LC技术培训班(第1讲)基本原理.ppt

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1、l第第1 1讲可编程控制器的基本原理讲可编程控制器的基本原理l第第2 2讲讲STEP 7STEP 7编程软件编程软件l第第3 3讲讲PLC PLC 指令系统介绍指令系统介绍l上机练习上机练习l第第4 4讲讲IEC 61131-3IEC 61131-3编程语言标准编程语言标准l第第5 5讲现场总线讲现场总线l上机练习上机练习l第第6 6讲讲WinCCWinCC组态软件组态软件培培 训训 计计 划划1/28/20231PLC的发明和发展过程的发明和发展过程 PLC PLC（可编程控制器）是上个世纪（可编程控制器）是上个世纪6060年代发展起来的一种新年代发展起来的一种新型自动化控制装置。最早是用于

2、替代传统的继电器控制装置，功型自动化控制装置。最早是用于替代传统的继电器控制装置，功能上只有逻辑计算、计时、计数以及顺序控制等，而且只能进行能上只有逻辑计算、计时、计数以及顺序控制等，而且只能进行开关量控制。因此，其英文原名为开关量控制。因此，其英文原名为“Programmable Logic Programmable Logic Controller”Controller”，简称，简称PLCPLC，中文称，中文称“可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器”。后来，。后来，随着技术的进步，其控制功能已经远远超出逻辑控制的范畴，其随着技术的进步，其控制功能已经远远超出逻辑控制的范畴，其名称也就改为名称也

3、就改为“Programmable Controller”Programmable Controller”，简称，简称PCPC。但。但PCPC又又容易与个人计算机容易与个人计算机“Personal Computer”Personal Computer”的简称的简称PCPC产生混淆，产生混淆，所以近年来人们又倾向于使用所以近年来人们又倾向于使用PLCPLC这一简称，中文仍然称这一简称，中文仍然称“可编可编程控制器程控制器”。1/28/20232PLCPLC的发明过程的发明过程 上上个个世世纪纪6060年年代代，由由于于美美国国汽汽车车工工业业需需要要进进行行大大规规模模的的技技术术改改造造和和设设

4、备备更更新新，由由传传统统的的继继电电器器控控制制装装置置来来进进行行控控制制，不不仅仅体体积积庞庞大大，故故障障率率高高，柔柔性性差差，不不灵灵活活，耗耗能能，而而且且调调试试困困难难，可可靠靠性性也也差差年年由由美美国国通通用用汽汽车车公公司司提提出出使使用用新新一一代代控控制制器器的的设设想想从从用用户户的的角角度度考考虑虑，该该公公司司对对新新一一代代控控制制器器提提了了点点要要求求，为为各各大大公公司司提提供供了了明明确确的的开开发发目目标标次次年年，就就由由美美国国DEC（数数字字设设备备公公司司）首首先先研研制制成成功功第第一一台台可可编编程程逻逻辑辑控控制制器器PDP-14差差

5、不不多多同同时时，美美国国MODICON公公司司也也研研制制出出084控控制制器器它它们们的的问问世世，引引起起了了全全世世界界的的瞩瞩目目，美美国国的的其其他他公公司司和和西西欧欧，日日本本等等工工业业发发达达国国家家，也也相相继继研究开发出类似的产品研究开发出类似的产品1/28/20233PLCPLC的发展过程的发展过程 由由于于PLCPLC吸吸取取微微电电子子技技术术和和计计算算机机技技术术的的最最新新成成果果，因因此此，发发展展十十分分迅迅速速，从从单单机机自自动动化化到到整整条条生生产产线线的的自自动动化化，乃乃至至整整个个工工厂厂的的生生产产自自动动化化，从从柔柔性性制制造造系系统

6、统，工工业业机机器器人人到到大大型型分分散散型型控控制制系系统统，PLCPLC均均担担当当着着重重要要角角色。色。PLCPLC技技术术代代表表了了当当今今电电气气程程序序控控制制的的最最先先进进水水平平。通通过过PLCPLC与与各各种种单单元元自自动动化化装装置置（例例如如，智智能能仪仪表表、数数字字化化传传动动装装置置、智智能能的的液液压压和和气气动动阀阀组组等等）以以及及现现场场总总线线、计算机网络系统，构成了车间和工厂自动化的完整体系。计算机网络系统，构成了车间和工厂自动化的完整体系。1/28/20234PLCPLC的应用范围广泛的应用范围广泛可可编编程程控控制制器器应应用用非非常常广广

