可编程控制器的构成原理与应用(下).ppt

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1、1.1第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.1第第4 4章章 可编程控制器的结构和可编程控制器的结构和工作原理工作原理 返回总目录返回总目录返回总目录返回总目录 1.2第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.2 PLC的产品型号很多，发展非常迅速，应用日益广泛，不同的产品在硬的产品型号很多，发展非常迅速，应用日益广泛，不同的产品在硬件结构、资源配置和指令系统等方面各不相同。但从总体来看，不同厂商的件结构、资源配置和指令系统等方面各不相同。但从总体来看，不同厂商的PLC在硬件结构和指令系统等方面大同小异。对于初学者而言，只

2、要熟悉一在硬件结构和指令系统等方面大同小异。对于初学者而言，只要熟悉一种种PLC的组成和指令系统，在涉及其他的组成和指令系统，在涉及其他PLC时就可以做到触类旁通，举一反时就可以做到触类旁通，举一反三。本章主要介绍三。本章主要介绍PLC的硬件组成、工作原理和系统资源配置等内容。的硬件组成、工作原理和系统资源配置等内容。1.3第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.3本章内容本章内容 4.3 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构 4.4 可编程控制器的资源与编程语言可编程控制器的资源与编程语言 4.5 可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理 思考

3、题与习题思考题与习题1.4第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.44.3 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构 PLC从组成形式上一般分为整体式和模块式两种，但在逻辑结构上基本上从组成形式上一般分为整体式和模块式两种，但在逻辑结构上基本上相同。整体式相同。整体式PLC一般由一般由CPU板、板、I/O板、显示面板、内存和电源等组成，一般板、显示面板、内存和电源等组成，一般按按PLC性能又分为若干型号，并按性能又分为若干型号，并按I/O点数分为若干规格。模块式点数分为若干规格。模块式PLC一般由一般由CPU模块、模块、I/O模块、内存模块、电源模块、底

4、板或机架等组成。无论哪种结构模块、内存模块、电源模块、底板或机架等组成。无论哪种结构类型的类型的PLC，都属于总线式的开放结构，其，都属于总线式的开放结构，其I/O能力可根据用户需要进行扩展与能力可根据用户需要进行扩展与组合。组合。PLC的组成如图的组成如图4.3所示。所示。图图4.3 PLC的组成的组成1.5第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.54.3.1 CPU(中央处理器中央处理器)与通用计算机中的与通用计算机中的CPU一样，一样，PLC中中CPU也是整个系统的核心部件，主要也是整个系统的核心部件，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地

5、址总线、数据总线和控制总由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成。此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。线构成。此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。CPU在很大程度上决定了在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。CPU中的控制器控制中的控制器控制PLC工作，由它读取指令，解释并执行指令。工作的工作，由它读取指令，解释并执行指令。工作的时序时序(节奏节奏)则由振荡信号控制。则由振荡信号控制。CPU中的运算器用于完成算术或逻辑运算，在控制器的指挥下工作。中的运算器用

6、于完成算术或逻辑运算，在控制器的指挥下工作。CPU中的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果。它也是在控制器的指中的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果。它也是在控制器的指挥下工作。挥下工作。作为作为PLC的核心，的核心，CPU的功能主要包括以下几个方面。的功能主要包括以下几个方面。(1)CPU接收从编程器或计算机输入的程序和数据，并送入用户程序存储器接收从编程器或计算机输入的程序和数据，并送入用户程序存储器中存储。中存储。(2)监视电源、监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态。内部各个单元电路的工作状态。(3)诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译。诊断编程过程中的语法错误，对用户程

7、序进行编译。(4)在在PLC进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并分析、进入运行状态后，从用户程序存储器中逐条读取指令，并分析、执行该指令。执行该指令。(5)采集由现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存器中。采集由现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存器中。4.3 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构1.6第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.6 (6)按程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态按程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器的内容。或数据寄存器的内容。(7)根据输出状态或数

