吉林大学《可编程控制技术PLC》课程 第7章--可编程控制器原理7
吉林大学《可编程控制技术PLC》课程 第7章--可编程控制器原理7
程序步
子程序调用
FNC 01 （16）
CALL CALL（P
）
指针P0～P62， P64～P127嵌套5级
3步（指令标号）1 步
子程序返回 FNC 02
SRET
无可用软件
1步
子程序是为一些特定的控制目的编 制的相对独立的程序。为了区别于主程序， 规定在程序编排时，将主程序排在前边， 子程序排在后边，并以主程序结束指令 FEND（FNC 06）将这两部分分隔开。
X000
执行条件
①
⑤
①
⑤
FNC20 ◥
(D)ADD(P)
S1·
D10
⑥ ⑥
S2·
D12
D·
D14
③
②
④
③应用指②令段 ④
源操作数
目的操作数
图8-2 应用指令的表示形式及要素
表8－1 加法指令的要素
指令 名称
指令代 码
助记符
操作数范围
S1（·） S2（·） D（·）
程序步
加法
FNC
20 （16／ 32）
0
4
6
8
11
15
18
22
25
29
P8 36
图8-4 条件跳转 40
指令使用说明
P9 43
X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 X000 X012 X013
FNC 00
P8
CJ
Y001
M1 S1
T0
K10
RST
T246
T246 K1000
在表8－2中，表示各操作数可用元件类型的 范围符号是：B、B’、W1、W2、W3、W4、W1’、 W2’、W3’、W4’、W1”、W4”，其表示的范围如 图8－3所示。
简述可编程控制器的工作原理
简述可编程控制器的工作原理可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种用于工业自动化控制的电子设备，它基于数字逻辑技术，通过编程控制输入/输出信号，实现对工业控制系统的自动化控制。
PLC的工作原理主要包括以下几个步骤：1. 输入信号采集：PLC连接到各种输入设备，如传感器、按钮等，监测系统的各种输入信号。
当输入信号发生变化时，PLC会采集这些信号并将其转换为数字信号。
2. 编程逻辑控制：使用特定的编程语言，例如传统的梯形图编程语言（Ladder Diagram）或其他高级编程语言（例如结构化文本语言），对PLC进行编程来实现所需的控制逻辑。
编程逻辑是由一系列逻辑函数和定时器/计数器等进行组合结构的。
3. 输出信号控制：根据编程逻辑，PLC控制输出设备，例如电机、阀门等，通过输出相应的信号进行动作控制。
PLC通过数字转模拟转换器（DAC）或模拟输出模块将数字信号转换为模拟信号，以控制模拟设备。
4. 循环扫描：PLC以固定的时间间隔进行循环扫描（通常为几毫秒），检测输入信号的变化并执行相应的控制逻辑。
它会不断地检查输入信号，更新输出信号，并根据需要调整和执行控制逻辑。
5. 通信和数据交换：PLC可以与上位机或其他PLC进行通信，并进行数据交换。
这些通信可以包括与监视、报警、数据存储等系统的交互，以实现更复杂的控制功能。
总的来说，PLC的工作原理是通过输入信号采集、编程逻辑控制、输出信号控制、循环扫描和通信数据交换等步骤，实现对工业自动化控制系统的灵活和可靠的控制。
它具有模块化、灵活可编程和广泛适用等优势，被广泛应用于各种工业领域。
可编程控制器(PLC)PPT课件
CPU是可编程序控制器PLC的控制中枢。
(2)存储器
分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，由只读存储器、
ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。
用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用
户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。
（3）辅助继电器（M）
辅助继电器是PLC的内部继电器，它有许多个，每个有许多对动合触点和动断触点。辅助继电器通过
PLC中其他继电器触点的接通来驱动，与继电器控制系统中的中间继电器的作用相似，仅供中间转换环节
使用，辅助继电器不能直接驱动外部负载，要驱动外部负载必须通过输出继电器才行。
M8000运行监控继电器，是动合触点，PLC运行时接通，停止时断开；
2.会用PLC的基本语句符号进行简单的编程。
二、考点解读
必考点： PLC的基本结构,掌握PLC的工作原理；
用PLC的基本语句符号进行简单的编程。
重难点：PLC的基本语句符号进行简单的编程,可编程序控制器的接线。
考纲解读
1.PLC的由来
1969年美国数字设备公司（DEC）成功研制出世界上第一台可编程控制器PDP-14，并在GM公
（2)中型PLC：中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256~1 024点之间。
(3)大型PLC：一般I/O点数在1 024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强,
具有极强的自诊断功能。图8-1-1PLC的基本结构
6.PLC的基本结构
PLC的基本结构如图8-1-1所示。
考纲解读
M8001运行监控继电器，是动断触点，PLC运行时断开，停止时接通；
