PLC的分类组成及工作原理.ppt

6 PLC的分类、组成及工作原理的分类、组成及工作原理 6.1 PLC的分类的分类6.1.1 按结构形式分类按结构形式分类1.整体式整体式PLC（单元式（单元式/箱体式箱体式/一体式）一体式）结构：将中央处理单元结构：将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、存储器、输入单元、输出单元、外设输出单元、外设I/O接口、电源等集中配置在一起，有的接口、电源等集中配置在一起，有的甚至全部安装在一块印刷电路板上，装在一个箱体内，甚至全部安装在一块印刷电路板上，装在一个箱体内，通常称为主机（基本单元）。通常称为主机（基本单元）。qCPU221qCPU 222qCPU 224qCPU 226qCPU226XM 优缺点：结构紧凑，体积小，重量轻，价格低，安装方优缺点：结构紧凑，体积小，重量轻，价格低，安装方便，易于与被控设备组合成一个整体；但其主机的输入便，易于与被控设备组合成一个整体；但其主机的输入/输输出点数固定，因而使用不灵活。出点数固定，因而使用不灵活。Siemens：S7-200系列系列输出接口输出接口扩展口扩展口外设口外设口通信口通信口输入接口输入接口手持编程器手持编程器 其他常见机型：其他常见机型：OMRON：CPM1A、CPM2A、P型机等型机等MITSUBISHI：FX系列（系列（FX0S、FX1S、FX2N等）等）2.模块式模块式PLC(机架式、积木式、组合式机架式、积木式、组合式)结构：一般由框架（母板或底板）和模块组成，即将结构：一般由框架（母板或底板）和模块组成，即将分别制成的中央处理模块分别制成的中央处理模块(CPU)、输入模块、输出模块、输入模块、输出模块、电源模块等插入机架内各对应插座上（母板）。电源模块等插入机架内各对应插座上（母板）。6.1.1 按结构形式分类按结构形式分类S7-300模块式模块式PLC 2.模块式模块式PLC(机架式、积木式、组合式机架式、积木式、组合式)S7-400模块式模块式PLC 2.模块式模块式PLC(机架式、积木式、组合式机架式、积木式、组合式)优缺点：配置灵活，装配方便，便于扩展和维修；但结优缺点：配置灵活，装配方便，便于扩展和维修；但结构较复杂，造价高，并且体积大，难于与小型设备连成一构较复杂，造价高，并且体积大，难于与小型设备连成一体。体。其他常见机型：其他常见机型：OMRON：C200H、CQM1H、CS1等等MITSUBISHI：A系列、系列、Q系列等系列等OMRON：CQM1H模块式模块式PLC A-B SLC500模块式模块式PLC 三菱三菱Q系列系列模块式模块式PLC 3.叠装式叠装式PLC 结构：结合以上两种结构的优点。这种结构的结构：结合以上两种结构的优点。这种结构的CPU、电电源、源、I/O等单元也是各自独立的模块，但它们相互的连接仅等单元也是各自独立的模块，但它们相互的连接仅用电缆即可，并且各模块可以叠装在一起。用电缆即可，并且各模块可以叠装在一起。特点：灵活配置，体积小巧。特点：灵活配置，体积小巧。S7200系列系列CPU226：主机点数扩展单元点数：主机点数扩展单元点数248点。点。CPU221:CPU221:数字量数字量数字量数字量 1010点点点点 CPU222:CPU222:4040入入入入/38/38出出出出=78=78数字量数字量数字量数字量 模拟量模拟量模拟量模拟量 8 8入或入或入或入或4 4出或出或出或出或 8 8入入入入/2/2出出出出CPU224:CPU224:9494入入入入/74/74出出出出=168=168 数字量数字量数字量数字量模拟量模拟量模拟量模拟量 2828入或入或入或入或1414出或出或出或出或 2828入入入入/7/7出出出出CPU226(XM):CPU226(XM):128128入入入入/120/120出出出出=248=248数字量数字量数字量数字量模拟量模拟量模拟量模拟量 2828入或入或入或入或1414出或出或出或出或 2828入入入入/7/7出出出出 最大最大7个模块个模块最大最大7个模块个模块最大最大2个模块个模块无扩展能力无扩展能力 其他常见机型：其他常见机型：OMRON：CPM1A、CPM2A等等MITSUBISHI：FX系列（系列（FX0N、FX1N、FX2N等）等）6.1.2 按按I/O点数分类点数分类1.