7、泛泛，近近年年来来对对国国内内进进行行的的调查，在各个领域应用分布大致如下：调查，在各个领域应用分布大致如下：钢铁和有色冶金钢铁和有色冶金 3535汽车和机械制造汽车和机械制造 20%20%轻工，食品，包装，造纸轻工，食品，包装，造纸16%16%化工，石油，工艺过程化工，石油，工艺过程13%13%交通运输，矿山交通运输，矿山7%7%能源，电站，泵站，水处理能源，电站，泵站，水处理7%7%科研试验，教学科研试验，教学2%2%1/28/20235PLCPLC发明之前传统控制装置的缺点发明之前传统控制装置的缺点 在在PLCPLC发发明明之之前前，在在工工业业控控制制的的顺顺序序控控制制领领域域内内，

8、常常常常采采用用诸诸如如继继电电器器，鼓鼓式式开开关关，纸纸带带阅阅读读器器等等机机械械，电电气气式式器器件件作作为为控控制制元元件件，尤尤其其是是控控制制继继电电器器，在在离离散散制制造造过过程程控控制制领领域域内内，成成为为开开关关控控制制系系统统中中最最广广泛泛使使用用的的器器件件但但是是，随随着着工工业业现现代代化化的的发发展展，生生产产规规模模越越来来越越大大，劳劳动动生生产产率率及及产产品品质质量量的的要要求求在在不不断断提提高高，对对于于控控制制系系统统的的可可靠靠性性也也提提出出了了更更高高的的要要求求，原原有有继继电电器器控控制制系系统统已已不不适适应应需需要要，究究其其原因

9、是：原因是：动作缓慢动作缓慢，寿命短，可靠性差寿命短，可靠性差，体积大，耗电多，体积大，耗电多，设计制造周期长，程序修改费时设计制造周期长，程序修改费时，不能实现与计算机对话不能实现与计算机对话1/28/20236在工业控制领域需要一种新的控制器在工业控制领域需要一种新的控制器 到到6060年年代代后后期期，虽虽然然小小型型计计算算机机已已日日趋趋完完善善，应应用用领领域域也也在在不不断断扩扩大大，但但小小型型计计算算机机用用于于开开关关控控制制系系统统，又又显显然然存存在在着着大大马马拉拉小小车车的的状状态态，这这是是由由于于小小型型计算机：计算机：编程复杂，要求有较高水平的编程人员和操作人

10、员，编程复杂，要求有较高水平的编程人员和操作人员，需需要要配配套套非非标标准准的的外外部部接接口口，对对环环境境和和现现场场条条件件的的要要求求过高，功能过剩，机器资源未能充分利用，过高，功能过剩，机器资源未能充分利用，造价高昂。造价高昂。1/28/20237PLC适合于新的控制要求适合于新的控制要求 需需要要与与可可能能，促促使使人人们们寻寻求求新新的的出出路路，PLCPLC即即应应运运而而生生它它首首先先应应用用于于美美国国的的汽汽车车工工业业，这这时时的的PLCPLC，用用了了固固态态（集集成成）电电路路来来代代替替继继电电器器逻逻辑辑电电路路，用用存存储储器器电电路路中中的的存存储储数

11、数位位（程程序序）来来代代替替继继电电器器系系统统的的布布线线，以以程程序序来来规规定定逻逻辑辑关关系系；用用固固态态I/OI/O电电路路来来检检测测按按钮钮和和限限位位开开关关的的信号，信号，给给出出输输出以控制出以控制电电机和其它机和其它执执行机构行机构 1/28/20238PLC控制器具有一些新的特点控制器具有一些新的特点 这时的这时的PLCPLC系统已开始具有如下一些特点：系统已开始具有如下一些特点：环境适应性较强，可以使用于车间现场环境适应性较强，可以使用于车间现场,有较高的可靠性和诊断能力，维修容易有较高的可靠性和诊断能力，维修容易,基本能适应不同的制造过程所需，柔性度有了较基本能

12、适应不同的制造过程所需，柔性度有了较 大提高，只要改变系统中的程序即可改变控制大提高，只要改变系统中的程序即可改变控制 逻辑，而无需改造或更换控制硬件等逻辑，而无需改造或更换控制硬件等1/28/20239微处理器开始引入微处理器开始引入PLC领域领域 自自19761976年年以以来来，微微处处理理器器开开始始引引入入PLCPLC领领域域，大大大大加加强强了了PLCPLC的的作作用用，使使PLCPLC由由简简单单地地代代替替继继电电器器电电路路，而而发发展展为为先先进进的的控控制制装装置置当当今今PLCPLC具具有有采采集集与与处处理理大大量量数数据据，完完成成数数学学运运算算，与与其其它它智智

13、能能器器件件通通信信的的能能力力，以以及及具具有有先先进进的的人人机机对对话话手手段段（如如键键盘盘，CRTCRT和和语语音音对对话话）,近近年年来来由由于于现现场场总总线线理理念念的的出出现现和和相相关关标标准准的的建建立立，以以及及产产品品的的迅迅速速发发展展，PLCPLC成成为为现现场场总总线线的的一一个个重重要要组组成成部分，进一步扩大了部分，进一步扩大了PLCPLC的应用领域的应用领域1/28/202310PLC的应用迅速得到扩大的应用迅速得到扩大 由由于于PLCPLC同同时时提提高高了了功功能能和和柔柔性性度度，使使其其应应用用迅迅速速增增长长，并并普普及及到到许许多多其其它它离离