8、据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口。根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口。(8)响应中断和各种外围设备响应中断和各种外围设备(如编程器、打印机等如编程器、打印机等)的任务处理请求。的任务处理请求。当当PLC处于运行状态时，首先以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和处于运行状态时，首先以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入相应的输入缓冲区。然后从用户程序存储器中逐条读取用户数据，并分别存入相应的输入缓冲区。然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或数据运算，将运算结果送入程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或数据运算

9、，将运算结果送入相应的输出缓冲区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将相应的输出缓冲区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O缓冲区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置。如此循缓冲区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置。如此循环运行，直到环运行，直到PLC处于编程状态，用户程序停止运行。处于编程状态，用户程序停止运行。CPU模块的外部表现就是具有工作状态的显示、各种接口及设定或控制开模块的外部表现就是具有工作状态的显示、各种接口及设定或控制开关。关。CPU模块一般都有相应的状态指示灯，如电源指示、运行指示、输入模块一般都有相应的状

10、态指示灯，如电源指示、运行指示、输入/输输出指示和故障指示等。箱体式出指示和故障指示等。箱体式PLC的面板上也有这些显示。总线接口用于连接的面板上也有这些显示。总线接口用于连接I/O模块或特殊功能模块，内存接口用于安装存储器，外设接口用于连接编程器模块或特殊功能模块，内存接口用于安装存储器，外设接口用于连接编程器等外部设备，通信接口则用于通信。此外，等外部设备，通信接口则用于通信。此外，CPU模块上还有许多设定开关，用模块上还有许多设定开关，用以对以对PLC进行设定，如设定工作方式和内存区等。进行设定，如设定工作方式和内存区等。为了进一步提高为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型的可靠性，

11、近年来对大型PLC还采用双还采用双CPU构成冗余构成冗余系统，或采用系统，或采用3CPU的表决式系统。这样，即使某个的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统出现故障，整个系统仍能正常运行。仍能正常运行。4.3 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构1.7第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.74.3.2 存储器存储器 存储器存储器(内存内存)主要用于存储程序及数据，是主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。不可缺少的组成单元。PLC中的存储器一般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分。系统程序中的存储器一般包括系统程序存储器

12、和用户程序存储器两部分。系统程序存储器用于存储整个系统的监控程序，一般采用只读存储器存储器用于存储整个系统的监控程序，一般采用只读存储器(Read Only Memory，ROM)，具有掉电不丢失信息的特性。用户程序存储器用于存储用户，具有掉电不丢失信息的特性。用户程序存储器用于存储用户根据工艺要求或控制功能设计的控制程序，早期一般采用随机读写存储器根据工艺要求或控制功能设计的控制程序，早期一般采用随机读写存储器(Random Access Memory，RAM)，需要后备电池在掉电后保存程序。目前则，需要后备电池在掉电后保存程序。目前则倾向于采用电可擦除的只读存储器倾向于采用电可擦除的只读存

13、储器(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory，EEPROM或或E2PROM)或闪存或闪存(Flash Memory)，免去了，免去了后备电池的麻烦。有些后备电池的麻烦。有些PLC的存储器容量固定，不能扩展，多数的存储器容量固定，不能扩展，多数PLC则可以扩则可以扩展存储器。展存储器。1.PLC常用的存储器类型常用的存储器类型 (1)RAM是一种读是一种读/写存储器写存储器(随机存储器随机存储器)，存取速度最快，但掉电后信息，存取速度最快，但掉电后信息就丢失，需要锂电池作为后备电源。就丢失，需要锂电池作为后备电源。(2)EPROM(Er

14、asable Programmable Read Only Memory)是一种可擦除是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。在紫外线连续照的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。在紫外线连续照射下射下(约约20分钟分钟)可擦除存储器原来的内容，然后可以重新写入。由于可擦除存储器原来的内容，然后可以重新写入。由于EPROM擦擦写不方便，目前已逐渐被写不方便，目前已逐渐被EEPROM所取代。所取代。4.3 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构1.8第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.8 (3)EEPROM