小型机（整体式或叠装式）小型机（整体式或叠装式）功能：开关量控制为主，也可进行数据的运算和处理、通信功能：开关量控制为主，也可进行数据的运算和处理、通信联网及模拟量控制。联网及模拟量控制。输入输入/输出点数：输出点数：10256点。点。常见机型：常见机型：OMRON：CPM1A（10100点）、点）、CPM2A（10120点）等点）等 MITSUBISHI：FX0N（24128）、）、FX1N（14128点）点）、FX2N（10256点）等点）等 Siemens：S7200系列：系列：CPU221（10点），点），CPU222（1478点）点），CPU226（40248点）点）松下：松下：FP0（10128点）点）2.中型机（模块式）中型机（模块式）功能：具有开关量、模拟量控制，数据的运算、处理功能：具有开关量、模拟量控制，数据的运算、处理和传送及通信联网的功能。模块种类多，指令丰富，具有和传送及通信联网的功能。模块种类多，指令丰富，具有多路多路A/D、D/A转换接口。转换接口。输入输入/输出点数：输出点数：2000点以下。点以下。常见机型：常见机型：OMRON：C200H（1184点）点）、CQM1H（512点）点）MITSUBISHI：A系列（系列（2084点）点）Siemens：S7-300系列系列 松下：松下：FP2（1600/2048点）点）6.1.2 按按I/O点数分类点数分类3.大型机（模块式）大型机（模块式）功能：计算、控制、调节、网络结构及通信联网等。功能：计算、控制、调节、网络结构及通信联网等。输入输入/输出点数：输出点数：2000点以上。点以上。6.1.2 按按I/O点数分类点数分类 常见机型：常见机型：OMRON：CVM1、CS1等等 MITSUBISHI：Q系列系列 Siemens：S7-400系列系列6.1.3 按功能分类按功能分类1.低档（小型机）低档（小型机）2.中档（中型机）中档（中型机）3.高档（大型机）高档（大型机）6.2 PLC的组成与各部分的作用的组成与各部分的作用6.2.1 PLC的组成的组成1.整体式整体式PLC的组成的组成2.模块式模块式PLC的组成的组成3.叠装式叠装式PLC的组成的组成主机主机扩展单元扩展单元5.控制过程控制过程输入量输入量（开关量或模拟量）（开关量或模拟量）P L C（CPU执行控制程序）执行控制程序）输出量输出量（控制外部设备）（控制外部设备）中间变换器中间变换器6.2.1 PLC的组成的组成4.PLC基本组成部分基本组成部分 CPU、存储器、存储器、I/O单元、电源单元、编程单元单元、电源单元、编程单元6.2.2 PLC各部分的作用各部分的作用1.中央处理单元（中央处理单元（CPU）（PLC的核心，起总指挥的作用）的核心，起总指挥的作用）基本组成部分基本组成部分 (1)控控制制从从编编程程器器或或PLC编编程程软软件件输输入入的的用用户户程程序序和和数数据据的的接接收与存储；收与存储；(2)诊诊断断电电源源、PLC内内部部电电路路的的工工作作故故障障和和编编程程中中的的语语法法错错误；误；(3)以以扫扫描描的的方方式式接接收收输输入入信信号号，并并存存入入输输入入状状态态寄寄存存器器或或数据存储器保存起来；数据存储器保存起来；(4)PLC进进入入运运行行状状态态后后，从从存存储储器器中中根根据据用用户户程程序序存存放放的的先后顺序逐条读取指令先后顺序逐条读取指令，经命令解释后执行；，经命令解释后执行；(5)将用户程序的执行结果经输出部件实现输出控制、制表将用户程序的执行结果经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通讯等功能。打印或数据通讯等功能。2.存储器存储器1）常见存储器）常见存储器（1）RAM 读写存储器（随机存储器）：读写存储器（随机存储器）：可随时由可随时由CPU对其进行读出和对其进行读出和写入。（内容可随时改变）写入。（内容可随时改变）注：必须有电源供电，断电内容丢失。注：必须有电源供电，断电内容丢失。注：必须有电源供电，断电内容丢失。注：必须有电源供电，断电内容丢失。（2）ROM 只读存储器：只读存储器：内容不能修改，断电内容保持不变。内容不能修改，断电内容保持不变。（3）EPROM可擦除只读存储器：可擦除只读存储器：修改困难，断电内容保持不变。修改困难，断电内容保持不变。（4）EEPROM 电可擦除只读存储器：电可擦除只读存储器：修改容易，断电内容保持不变。（闪存）修改容易，断电内容保持不变。