14、散散零零件件制制造造工工业业领领域域以以及及随随后后又又扩扩展展到到批批量量生生产产和和连连续续生生产产过过程程有有关关的的工工业业领领域域随随着着CIMSCIMS（计计算算机机集集成成制制造造系系统统）的的发发展展，PLCPLC当当前前还还被被人人们们用用于于工工厂厂通通信信网网络络之之中中，与与其其它它智智能能控控制制器器和和计计算算机机系系统统一一起起，成成为为计计算算机机综综合合控控制制系系统统中中的的重重要要组组成成部部分分，特特别别是是单单元元级级和和工工作站级作站级1/28/202311PLC的发展经历了三个阶段的发展经历了三个阶段 第第一一阶阶段段：开开发发的的PLCPLC容容

15、量量较较小小，I/OI/O点点数数小小于于120120点点用用户户存存储储区区容容量量在在2KB2KB左左右右，扫扫描描速速率率为为2050ms/KB,2050ms/KB,指指令令较较为为简简单单，只只有有逻逻辑辑运运算算，计计时时，计计数数等等，编编程程语语言言采采用用简简单单的的语语句表语言使用上，主要用来作开关量控制句表语言使用上，主要用来作开关量控制 第第二二阶阶段段：PLCPLC的的容容量量有有所所扩扩展展，I/OI/O点点数数从从512512点点至至10241024点点，用用户户程程序序存存储储区区扩扩展展到到8KB8KB以以上上，速速率率也也有有提提高高，扫扫描描速速率率达达到到

16、56ms/KB,56ms/KB,指指令令功功能能除除了了基基本本的的逻逻辑辑运运算算，计计时时，计计数数外外，还还增增加加了了算算术术运运算算指指令令，比比较较指指令令，以以及及模模拟拟量量处处理理指指令令等等，输输入入输输出出类类型型也也由由纯纯开开关关量量I/OI/O，扩扩展展为为带带模模拟拟量量的的I/OI/O编编程程语语言言除除了了使使用用语语句句表表外外，还还可可以以使使用用梯梯形形图图编编程语言程语言1/28/202312PLC的发展经历了三个阶段的发展经历了三个阶段 第第三三阶阶段段：进进入入8080年年代代以以来来，随随着着大大规规模模和和超超大大规规模模集集成成电电路路等等微

17、微电电子子技技术术的的迅迅猛猛发发展展，以以1616位位和和3232位位微微处处理理器器构构成成的的PLCPLC得得到到惊惊人人的的发发展展，其其功功能能远远远远超超出出了了上上述述两两阶阶段段的的产产品品使使PLCPLC在在概概念念，设设计计，性性能能价价格格比比以以及及应应用用方方面面都都有有了了新新的的突突破破这这一一阶阶段段的的产产品品向向大大型型和和小小型型两两个个方方向向发发展展大大型型产产品品的的I/OI/O点点数数，超超出出40004000点点，有有些些产产品品达达到到80008000个个I/OI/O点点，用用户户存存储储区区容容量量超超过过32KB32KB，配配置置有有各各种

18、种智智能能模模块块（例例如如，温温度度控控制制模模块块，轴轴定定位位模模块块，过过程程控控制制模模块块等等）和和通通信信模模块块，扫扫描描速速率率也也大大大大提提高高，达达到到0.47ms/KB0.47ms/KB。1/28/202313PLC的发展经历了三个阶段的发展经历了三个阶段 第第三三阶阶段段PLCPLC的的指指令令功功能能，除除了了基基本本的的逻逻辑辑运运算算，计计时时，计计数数，顺顺序序控控制制外外，还还有有算算术术浮浮点点运运算算指指令令，PIDPID调调节节功功能能指指令令，图图形形组组态态功功能能指指令令，网网络络和和通通信信指指令令等等编编程程语语言言普普遍遍采采用用梯梯形形

19、图图语语言言，同同时时也也使使用用语语句句表表和和顺顺序序功功能能图图语语言言（典典型型的的有有GRAFCETGRAFCET语语言言）为为了了提提高高系系统统的的可可靠靠性性，设设计计上上考考虑虑了了容容错错技技术术和和冗冗余余技技术术等等这这一一阶阶段段的的小小型型产产品品向向超超小小型型化化和和加加强强型型功功能能发发展展，有有1616点点I/OI/O，2424点点I/OI/O的的整整体体型型小小型型PLCPLC，在在小小型型PLCPLC上上配配置置模模拟拟量量I/OI/O，通通信信口口，高高速速计计数数，指指令令上上也也设设置置有有算算术术运运算算，比比较较指指令令以以及及PIDPID调

