第十一章 可编程控制器及其应用
第11章 可编程控制器及其应用
第11章可编程控制器(PLC)11.1可编程控制器的结构和工作原理11.2可编程控制器的程序编制11.3可编程控制器应用举例（11.3.1）第11章可编程控制器(PLC)本章要求：1. 了解可编程控制器的结构和工作方式;2. 了解可编程控制器的几种基本编程方法;3. 熟悉常用的编程指令;4. 学会使用梯形图编制简单的程序。
第11章可编程控制器(PLC)继电接触控制系统在生产中得到广泛应用。
但由于它的机械触点多、接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性差，因此已不能满足现代化生产过程复杂多变的控制要求。
可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术发展起来的一种工业控制器。
专门用于工业现场的自动控制装置。
PLC 具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单以及功耗低、体积小等优点。
但它存储容量小，价格高。
11.1可编程控制器的结构和工作方式11.1.1 可编程控制器的结构及各部分的作用PLC的类型种类繁多，功能和指令系统也不尽相同虽然多种多样，但其结构和工作方式则大同小异，一般由主机、输入/输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几个主要部分构成。
PLC 可看作一个系统，外部的各种开关信号或模拟信号均为输入量，它们经输入接口寄存到PLC 内部的数据存储器中，而后按用户程序要求进行逻辑运算和数据处理，最后以输出变量的形式送到输出接口，从而控制输出设备。
PLC 硬件系统结构图电源I/O 扩展单元输入设备输出设备输出接口外部设备接口输入接口I/O 扩展接口主机PLC 编程器打印机磁带机计算机扫描仪CPU 存储器用户程序系统程序数据按钮行程开关触点…电磁阀电磁线圈指示灯…1. 主机CPU 是PLC 的核心，主要用来运行用户程序，监控输入/输出接口状态。
主机部分包括中央处理器（CPU ）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器PLC 内部存储器系统程序存储器用户程序及数据存储器系统程序存储器：主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。
可编程序控制器基础及应用
可编程逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller）是一种工业控制系统，用于自动化生产过程和设备。
PLC构造紧凑，灵活性高，操作简单，并可与其他工业控制设备（如传感器、执行器等）进行通讯。
PLC广泛应用于制造业、基础设施、能源等领域。
PLC基础包括以下几个方面：1. 硬件组成：PLC主要由中央处理单元（CPU）、输入/输出（I/O）模块、通讯模块和电源模块组成。
CPU负责执行逻辑运算和指令，I/O模块连接传感器和执行器，用于数据交换；通讯模块支持与其他设备或上位机通讯；电源模块提供稳定电力供应。
2. 编程语言：PLC使用标准化的编程语言（如：梯形图（Ladder Logic）、结构文本（Structured Text）、指令列表（Instruction List）等），使得编程和维护变得简便。
3. 逻辑控制：PLC根据编程来实现逻辑控制，如顺序控制、闭环控制、事件控制等。
4. 可编程性：PLC具备可编程性，用户可以根据需要编写或修改逻辑程序，以满足各种自动化控制需求。
PLC在很多应用场景中发挥着重要作用，以下是一些常见的用途：1. 工业自动化：PLC广泛应用于生产线自动化、包装、材料加工等环节，如控制输送带、机械手、液压设备等。
2. 基础设施：在公共设施中，PLC用于控制供水、供电、交通信号、空调和通风系统等。
3. 能源行业：PLC在发电厂、输电系统、可再生能源（如太阳能和风能）中发挥关键的控制作用。
4. 建筑自动化：PLC应用于楼宇自动化系统，实现对空调、照明、消防、门禁等设备的集中控制。
5. 交通运输：在铁路及地铁信号系统、道路监控系统等领域，PLC负责控制和监测各种信号和传感器设备。
6. 环境保护：PLC用于污水处理、废气治理、固体废弃物处理等环保设备的自动化控制和监测。
可编程控制器原理及应用教程ppt课件
第四代：80年代中期到90年代中期。PC全面使用8位、16位微 处理芯片的位片式芯片，处理速度也达到1us/步 ；
第五代：90年代中期至今。PC使用16位和32位的微处理器芯 片，有的已使用RISC芯片。
思考:可编程控制器的基本特点是什么?
