可编程逻辑控制器的概述课件
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➢ 而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂 家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能 模块，进一步提高系统的可靠性。
4.2 可编程控制器的发展方向
❖ 编程语言多样化
➢ 在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越 来越丰富，功能也不断提高。
➢ 除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外，为了 适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程 语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的 高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言并存、 互补与发展是PLC进步的一种趋势。
R2
外部
开关
VD2
R3 至内部 R4 电路
C
交流 电源
R2
外部 开关
+5V
R1 R3 至内部 R4 电路
VD1
VD2
C
干接触
直流输入
交流输入
4.4 PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
PLC的输出接口电路
输出形式有三种：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。
内部 电路
VD1
负载
DC/AV 电源
内部 电路
➢ 为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也在协商 制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。
4.2 可编程控制器的发展方向
❖ 增强外部故障的检测与处理能力
➢ 据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占 5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占 30%，线路占5%。
➢ 前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过 PLC本身的软、硬件实现检测、处理。
4.4 PLC系统的组成 1、硬件系统
PLC的输入接口电路
通常有干接触、直流输入、交流输入三种形式。
干接触式由内部的直流电源供电，小型PLC的直流输入电路也由内部的 直流电源供电，交流输入必须外加电源。
外部 开关
+24V +5V
R1 VD1 R2
R3
至内部RΒιβλιοθήκη 电路VD2C+5V
+24V
R1
VD1
输 出 端
子
读入
器
PLC 用户程序扫描工作过程
①读
X0
X1 X2
输 入 端 子
输入 映象 寄存器
②读 程序执行中读 X ③写
X0
Y0
元件
④读 映象
M100
寄存器
Y0 辅助继电器
反复一个周期 称为扫描周期
⑤写
程序执行完写所有 Y
Y0
⑥输出
输出 锁存 存储器
输 出 端 子
Y1 Y2
4.5 PLC系统的工作方式与编程语言
4.3 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
❖ 按结构形式分
➢ 模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的 模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在 CPU模块中）以及各种功能模块。
4.3 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
❖ 按结构形式分
4.1 可编程控制器的定义和特点 2、 可编程控制器的特点 ❖ 可靠性高，抗干扰能力强；
➢ 无触点免配线，采取了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰措施，适应 于各种恶劣的工业环境 。
❖ 编程简单，容易掌握；
➢ 采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑的设计相似 。
❖ 功能完善，灵活方便；
➢ 不仅有开关量逻辑控制功能和步进、计数功能，还具有模拟量 处理、温度、位置、通信等功能。
4.4 PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
现场输入信号
编程器 打印机 计算机
输入电路
内 部 电 源
外设 接口
EEPROM 总
线
CPU
扩
RAM
展
接
口
输出电路
输出信号
基本单元
现场输入信号 输入电路
输出电路 输出信号
扩展单元
4.4 PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
❖微处理器（CPU）
➢接收并存储用户程序和数据； ➢诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误； ➢接收输入信号，送入数据寄存器并保存； ➢运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 程序的各种操作； ➢将用户程序的执行结果送至输出端。
4.5 PLC系统的工作方式与编程语言
2．可编程控制器的编程语言 ➢ 梯形图语言 ➢ 助记符语言 ➢ 顺序功能图语言 ➢ 类C语言
4.3 可编程控制器的性能指标与分类 1、 可编程控制器的性能指标
➢输入/输出点数（I/O点数）； ➢存储容量； ➢扫描速度； ➢功能扩展能力； ➢指令系统；
4.3 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
❖ 按结构形式分
➢ 整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装 在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。
VD2
VD1
负载
DC 电源
内部 电路
VD1
VD2
负载
DC 电源
继电器输出
晶体管输出
晶闸管输出
4.4 PLC系统的组成 2、PLC软件系统组成
软件系统
系统监控程序
存储在ROM中，有PLC厂家 开发的软件，通常不能被用 户读取的程序。
用户程序
编程软件
由用户根据需要，通过编程 软件（平台）用户自己编写 的梯形图程序。
➢ 紧凑式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结 合起来。
4.3 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
❖ 按功能分
➢ 低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控 等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传 送和比较、通信等功能。
➢ 中档PLC 具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、算术运 算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网 等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。
4.2 可编程控制器的发展方向
❖ 智能模块，加强联网与通信能力
➢ 为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模 块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、 通信和人机接口模块等。
➢ PLC的联网与通信有两类：① PLC之间联网通信，各 PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；② PLC与计 算机之间的联网通信。
➢ 紧凑式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结 合起来。
4.3 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
❖ 按结构形式分
➢ 整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装 在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。
➢ 模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的 模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在 CPU模块中）以及各种功能模块。