20、调节节指指令令小小型型PLCPLC使使用用的的手手握握式式编编程程器器使使用用大大面面积积液液晶晶显显示示器器，也也可可以以用用梯梯形形图图和和GRAFCETGRAFCET语言进行编程语言进行编程1/28/202314PLC的软件也得到进一步的改进的软件也得到进一步的改进 这这一一阶阶段段PLCPLC的的软软件件设设计计也也有有很很大大改改进进，普普遍遍实实现现了了软软件件模模块块化化设设计计，在在PLCPLC产产品品上上提提供供大大量量的的通通用用和和专专用用软软件件功功能能模模块块，用用户户通通过过简简单单的的功功能能调调用用就就可可实实现现复复杂杂的的控控制制任任务务，给给使使用用带带来

21、来极极大大的的方方便便使使用用的的编编程程器器越越来来越越完完善善，专专用用编编程程器器实实际际上上已已经经是是一一台台个个人人计计算算机机，可可以以实实现现离离线线编编程程或或在在线线编编程程及及监监控控，程程序序打打印印以以及及程程序序固固化化，实实现现图图形形组组态态，可可以以联联网网（即即挂挂在在PLCPLC网网络络上上）。有有些些编编程程器器还还可可以使用高以使用高级语级语言言。1/28/202315PLC已经成为控制领域的最重要手段已经成为控制领域的最重要手段 除除了了专专用用编编程程器器外外，很很多多PLCPLC可可以以使使用用通通用用的的笔笔记记本本电电脑脑实实现现编编程程，开

22、开发发一一些些专专用用软软件件，充充分分利利用用个个人人计计算算机机的的能能力力，完完成成各各种种高高级级的的编编程程功功能能，省省却却了了专专用用编编程程器器，既既便便于于推推广广又又节节省省投投资资随随着着技技术术的的进进步步，PLCPLC的的功功能能越越来来越越强强，应应用用范范畴畴越越来来越越广广，与与其其它它工工业业控控制制机机，例例如如，分分散散型型控控制制系系统统（DCSDCS）的的界界限限已已经经不不十十分分明明显显，很很多多以以往往必必须须由由分分散散型型控控制制系系统统来来完完成成的的控控制制，现现在在用用PLCPLC都都能能实实现现，因因此此在在应应用用上上交交错已经成为

23、普遍现象错已经成为普遍现象1/28/202316PLCPLC的定义和硬件、软件的基本构成的定义和硬件、软件的基本构成 根据根据IECIEC标标准，准，给给PLCPLC下的定下的定义义：它它是是在在工工业业环环境境中中使使用用的的数数字字操操作作的的电电子子系系统统，它它使使用用可可编编程程存存储储器器内内部部储储存存用用户户设设计计的的指指令令，这这些些指指令令用用来来实实现现特特殊殊的的功功能能，诸诸如如逻逻辑辑运运算算，顺顺序序操操作作，定定时时，计计数数以以及及算算术术运运算算和和通通过过数数字字或模或模拟输拟输入入输输出来控制各种出来控制各种类类型的机械或型的机械或过过程程。1/28/

24、202317PLC控制器的特点控制器的特点 1.1.控控制制程程序序可可变变，具具有有很很好好的的柔柔性性，在在生生产产工工艺艺流流程程改改变变或或生生产产设设备备更更新新的的情情况况下下，不不必必改改变变PLCPLC的的硬硬设设备备，只只需需改改变变程程序序就就可可满满足足要要求求因因此此，除除单单机机控控制制外外，PLCPLC在在柔柔性性制制造造单单元元（FMCFMC）,柔柔性性制制造造系系统统（FMSFMS），以以致致工工厂厂自自动动化化（FAFA）中也被大量采用）中也被大量采用 2.2.具具有有高高度度可可靠靠性性，适适用用于于工工业业环环境境，PLCPLC产产品品的的平平均均故故障障

25、间间隔隔时时间间（MTBFMTBF）一一般般可可达达到到5 5年年以以上上，因因此此是是一一种种高高度度可可靠靠的的工工业业产产品品，大大大大提提高高了了生生产产设设备备的的运运行行效效率率PLCPLC不不要要求求专专用用设设备备的的机机房房，这这为为工工业业现现场场的的大大量量直直接接使使用用提提供供了了方方便便1/28/202318PLC控制器的特点控制器的特点 3.3.功功能能完完善善现现代代PLCPLC具具有有数数字字和和模模拟拟量量输输入入输输出出，逻逻辑辑和和算算术术运运算算，定定时时，计计数数，顺顺序序控控制制，PIDPID调调节节，各各种种智智能能模模块块，远远程程I/OI/O