可编程控制器的基本特点
1. 灵活、通用
2“34... 专可平-无控编接-实变量----触制均为-靠--现的的程线---点系无P-适-性控话接C-简简的统故P用采C应制，线半中高障单单是用微导 的恶时功只即、的、通机体接间劣能 需 可是抗实使过电线一的微的 要 。路老干般现存用电工， 修来化可控扰储子方完、如 改业达制技在能便成脱1果 程环术，0存的焊力控 序万境，使，、储强小大制 以而用因触器时量功 及此点设的中左的不电能 改是计右开的会弧需动汇的关程出等要极动编计现现序作改少语继象算是言电。机由器，” 5. 1难 机 功-)-硬硬于-能-件-件掌P强措C和握还施，软采：要件取了求知以使识下用。主者而要具P措C有施采来一用提定面高水向其平控可的靠制计性过。算程、 6. 均面 体采向积用问小对严题格电,重的措源“量施变进压自轻行器然,屏、易语蔽C于言P，U”实以、编防编现外程程机界器，电干等容扰主一易；要体掌部化握件，。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
原理图
主电路原理图
传统的继电接触控制原理图 PLC控制原理图原理图
问题提出:
传统的继电接触控制系统，只能改变 某些硬件接线，才能完成上述的两种控制 方式，而可编程控制器控制系统可在不改 变硬件接线的情况下，通过修改程序而实 现控制顺序的变化。控制两个电动机的顺 序运行，控制复杂程度不高，如用继电接 触控制系统已够费时的了，何况汽车生产 流水线的控制系统？
可编程控制器应用及原理
梯形图
梯形图是最常用的PLC编程语言， 具有直观易懂的特点。
指令表
通过编写一系列指令进行程序 设计，适用于复杂的逻辑控制。
图形化界面
现代PLC常配备可视化编程软件， 通过拖放图标进行编程。
PLC在工业自动化中的应用实例
1 汽车制造
PLC可控制汽车组装线上的机器人和传送带等设备。
2 食品加工
PLC可用于控制食品加工流水线上的各个步骤。
2
逻辑运算
PLC根据程序中设置的逻辑进行计算和判断。
3
输出信号
根据逻辑运算结果，PLC控制输出信号，控制设备进行相应操作。
PLC的主要组成部分
逻辑模块
PLC的核心部分，包含运算器和 内存。
输入模块
接收外部信号，将其转换为数字 信号。
输出模块
将数字信号转换为可控制设备操 作的信号。
PLC的编程和操作方式
PLC的应用场景和优势
工业自动化
PLC在制造业中广泛应用，可控制各种自动化设备，提高生产效率和质量。
环境监测
PLC可用于监测温度、压力等环境参数，并根据设定条件自动调节。
交通系统
PLC可用于控制交通信号灯、电子收费系统等，提高交通效率和安全性。
PLC的工作原理
1
输入信号
传感器和开关等将输பைடு நூலகம்信号发送给PLC。
3 能源管理
PLC可用于监测和控制能源系统，提高能源利用效率。
PLC的未来发展趋势和挑战
1
物联网整合
PLC与物联网的结合将推动工业自动化的发展。
2
安全性和可靠性
PLC需要不断提高系统的安全性和可靠性，以应对复杂的工业环境。
3
人机交互
第11章可编程控制器及其应用
第11章 11.1
第11章 11.1
11.1.3 PLC的主要性能通常可用以下各种指标进 行描述。
1．I／O点数 此指PLC的外部输入和输出端子数。
2．用户程序存储容量 此为衡量PLC所能存储用户程序的多少。在PLC中，
程序指令是按“步”存储的，一“步”占用一个地址单元， 一条指令有的往往不止一“步”。
PLC的内部存储器有两类：
一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及 对用户程序作编译处理的程序；另一类是用户程序及数据 存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和 中间结果。
2. 输入/输出（I/O）接口
第11章 11.1
第11章 11.1
3.电源
PLC的电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路 工作所配备的直流开关稳压电源。
4.编程器
编程器也是PLC的一种重要的外部设备，用户可以用它输 入、检查、修改、调试程序或用它监视PLC的工作情况。
5.输入/输出扩展接口
I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元 与基本单元（即主机）联接在一起。
6.外部设备接口
此接口可将编程器、计算机、打印机、条码扫描仪等外部 设备与主机相连，以完成相应操作。
块操作指令配合用于分支回路的起始处。 (3)OT指令不能用于输入继电器X，也不能直接用于左母线，OT指令
可以连续使用若干次，这相当线圈的并联。
第11章 11.2
第11章 11.2
2．触点串联指令AN，AN／与触众并联指令()R，0R／ AN为触点串联指令(也称“与”指令)， AN／为触点串联反指令(也称“与非”指令)。 它们分别用于单个常开和常闭触点的串联。 OR为触点并联指令(也称“或”指令)， OR／为触点并联反指令(也称“或非”指令)。 它们分别用于单个常开和常闭触点的并联。
可编程序控制器及其应用
高效率、低成本、安全性
详细描述
在汽车制造生产线上，PLC被广泛应用于对各种机械设备的自动化控制，例如对焊接、涂装、装配等 环节进行精确控制。此外，PLC能够实现生产线的智能化调度，提高生产效率的同时降低生产成本， 并确保生产过程的安全性。
工程实例三：智能仓库的管理系统
总结词