（闪存）注：执行读注：执行读注：执行读注：执行读/写次数有限（写次数有限（写次数有限（写次数有限（1 1万次左右）。万次左右）。万次左右）。万次左右）。6.2.2 PLC各部分的作用各部分的作用基本组成部分基本组成部分2）存储器分配）存储器分配（1）系统程序存储器系统程序存储器 选用选用ROM或或EPROM，用户只能访问，不能更改。用户只能访问，不能更改。（2）用户程序存储器）用户程序存储器 选用选用RAM、EPROM或或EEPROM。（3）工作数据存储器）工作数据存储器 选用选用RAM。注：输入注：输入注：输入注：输入/输出映像寄存器；元件映像寄存器；数据表输出映像寄存器；元件映像寄存器；数据表输出映像寄存器；元件映像寄存器；数据表输出映像寄存器；元件映像寄存器；数据表 2.存储器存储器6.2.2 PLC各部分的作用各部分的作用由由PLC制造厂家编写并固化在系统程制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分程序调用等部分 注意：注意：注意：注意：PLC产品手册中给产品手册中给出的出的“存储器类型存储器类型”和和“程程序容量序容量”是针对用户程序存是针对用户程序存储器而言的。储器而言的。3.I/O单元（输入单元（输入/输出单元）输出单元）输入单元：输入单元：接收操作指令和现场的状态信息，如控制按钮、接收操作指令和现场的状态信息，如控制按钮、操作开关、行程开关、继电器触点及各类传感器（如接近开关、操作开关、行程开关、继电器触点及各类传感器（如接近开关、光电管、光栅）等信号，并通过输入接口电路的滤波、光电隔光电管、光栅）等信号，并通过输入接口电路的滤波、光电隔离和电平转换等将这些信号转换成离和电平转换等将这些信号转换成CPU能够接收和处理的数字能够接收和处理的数字信号。信号。输出单元：输出单元：将将CPU送出的弱电控制信号通过输出接口电路的送出的弱电控制信号通过输出接口电路的光电隔离和功率放大等转换成现场需要的光电隔离和功率放大等转换成现场需要的各种等级的各种等级的电信号输电信号输出，以驱动各种声光装置、继电器、接触器、电磁阀和电磁铁出，以驱动各种声光装置、继电器、接触器、电磁阀和电磁铁等执行元件。等执行元件。6.2.2 PLC各部分的作用各部分的作用基本组成部分基本组成部分输输入入单单元元 工作原理工作原理：当输入开关当输入开关S闭合时，光电耦合器闭合时，光电耦合器T导通，发光二导通，发光二极管极管LED发光，表示发光，表示S处于接通状态。这时处于接通状态。这时A点为高电平，经滤点为高电平，经滤波器、输入选择器后，送到波器、输入选择器后，送到I/O总线，总线，CPU访问该路信号时，将访问该路信号时，将该点对应的输入映像寄存器状态置该点对应的输入映像寄存器状态置“1”；当输入开关；当输入开关S断开时，断开时，LED熄灭，表示熄灭，表示S处于断开状态。光电耦合器不导通，处于断开状态。光电耦合器不导通，A点为低点为低电平，该电平经滤波电路、输入选择器后，送到电平，该电平经滤波电路、输入选择器后，送到I/O总线，总线，CPU访问该路信号时，将该点对应的输入映像寄存器状态置访问该路信号时，将该点对应的输入映像寄存器状态置“0”；注：输入注：输入注：输入注：输入单元连接外单元连接外单元连接外单元连接外部设备时需部设备时需部设备时需部设备时需要电源。要电源。要电源。要电源。工作原理：工作原理：当对应于当对应于J的输出映像寄存器的状态为的输出映像寄存器的状态为1时，输时，输出指示灯出指示灯LED发光，发光，J得电吸合，其常开触点闭合，负载得电。得电吸合，其常开触点闭合，负载得电。反之，指示灯反之，指示灯LED熄灭，熄灭，J失电，其常开触点断开，负载失电。失电，其常开触点断开，负载失电。输输出出单单元元继电器输出单元继电器输出单元直流固态继电器直流固态继电器 注：输出注：输出注：输出注：输出单元连接外单元连接外单元连接外单元连接外部设备时需部设备时需部设备时需部设备时需要电源。要电源。要电源。要电源。晶体管输出单元晶体管输出单元双向晶闸管输出单元双向晶闸管输出单元继电器输出单元最常用。可用于交/直流两种电源，但接通断开频率低，寿命有限，存在延时时间（10ms），造成输出滞后输入。晶体管输出单元驱动直流负载。无触点输出，使用寿命长，可靠性高，响应速度快（0.2ms），抗过载能力差。