26、模模块块，通通信信，人人机机对对话话，自自诊诊断断，记记录录和和图图形形显显示示，组组态态等等功功能能除除了了适适用用于于离离散散型型开开关关量量控控制制系系统统外外，现现在在也也能能应应用用于于连连续续的的流流程程控控制制系统，从而使设备的控制水平大大提高。系统，从而使设备的控制水平大大提高。1/28/202319PLC控制器的特点控制器的特点 4.4.易易于于掌掌握握，便便于于维维修修，由由于于PLCPLC使使用用编编程程器器进进行行编编程程和和监监控控，使使用用人人员员只只需需掌掌握握工工程程上上通通用用的的梯梯形形图图语语言言（或或语语句句表表，流流程程图图）就就可可进进行行用用户户程

27、程序序的的编编制制和和测测试试因因此此，即即使使不不太太懂懂得得计计算算机机的的操操作作人人员员，也也能能掌掌握握和和使使用用PLCPLC也也由由于于PLCPLC有有完完善善的的自自诊诊断断功功能能，输输入入输输出出均均有有明明显显的的指指示示，在在线线监监控控软软件件的的功功能能很很强强，因因此此，很很容容易易进进行行维维修修，能能很很快快查查找找出出故故障障的的原原因因PLCPLC本本身身高高可可靠靠性性也也保保证证了了故故障障的的几几率率是是很很低低的的体体积积小小，省省电电，与与传传统统的的控控制制系系统统相相比比，PLCPLC的的体体积积很很小小，一一台台收收录录机机一一样样大大小小

28、的的PLCPLC具具有有相相当当于于三三个个1.8m1.8m高高继继电电器器控控制制柜柜的的功功能能PLCPLC消消耗耗的的电电能能只只是是传传统统控控制制系系统统的的1/31/3至至1/2 1/2。1/28/202320PLC控制器的特点控制器的特点 5.5.价价格格低低廉廉随随着着集集成成电电路路芯芯片片功功能能的的提提高高，价价格格的的降降低低，可可编编程程控控制制器器硬硬件件的的价价格格也也一一直直不不断断地地在在下下降降根根据据最最近近市市场场统统计计，国国外外小小型型PLCPLC平平均均每每一一个个I/OI/O点点为为14-2014-20美美元元，中中型型PLCPLC折折算算每每个

29、个I/OI/O点点为为20-3520-35美美元元，大大型型PLCPLC折折算算每每个个I/OI/O点点为为40-8040-80美美元元虽虽然然PLCPLC的的软软件件价价格格在在系系统统中中所所占占的的比比重重在在不不断断提提高高，但但由由于于缩缩短短了了整整个个工工程程项项目目的的设设计计，编编程程和和投投运运费费用用以以及及缩缩短短了了整整个个投投运运周周期期，因因此此，使使用用PLCPLC的的总总造造价价是是低低廉廉的的，而而且且还还呈呈不不断断下下降降的趋势的趋势1/28/202321PLC的硬件体系的硬件体系1/28/202322PLC的工作原理的工作原理 PLCPLC控制的对象是

30、控制的对象是“过程过程”或或“机械机械”，由传感器采集，由传感器采集“过程过程”或或“机械机械”的信息，送入的信息，送入PLC的输入单元，经的输入单元，经PLC的中央处理单元处理，结果通过的中央处理单元处理，结果通过PLC的输出单元驱的输出单元驱动执行机构，由执行机构控制动执行机构，由执行机构控制“过程过程”或或“机械机械”达到达到预期的目的图预期的目的图2.12.1还表示了还表示了PLC的外部设备接口与外部的外部设备接口与外部设备之间的联系主要的外部设备有编程器（编程器上设备之间的联系主要的外部设备有编程器（编程器上配置有显示单元），配置有显示单元），HMI人机接口，并行打印机，其人机接口，

31、并行打印机，其它它PLC或上位计算机或上位计算机从从原原理理上上讲讲，PLC是是计计算算机机的的一一种种，因因此此，它它也也由由中中央央处理器，中央存储器和接口三部分组成处理器，中央存储器和接口三部分组成1/28/202323PLCPLC的中央处理单元（的中央处理单元（的中央处理单元（的中央处理单元（CPUCPU）的结构）的结构）的结构）的结构 1/28/202324PLC的中央处理单元（的中央处理单元（CPU）的结构）的结构中央处理单元的核心是中央处理器中央处理单元的核心是中央处理器中中央央处处理理器器包包含含指指令令计计数数器器，指指令令存存储储器器和和地地址址 寄寄存存器器，变变址址和和