智能化、高精度、自动化
梯形图语言（ LD）
一种以图形符号表示输入 、输出变量和逻辑运算结 果的编程语言，通过梯形 图表达控制程序。
功能块图语言 （FBD）
一种以功能块为单位描述 控制系统逻辑的编程语言 ，用矩形框表示功能块， 用线段表示功能块之间的 信息传递。
结构化文本语 言（ST）
一种基于文本的编程语言 ，采用结构化语句描述控 制系统的逻辑，可读性强 。
程序执行与输出
控制器根据采样结果和用户程序， 对输出映像区进行更新，输出控制 信号。
输出刷新
控制器将输出映像区的控制信号输 出到外部设备，实现控制功能。
03
可编程序控制器的编程语言 及选型
可编程序控制器的编程语言
01
02
03
04
05
继电器逻辑（ RL）语言
一种以硬件继电器表示输 入和输出变量的编程语言 ，利用物理继电器实现逻 辑控制功能。
02
可编程序控制器的构成及原 理
可编程序控制器的硬件构成
中央处理器(CPU)
输入输出模块
包括微处理器和存储器，用于执行用户程序 和控制信号输入输出。
提供与外部设备的接口，实现信号的采集和 输出。
电源模块
提供控制器所需的电源。
其他可选模块
如通信模块、模拟量输入输出模块等，根据 具体应用需求进行选配。
可编程控制器原理及应用教程
04 可编程控制器的未来发展
可编程控制器的新技术
嵌入式系统技术
01
嵌入式系统技术将可编程控制器与微处理器、集成电路等结合，
提高了控制器的性能和功能。
人工智能技术
02
人工智能技术为可编程控制器提供了更高级的算法和控制策略，
使其能够更好地处理复杂和不确定的系统。
物联网技术
03
物联网技术使得可编程控制器能够与其他设备进行无线通信和
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注意事项
安全性
在编写程序时，应考虑安全因素，如对输入 的验证、防止程序崩溃等。
稳定性
确保程序在各种情况下都能稳定运行，避免 因外部干扰或异常输入导致程序出错。
可维护性
编写易于维护的代码，方便后续的修改和扩 展。
兼容性
确保程序在不同的硬件和软件平台上都能正 常运行。
常见问题与解决方案
控制精度不高
可能是由于算法或数据处理不当导致的。 解决方案：优化算法、提高数据精度等。
可编程控制器在物联网中的应用
智能制造
可编程控制器在智能制造中用于控制生产设备和生产线，实现自动 化生产。
智能家居
可编程控制器在智能家居中用于控制家电设备和照明系统，实现智 能化家居生活。
智能农业
可编程控制器在智能农业中用于控制灌溉、施肥等农业设备，实现精 准农业管理。
05 可编程控制器的编程技巧 与注意事项
工业自动化控制
自动化生产线控制
可编程控制器能够实现自动化生 产线上各种设备的控制，如机械 臂、传送带、包装机等，提高生 产效率。
设备故障诊断与预
防
通过可编程控制器对设备进行实 时监测和数据分析，能够及时发 现潜在故障并进行预警，减少设 备停机时间。
可编程序控制器(PLC)原理及应用
冗余和容错技术
提高系统可靠性和稳定性，确保 在故障发生时系统能够正常运行。
05
PLC系统设计与选型原则
系统设计流程和方法论
需求分析
明确系统控制需求，包括输入/输出信号类型、数量、通 信协议等。
软件编程
使用PLC编程软件编写控制程序，实现系统逻辑控制功 能。
ABCD
硬件设计
根据需求选择合适的PLC型号、I/O模块、通信模块等硬 件设备，并设计相应的电气连接图。
发展历程
从1960年代末期的初创阶段，到1970 年代中期的成熟阶段，再到1980年代 以后的发展阶段，PLC逐渐从逻辑控 制向数字控制发展，功能不断增强， 应用领域也不断扩展。
PLC基本组成与工作原理
基本组成
PLC主要由中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出接口、电源等部分组成。
工作原理
PLC采用循环扫描的工作方式，即按照用户程序存储器中存放的先后顺序逐条执 行用户程序，直到程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。
实例三
使用顺序功能图语言实现一个复杂的自动化生产线控制程 序，包括多个状态之间的转移条件、状态内的动作以及必 要的互锁和联锁功能。
03
PLC在工业自动化领域应用
顺序控制应用
逻辑控制
时间控制
PLC可以实现复杂的逻辑控制功能，如 与、或、非等逻辑运算，用于控制工业 设备的启动、停止、运行等状态。
PLC具有精确的时序控制能力，可以 根据时间设定来控制设备的运行时长、 延迟等。
可编程序控制器(plc)原 理及应用
目录
Contents
• PLC概述与基本原理 • PLC编程语言与指令系统 • PLC在工业自动化领域应用 • PLC通信与网络功能实现 • PLC系统设计与选型原则 • PLC安装调试与故障诊断技巧
可编程控制原理及应用
可编程控制原理及应用
可编程控制原理是指利用计算机或微处理器等工具，通过程序编写，对自动控制系统进行逻辑和功能的设定与修改。
它的应用广泛，涵盖了工业生产、交通运输、农业、医疗、办公等各个领域。
在工业生产中，可编程控制原理可以控制机械设备的运行，比如机床、注塑机、输送带等。
通过编写程序，可以实现自动化生产流程的控制，提高生产效率和质量。
在交通运输领域，可编程控制原理可以应用于交通信号灯的控制。
通过编写程序，可以实现信号灯根据不同时间段和交通流量的变化，进行合理的调配和控制，提高道路交通的流畅性和安全性。
在农业领域，可编程控制原理可以应用于农业机械的自动化控制。