双向晶闸管输出单元驱动交流负载 输入输入/输出单元的外部接线方式输出单元的外部接线方式COMX0X1X2X3X4X5X6X7汇汇点点式式公共汇集点公共汇集点COM1Y0Y1COM2Y2Y3分分组组式式 输入输入/输出单元的外部接线方式输出单元的外部接线方式Y0COM0Y1COM1Y2COM2Y3COM3分分隔隔式式 输入输入/输出单元的外部接线方式输出单元的外部接线方式输入点：输入点：I0.0I0.7；I1.0I1.7；I2.0I2.7输出点：输出点：Q0.0Q0.7；Q1.0Q1.7；Q2.0Q2.7 I/O I/O继电器区，是输入输出设备的映象区，直接反映外部设继电器区，是输入输出设备的映象区，直接反映外部设继电器区，是输入输出设备的映象区，直接反映外部设继电器区，是输入输出设备的映象区，直接反映外部设备的状态。备的状态。备的状态。备的状态。例：电动机起动、停止控制例：电动机起动、停止控制SB1：I0.0（起动）；（起动）；SB2：I0.1（停止）；（停止）；FR：I0.2（过载）（过载）KM：Q0.0；（运行）；（运行）HL1：Q0.1（运行指示）（运行指示）；HL2：Q0.2（停止指示）（停止指示）；QSFRFUKMM3主主电电路路M3M3 交流交流电源电源直流直流输入输入电源电源继电继电器输器输出出按下按下SB1，I0.0置置ON；Q0.0置置ON，Q0.1置置ON，Q0.2置置OFF；KM线圈通电，电动机运行；线圈通电，电动机运行；HL1亮，运行指示。亮，运行指示。按下按下SB2（或热过载），（或热过载），I0.1置置ON（或（或I0.2置置ON）；）；Q0.0、Q0.1置置OFF，Q0.2置置ON；KM线圈断电，电动机停止运行；线圈断电，电动机停止运行；HL2亮，停止指示。亮，停止指示。4.I/O扩展口：扩展口：PLC总线接口总线接口主机主机扩展单元扩展单元叠叠装装式式4.I/O扩展口扩展口中央控制器中央控制器最远最远 10 10 m m最远最远 10 10 m m最远最远 10 10 m m扩展单元扩展单元模模块块式式5.智能单元智能单元 智智能能单单元元本本身身是是一一个个独独立立的的计计算算机机系系统统，有有自自己己的的CPU、系系统统程程序序、存存储储器器，以以及及与与外外界界相相连连的的接接口口。智智能能单单元元是是PLC系系统统的的一一个个模模块块，和和CPU单单元元通通过过系系统统总总线线相相连连接接，进进行行数数据据交交换换，并并在在CPU单单元元的的协协调调管管理理下下独独立立地地进进行行工工作作，即即智智能能单单元元的的工工作作不不参参加加循循环环扫扫描描过过程程，而而是是按按照照它它自自己己的的规规律律参参与与系系统统工工作作，多数情况下的运算功能都由其本身的多数情况下的运算功能都由其本身的CPU完成的完成的。目前已开发的常用的智能单元有：目前已开发的常用的智能单元有：A/D单元、单元、D/A单元、高速单元、高速计数单元、脉冲输出单元、位置控制单元、计数单元、脉冲输出单元、位置控制单元、PID控制单元、温度控制单元、温度控制单元和各种通信单元等。控制单元和各种通信单元等。6.电源单元电源单元 现代现代PLC一般配有开关式稳压电源，供内部电路使用。有的一般配有开关式稳压电源，供内部电路使用。有的PLC还向外提供还向外提供DC24V直流电源，给开关量输入单元连接的现直流电源，给开关量输入单元连接的现场无源开关使用，或给外部传感器供电。场无源开关使用，或给外部传感器供电。7.编程工具编程工具 编程工具的主要作用是用来编辑程序、调试程序和监控程序的编程工具的主要作用是用来编辑程序、调试程序和监控程序的执行，还可以在线测试执行，还可以在线测试PLC的内部状态和参数，与的内部状态和参数，与PLC进行人进行人机对话。机对话。基本组成部分基本组成部分基本组成部分基本组成部分（1）专用编程器专用编程器（基本编程工具）（基本编程工具）简易编程器简易编程器图形编程器图形编程器（2）计算机辅助编程）计算机辅助编程 西门子公司（西门子公司（SIEMENS）SIMATIC STEP7 V5.3/；STEP7 Micro/WIN V4.0软件；软件；罗克韦尔公司（罗克韦尔公司（A-B）RSLogix5000 Enterise Series软件；软件；三菱公司（三菱公司（MITSUBISHI）GX Developer V7 Chinese软件；软件；OMRON公司公司 CX-Programmer软件；软件；8.其他外设（人机接口、打印机等）其他外设（人机接口、打印机等）7.