32、基基址址寄寄存存器器，累累加加器器和和通通用用寄寄存存器器除除了了中中央央处处理理器器外外，还还有有中中央央存存储储器器，中中央央存存储储器器划划分分成成数数据据，程程序序和和监监控控三三部部分分数数据据部部分分包包含含有有输输入入变变量量，中中间间变变量量和和输输出出变变量量的的映映像像区区监监控控部部分分存存放放PLC的的监监控控程程序序，用用户户程程序序区区存存放放若若干干个个用用户的应用程序块户的应用程序块1/28/202325CPU和中央存储器和中央存储器 PLC中的中的CPU是用来完成对某些不同类型的信息是用来完成对某些不同类型的信息进行操作的单元这些操作包括信息的转移，信息进行操

33、作的单元这些操作包括信息的转移，信息的转换（码的转换，数字的转换），计算，同步，的转换（码的转换，数字的转换），计算，同步，译码等译码等中中央央处处理理器器（Processor）是是CPU中中的的智智能能机机构构（电电脑脑）它它是是用用来来控控制制程程序序指指令令的的操操作作的的，处处理理器器本本身身由由若若干干种种寄寄存存器器组组成成寄寄存存器器是是由由逻逻辑辑电电路路组组成成的的高高速速半半导导体体存存储储器器（暂暂存存器器），它它用用来来暂暂时时存存放放数据，外部信息或中间运算结果和对它们进行操作。数据，外部信息或中间运算结果和对它们进行操作。1/28/202326PLC CPU 内部的

34、内部的主要的寄存器主要的寄存器1.1.内内部部寄寄存存器器只只能能在在计计算算机机内内部部进进行行存存取取，允允许许内内部部的管理和控制操作的管理和控制操作程程序序计计数数器器有有时时也也称称做做“程程序序指指针针”，它它始始终终包包含含有有当当前前正正在在执执行行指指令令的的地地址址，在在每每一一条条指指令令执执行行结结束束时时，指指针针的的值值将将被被修修改改，自自动动地地加加1 1只只有有在在执执行行跳跳转转指指令令时时是例外指针将被放置新的下一条执行指令的地址是例外指针将被放置新的下一条执行指令的地址2.2.指指令令存存储储器器由由“程程序序指指针针”所所指指向向的的中中央央存存储储器

35、器中中的的当当前前指指令令的的操操作作码码（Operation code），被被送送至至指指令令寄寄存存器器经经过过译译码码，在在时时钟钟脉脉冲冲控控制制下下，指指令令寄寄存存器器将将执执行行指指令令：从从中中央央存存储储器器转转移移信信息息到到通通用用寄寄存存器器或或取取相相反反过过程程对对于于执执行行的的是是跳跳转转指指令令，如如果果命命令令是是正正向向跳跳动动n，则执行指令的结果是强迫程序计数器增量加，则执行指令的结果是强迫程序计数器增量加n1/28/202327PLC CPU 内部的内部的主要的寄存器主要的寄存器3.3.地址寄存器在指令寄存器取得操作码地址寄存器在指令寄存器取得操作码（

36、OC）的的同同时时，地地址址寄寄存存器器取取得得同同一一指指令令的的操操作作数数地地址址（Operand address）在在一一般般情情况况下下，地地址址寄寄存存器器涉涉及及的的就就是是操操作作数数的的地地址址，但但在在转转移移指指令令的的情情况况下下，由由它它决决定定信信息息转转移移的的途途径径例例如如，在在执执行行向向前前跳跳动动n n的的指指令令时时，地地址址寄寄存存器器就就包包含含数数据据值值n n，执执行行指指令令是是将将程程序序计计数数器器的的内内容容与与地地址址寄寄存存器器的的内内容容相相加加，再再送送回回程程序序计数器计数器1/28/202328PLC CPU 内部的内部的主

37、要的寄存器主要的寄存器4.4.状状态态寄寄存存器器状状态态寄寄存存器器是是用用来来设设置置状状态态位位的的某某个个状状态态位位决决定定于于处处理理器器对对某某一一事事件件将将予予以以考考虑虑或或不予考虑，例如，对中断优先权的禁止或屏蔽不予考虑，例如，对中断优先权的禁止或屏蔽5.5.通通用用寄寄存存器器通通用用寄寄存存器器是是用用户户在在编编制制应应用用程程序序时时可可以以使使用用的的一一组组寄寄存存器器，它它们们中中的的某某些些是是非非常常特特殊殊的的，另另一一些些则则是是一一般般的的寄寄存存器器，它它的的数数量量和和组组织织取决于取决于PLCPLC设计者的选择设计者的选择1/28/20232

38、9PLC CPU 内部的内部的主要的寄存器主要的寄存器6.6.变变址址寄寄存存器器变变址址寄寄存存器器包包含含一一潜潜在在的的基基地地址址，当当采采用用变变址址寻寻址址方方式式时时，是是将将预预先先存存放放在在变变址址寄寄存存器器中中的的绝绝对对基基地地址址，与与地地址址寄寄存存器器中中存存放放的的操操作作数数地地址址（OA）部部分分相相加加，得得到到指指令令中中所所要要存存取取信信息息的的地地址址这这样样一一种种技技术术可可以以扩扩展展寻寻址址的的范范围围与与地地址址寄寄存存器器有有限限的的地地址址长长度度相相比比可可扩扩展展至至更更大大的范围，但执行指令时间较长的范围，但执行指令时间较长7