比如，编写程序控制灌溉系统，可以根据土壤湿度和气象条件进行智能化的灌溉，提高农作物的生长效益。
在医疗领域，可编程控制原理可以应用于医疗设备的控制。
比如，编写程序控制心电图机，可以实现心电图的自动测量和分析，提供精准的诊断结果。
在办公领域，可编程控制原理可以应用于智能化办公设备的控制。
比如，编写程序控制智能打印机，可以实现自动双面打印、节能省电等功能，提高办公效率和环保性。
总之，可编程控制原理的应用涉及各个领域，通过编写程序，可以实现对自动控制系统的灵活控制和调整，提高工作效率和质量。
这一原理与应用的发展，将持续推动科技进步和社会发展。
秦曾煌《电工学电子技术》(第7版)(上册)(考研真题+习题+题库)(可编程控制器及其应用)【圣才出品
本章暂未编选名校考研真题，若有最新真题会及时更新。
一、练习与思考详解11.1.1 什么是PLC的扫描周期?其长短主要受什么影响?解：（1）PLC是按“顺序扫描，周期循环”方式工作的，循环一次所需的时间称为扫描周期。
官包括输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
（2）影响扫描周期的主要因素：程序的长短、程序指令的种类及条数，还有PLC的输入、输出通道数量，外围设备命令等。
11.1.2 PLC与继电接触器控制比较有何特点?解：继电接触器控制虽然简单易掌握，但存在机械触点多，接线复杂，可靠性低，通用性和灵活性差，功耗大等许多缺点。
PLC虽然内部结构复杂，生产、使用、维修技术要求高，但它有无触点控制，可靠性高，功能强，通用性和灵活性强，体积小，重量轻，功耗小等许多优点。
11.2.1 写出图11-1所示梯形图的指令语句表。
图11-1解：梯形图的指令语句表如表11-1所示。
表11-1地址指令地址指令0STXO7POPS1PSHS8ANX32ANX19TMX03OTYO K504RDS12STT05ANX213OTY26oTY114ED11.2.2 按下列指令语句表绘制梯形图。
表11-2地址0 1 2 3 468指令sT X1 AN/ X2 ST/ X3 AN X4 OR S 0T Y0 ST X5 0R X6 ST X7解：梯形图如图11-2所示。
图11-211.2.3 编制瞬时接通、延时3s 断开的电路的梯形图和指令语句表，并画出动作时序图。
解：梯形图如图11-3（a ）所示，指令语句表如表11-2所示，动作时序图如图11-3（b ）所示。
表11-3地址指令0ST X01OR Y02AN T03OT Y0图11-311.2.4 什么是定时器的定时设置值、定时单位和定时时间，三者有何关系?解：（1）定时器的定时设置值：定时器指令中的k值，是由实际工作要求给定时器的减1计数器设定的初始值。
（2）定时单位：即定时设置值的单位。
可编程控制器原理与应用
可编程控制器原理与应用可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是一种专门用于工业自动化控制的数字运算和逻辑演算功能的电子设备。
PLC主要由中央处理器、存储器、输入/输出（I/O）模块和通信模块等组成。
PLC可编程控制器的原理是基于开关逻辑和定时逻辑两大基本的逻辑运算。
开关逻辑采用与门、或门、非门等逻辑门电路，通过对输入和输出信号的状态进行逻辑运算，从而实现复杂的控制功能。
定时逻辑则是通过对时间的计数和比较来控制输出信号的状态。
通过编程，可将这两大逻辑运算结合起来，实现多种功能的自动化控制。
PLC的应用非常广泛，几乎涵盖了各个工业领域。
它能够处理工业生产过程中的各种信号，如开关信号、模拟信号和通信信号等，对这些信号进行逻辑运算和控制，从而实现对生产过程的自动化控制。
下面将具体介绍PLC在几个典型应用中的原理和功能。
1. 自动化生产线控制：PLC可编程控制器可以实现对生产线中的设备和工艺参数进行自动控制，从而提高生产效率和质量。
例如，在汽车生产线上，PLC可以通过控制各种机械手臂、流水线运输和装配设备等，实现各个环节的自动控制和协调。
2. 工业机械控制：PLC可编程控制器可以应用在各种机械设备的控制中，如机床、注塑机、制造设备等。
通过编程，PLC可以实现对机械运动、压力、温度等参数的实时监测和控制，从而保证机械工作的精度和稳定性。
3. 制造过程控制：在制造过程中，有时需要对物料的配料、混合、流量和温度等参数进行控制。
PLC可编程控制器可以通过连接传感器和执行器，实时监测和控制这些参数，从而确保制造过程的准确性和稳定性。
4. 环境控制：PLC可编程控制器可以应用在各种环境控制系统中，如建筑物、温室、暖通空调等。
通过连接传感器和执行器，PLC可以实现对温度、湿度、照明等环境参数的监测和控制，从而提供舒适和安全的环境。
5. 交通信号控制：交通信号控制系统是城市交通管理的重要组成部分。
可编程控制器原理及应用第二版
可编程控制器原理及应用第二版
可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种
用于自动化控制系统的电子设备，能够根据预先编写好的程序进行逻辑运算、数据处理和控制输出，实现对工业过程的自动化控制。
可编程控制器的原理是通过输入模块接收传感器或开关等信号，再经过CPU进行逻辑运算和数据处理，最后通过输出模块控
制执行器或执行元件实现对工业过程的控制。
其中，CPU是PLC的核心部分，负责执行编写好的程序。
编程可以使用类
似于传统继电器逻辑的梯形图编程语言，也可以使用高级语言进行编程。