1．可编程控制器PLC的工作方式
➢ PLC的程序执行过程
PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新 三个阶段
输入采样
程序处理
输出刷新
①输
输 入 端
子
读入
入 映 像 寄 存
② 读入
器
写入
元
X000 Y000
( Y000 )
③
( M100 ) 写入
件 映 像 寄 存
④
输 出 锁 存
器
⑤
➢ 高档PLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、 位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格 传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。
4.4 PLC系统的组成
PLC系统
硬件系统
CPU
系统存储器
存储器
用户存储器
输入输出接口
输入单元 输出单元
软件系统
系统监控程序 用户程序
1．可编程控制器PLC的工作方式 ➢ PLC的扫描周期
指PLC从输入采样—程序执行—输出刷新所用的时间。 主要与I/O点数、程序的长短、指令的执行速度有关。
➢ PLC的I/O响应时间
当PLC的输入变化时，对应输出应随着变化，二者变化的时间间隔。 I/O响应时间的大小与扫描周期、输入滤波器的滞后、输出开关电路 的滞后有关。
4.2 可编程控制器的发展方向
❖ 向小型化和大型化两个方向发展
➢ 小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置 更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的 超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点， 以适应单机及小型自动控制的需要。
➢ 大型化是指大中型PLC 向大容量、智能化和网络化发 展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、 复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达 14336 点 的 超 大 型 PLC ， 其 使 用 32 位 微 处 理 器 ， 多 CPU并行工作和大容量存储器，功能强。
➢存放用户工作程序； ➢存放工作数据。
4.4 PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
❖通讯及编程接口——采用RS-485或RS-422串行总 线
➢连接专用编程器（FX-20P、FX-10P）；
➢连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控； ➢连接工控机，实现编程及在线监控； ➢连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯； ➢连接打印机等计算机外设。
❖ 体积小，质量小，能耗低； 采用大规模集成电路芯片构成。
4.2 可编程控制器的发展方向
❖ 高性能、高速度、大容量发展
➢ 为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应 速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度 可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要 的一个性能指标。
➢ 在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为 了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬 盘。
4.5 PLC系统的工作方式与编程语言
1．可编程控制器PLC的工作方式
➢ PLC的扫描工作方式
• 包括五个阶断：内部处理、通 信处理、输入扫描、程序执行、 输出处理。
• 扫描周期：PLC完成一次扫描 过程所需的时间。
• 扫描周期的长短与用户程序的 长度和扫描速度有关
4.5 PLC系统的工作方式与编程语言
4.4 PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
❖系统存储器——系统程序存储器+系统数据存储器
➢存放系统工作程序（监控程序）； ➢存放模块化应用功能子程序； ➢存放命令解释程序； ➢存放功能子程序的调用管理程序； ➢存放存储系统参数。
4.4 PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
❖用户存储器——RAM/EPROM/EEPROM
4.2 可编程控制器的发展方向
❖ 编程语言多样化
➢ 在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越 来越丰富，功能也不断提高。
➢ 除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外，为了 适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程 语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的 高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言并存、 互补与发展是PLC进步的一种趋势。
R2
外部
开关
VD2
R3 至内部 R4 电路
C
交流 电源
R2
外部 开关
+5V
R1 R3 至内部 R4 电路
VD1
VD2
C
干接触
直流输入
交流输入
4.4 PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
PLC的输出接口电路
输出形式有三种：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。
内部 电路
VD1
负载
DC/AV 电源
内部 电路
➢ 为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也在协商 制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。
4.2 可编程控制器的发展方向
❖ 增强外部故障的检测与处理能力
➢ 据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占 5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占 30%，线路占5%。
➢ 前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过 PLC本身的软、硬件实现检测、处理。
4.4 PLC系统的组成 1、硬件系统
PLC的输入接口电路
通常有干接触、直流输入、交流输入三种形式。
干接触式由内部的直流电源供电，小型PLC的直流输入电路也由内部的 直流电源供电，交流输入必须外加电源。
外部 开关
+24V +5V
R1 VD1 R2
R3
至内部RΒιβλιοθήκη 电路VD2C+5V
+24V
R1
VD1
输 出 端
子
读入
器
PLC 用户程序扫描工作过程
①读
X0
X1 X2
输 入 端 子
输入 映象 寄存器
②读 程序执行中读 X ③写
X0
Y0
元件
④读 映象
M100
寄存器
Y0 辅助继电器
反复一个周期 称为扫描周期
⑤写
程序执行完写所有 Y
Y0
⑥输出
输出 锁存 存储器
输 出 端 子
Y1 Y2
4.5 PLC系统的工作方式与编程语言
4.3 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
❖ 按结构形式分
➢ 模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的 模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在 CPU模块中）以及各种功能模块。
4.3 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
❖ 按结构形式分
4.1 可编程控制器的定义和特点 2、 可编程控制器的特点 ❖ 可靠性高，抗干扰能力强；
➢ 无触点免配线，采取了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰措施，适应 于各种恶劣的工业环境 。
❖ 编程简单，容易掌握；
➢ 采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑的设计相似 。
❖ 功能完善，灵活方便；
➢ 不仅有开关量逻辑控制功能和步进、计数功能，还具有模拟量 处理、温度、位置、通信等功能。
4.4 PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
现场输入信号