39、.7.累累加加器器寄寄存存器器它它是是用用来来执执行行CPU的的指指令令的的，对对PLC来来说说，这这些些指指令令典典型型的的有有按按位位执执行行和和按按字字执执行行对对某某些些PLC类类型型，只只有有单单一一的的累累加加器器，位位是是作作为为字字的的一一个个位位来来处处理理的的，对对另另一一些些PLC系系统统，逻逻辑辑运运算算和和数数字字运运算算是是分开在不同的累加器进行的分开在不同的累加器进行的1/28/202330PLC的存储器系统的存储器系统处处理理PLC系系统统信信息息的的存存储储器器通通常常分分为为两两大大部部分分：中中央央存存储储器器和和大大容容量量存存储储器器（硬硬盘盘，软软磁

40、磁盘盘，磁磁带带，Flash memory等等）大大容容量量存存储储器器一一般般作作为为PLC的的外外部部设设备备中中央央存存储储器器有有很很高高的的存存取取速速度度，但但由由于于价价格格较较昂昂贵贵，限限制制了了它它的的使使用用容容量量；大大容容量量存存储储器器虽虽然然存存取取速速度度较较慢慢，但但由由于于价价格格相相对对便便宜宜，适适于于储储存大容量数据存大容量数据中中央央存存储储器器在在PLC的的内内部部，一一般般由由三三部部分分组组成成由由于于对对存存取取速速度度有有要要求求，所所以以都都采采用用半半导导体体存存储储器器，常常用用的的半半导导体体存存储储器器有有静静态态RAM，EPRO

41、M和和E2PROM1/28/202331PLC的存储器系统的存储器系统1.1.中中央央存存储储器器的的数数据据部部分分主主要要用用作作输输入入变变量量，输输出出变变量量，中中间间变变量量的的映映像像区区，因因为为在在PLCPLC的的运运行行过过程程中中，这这部部分分变变量量是是不不断断变变化化的的，所所以以都都是是采采用用随随机机存存取取存存储储器器（一一般般为为静静态态RAMRAM）构成的构成的2.2.监监控控程程序序或或操操作作系系统统，是是PLC设设计计者者为为了了给给用用户户使使用用PLC提提供供方方便便，其其功功能能是是对对PLC及及其其外外设设进进行行资资源源管管理理，同同时时使使

42、PLC的的用用户户编编制制应应用用程程序序时时，可可以以使使用用级级别别较较高高的的语语言言（例例如如，语语句句表表，梯梯形形图图或或SFC控控制制图图形形语语言言等等）一一般般监监控控程程序序或或操操作作系系统统都都是是驻驻留留在在中中央央存存储储器器中中的的，例例如如，固固化化在在中中央央存存储储器器的的EPROM上上，有有一一些些PLC使使用用较较大大的的操操作作系系统统，则则除除了了驻驻留留在在中中央央存存储储器器上上的的软软件件外外，还还有有一一部部分分软软件件放放在在外设的大容量存储器中外设的大容量存储器中1/28/202332PLC的存储器系统的存储器系统3.3.中中央央存存储储

43、器器中中的的用用户户应应用用软软件件是是用用户户针针对对不不同同的的控控制制任任务务，用用PLC编编程程语语言言编编制制的的应应用用程程序序，放放置置在在中中央央存存储储器器的的用用户户存存储储器器区区有有些些用用户户存存储储区区可可以以放放置置若若干干个个应应用用程程序序块块由由于于应应用用程程序序在在调调试试过过程程中中要要不不断断修修改改，又又希希望望在在掉掉电电或或正正常常关关机机时时，这这部部分分程程序序不不会会丢丢失失，因因此此，在在中中央央存存储储器器中中常常用用带带后后备备电电池池的的CMOSRAM作作用用户户存存储储器器区区也也可可以以用用E2PROM存存放放应应用用程程序序

44、如如果果应应用用程程序序经经调调试试后后，不再需要改变，这部分程序可以固化在不再需要改变，这部分程序可以固化在EPROM中中1/28/202333PLC 的寻址方式的寻址方式在在CPU与与中中央央存存储储器器交交换换信信息息的的过过程程中中，很很重重要要的的一一点点是是存存储储器器的的寻寻址址，发发展展寻寻址址技技术术的的目目的的是是在在键键入入数数据据时时增增加加灵灵活活性性，使使更更为为安安全全和和得得到到更更大大地地址址范范围围PLC系系统统中中使使用用的的寻寻址址方方式式有以下几种：有以下几种：1.1.立立即即数数寻寻址址：这这种种寻寻址址方方式式的的操操作作数数直直接接放放置置在在指