15、是一种电可擦除的只读存储器，擦除时间很短，不需要专用是一种电可擦除的只读存储器，擦除时间很短，不需要专用的擦除设备。使用编程器可以很方便地对其中所存储的内容进行修改。的擦除设备。使用编程器可以很方便地对其中所存储的内容进行修改。2.PLC中存储空间的分配中存储空间的分配 虽然各种虽然各种PLC的的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，的工作原理，其存储空间一般包括系统程序存储区、系统其存储空间一般包括系统程序存储区、系统RAM存储区存储区(包括包括I/O缓冲区和系统缓冲区和系统软元件等软元件等)和用户程序存储区和用户程序存储区3个部分。个部分。

16、1)系统程序存储区系统程序存储区 系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等，由制造商将序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等，由制造商将其固化在其固化在ROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了PLC的性能。的性能。2)系统系统RAM存储区存储区 系统系统RAM存储区包括存储区包括I/O缓冲区以及各类软元件，如工作寄存器、内部继电缓冲区以及各类软元件，如工作寄存器、内部继电器、定时器、计数器

17、、数据寄存器、变址寄存器等。器、定时器、计数器、数据寄存器、变址寄存器等。(1)I/O缓冲区缓冲区 由于由于PLC投入到运行状态后，只是在输入采样阶段才依次投入到运行状态后，只是在输入采样阶段才依次读入各个输入信号的状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至读入各个输入信号的状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元(RAM)来暂时存放来暂时存放I/O的状态和的状态和数据，这些单元称作数据，这些单元称作I/O缓冲区。一个开关量缓冲区。一个开关量I/O占用存储单元中的一位占用存储单元中的一位(bi

18、t)4.3 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构1.9第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.9，一个模拟量，一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字占用存储单元中的一个字(16位位)。整个。整个I/O缓冲区可以看作是缓冲区可以看作是由开关量由开关量I/O缓冲区和模拟量缓冲区和模拟量I/O缓冲区两个部分组成的。缓冲区两个部分组成的。(2)系统软元件存储区系统软元件存储区 除了除了I/O缓冲区以外，系统缓冲区以外，系统RAM存储区还包括存储区还包括PLC内部各类软元件内部各类软元件(内部继电器、定时器、计数器、数据寄存器和工作寄存内部继电器、定时器、计数

19、器、数据寄存器和工作寄存器等器等)的存储区。该存储区又分为具有掉电保存的存储区域和掉电不保存的存的存储区。该存储区又分为具有掉电保存的存储区域和掉电不保存的存储区域。前者在储区域。前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会丢失；后者在断电时，由内部的锂电池供电，数据不会丢失；后者在PLC断电时，数据被清零。断电时，数据被清零。内部继电器内部继电器 与开关输出一样，每个内部继电器占用系统与开关输出一样，每个内部继电器占用系统RAM存储区存储区中的一位，但不能直接驱动外部负载，只供用户在编程中使用。其作用类似中的一位，但不能直接驱动外部负载，只供用户在编程中使用。其作用类似于电气控制线路中的

20、继电器。另外，不同的于电气控制线路中的继电器。另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊内部还提供数量不等的特殊内部继电器，具有不同的特殊功能。继电器，具有不同的特殊功能。数据寄存器数据寄存器 与模拟量与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储存储区中的一个字区中的一个字(16位位)，主要用于模拟量处理、数据运算和通信等。另外，主要用于模拟量处理、数据运算和通信等。另外，PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器，用于存储系统中某些特定的数据或还提供数量不等的特殊数据寄存器，用于存储系统中某些特定的数据或信息。信息。4.3 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结

21、构1.10第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.10 定时器和计数器定时器和计数器 PLC提供了许多定时器和计数器，数量从几十个到几千个提供了许多定时器和计数器，数量从几十个到几千个不等，用于满足工业生产中定时控制和计数控制的要求。不等，用于满足工业生产中定时控制和计数控制的要求。用户程序存储区存放用户根据实际控制要求或生产工艺流程编写的具体控制用户程序存储区存放用户根据实际控制要求或生产工艺流程编写的具体控制程序。不同类型的程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。，其存储容量各不相同。4.3 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构1.11第第4