编程工具编程工具6.3 PLC的编程语言的编程语言 PLC是专为工业控制而开发的装置，是专为工业控制而开发的装置，主要使主要使用对象是广大工程技术人员及操作维修人员用对象是广大工程技术人员及操作维修人员。为了满足他们的传统习惯和掌握能力，通常为了满足他们的传统习惯和掌握能力，通常PLC不采用微机的编程语言，而常常采用面向不采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程、面向问题的控制过程、面向问题的“自然语言自然语言”编程。编程。编程语言编程语言梯形图（梯形图（LAD/LD）指令表（指令表（STL/助记符）助记符）顺序功能图（顺序功能图（SFC/流程图）流程图）功能块图（功能块图（FBD）图示型图示型文本型文本型高级语言高级语言Pascal，Basic，C语言等语言等6.3 PLC的编程语言的编程语言6.3.1 梯形图梯形图1.梯形图常用的基本符号梯形图常用的基本符号（1）常开常闭触点）常开常闭触点（2）线圈）线圈6.3.1 梯形图梯形图1.梯形图常用的基本符号梯形图常用的基本符号（3）指令）指令ENDMOV#XXXD源数据源数据目标数据地址目标数据地址6.3.1 梯形图梯形图1.梯形图常用的基本符号梯形图常用的基本符号例：例：FRFR2.梯形图的特点梯形图的特点（1）梯形图中的继电器不是物理继电器梯形图中的继电器不是物理继电器(硬件继电器硬件继电器)，每个，每个继电器实际上是映像寄存器中的一位，因此称为继电器实际上是映像寄存器中的一位，因此称为“软继电器软继电器”。输入接通时相应位的状态为。输入接通时相应位的状态为“l”时，表示该时，表示该继电器线圈继电器线圈通电通电，其常开触点闭合，常闭触点断开；相应位的状态为，其常开触点闭合，常闭触点断开；相应位的状态为“0”时，表示该时，表示该继电器线圈失电继电器线圈失电，其常开触点断开，常闭，其常开触点断开，常闭触点闭合。梯形图是由这些触点闭合。梯形图是由这些“软继电器软继电器”组成的控制线路，组成的控制线路，但它们并不是真正的物理连接，而是逻辑关系上的连接，称但它们并不是真正的物理连接，而是逻辑关系上的连接，称为为“软接线软接线”。6.3.1 梯形图梯形图（2）每个继电器对应映像寄存器中的一位，其状态可以反每个继电器对应映像寄存器中的一位，其状态可以反复读取，因此可以认为继电器有无限多个常开触点和常闭复读取，因此可以认为继电器有无限多个常开触点和常闭触点，在程序中可以被反复使用，没有数量限制。触点，在程序中可以被反复使用，没有数量限制。（3）假想电流）假想电流(虚电流、概念电流、能流虚电流、概念电流、能流)。假想电流只能单方向流动：假想电流只能单方向流动：从左向右流动，层次改变只能先从左向右流动，层次改变只能先上后下。上后下。（4）输入继电器供）输入继电器供PLC接收外部输入信号，而不是由内部其它接收外部输入信号，而不是由内部其它继电器的触点驱动，因此，继电器的触点驱动，因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现输入继电器的线圈。而不出现输入继电器的线圈。（5）输出继电器供）输出继电器供PLC作输出控制用。梯形图中可出现输出继作输出控制用。梯形图中可出现输出继电器的触点和线圈。电器的触点和线圈。当梯形图中输出继电器线圈满足接通条件时，当梯形图中输出继电器线圈满足接通条件时，就表示在对应的输出点有输出信号就表示在对应的输出点有输出信号。2.梯形图的特点梯形图的特点6.3.1 梯形图梯形图（6）当）当PLC处于运行状态时，处于运行状态时，PLC就开始按照梯形图符号排就开始按照梯形图符号排列的先后顺序列的先后顺序(从上到下、从左到右从上到下、从左到右)逐一处理，也就是说，逐一处理，也就是说，PLC对梯形图是按对梯形图是按扫描方式扫描方式顺序执行程序。顺序执行程序。（7）梯形图的逻辑解算。）梯形图的逻辑解算。2.梯形图的特点梯形图的特点6.3.1 梯形图梯形图6.3.2 指令表指令表 PLC的指令表的指令表(语句表、指令程序、助记符语言语句表、指令程序、助记符语言)是由是由若干条若干条PLC指令组成的程序。指令组成的程序。PLC的指令类似于计算机的指令类似于计算机汇编语言的形式，它是用指令的助记符来编程的。汇编语言的形式，它是用指令的助记符来编程的。