可编程控制器的工作原理
可编程控制器的工作原理1、PLC的工作方式与运行框图众所周知，继电器控制系统是1种“硬件逻辑系统”，如下图所示。
▲继电器控制系统图它的3条支路是并行工作，当按下按钮SB1，中间继电器KT得电，KT的两个触点闭合，接触器KM1、KM2同时得电动作。
所以继电器控制系统采用的是并行工作方式。
可编程控制器是一种工业控制计算机，故它的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，即是通过执行反应控制要求的用户程序来实现的。
但是CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应电器的动作，并变成时间上的串行。
由于运算速度极高，各电器的动作似乎是同时完成的，但实际输入-输出的相，应是有滞后的。
概括而言，PLC的工作方式是1个不断循环的顺序扫描工作方式。
每1次扫描所用的时间称为工作周期。
CPU从第1个指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第1条指令开始新的一轮扫描。
PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。
执行用户程序时，需要各种现场信息，这些现场信息已接到PLC 的输入端。
PLC采集现场信息即采集输入信号有2种方式：（1）集中采集输入方式一般在扫描周期开始或结束将所有输入信号（输入元件的通/断状态）采集并存放到输入映象寄存器（PII）中。
执行用户程序所需输入状态均在输入映象寄存器中取用，而不直接到输入端或输入模块去取用。
（2）立即输入方式随程序的执行需要哪个输入信号就直接从输入端或输入模块取用这个输入状态，如“立即输入指令”就是这样，此时输入映象寄存器的内容不变，到下一次集中采用输入时才变化。
同样，PLC对外部的输出控制也有集中输出和立即输出两种方式。
PLC工作的全过程可用下图所示的运行框图表示。
▲PLC工作过程图整个运行可分为3个部分：第1部分是上电处理，及其上电后对PLC系统进行一次初始化工作。
包括硬件初始化、I/O模块配置检查、停电保持范围设定及其他初始化处理等。
可编程控制器(plc)工作原理PPT文档52页
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
52
可编程控制器(plc)工作原理
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
《可编程控制器PLC》课件
02
减法指令
用于两个输入信号相减，输出它们 的差。
除法指令
用于两个输入信号相除，输出它们 的商。
04
PART 04
PLC的实践应用
电机控制
电机正反转控制
通过PLC编程，可以实现电机的正转 、反转以及停止的控制，广泛应用于 如机械臂、传送带等设备。
电机速度控制
通过改变PLC输出到电机的脉冲频率 ，可以精确控制电机的转速，满足各 种生产线上对电机速度的精确控制需 求。
OR指令
用于将两个输入信号中任意一个为ON时，输出 信号为ON。
3
NOT指令
用于反转输入信号的状态。
定时器与计数器指令
定时器指令
用于在一定时间间隔后输出信号 。根据时间设定，可以分为接通 延时定时器、断开延时定时器和 保持型接通延时定时器。
计数器指令
用于对输入脉冲进行计数，当计 数值达到设定值时，输出信号发 生变化。根据计数方向，可以分 为递增计数器和递减的网络安全问题将更加突出，需要加 强安全防护和应急响应能力。
PLC在人工智能领域的发展
智能控制
PLC将集成更多的人工智能算法 和控制策略，实现更加智能化的
工业控制。
数据驱动
基于大数据和机器学习技术，PLC 将能够实现自学习和自适应控制， 提高生产效率和设备可靠性。
安全保护
PLC还负责电梯的安全保护功能，如检测电梯门的开关状态、控制紧急制动装置 等，确保乘客的安全。
PART 05
PLC的选型与维护
PLC的选型原则
根据控制要求选择
根据控制系统的要求，选择满足输入输出点数、处理速度、控制精度等要求的PLC。
考虑I/O模块扩展性
选择具有良好扩展性的PLC，以便未来增加功能或扩展规模。
吉林大学自动控制原理第7章
§ 7.1 离散系统的基本概念 § 7.2 信号的采样与保持 § 7.3 z变换与z反变换 § 7.4 离散系统的数学模型 § 7.5 稳定性与稳态误差 § 7.6 离散系统的动态性能分析
End
近年来，随着脉冲技术、数字式元器件、数字计算机， 特别是微处理器的迅速发展，数字控制器在许多场合取 代了模拟控制器，比如微型数字计算机在控制系统中得 到了广泛的应用。离散系统理论的发展是非常迅速的。
2. D/A转换器
D/A转换器是把离散的数字信号转换为连续模拟信号的装置。 包括解码过程和复现过程。
解码过程 就是把离散数字信号转换为离散的模拟信号。 复现过程 就是通过保持器，将离散模拟信号复现为连续模拟信号。
采样系统
v 计算机控制系统的优缺点
(1) 控制计算由程序实现，便于修改，容易实现复杂的控制律； (2) 抗干扰性强； (3) 一机多用，利用率高； (4) 便于联网，实现生产过程的自动化和宏观管理。
+¥
d (t) = T
å d (t - nT )
n = -¥
-2T 0 2T 4T t
——理想单位脉冲序列
e*(t)
d e*(t) = e(t)!