可编程控制器的应用非常广泛，主要用于工业自动化领域。
它可以控制各种机械设备，如生产线、机械臂、输送带等。
通过编写程序，可以实现对设备的启停、速度调节、位置控制等功能。
另外，PLC还可以与人机界面（Human Machine Interface，HMI）、数据采集系统、企业资源计划系统等进行联网，实现对整个工业过程的监控和管理。
除了在工业领域，可编程控制器也广泛应用于建筑、能源、交通等领域。
在建筑中，PLC可以控制照明系统、空调系统、
电梯等设备；在能源领域，可以控制发电机组、输电线路等；在交通领域，可以控制信号灯、地铁系统等。
通过使用可编程控制器，可以提高设备的自动化程度，增加生产效率，减少能源消耗，提高安全性。
总而言之，可编程控制器是一种用于自动化控制系统的电子设备，通过编写程序实现对工业过程的控制。
它的应用非常广泛，可以在各个领域中实现设备的自动化控制，提高生产效率和安全性。
第十一章可编程控制器及其应用new
三、可编程控制器的主要功能和特点
1. 主要功能 （1）开关逻辑控制 （2）定时/计数控制 （3）步进控制 （4）数据处理 （5）过程控制 （6）运动控制 （7）通信联网 （8）监控 （9）数字量与模拟量的转换
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2. PLC的主要特点
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(4) 缩短设计、施工、投产的周期，维护容量。目前 PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据 控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计， 同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减 轻了接线工作，同时PLC还具有故障检测和显示功 能，使故障处理时间缩短。 (5) 体积小，易于实现机电一体化。
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2.输入/输出(I/O)模块 输入接口用于接收输入设备（如：按钮、行程开
关、传感器等）的控制信号。 输出接口用于将经CPU处理过的结果通过输出电路
去驱动输出设备（如:接触器、电磁阀、指示灯等）。
该模块除了上述信号传递作用外，还有电平转换 和噪声隔离作用。
3.电源 电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路
流程图语言
布尔代数语言
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1. 梯形图 是在继电控制系统电气原理图基础上开发出
来的一种图形语言。它继承了继电器接点、线圈、 串联、并联等术语和类似的图形符号，具有形象、 直观、实用的特点，不需学习计算机专业知识， 电气技术人员使用最方便。
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第11章 可编程序控制器
11.1 可编程序控制器的基本结构 11.2 可编程序控制技术性能介绍 11.3 FPI可编程序控制器的基本指令 11.4 可编程序控制器的基本应用
可编程控制器原理及应用剖析课件
03
CATALOGUE
可编程控制器的编程语言
指令表编程语言
总结词
通过指令表编程语言，用户可以编写一系列操作指令，以实现对可编程控制器的 控制。
详细描述
指令表编程语言是一种基于文本的编程语言，它使用一系列操作指令来控制可编 程控制器。这些操作指令可以是输入/输出操作、算术运算、逻辑运算等，用户 可以根据需要编写相应的指令序列来实现特定的控制逻辑。
04
CATALOGUE
可编程控制器的应用领域
工业自动化
总结词
可编程控制器在工业自动化领域中发挥着核心作用，主要用于控制和监控生产 线的各种设备和系统。
详细描述
通过接收输入信号，可编程控制器能够控制电动机、阀门、传感器等设备，实 现自动化生产流程，提高生产效率和产品质量。同时，可编程控制器还可以实 时监控设备状态和生产数据，为生产管理提供有力支持。
3
存储器的容量决定了可编程控制器能够存储的程 序和数据的规模。
输入/输出接口
01
输入/输出接口是可编程控制器与外部设备进行信息交换的桥梁 。
02
输入接口用于接收外部设备的信号，输出接口用于向外部设备
发送控制信号。
常见的输入/输出接口有数字量输入/输出接口和模拟量输入/输
03
出接口。
电源
电源是可编程控制器的能源供应部件 ，为整个系统提供稳定的直流电源。
可编程控制器原理 及应用剖析课件
目录
• 可编程控制器概述 • 可编程控制器的基本组成 • 可编程控制器的编程语言 • 可编程控制器的应用领域 • 可编程控制器的未来发展 • 可编程控制器案例分析
01
CATALOGUE
可编程控制器概述
第十一章可编程控制器及其应用new资料
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第一节 可编程控制器的基本结构
各种PLC的具体结构虽然多种多样，但其结 构和工作原理大同小异，都是以微处理器为核心 的电子电气系统。PLC各种功能的实现，不仅基 于其硬件的作用，而且要靠其软件的支持。
口
口
电源部件
采用光电 隔离装置
照明 电磁装置 执行机构