1.LD/LDN3.O/ON4.OUT2.A/AN例：例：LD I0.0O Q0.0AN I0.1AN I0.2=Q0.0LD Q0.0END=Q0.1LDN Q0.0=Q0.26.3.3顺序功能图顺序功能图6.3.4功能块图功能块图6.3.5结构文本（高级语言）结构文本（高级语言）6.4 PLC的工作原理的工作原理6.4.1 PLC的等效电路的等效电路 当按下当按下当按下当按下S2S2时，时，时，时，K1K1、KTKT的线圈同时通电，的线圈同时通电，的线圈同时通电，的线圈同时通电，M1M1开始运转，开始运转，开始运转，开始运转，指示灯指示灯指示灯指示灯H1“H1“亮亮亮亮”；KTKT线圈通电后开始延时，线圈通电后开始延时，线圈通电后开始延时，线圈通电后开始延时，1010s s后，后，后，后，KTKT的常开延时触点闭合，的常开延时触点闭合，的常开延时触点闭合，的常开延时触点闭合，K2K2线圈通电，线圈通电，线圈通电，线圈通电，M2M2开始运转，开始运转，开始运转，开始运转，指示灯指示灯指示灯指示灯H2“H2“亮亮亮亮”。当按下。当按下。当按下。当按下S1S1时，时，时，时，K1K1、KTKT线圈同时断电，线圈同时断电，线圈同时断电，线圈同时断电，K2K2线圈也线圈也线圈也线圈也断电，断电，断电，断电，M1M1、M2M2随之停转，随之停转，随之停转，随之停转，指示灯指示灯指示灯指示灯H1H1、H2“H2“熄灭熄灭熄灭熄灭”。1.PLC控制系统的外部接线控制系统的外部接线（以（以S7-200 CPU224 PLC为例为例）2.PLC控制系统的等效电路控制系统的等效电路（1）输入部分：）输入部分：接收操作指令接收操作指令(由断路器、起动按钮、由断路器、起动按钮、停止按钮、试灯按钮等提供停止按钮、试灯按钮等提供)，或接收被控对象的各种状，或接收被控对象的各种状态信息态信息(由行程开关、接近开关、光电开关等提供由行程开关、接近开关、光电开关等提供)。PLC的每一个输入点对应一个内部输入继电器，当输入的每一个输入点对应一个内部输入继电器，当输入点与输入公共端（点与输入公共端（1M/2M）接通时，输入继电器线圈通）接通时，输入继电器线圈通电，它的常开触点闭合、常闭触点断开；当输入点与输电，它的常开触点闭合、常闭触点断开；当输入点与输入输入公共端（入输入公共端（1M/2M）断开时，输入继电器线圈断电，）断开时，输入继电器线圈断电，它的常开触点断开、常闭触点接通。它的常开触点断开、常闭触点接通。（2）控制部分：）控制部分：这部分是用户编制的控制程序，通常用这部分是用户编制的控制程序，通常用梯形图的形式表示。用户控制程序放在梯形图的形式表示。用户控制程序放在PLC的用户程序的用户程序存储器中。系统运行时，存储器中。系统运行时，PLC依次读取用户程序存储器依次读取用户程序存储器中的程序语句，对它们的内容进行解释并加以执行，有中的程序语句，对它们的内容进行解释并加以执行，有需要输出的结果则送到需要输出的结果则送到PLC的输出端子，以控制外部负的输出端子，以控制外部负载的工作。载的工作。（3）输出部分：）输出部分：根据程序执行的结果直接驱动负载。根据程序执行的结果直接驱动负载。PLC的每一个输出点对应一个内部输出继电器，每个输的每一个输出点对应一个内部输出继电器，每个输出继电器仅有一个出继电器仅有一个“硬触点硬触点”与输出点相对应。当程序与输出点相对应。当程序执行的结果使输出继电器线圈通电时，对应的硬输出触执行的结果使输出继电器线圈通电时，对应的硬输出触点闭合，控制外部负载的动作点闭合，控制外部负载的动作。按下按下SB1，I0.0置置ON；Q0.0置置ON，KM线圈通电。线圈通电。SB1KM3.PLC的控制过程的控制过程程程序序修修改改输输入入部部分分控控制制部部分分输输出出部部分分程程序序修修改改6.4.2 PLC的工作原理的工作原理1.循环扫描循环扫描CPU连续执行操作系统、用户程序的循环序列称之为扫描。连续执行操作系统、用户程序的循环序列称之为扫描。扫描周期：扫描周期：PLC在运行状态下，执行一次上图所示的全部操作所需时间。在运行状态下，执行一次上图所示的全部操作所需时间。注：注：PLC可以被认为是在系统软件支持下的一种扫描设备，不论可以被认为是在系统软件支持下的一种扫描设备，不论用户程序用户程序是否在运行是否在运行，它依然一直在周而复始地循环扫描，只不过在，它依然一直在周而复始地循环扫描，只不过在PLC停止状态下停止状态下除去了输出处理、输入处理、执行用户程序几部分内容。除去了输出处理、输入处理、执行用户程序几部分内容。