22、 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.114.3.3 输入输入/输出模块输出模块 输入模块和输出模块通常称为输入模块和输出模块通常称为I/O模块或模块或I/O单元。单元。PLC提供了各种工作电提供了各种工作电平、连接形式和驱动能力的平、连接形式和驱动能力的I/O模块，有各种功能的模块，有各种功能的I/O模块供用户选用，如电平模块供用户选用，如电平转换、电气隔离、串转换、电气隔离、串/并行变换、开关量输入并行变换、开关量输入/输出、模数输出、模数(A/D)和数模和数模(D/A)转转换以及其他功能模块等。按换以及其他功能模块等。按I/O点数确定模块的规格及数量，点数

23、确定模块的规格及数量，I/O模块可多可少，模块可多可少，但其最大数受但其最大数受PLC所能管理的配置能力，即底板或机架槽数的限制。所能管理的配置能力，即底板或机架槽数的限制。PLC的对外功能主要是通过各种的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系来实现的。输入模接口模块与外界联系来实现的。输入模块和输出模块是块和输出模块是PLC与现场与现场I/O装置或设备之间的连接部件，起着装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设与外部设备之间传递信息的作用。备之间传递信息的作用。I/O模块分为开关量输入模块分为开关量输入(Digital Input，DI)、开关量、开关量输出输出(Digital

24、Output，DO)、模拟量输入、模拟量输入(Analog Input，AI)和模拟量输出和模拟量输出(Analog Output，AO)等模块。通常等模块。通常I/O模块上还有模块上还有I/O接线端子排和状态显示，接线端子排和状态显示，以便于连接和监视。以便于连接和监视。I/O模块既可通过底板总线与主控模块放在一起，构成一个模块既可通过底板总线与主控模块放在一起，构成一个系统，又可通过插座用电线引出远程放置，实现远程控制及联网。系统，又可通过插座用电线引出远程放置，实现远程控制及联网。开关量模块按电压水平分有开关量模块按电压水平分有220 VAC、110 VAC、24 VDC等规格；按隔离等

25、规格；按隔离方式分有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出等类型。方式分有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出等类型。模拟量模块按信号类型分有电流型模拟量模块按信号类型分有电流型(4mA20mA、0mA20mA)、电压型、电压型(0V10V、0V5V、10V10V)等规格；按精度分有等规格；按精度分有12位、位、14位、位、16位等位等规格。规格。4.3 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构1.12第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.124.3.4 智能模块智能模块 除了上述通用的除了上述通用的I/O模块外，模块外，PLC还提供了各种各样的特殊还提供了

26、各种各样的特殊I/O模块，如热电模块，如热电阻、热电偶、高速计数器、位置控制、以太网、现场总线、远程阻、热电偶、高速计数器、位置控制、以太网、现场总线、远程I/O控制、温度控制、温度控制、中断控制、声音输出、打印机等专用型或智能型的控制、中断控制、声音输出、打印机等专用型或智能型的I/O模块，用以满足各模块，用以满足各种特殊功能的控制要求。种特殊功能的控制要求。I/O模块的类型、品种与规格越多，系统的灵活性越高。模块的类型、品种与规格越多，系统的灵活性越高。模块的模块的I/O容量越大，系统的适应性就越强。容量越大，系统的适应性就越强。4.3 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构1.13

27、第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.134.3.5 编程设备编程设备 常见的编程设备有简易手持编程器、智能图形编程器和基于常见的编程设备有简易手持编程器、智能图形编程器和基于PC的专用编程的专用编程软件。编程设备用于输入和编辑用户程序，对系统作一些设定，监控软件。编程设备用于输入和编辑用户程序，对系统作一些设定，监控PLC及及PLC所控制的系统的工作状况。编程设备在所控制的系统的工作状况。编程设备在PLC的应用系统设计与调试、监控的应用系统设计与调试、监控运行和检查维护中是不可缺少的部件，但不直接参与现场的控制。运行和检查维护中是不可缺少的部件，但不直接