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一、基本结构 1.CPU模块
该部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存 储器和用户程序及数据存储器。
CPU是PLC的核心，一切逻辑运算及判断都是 由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是 我们常说的电脑芯片。
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5. 输入输出扩展接口 I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数扩
展单元与基本单元（即主机）联接在一起。 6. 外部设备接口
此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等 外部设备与主机相连。
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二、工作方式
PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式， 这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新 三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间 称为扫描周期。
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第11章 可编程序控制器
1.定义：可编程控制器是一种数字运算的电子操 作系统装置，专为工业现场应用而设计的，它采 用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻 辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作 的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出， 控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器 及其有关设备都应按易于与工业控制器系统联成 一个整体和易于扩充其功能的原则进行设计
第十一章可编程控制器及其应用(new)
(4)只有PLC中的物理继电器才能驱动实际负 载，其它继电器只能作为一种逻辑来使用， 故称为“软继电器”。
二、可编程控制器的编程原则和方法
1. 编程原则 （1）PLC编程元件的触点在编程过程中可以无限次 使用，每个继电器的线圈在梯形图中只能出现一次， 它的触点可以使用无数次。 （2）梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止 于右母线。线圈总是处于最右边，且不能直接与 左边母线相连。
3.电源
电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路 工作所配备的直流开关稳压电源
4. 编程器
编程器是PLC很重要的外部设备，它主要由 键盘、显示器组成。编程器分简易型和智能型两 类。小型PLC常用简易编程器，大、中型PLC多 用智能编程器。编程器的作用是编制用户程序并 送入PLC程序存储器。利用编程器可检查、修改、 调试用户程序和在线监视PLC工作状况。现在许 多PLC采用和计算机联接，并利用专用的工具软 件进行编程或监控。
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
（3）编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左 重右轻”。
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合理 不合理 （4）两个或两个以上的线圈可以并联，但不可以 串联。
X0 X0 [ ] Y1 [ ]
(5)程序以END指令结束，程序的执行是从第一个 地址到END指令结束，在调试的时候，可以利用 这个特点将程序分成若干个块，进行分块调试， 直至程序全部调试成功。 2. 编程方法 (1)确定I/O点数及分配 (2)编制梯形图和指令语句表
(4) 缩短设计、施工、投产的周期，维护容量。目前 PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据 控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计， 同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减 轻了接线工作，同时PLC还具有故障检测和显示功 能，使故障处理时间缩短。 (5) 体积小，易于实现机电一体化。
可编程控制器及其应用
后M2起动；（2）M2起动 2min后M3起动；（3）起动 3min后M1停车；（4）M1停车 30s后M2和
M3立即停车；（5）备有起动按钮和总停车按钮。试编制用PLC实现上述控制要求的梯形图。
解：（1）进行输入、输出及内部定时器分配
输入继电器
输出继电器
定时器
内部继电器
9
X0 起动按钮 X1 停车按钮
解：(1)指令语句表
图 11.05 习题 11.2.6 的图 5
地址 0 1 2