(t)
T
+¥
e* (t) = e(t) å d (t - nT )
n = -¥
+¥
e* (t) = å e(nT )d (t - nT )
n = -¥
实际系统t < 0时，e(t) = 0
= 1 + e-Ts + e-2Ts + != 1 - e-Ts = eTs - 1
( e-Ts < 1)
例： e(t ) = e-at，求 E*(s)
可编程控制器的工作原理
可编程控制器的工作原理可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是一种广泛应用于自动化系统中的工业控制设备。
它利用逻辑运算、数据处理和信号输出等功能，实现对生产流程、机械设备和工业过程的控制和监测。
本文将从硬件组成和工作原理两方面详细介绍可编程控制器的工作原理。
一、硬件组成可编程控制器主要由以下几个硬件组成部分构成：1.中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）：负责控制程序的运行，进行数据处理和逻辑判断。
2.存储器：包括读写存储器（Random Access Memory，简称RAM）和只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）。
RAM用于存储编程和运行时数据，ROM存储着不易改变的固定程序。
3.输入模块：将外部信号（如开关、传感器信号等）转换为数字信号，传送给CPU进行处理。
4.输出模块：将CPU处理后的数字信号转换为控制信号，通过继电器、电磁阀等输出给执行机构。
以上是可编程控制器的主要硬件组成，其结构简洁紧凑，便于安装和维护。
二、工作原理可编程控制器的工作原理可以概括为以下几个步骤：1.扫描输入模块：当外部信号改变时，输入模块将信号转换为数字信号，并传送给CPU进行处理。
CPU会定期扫描输入模块，检测信号的变化。
2.执行程序：可编程控制器通过编写程序，实现对工业过程和设备的控制。
程序由一系列逻辑命令组成，根据输入信号的状态进行判断和决策。
CPU根据程序逐条执行命令，从而实现对输出模块的控制。
3.控制输出模块：CPU根据程序的执行结果，将数字信号转换为相应的控制信号。
输出模块接收控制信号，并驱动执行机构，控制工业过程和设备的运行。
4.反馈监测：输出模块在执行完控制信号后，会向CPU发送反馈信号。
CPU通过监测反馈信号，确定输出信号是否执行成功，以及是否需要进行进一步的控制。
可编程控制器的工作原理基于程序控制思想，可以实现复杂的逻辑运算、数据处理和控制运动等功能。
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计数器
应用指令
X004 断开
X004 接通
X005 断开 X006 断开 X005 断开 X006 接通 X007 断开 X010 断开 X007 断开 X010 接通
X011 断开
X011 接通
X004 接通
X004 断开 X006 接通 X006 断开 X010 接通 X010 断开 X011 接通 X011 断开
定时器不动作
X000
执行条件
①
⑤
①
⑤
FNC20 ◥
(D)ADD(P)
S1·
D10
⑥ ⑥
S2·
D12
D·
D14
③
②
④
③应用指②令段 ④
源操作数
目的操作数
图8-2 应用指令的表示形式及要素
表8－1 加法指令的要素
指令 名称
指令代 码
助记符
操作数范围
S1（·） S2（·） D（·）
程序步
加法
FNC
20 （16／ 32）
表8－4 跳转对元器件状态的影响
元件 Y、M、S
跳转前的 触点状态
X001、X002、 X003、断开
X001、X002、 X003、接通
跳转后的 触点状态
X001、X002、 X003、接通
X001、X002、 X003、断开
转过程中 Y001、M1、S1断开 Y001、M1、S1接通
10ms 100ms 定时器
1．条件跳转指令说明
该指令的代码、助记符、操作数和程序步如表8-3 所示。
表8－3 条件跳
助记符
操作数 D（·）
程序步
条件跳 转
FNC 00 （16）
CJ CJ（P）
P0～P127 P63即是END所在步，不需要标
记
CJ和CJ（P）～ 3步
标号P～1步
跳转指令在梯形图中使用的情况如图8－4所示。 图 中 跳 转 指 针 P8、P9 分 别 对 应 CJ P8 及 CJ P9二条跳转指令。