28、参与现场的控制。4.3 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构1.14第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.144.3.6 电源电源 PLC中不同的电路单元需要不同的工作电源，如中不同的电路单元需要不同的工作电源，如CPU和和I/O电路要采用不电路要采用不同的工作电源。因此，电源在整个同的工作电源。因此，电源在整个PLC系统中起着十分重要的作用。如果没有系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源，系统是无法正常工作的。一个良好的、可靠的电源，系统是无法正常工作的。PLC的制造商对电源的设的制造商对电源的设计和制造十分重视。计和制造十分重

29、视。PLC一般都配有开关式稳压电源，用于给一般都配有开关式稳压电源，用于给PLC的内部电路和各模块的集的内部电路和各模块的集成电路提供工作电源。有些机型还向外提供成电路提供工作电源。有些机型还向外提供24V的直流电源，用于给外部输入的直流电源，用于给外部输入信号或传感器供电，避免了由于电源污染或电源不合格而引起的问题，同时也信号或传感器供电，避免了由于电源污染或电源不合格而引起的问题，同时也减少了外部连线，方便了用户。有些减少了外部连线，方便了用户。有些PLC中的电源与中的电源与CPU模块合二为一，有些模块合二为一，有些是分开的。输入类型上有是分开的。输入类型上有220V或或110V的交流输入

30、，也有的交流输入，也有24V的直流输入。对的直流输入。对于交流输入的于交流输入的PLC，电源电压为，电源电压为AC100 V240 V。一般交流电压波动在。一般交流电压波动在15%+10%的范围内，可以不采取其他措施而将的范围内，可以不采取其他措施而将PLC直接连接到交流电网上直接连接到交流电网上去。对于直流输入的去。对于直流输入的PLC，电源的额定电压一般为，电源的额定电压一般为24VDC。当电源在额定电。当电源在额定电压的压的15%+10%范围内波动时，范围内波动时，PLC都可以正常工作。都可以正常工作。4.3 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构1.15第第4 4章章 可编程控制

31、器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.154.4 可编程控制器的资源与编程语言可编程控制器的资源与编程语言4.4.1 可编程控制器的硬件资源可编程控制器的硬件资源 PLC都提供了各种类型的继电器，一般都称为都提供了各种类型的继电器，一般都称为“软继电器软继电器”，以供系统软，以供系统软件设计中编程使用。常用的有输入继电器、输出继电器、内部继电器件设计中编程使用。常用的有输入继电器、输出继电器、内部继电器(分为通用分为通用和专用两种和专用两种)、定时器、计数器、数据寄存器、定时器、计数器、数据寄存器(分为通用和专用等类型分为通用和专用等类型)等。这些等。这些编程用的继电器的工作线圈没

32、有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题。编程用的继电器的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题。其触点没有数量限制，没有机械磨损和电蚀等问题。在不同的指令操作下，其其触点没有数量限制，没有机械磨损和电蚀等问题。在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。1.输入继电器输入继电器 PLC的输入继电器是接受外部开关信号的窗口。的输入继电器是接受外部开关信号的窗口。PLC内部与输入端子连接内部与输入端子连接的输入继电器是用光电耦合器隔离的电子继电器，编号与接线端子编号一致，的输入继电器是用

33、光电耦合器隔离的电子继电器，编号与接线端子编号一致，如图如图4.4所示。每一个输入继电器都有一个所示。每一个输入继电器都有一个“等效线圈等效线圈”和无数个常开和无数个常开/常闭触常闭触点。线圈的吸合或释放只取决于点。线圈的吸合或释放只取决于PLC外部所连接的开关信号的状态，而不能通外部所连接的开关信号的状态，而不能通过程序控制。内部的常开过程序控制。内部的常开/常闭两种触点供编程时随时使用，使用次数不限。输常闭两种触点供编程时随时使用，使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于入电路的时间常数一般小于10ms。1.16第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.1