6 7
11 12 13 14
指令
ST
X0
AN/
T2
TMY
1
K
1
ST
T1
TMY
2
K
2
ST
X0
AN/
T1
OT
Y0
ED
(a)
（2）Y0 的动作时序图
地址 0 1
4 5
9 10 11
指令
ST
X0
Tபைடு நூலகம்X
0
K
100
ST
T0
TMY
1
第 11 章 可编程控制器及其应用
11.1 内 容 提 要
1．可编程控制器的组成及各部分的作用。 2．可编程控制器的作用。 3．可编程控制器的特点。 4．可编程控制器的工作原理：顺序扫描、不断循环。 5．可编程控制器的扫描工作过程：输入采样、程序执行，刷新输出。 6．可编程控制器的内存分配与编程元件（见教材 P294～P295）。 7．可编程控制器的主要编程语言：梯形图、指令语句表。 8．可编程控制器的指令系统包括基本指令和高级指令两大类。 9．可编程控制器的原理和方法。 （1）程序应以“左沉右轻、上重下沉”为编写原则，尽量简洁。 （2）每一行指令起始于左母线、终止于右母线。输出指令不能直接连于左母线。 （3）可编程控制器内部编程元件触点可重复使用，但输出元件一般不允许重复使用。 10．可编程控制器应用控制系统设计流程（见教材 P319）。
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第11章可编程控制器(PLC)11.1可编程控制器的结构和工作原理11.2可编程控制器的程序编制11.3可编程控制器应用举例第11章可编程控制器(PLC)本章要求：1. 了解可编程控制器的结构和工作原理;2. 了解可编程控制器的几种基本编程方法;3. 熟悉常用的编程指令;4. 学会使用梯形图编制简单的程序。
第11章可编程控制器(PLC)继电接触控制系统在生产中得到广泛应用。
但由于它的机械触点多、接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性差，因此已不能满足现代化生产过程复杂多变的控制要求。
可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术发展起来的一种工业控制器。
专门用于工业现场的自动控制装置。
PLC 具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单以及功耗低、体积小等优点。
但它存储容量小，价格高。
本章只为初学者提供PLC 基础知识,重点是简单程序编制，重在应用。
11.1可编程控制器的结构和工作方式11.1.1 可编程控制器的结构及各部分的作用PLC的类型种类繁多，功能和指令系统也不尽相同虽然多种多样，但其结构和工作方式则大同小异，一般由主机、输入/输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几个主要部分构成。
PLC 可看作一个系统，外部的各种开关信号或模拟信号均为输入量，它们经输入接口寄存到PLC 内部的数据存储器中，而后按用户程序要求进行逻辑运算和数据处理，最后以输出变量的形式送到输出接口，从而控制输出设备。
电源I/O 扩展单元输入设备输出设备输出接口外部设备接口输入接口I/O 扩展接口主机PLC编程器打印机磁带机计算机扫描仪CPU 存储器用户程序系统程序数据按钮行程开关触点⋯电磁阀电磁线圈指示灯⋯1. 主机CPU 是PLC 的核心，主要用来运行用户程序，监控输入/输出接口状态。
主机部分包括中央处理器（CPU ）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器PLC 内部存储器系统程序存储器用户程序及数据存储器系统程序存储器：主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。
系统程序已由厂家固定，用户不能更改。
用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。
2. 输入/输出(I/O)接口I/O接口是PLC 与输入/输出设备联接的部件。
输入接口用于接收输入设备(如：按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。
输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备(如: 接触器、电磁阀、指示灯等)。
I/O接口一般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰。
3. 电源PLC电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源4. 编程器编程器是PLC 重要的外部设备，用于手持编程。
利用编程器可输入、检查、修改、调试用户程序或在线监视PLC工作状况。
除手持编程器外，目前，使用较多的是利用通信电缆将PLC和计算机联接，并利用专用的工具软件进行编程或监控。
5. 输入输出扩展接口I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数扩展单元与基本单元(即主机)联接在一起。
6. 外部设备接口此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等外部设备与主机相连。
11.1.2 可编程控制器的工作方式PLC 采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作。
