换的接口，它负责将外部信号转换为数字信号输入给CPU，并将CPU处理后的数字信号输出给外部设备。
3.1 输入模块输入模块用于接收外部设备的信号，并将其转换为数字信号输入给CPU。
常见的输入信号包括开关、传感器、编码器等。
3.2 输出模块输出模块用于将CPU处理后的数字信号输出给外部设备，控制其运行状态。
常见的输出设备包括继电器、电磁阀、伺服驱动器等。
4. 存储器存储器主要用于存储用户程序、数据和临时变量等信息。
除了CPU中的存储器之外，PLC还可以通过扩展存储器来增加存储容量。
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一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集中 在一个芯片内。 主要功能： (1) 控制用户程序和数据的接受与存储； (2) 读入现场状态并存储； (3) 执行用户程序； (4) 执行系统诊断功能； (5) 输出运算结果； (6) 与外部设备或计算机通信等。 CPU一般由大规模或超大规模集成电路的处理芯片构成 （如通用微处理器、单片机）。
PLC 以集中采样方式读入所有输入端子的状态，并把此状态存 入输入映像寄存器（I）。 外接输入电路闭合 对应的I映像寄存器状态为1 外接输入电路断开 对应的I映像寄存器状态为0 当输入采样阶段结束后，即使外部输入信号状态发生变化，输 入映像寄存器（I）的状态也不会变。变化的输入信号状态在 下一个扫描周期被读入。
S7300/400 IM365、 IM360/361
（五）I/O扩展接口
I/O扩展接口还可以扩展智能模块 智能模块是一个独立的计算机系统，它有自己的CPU、 系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口。 PID 控制模块 高速计数模块 温度测量模块 运动控制模块 通信模块 ASCII 模块 BASIC 模块 中断控制模块 ……
（二）存储器
系统程序存储器
存放系统程序；用户不能随意修改； 采用PROM、EPROM、ROM存储
它的大小关系 到用户程序容 量的大小和内 部器件的多少， 是反映PLC性 能的指标之一
用户程序存储器
存储器
程序存储区：存放用户程序；用户可 以修改；采用CMOS RAM、EPROM、 EEPROM、Flash Memory存储 数据存储区：存放工作数据；其数据 状态随程序的运行和控制过程随机变 化，是构成PLC的内部器件（软元 件）；采用RAM存储
* 大存储容量
* 高速度 * 高性能 * 增加I/O点数
（二）小型化
小型PLC发展方向：
* 简易化
* 体积小 * 功能强 * 价格低
五、PLC的主要功能和特点
（1）PLC的主要功能
• • • • • • • • 开关量逻辑控制 定时控制 计数控制 顺序（步进）控制 数据处理 模拟量控制 PID控制 通信和联网
1.PLC 替代电气原理路图中的控制电路部分
QS
用PLC替代继电接触器控制系统 就是替代控制电 路那部分，主电 路基本保持不变
主电路
控制电路
2.控制电路与PLC的比较
输 入 部 分
输入 部分
逻辑 部分
输出 部分
“软接线”
输出 部分
“硬接线”
逻辑部分：由各电器的 触点和导线组成。各电 器触点之间以固定方式 接线。
三、可编程序控制器的发展概况
第一阶段（初创期）
第二阶段（成熟期） 第三阶段（大发展期）
第四阶段（继续发展阶段）
第一阶段（1969—1972）
PDP-14
初创期
编程语言： 采用计算机的初级语言 硬件结构： 采用中、小规模集成电路 控制功能： 逻辑控制、计数定时、顺序控制
第三章 可编程控制器基础
第三章 可编程控制器基础
§ 3.1 可编程控制器概述 § 3.2 可编程控制器的组成 § 3.3 可编程控制器的工作原理 § 3.4 可编程控制器的硬件基础 § 3.5 可编程控制器的软件基础 § 3.6 可编程控制器的性能指标及分类
§3.1 可编程控制器基础
一、PLC的由来
三、PLC软件系统组成
系统程序
与硬件一起 决定了PLC 的性能
系统管理程序 用户指令解释程序 标准程序模块及调用程序
用户程序
编程语言
梯形图（LAD） 指令表（STL） 顺序功能流程图（SFC） 功能块图（FBD）
§ 3.3 可编程控制器的工作原理
一、可编程控制器的等效电路
PLC模拟继电-接触器控制系统的编程方法
扩展模块通过与CPU连接的总线连接电缆取得5V直流 电源，扩展模块时，每一个PLC系统必须效验开关电 源的容量是否足够 具有掉电保护电路和后备电池电源
面板上有发光二极管（LCD）指示电源的工作状态
（五）I/O扩展接口
作用：内部不配备CPU和存储器，扩展输入/ 输出点数(包括数字量I/O和模拟量I/O)。
把计算机的编程灵活、功能齐全、应 用面广等优点与继电器控制系统的结 构简单、使用方便、价格便宜等优点 结合起来，PLC面向工业控制的特点 显露出来。
1980, NEMA
进入实 用化阶 段
PLC？