34、6图图4.4 输入继电器内部原理图输入继电器内部原理图4.4 可编程控制器的资源与编程语言可编程控制器的资源与编程语言1.17第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.17 2.输出继电器输出继电器 PLC的输出继电器是向外部负载输出信号的窗口，也是通过光电耦合器隔的输出继电器是向外部负载输出信号的窗口，也是通过光电耦合器隔离后接外部负载的。输出继电器的线圈由程序控制，其外部输出主触点接到离后接外部负载的。输出继电器的线圈由程序控制，其外部输出主触点接到PLC的输出端子上，以供驱动外部负载使用，其余常开的输出端子上，以供驱动外部负载使用，其余常开/常闭触点供内

35、部程序常闭触点供内部程序使用。输出继电器的常开使用。输出继电器的常开/常闭触点使用次数不限，但线圈一般只能用常闭触点使用次数不限，但线圈一般只能用1次。次。3.内部继电器内部继电器 PLC中有很多内部继电器，其线圈与输出继电器一样，由中有很多内部继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件内各软元件的触点驱动。内部继电器没有向外的任何联系，只供内部编程使用。它的常开的触点驱动。内部继电器没有向外的任何联系，只供内部编程使用。它的常开/常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继

36、电器来实现。内部继电器一般分为通用内部继电器负载的驱动必须通过输出继电器来实现。内部继电器一般分为通用内部继电器和特殊内部继电器。和特殊内部继电器。1)通用内部继电器通用内部继电器 PLC中都有一定数量的通用内部继电器。这类继电器的触点和线圈在程序中都有一定数量的通用内部继电器。这类继电器的触点和线圈在程序中都可以使用，但线圈一般只能用中都可以使用，但线圈一般只能用1次，而对应的常开和常闭触点则可以无限次，而对应的常开和常闭触点则可以无限制地重复使用。制地重复使用。4.4 可编程控制器的资源与编程语言可编程控制器的资源与编程语言1.18第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的

37、结构和工作原理1.18 2)特殊内部继电器特殊内部继电器 特殊内部继电器也叫专用内部继电器，每一个都有专门的用途，用来存储特殊内部继电器也叫专用内部继电器，每一个都有专门的用途，用来存储系统工作时的一些特定状态信息。这类继电器只能单个使用，而且只能使用触点，系统工作时的一些特定状态信息。这类继电器只能单个使用，而且只能使用触点，不能使用线圈。不能使用线圈。不同的不同的PLC其输入继电器、输出继电器和内部继电器的编址方式其输入继电器、输出继电器和内部继电器的编址方式(即编号即编号)不同，数量多少也不一样。在实际设计中，一定要明确其编址方式和数量。它们不同，数量多少也不一样。在实际设计中，一定要明

38、确其编址方式和数量。它们一般既可单个使用，也能以字节一般既可单个使用，也能以字节(由由8个继电器组成个继电器组成)、字、字(由由16个继电器组成个继电器组成)或或双字双字(由由32个继电器组成个继电器组成)的形式使用。的形式使用。4.定时器定时器 PLC中的定时器根据时钟脉冲的累积计时。当所计时间达到设定值时，其中的定时器根据时钟脉冲的累积计时。当所计时间达到设定值时，其输出触点动作。时钟脉冲一般有输出触点动作。时钟脉冲一般有1ms、10ms和和100ms，有些，有些PLC还提供还提供1s的时的时钟，可以满足不同的应用需求。定时器可以采用用户程序存储器内的常数作为设钟，可以满足不同的应用需求。

39、定时器可以采用用户程序存储器内的常数作为设定值，也可以用数据寄存器的内容作为设定值。定值，也可以用数据寄存器的内容作为设定值。每个定时器只有一个输入。编程时，设定值由用户确定。与常规的时间继每个定时器只有一个输入。编程时，设定值由用户确定。与常规的时间继电器一样，线圈通电时，定时器的当前值开始减计数计时。在当前值计到电器一样，线圈通电时，定时器的当前值开始减计数计时。在当前值计到0时，时，相应的常开相应的常开/常闭触点都动作，常开的闭合，常闭的断开；断电时自动复位，所常闭触点都动作，常开的闭合，常闭的断开；断电时自动复位，所有的触点释放，不保存中间数值，当前值又变为设定值。需要注意的是，有的触