（1）执行）执行CPU操作系统（操作系统（CPU自诊断测试）自诊断测试）为了保证系统可靠工作，为了保证系统可靠工作，PLC内部设置了系统监视定时器内部设置了系统监视定时器WDT，WDT的时间设定值一般为扫描周期的的时间设定值一般为扫描周期的23倍，通常为倍，通常为100200 ms。（2）处理通信请求）处理通信请求（3）写输出（输出刷新阶段或输出更新阶段）写输出（输出刷新阶段或输出更新阶段）注：在输出处理阶段完成后，输出锁存器的状态不变，注：在输出处理阶段完成后，输出锁存器的状态不变，即使即使输出映像寄存器的状态发生了变化，输出锁存器的状态也不会输出映像寄存器的状态发生了变化，输出锁存器的状态也不会随之而变。随之而变。输出映像寄存器变化了的状态只有等到输出映像寄存器变化了的状态只有等到下一个扫描下一个扫描周期的输出处理阶段到来时周期的输出处理阶段到来时才能通过才能通过CPU送入输出锁存器中，送入输出锁存器中，这种输出工作方式称为这种输出工作方式称为集中输出工作方式集中输出工作方式。6.4.2 PLC的工作原理的工作原理1.循环扫描循环扫描（4）读输入）读输入（输入采样阶段、输入刷新阶段或输入（输入采样阶段、输入刷新阶段或输入更新阶段更新阶段）注：在输入处理阶段完成后，注：在输入处理阶段完成后，输入映像寄存器与外界隔离，输入映像寄存器与外界隔离，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变也不会随之而变。输入信号变化了的状态只有等到下一个扫描输入信号变化了的状态只有等到下一个扫描周期的输入处理阶段到来时才能通过周期的输入处理阶段到来时才能通过CPU送入输入映像寄存器送入输入映像寄存器中，这种输入工作方式称为中，这种输入工作方式称为集中输入工作方式集中输入工作方式。6.4.2 PLC的工作原理的工作原理1.循环扫描循环扫描（5）程序执行阶段）程序执行阶段 在程序执行阶段，在程序执行阶段，CPU按程序的按程序的先左后右，先上后下先左后右，先上后下的顺序的顺序对每条指令进行解释、执行，对每条指令进行解释、执行，CPU从从输入映像寄存器、输出映输入映像寄存器、输出映像寄存器和元件映像寄存器像寄存器和元件映像寄存器中将有关编程元件的中将有关编程元件的“0”/“1”(“ON”/“OFF”)状态读出来，并根据用户程序给出的逻辑关系状态读出来，并根据用户程序给出的逻辑关系进行相应的逻辑运算，运算的结果再写入到对应的输出映像寄进行相应的逻辑运算，运算的结果再写入到对应的输出映像寄存器和元件映像寄存器中。因此，存器和元件映像寄存器中。因此，各编程元件的映像寄存器各编程元件的映像寄存器(输入映像寄存器除外输入映像寄存器除外)的内容随着程序的执行而变化。的内容随着程序的执行而变化。6.4.2 PLC的工作原理的工作原理1.循环扫描循环扫描输入处理输入处理程程序序执执行行输出处理输出处理输入处理输入处理集中输入集中输入程程序序执执行行输出处理输出处理集中输出集中输出例：例：控制要求：按下控制要求：按下SB1，HL1、HL2亮；亮；按下按下SB2，HL2亮。亮。控制要求：按下控制要求：按下SB1，HL1、HL2亮；亮；按下按下SB2，HL2亮。亮。按下按下SB1，HL1亮、亮、HL2灭灭；按下按下SB1，HL1、HL2亮；亮；能否实现？能否实现？集中输出集中输出 注：注：PLC的循环扫描工作方式也为的循环扫描工作方式也为PLC提供了一条提供了一条死循环自诊断功能死循环自诊断功能。PLC内部设置了一个监视定时器内部设置了一个监视定时器WDT，其定时时间可由用户设置，应大于用户程序的其定时时间可由用户设置，应大于用户程序的扫描周期，扫描周期，PLC在每个扫描周期的内部处理阶段将监在每个扫描周期的内部处理阶段将监视定时器复位视定时器复位。正常情况下，监视定时器不会动作，。正常情况下，监视定时器不会动作，如果由于如果由于CPU内部故障使程序执行进入死循环，那么，内部故障使程序执行进入死循环，那么，扫描周期将超过监视定时器的定时时间，这时，监视扫描周期将超过监视定时器的定时时间，这时，监视定时器动作，运行停止，以警示用户。定时器动作，运行停止，以警示用户。6.4.2 PLC的工作原理的工作原理1.循环扫描循环扫描2.扫描循环时间扫描循环时间(扫描周期扫描周期)6.4.2 PLC的工作原理的工作原理2.扫描循环时间扫描循环时间3.循环监视时间循环监视时间 PLC可以修改缺省的最大循环监视时间（监控定时器可以修改缺省的最大循环监视时间（监控定时器WDT的设定值）。如果这个时间超出，系统出现故障，的设定值）。