RST
C0
C0
FNC 12 MOV
FNC 00 CJ
Y001
K20
K3
D0
P9
RST
T246
RST
C0
2、跳转程序段中元器件在跳转执行中的工 作状态
表8－4给出了图8－4中跳转发生前 后输入或前序器件状态发生变化对程序执 行结果的影响。从表中可以看到:
（1）处于被跳过程序段中的输出继电器 Y、辅助继电器M、状态S由于该段程序不 再执行，即使梯形图中涉及的工作条件发 生变化，它们的工作状态将保持跳转发生 前的状态不变。
ADD ADD（
P）
K、H KnX、KnY、KnM
、KnS T、C、D、V、Z
KnY、KnM 、KnS
T、C、D、V 、Z
ADD、ADDP…7 步
DADD、 DADDP…13步
FX2N系列PLC应用指令在FX2型应用指令的基 础上，又增加了浮点数运算、触点形比较及时钟应用 等指令，指令数量达到128种298条,列于表8－2中 所示。
0
4
6
8
11
15
18
22
25
29
P8 36
图8-4 条件跳转 40
指令使用说明
P9 43
X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 X000 X012 X013
FNC 00
P8
CJ
Y001
M1 S1
T0
K10
RST
T246
T246 K1000
FX2N系列PLC是FX系列中高档次的超小型化、高速、 高性能产品，具有128种298条应用指令。分为程序控 制、传送与比较、四则运算与逻辑运算、循环移位、 数据处理、高速处理、便利指令、外部设备I／O处理、 浮点操作、时钟运算、格雷码转换、触点比较等十个 类型。由于学时有限，本章将介绍程序控制、传送与 比较、四则运算与逻辑运算、循环移位、数据处理。
图8－2及表8－1中应用指令的使用要素意义 如下。
(1)应用指令的编号 每条应用指令都有一定
的编号。在使用简易编程器的场合，输入应用指令 时，首先输入的就是应用指令编号。如图8－2中 ①所示的就是应用指令编号。
（2）助记符 应用指令的助记符是该指令的英 文缩写词。如加法指令“ADDITION”简写为ADD。 采用这种方式容易了解指令的应用。如图8－2中 ②所示。
一、应用指令的表示形式、应用与操作
与基本指令不同的是，应用指令不含表达 梯形图符号间相互关系的成分。而是直接表达 本指令要做什么。FX2N系列PLC在梯形图中一 般是使用应用框来表示应用指令的。图8－1是 应用指令的梯形图示例。
M8002
FNC12 MOV
K245
D501
使用应用指令需注意指令的要素。以加法指令 作为说明，图8－2及表8－1给出了加法指令的表 示形式及要素。
（2）被跳过程序段中的时间继电器T及 计数器C，无论其是否具有掉电保持功能， 由于跳过的程序停止执行，它们的现实值 寄存器被锁定，跳转发生后其计时、计数 值保持不变，在跳转中止，程序继续执行 时，计时计数将继续进行。另外，计时、 计数器的复位指令具有优先权，即使复位 指令位于被跳过的程序段中，执行条件满 足时，复位工作也将执行。
第一节 应用指令的类型及使用要素
FX2N系列PLC应用指令依据应用不同，可分 为数据处理类、程序控制类、特种应用类及外部 设备类。
其中数据处理类指令种类多，数量大、使用 频繁，又可分为传送比较、四则运算及逻辑运算、 移位、编解码等细目。
程序控制类指令主要用于程序的结构及流程 控制，含子程序、中断、跳转及循环等指令。
在表8－2中，表示各操作数可用元件类型的 范围符号是：B、B’、W1、W2、W3、W4、W1’、 W2’、W3’、W4’、W1”、W4”，其表示的范围如 图8－3所示。
(a) 位元件
(b) 字元件
图8-3 操作数可用元件类型的范围符号
程序流程类应用指令共有十条，指令功能编号为 FNC00~FNC09，它们在程序中的条件执行与优先处理， 主要与顺控程序的控制流程有关。下面对它们逐一介绍。 一、条件跳转指令及应用
应用指令（Applied Instruction，也有的 书称为功能指令Functional Instruction），用
于数据的传送、运算、变换及程序控制等应用。 近年来，应用指令又向综合性方向迈进了一大 步，出现了许多一条指令即能实现以往需要大 段程序才能完成的某种任务的指令，如PID应用、
表应用等。这类指令实际上就是一个个应用完 整的子程序，从而大大提高了PLC的实用价值 和普及率。