40、点释放，不保存中间数值，当前值又变为设定值。需要注意的是，PLC中中的定时器没有常规的时间继电器一样的瞬动触点。的定时器没有常规的时间继电器一样的瞬动触点。4.4 可编程控制器的资源与编程语言可编程控制器的资源与编程语言1.19第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.19 5.计数器计数器 PLC中的计数器一般是中的计数器一般是16位减法计数器，都有两个输入，一个用于计数，位减法计数器，都有两个输入，一个用于计数，一个用于复位。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减一个用于复位。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减1。在当前值减到。在当前值减到0时时停止计数，同时

41、触点动作，常开触点闭合，常闭触点断开。当复位控制信号停止计数，同时触点动作，常开触点闭合，常闭触点断开。当复位控制信号的上升沿到来时，计数器被复位。复位信号断开后，计数器重新进入计数状的上升沿到来时，计数器被复位。复位信号断开后，计数器重新进入计数状态。与定时器不同的是，如果在计数过程中系统断电，计数器的当前值一般态。与定时器不同的是，如果在计数过程中系统断电，计数器的当前值一般能自动保存下来。在系统上电重新运行时，计数器就接着断电时的参数值继能自动保存下来。在系统上电重新运行时，计数器就接着断电时的参数值继续计数。续计数。不同的不同的PLC其定时器和计数器的编址方式其定时器和计数器的编址方式

42、(即编号即编号)不同，具体工作特性不同，具体工作特性和数量的多少也不一样。在实际设计中，一定要十分熟悉其编址方式、特性和数量的多少也不一样。在实际设计中，一定要十分熟悉其编址方式、特性和数量。一个定时器或计数器的线圈一般只能使用一次，但其常开和常闭触和数量。一个定时器或计数器的线圈一般只能使用一次，但其常开和常闭触点都没有使用次数的限制，在编程时可以重复使用。点都没有使用次数的限制，在编程时可以重复使用。6.数据寄存器数据寄存器 数据寄存器不能使用线圈或触点，而是以字存储单元的形式使用，用于数据寄存器不能使用线圈或触点，而是以字存储单元的形式使用，用于存放各种数据。存放各种数据。PLC中每一个

43、数据寄存器都是一个字存储单元，都是中每一个数据寄存器都是一个字存储单元，都是16位位(最最高位为正、负符号位高位为正、负符号位)，也可用两个数据寄存器组合起来存储，也可用两个数据寄存器组合起来存储32位数据位数据(最高最高位为正、负符号位位为正、负符号位)。不同的。不同的PLC提供的数据寄存器的种类的数量不同，编址提供的数据寄存器的种类的数量不同，编址方式方式(即编号即编号)也不一样。数据寄存器一般分为通用和专用两种。也不一样。数据寄存器一般分为通用和专用两种。4.4 可编程控制器的资源与编程语言可编程控制器的资源与编程语言1.20第第4 4章章 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构

44、和工作原理1.20 1)通用数据寄存器通用数据寄存器 通用数据寄存器用于存放各种数据，只要不写入其他数据，已写入的数据通用数据寄存器用于存放各种数据，只要不写入其他数据，已写入的数据不会变化。默认状态下各个单元的数据均为不会变化。默认状态下各个单元的数据均为0。2)专用数据寄存器专用数据寄存器 专用数据寄存器也叫特殊数据寄存器。与专用内部继电器类似，每一个都有专用数据寄存器也叫特殊数据寄存器。与专用内部继电器类似，每一个都有专门的用途。这类存储单元只能以字的形式使用。专门的用途。这类存储单元只能以字的形式使用。上文对上文对PLC的继电器资源作了简要的介绍，具体的应用在后续章节中再结合相应的继电