个人计算机（Personal Computer ）简称PC 为与个人计算机（PC）相区别，又把可编程序
由存放在存储器中 的用户程序实现
3.PLC模拟继电器控制系统的编程方法
组成 元件 不同
控制条件 作用一致
逻辑部分：由各电器的 触点和导线组成。各电 器触点之间以固定方式 接线。
逻辑 部分
“软继电器”： “输入继电器” “输出继电器” “中间继电器” “时间继电器”
“硬接线”
“软接线”
二、可编程控制器的工作过程
编程设备 监控设备 存储设备
输入/输出设备
（七）外部设备之编程器
作用：用户程序的编制、编辑、调试、监视等。 通过通信电缆与基本单元的编程接口相连。 简易编程器 智能编程器
语句表 梯形图
专用编程器
通用计算机+编程软件
计算机
通信电缆
(编程软件)
PLC
（七）外部设备之 监控设备
人机界面HMI：PLC将现场数据实时上传给监控设 备，监控设备将这些数据动态显示出来，以便操 作员通过监控设备向PLC发送操作指令。 通过通信电缆与基本单元的通信接口相连。
功率放大 电平转换 光电隔离
类型：
输入 接口
数字量输入接口 模拟量输入接口
输出 接口 模拟量输出接口
数字量输出接口
（四）电源单元
电源单元将外界提供的电源转换成PLC的工作电源后， 提供给PLC。一般使用220V交流或24V直流电源供电。
有些电源单元也可以作为负载电源，通过PLC的I/O接 口向负载提供直流24V电源，从（L＋，M）端引出。 内部有一个开关电源，为主机、扩展模块、其它用电 设备提供5V、24V直流电源
灌 装 及 包 装 机 械
制造业自动化
汽 车 制 造 和 装 配 生 产 线
（2）PLC的特点
1. 2. 3. 4. 5. 6. 6. PLC是专为工业环境下应用而设计的， 具有面向工业控制的鲜明特点。 可靠性高、抗干扰能力强 通用性强、灵活性好 编程简单、使用方便 模块化结构 安装简便、调试方便 体积小、能耗低 网络通信
(1) 建立I/O映象区 存储器 系统的每一个输入点I与输入映象区I的某一位相对应 系统的每一个输出点Q与输出映象区Q的某一位相对应
Q：
···
Q0.0
I0.0
I：
···
（2）用户程序的循环扫描过程（RUN模式下）
从左到右
集中输入
输 入 端 子 ① 刷 新 输 入 映 像 寄 存 器 ② 读
从上到下
பைடு நூலகம்
二、可编程控制器的定义
可编程控制器(PLC) Programmable Logic Controller
定义：
“可编程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 了可编程序的存贮器，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的输入 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部设备，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。”
③ 写 ④读
集中输出
元 件 映 ⑧ 像 刷 寄 新 存 器 输 出 锁 存 输 出 端 子
输 入 信 号
⑨ 输 出
⑤写
⑥ 读 ⑦写 程序执行阶段
输 出
输入采样阶段
输出刷新阶段
输入处理与输出处理采用集中输入与集中输出的工作方式 CPU以字节为单位读、写输入/输出映像寄存器
集中输入
输入采样阶段：
PLC的典型应用领域
1. 中小型单机电气控制系统 （应用最广泛，逻辑顺序控制）
2. 制造业自动化 3. 运动控制 4. 流程工业自动化
中小型单机电气控制系统
传 送 带 生 产 线 控 制
印 刷 机 械
中小型单机电气控制系统
木 材 加 工
空 调 控 制
电 梯 控 制
中小型单机电气控制系统
纺 织 机 械
可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC 把计算机的程序存储技术引入 继电器控制系统
功绩
第二阶段（1973—1978）
成熟期
编程语言：梯形图编程法 硬件结构：采用微处理器 控制功能：增多
可编程序控制器（Programmable Controller）简称PC
（三）输入、输出单元（接口）
I/O单元（I/O模块）：PLC的CPU与现场I/O装
置或其它外部设备之间连接的接口部件，分为 数字I/O（DI/DO）和模拟I/O （AI/AO）两种。
SB SQ SA
输 入 单 元
KM
微处理器 存储器 电源 输 出 单 元
YV HL
滤 波 电平转换 光电隔离
编程器或其他编程设备
从左到右，从上到下
RUN工作模式下，在无中断或跳转指令的情况下，根据梯形图 程序从首地址开始按从左到右、从上到下的顺序，CPU从用户 程序存储区逐条读取用户指令，经解释后执行相应动作，产生 相应结果，刷新相应的输出映像寄存器。 CPU执行程序时，从I/O映像寄存器或别的元件的映像寄存器读 出其状态，根据指令要求执行相应的逻辑运算，运算结果写入 线圈相应的元件映像寄存器。因此，各元件映像寄存器（除输 入映像寄存器外）的内容随程序执行的进程而变化。