编程器 打印机 计算机
输入电路
内 部 电 源
外设 接口
EEPROM 总
线
CPU
扩
RAM
展
接
口
输出电路
输出信号
基本单元
现场输入信号 输入电路
输出电路 输出信号
扩展单元
4.4 PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
❖微处理器（CPU）
➢接收并存储用户程序和数据； ➢诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误； ➢接收输入信号，送入数据寄存器并保存； ➢运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 程序的各种操作； ➢将用户程序的执行结果送至输出端。
4.5 PLC系统的工作方式与编程语言
2．可编程控制器的编程语言 ➢ 梯形图语言 ➢ 助记符语言 ➢ 顺序功能图语言 ➢ 类C语言
4.3 可编程控制器的性能指标与分类 1、 可编程控制器的性能指标
➢输入/输出点数（I/O点数）； ➢存储容量； ➢扫描速度； ➢功能扩展能力； ➢指令系统；
4.3 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
❖ 按结构形式分
➢ 整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装 在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。
VD2
VD1
负载
DC 电源
内部 电路
VD1
VD2
负载
DC 电源
继电器输出
晶体管输出
晶闸管输出
4.4 PLC系统的组成 2、PLC软件系统组成
软件系统
系统监控程序
存储在ROM中，有PLC厂家 开发的软件，通常不能被用 户读取的程序。
用户程序
编程软件
由用户根据需要，通过编程 软件（平台）用户自己编写 的梯形图程序。
➢ 紧凑式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结 合起来。
4.3 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
❖ 按功能分
➢ 低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控 等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传 送和比较、通信等功能。
➢ 中档PLC 具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、算术运 算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网 等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。
4.2 可编程控制器的发展方向
❖ 智能模块，加强联网与通信能力
➢ 为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模 块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、 通信和人机接口模块等。
➢ PLC的联网与通信有两类：① PLC之间联网通信，各 PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；② PLC与计 算机之间的联网通信。
➢ 紧凑式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结 合起来。
4.3 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
❖ 按结构形式分
➢ 整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装 在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。
➢ 模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的 模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在 CPU模块中）以及各种功能模块。
1．可编程控制器PLC的工作方式
➢ PLC的程序执行过程
PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新 三个阶段
输入采样
程序处理
输出刷新
①输
输 入 端
子
读入
入 映 像 寄 存
② 读入
器
写入
元
X000 Y000
( Y000 )
③
( M100 ) 写入
件 映 像 寄 存
④
输 出 锁 存
器
⑤
➢ 高档PLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、 位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格 传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。
4.4 PLC系统的组成
PLC系统
硬件系统
CPU
系统存储器
存储器
用户存储器
输入输出接口
输入单元 输出单元
软件系统
系统监控程序 用户程序
1．可编程控制器PLC的工作方式 ➢ PLC的扫描周期
指PLC从输入采样—程序执行—输出刷新所用的时间。 主要与I/O点数、程序的长短、指令的执行速度有关。
➢ PLC的I/O响应时间
当PLC的输入变化时，对应输出应随着变化，二者变化的时间间隔。 I/O响应时间的大小与扫描周期、输入滤波器的滞后、输出开关电路 的滞后有关。
4.2 可编程控制器的发展方向
❖ 向小型化和大型化两个方向发展
➢ 小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置 更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的 超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点， 以适应单机及小型自动控制的需要。
➢ 大型化是指大中型PLC 向大容量、智能化和网络化发 展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、 复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达 14336 点 的 超 大 型 PLC ， 其 使 用 32 位 微 处 理 器 ， 多 CPU并行工作和大容量存储器，功能强。
➢存放用户工作程序； ➢存放工作数据。
4.4 PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
❖通讯及编程接口——采用RS-485或RS-422串行总 线
➢连接专用编程器（FX-20P、FX-10P）；
➢连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控； ➢连接工控机，实现编程及在线监控； ➢连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯； ➢连接打印机等计算机外设。
❖ 体积小，质量小，能耗低； 采用大规模集成电路芯片构成。
4.2 可编程控制器的发展方向
❖ 高性能、高速度、大容量发展
➢ 为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应 速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度 可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要 的一个性能指标。
➢ 在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为 了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬 盘。
4.5 PLC系统的工作方式与编程语言
1．可编程控制器PLC的工作方式
➢ PLC的扫描工作方式
• 包括五个阶断：内部处理、通 信处理、输入扫描、程序执行、 输出处理。
• 扫描周期：PLC完成一次扫描 过程所需的时间。
• 扫描周期的长短与用户程序的 长度和扫描速度有关
4.5 PLC系统的工作方式与编程语言
4.4 PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
❖系统存储器——系统程序存储器+系统数据存储器
➢存放系统工作程序（监控程序）； ➢存放模块化应用功能子程序； ➢存放命令解释程序； ➢存放功能子程序的调用管理程序； ➢存放存储系统参数。
4.4 PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
❖用户存储器——RAM/EPROM/EEPROM