如果这个时间超出，系统出现故障，CPU转为转为STOP模式。模式。4.最小循环时间最小循环时间 使使用用SIMATIC STEP 7，可可以以为为S7-400和和S7-300 CPU318设设置置最小循环时间，在以下情况下这个功能是有用的：最小循环时间，在以下情况下这个功能是有用的：（1）当当主主程程序序执执行行的的起起动动时时间间必必须须一一致致时时，保保证证每每个个扫扫描描周周期期时间相同。时间相同。（2）如果循环时间太短，过程映象的刷新没有必要过于调整。）如果循环时间太短，过程映象的刷新没有必要过于调整。6.4.2 PLC的工作原理的工作原理6.4.3 PLC的响应时间的响应时间1.PLC和继电接触控制系统工作方式的比较和继电接触控制系统工作方式的比较（1）继电接触控制系统：并行工作，存在触点的竞争和时序的）继电接触控制系统：并行工作，存在触点的竞争和时序的失配问题。失配问题。（2）PLC：串行工作（循环扫描的工作方式），避免触点的竞：串行工作（循环扫描的工作方式），避免触点的竞争和时序的失配问题。争和时序的失配问题。2.循环扫描工作方式产生的问题循环扫描工作方式产生的问题 导致了输出对输入时间上的滞后，扫描循环时间越长，滞后越严重导致了输出对输入时间上的滞后，扫描循环时间越长，滞后越严重 3.I/O响应时间响应时间 输出滞后于输入的时间称为输出滞后于输入的时间称为响应时间响应时间（输入（输入/输出响应时间、输入输出响应时间、输入/输出滞后时间）。输出滞后时间）。响应时间响应时间是指是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻到它所控制的有关外部输的外部输入信号发生变化的时刻到它所控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔。出信号发生变化的时刻之间的时间间隔。存在触存在触点竞争点竞争不存在触不存在触 点竞争点竞争一个周期内的状态一个周期内的状态是不会互相影响的是不会互相影响的（1）输入接口电路的）输入接口电路的RC滤波时间滤波时间（2）输出接口电路的滞后时间）输出接口电路的滞后时间（3）PLC的扫描工作方式的扫描工作方式（4）用户程序的设计）用户程序的设计 3.I/O响应时间响应时间t1：输入延时；：输入延时；t2：输出延时；：输出延时；I/O响应时间响应时间扫描周期扫描周期6.4.3 PLC的响应时间的响应时间 3.I/O响应时间响应时间t1：输入延时；：输入延时；t2：输出延时；：输出延时；I/O响应时间响应时间最大最大I/O响应时间响应时间输入输入ON延时延时两个扫描循环（周期）两个扫描循环（周期）输出输出ON延时延时 最小最小I/O响应时间响应时间输入输入ON延时延时一个扫描循环（周期）一个扫描循环（周期）输出输出ON延时延时 注：注：PLC扫描周期和扫描周期和I/O响应时间是随机量。响应时间是随机量。6.4.3 PLC的响应时间的响应时间4.如何提高如何提高I/O响应速度响应速度（1）选用扫描速度快的）选用扫描速度快的PLC（2）在硬件方面，可选用快速响应模块、高速计数模块等；在）在硬件方面，可选用快速响应模块、高速计数模块等；在软件方面，改变软件方面，改变I/O刷新方式、运用中断处理、调整输入滤波器刷新方式、运用中断处理、调整输入滤波器的时间常数等的时间常数等（3）在实际工程项目设计研究过程（或课题）中，应尽可能选）在实际工程项目设计研究过程（或课题）中，应尽可能选用输入用输入/输出延迟短的输出延迟短的I/O模块、输入延迟时间较短的各类开关模块、输入延迟时间较短的各类开关或传感器。或传感器。6.4.3 PLC的响应时间的响应时间6.4.4 PLC的计数频率的计数频率PLC的计数方式的计数方式：普通计数；高速计数：普通计数；高速计数计数脉冲时间大计数脉冲时间大于于PLC扫描周期扫描周期时间可以用内部时间可以用内部计数器，小于必计数器，小于必须用高速计数器须用高速计数器 6.5 SIMATIC S7-200系列系列PLC概述概述6.5.1 S7-200系列系列PLC的特点的特点1.体积小体积小2.外型先进美观外型先进美观qCPU221qCPU 222qCPU 224qCPU 226qCPU226XM3.选择范围广选择范围广6.5.1 S7-200系列系列PLC的特点的特点8DI 16DI8 DO(DC,AC or relay)4DO 5A4DO 10A4 AI4 AI/1AO2 AO 2 AI