45、器资源作了简要的介绍，具体的应用在后续章节中再结合相应的的PLC产品和指令详细讨论。实际上，对于任意一种产品和指令详细讨论。实际上，对于任意一种PLC，不论是为了学习还是，不论是为了学习还是实际使用，熟练掌握其所提供的继电器的种类、数量和各自的特性都非常重要。实际使用，熟练掌握其所提供的继电器的种类、数量和各自的特性都非常重要。这是学习和使用这是学习和使用PLC的重要基础，是学习指令系统的前提条件，所以一定要熟练的重要基础，是学习指令系统的前提条件，所以一定要熟练掌握这一部分的知识点。掌握这一部分的知识点。4.4 可编程控制器的资源与编程语言可编程控制器的资源与编程语言1.21第第4 4章章

46、可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.214.4.2 可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言 PLC是一种专门为工业控制而设计的计算机，具体控制功能的实现也是通是一种专门为工业控制而设计的计算机，具体控制功能的实现也是通过开发人员设计的程序来完成的。所以，采用过开发人员设计的程序来完成的。所以，采用PLC进行控制就涉及到用相应的进行控制就涉及到用相应的程序设计语言来完成编程的任务。程序设计语言来完成编程的任务。PLC存在的主要缺点在于存在的主要缺点在于PLC的软件和硬件体系结构是封闭而不是开放的。的软件和硬件体系结构是封闭而不是开放的。绝大多数的绝大多数的PLC是专

47、用总线、专用通信网络及协议。编程虽然都可采用梯形图，是专用总线、专用通信网络及协议。编程虽然都可采用梯形图，但不同公司的但不同公司的PLC产品在寻址、语法结构等方面不一致，使各种产品在寻址、语法结构等方面不一致，使各种PLC互不兼容。互不兼容。国际电工委员会国际电工委员会(IEC)在在1992年颁布了可编程控制器的编程软件标准年颁布了可编程控制器的编程软件标准IEC1131-3，为各，为各PLC厂家编程的标准化铺平了道路。开发以厂家编程的标准化铺平了道路。开发以PC为基础、在为基础、在Windows平平台下，符合台下，符合IEC1131-3国际标准的新一代开放体系结构的国际标准的新一代开放体系

48、结构的PLC正在规划中。正在规划中。国际电工委员会制订的国际电工委员会制订的5种标准编程语言如下。种标准编程语言如下。(1)梯形图梯形图(Ladder Diagram，LD)适合于逻辑控制的程序设计。适合于逻辑控制的程序设计。(2)指令表指令表(Instruction List，IL)适合于简单文本的程序设计。适合于简单文本的程序设计。(3)顺序功能图顺序功能图(Sequential Function Chart，SFC)适合于时序混合型适合于时序混合型的多进程复杂控制。的多进程复杂控制。4.4 可编程控制器的资源与编程语言可编程控制器的资源与编程语言1.22第第4 4章章 可编程控制器的结构

49、和工作原理可编程控制器的结构和工作原理1.22 (4)功能块图功能块图(Function Block Diagram，FBD)适合于典型固定复杂算法适合于典型固定复杂算法控制，如控制，如PID调节等。调节等。(5)结构化文本结构化文本(Structured Text，ST)适合于自编专用的复杂程序，如特适合于自编专用的复杂程序，如特殊的模型算法。殊的模型算法。1.梯形图梯形图 梯形图语言是梯形图语言是PLC中应用程序设计的一种标准语言，也是在实际设计中最中应用程序设计的一种标准语言，也是在实际设计中最常用的一种语言。因与继电器电路很相似，具有直观易懂的特点，很容易被熟常用的一种语言。因与继电器

50、电路很相似，具有直观易懂的特点，很容易被熟悉继电器控制的电气人员所掌握，特别适合于数字逻辑控制，但不适于编写控悉继电器控制的电气人员所掌握，特别适合于数字逻辑控制，但不适于编写控制功能复杂的大型程序。制功能复杂的大型程序。梯形图是一种图形化的编程语言，沿用了传统的电气控制原理图中的继梯形图是一种图形化的编程语言，沿用了传统的电气控制原理图中的继电器触点、线圈、串联和并联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为电器触点、线圈、串联和并联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。在程序中，最左边是主信号流，信号流总是从左向右流动的。梯左右母线。在程序中，最左边是主信号流，信号流总是从左向右