45、指令令的的地地址址场场中中这这种种寻寻址址方方法法，对对简简单单的的计计算算，例例如如，计计算算用用户户程程序序的的地址是很方便的地址是很方便的2.2.相相对对寻寻址址：在在指指令令的的地地址址场场中中包包含含的的是是正正的的或或负负的的整整数数，用用它它与与现现行行地地址址（例例如如，程程序序计计数数器器的的值值）代代数数相相加加，得得到到指指令令的的操操作作数数的的有有效效地地址址这这种种寻寻址址方方式式在在执执行行转转移移指指令令，条条件件转转移指令或循环指令（移指令或循环指令（LOOP）时是非常有用的）时是非常有用的1/28/202334PLC 的寻址方式的寻址方式3.3.间间接接寻寻

46、址址：这这种种寻寻址址方方式式的的指指令令的的地地址址场场包包含含的的是是操操作作数数所所在在单单元元的的地地址址（即即指指令令的的操操作作数数有有效效地地址址的的地地址址），用用这这种种寻寻址址方方式式，可可以以扩扩展展可可寻寻址址存存储器的范围储器的范围4.4.变变址址或或基基址址寻寻址址：在在变变址址寄寄存存器器或或通通用用寄寄存存器器中中，预预先先放放置置一一基基地地址址，将将此此与与指指令令操操作作数数地地址址场场的的内内容容（偏偏移移量量）代代数数相相加加得得到到指指令令操操作作数数的的有有效效地地址址5.5.组组合合寻寻址址：上上面面所所提提到到的的某某些些寻寻址址方方式式可可组

47、组合合起起来形成新的寻址方式，例如，相对变址寻址等来形成新的寻址方式，例如，相对变址寻址等1/28/202335与寻址方法有关的指令的结构与寻址方法有关的指令的结构 1/28/202336PLCPLC中的中的堆栈堆栈 在中央存储器中，还有一种特殊的应用区，称为在中央存储器中，还有一种特殊的应用区，称为“堆堆栈栈”“堆堆栈栈”是是中中央央存存储储器器中中的的一一个个特特殊殊区区域域，用用来来存存放放程程序序执执行行过过程程中中的的结结果果或或者者在在子子程程序序调调用用过过程程中中用用来来保保护护“现现场场”信信息息，以以便便子子程程序序结结束束时时能能正正确确地地返返回回在在PLC中中使使用用

48、的的“堆堆栈栈”主主要要有有两两种种形形式式：一一种种称称后后进进先先出出堆堆栈栈（LIFOlast in first out）,另另一一种种称称先先进进先先出出堆堆栈栈（FIFOFirst in first out）图图2.42.4表表示示了了这这两两种种 “堆栈堆栈”在进行栈操作时的数据位置在进行栈操作时的数据位置1/28/202337PLCPLC中的堆栈结构中的堆栈结构1/28/202338PLCPLC中的堆栈结构中的堆栈结构1/28/202339PLC I/OPLC I/O扩展结构扩展结构 1.1.整整体体形形非非总总线线结结构构:8080年年代代，PLCPLC的的结结构构多多为为组组

49、件件式式，由由CPUCPU，I/OI/O及及备备用用模模块块等等组组合合而而成成现现在在的的小小型型，微微型型PLCPLC结结构构则则趋趋向向于于将将CPUCPU，存存储储器器与与I/OI/O做做成成一一体体形形结结构构，整整体体做做成成平平板板薄薄形形，以以追追求求低低价价格格和和便便于于安安装装这这种种结结构构的的PLCPLC往往往往采采用用非非总总线线结结构构，追追求求低低价价格格和和小小型型化化，其其安安装装方方法法也也与与过过去去不不同同，大大多多安安装装到到配配电电盘盘或或机机械械之之中中，有有的的不不用用外外壳壳，作作成成插插件件，以降低售价以降低售价1/28/202340PLC

50、 I/OPLC I/O扩展结构扩展结构 2.2.总总线线形形结结构构大大，中中型型以以及及一一部部分分小小型型PLCPLC通通常常采采用用总总线线形形方方式式，可可视视用用户户要要求求进进行行组组合合以以满满足足不不同同要要求求，见见图图2.52.5这这种种总总线线结结构构有有多多种种形形式式，有有采采用用微微机机总总线线，例例如如VMEVME总总线线，PCPC总总线线，或或开开发发商商的的专专用用总总线线，例例如如SiemensSiemens公公司司的的S5S5总总线线等等，PLCPLC的的I/OI/O总总线线扩扩展展可可以以有有多多种种结构方式，主要采用：结构方式，主要采用：并行本地总线并