其工作过程分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，并进行周期循环。
输入端子输入锁存器输入状态寄存器输出锁存器输出状态寄存器输出端子程序执行读读写输入采样程序执行输出刷新一个扫描周期一条指令所需时间一般不超过100 ms。
1. 输入采样阶段PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。
接着转入程序执行阶段。
在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。
2. 程序执行阶段PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行程序指令。
其过程如下：从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。
3. 输出刷新阶段在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通/断，这才是PLC的实际输出。
由PLC的工作过程可见，在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。
暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。
因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。
11.1.3 可编程控制器的主要技术性能1. I/O点数指PLC外部输入和输出端子数。
通常小型机有几十点，中型机有几百个点，而大型机超过千点。
2. 用户程序存储容量用来衡量PLC所能存储用户程序的多少。
在PLC 中，程序指令按“步”存储, 一“步”占用一个地址单元,一条指令有的往往不止一“步”。
一个地址单元一般占两个字节。
3. 扫描速度指扫描1000步用户程序所需的时间，以ms/千步为单位。
有时也用扫描一步指令的时间计,如 s/步。
4.指令系统条数PLC 具有基本指令和高级指令，指令的种类和数量越多，其软件功能越强。
5. 编程元件的种类和数量编程元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用“字”寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等，其种类和数量的多少是衡量PLC 硬件功能强弱的一个指标。
PLC 内部“继电器”是存储器的存储单元。
当写入该单元逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。
所以PLC 内部这些继电器称为“软”继电器。
FP1-C24可编程控制器编程元件的编号范围与功能说明元件名称代表字母编号范围功能说明输入继电器输出继电器辅助继电器通用“字”寄存器计数器定时器XYRT C WR X0 ~XF 共16点接收外部输入的信号输出程序执行结果给外部输出设备在程序内部使用，不能提供外部输出延时定时继电器，其触点在程序内部使用减法计数继电器，其触点在程序内部使用每个WR 由相应的16个辅助继电器R 构成Y0 ~Y7 共8 点R0 ~R62F 共1008 点T0 ~T99共100 点C100 ~C143 共44 点WR0 ~WR62 共63个11.1.4 可编程控制器的主要功能和特点1. 主要功能(1) 开关逻辑控制用PLC取代传统的继电接触器进行逻辑控制。
(2) 定时/计数控制用PLC的定时/计数指令来实现定时和计数控制。
(3) 步进控制用步进指令实现一道工序完成后，再进行下一道工序操作的控制。
(4) 数据处理能进行数据传输、比较、移位数制转换、算术运算和逻辑运算等操作。
(5) 过程控制可实现对温度、压力、速度、流量等非电量参数进行自动调节(6) 运动控制通过高速计数模块和位置控制模块进行单轴和多种控制。
如用于数控机床、机器人等控制。
(7) 通信联网通过PLC之间的联网及与计算机的联接，实现远程控制或数据交换。
(8) 监控能监视系统各部分的运行情况,并能在线修改控制程序和设定值。
(9) 数字量与模拟量的转换能进行A/D和D/A转换，以适应对模拟量的控制。
2. PLC的主要特点(1) 可靠性高，抗干扰能力强。
由于采用大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件的设计和制造的过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，具有很高的可靠性。
(2) 编程简单，使用方便。
(3) 通用性好，具有在线修改能力。
PLC硬件采用模块化结构，可以灵活地组态以适应不同的控制对象，控制规模和控制功能的要求。
且可通过修改软件，来实现在线修改的能力，因此其功能易于扩展，具有广泛的工业通用性。
(4) 缩短设计、施工、投产的周期，维护容量。
目前PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计，同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减轻了接线工作，同时PLC还具有故障检测和显示功能，使故障处理时间缩短。
(5) 体积小，易于实现机电一体化。
11.2可编程控制器的程序编制可编程控制器的程序有系统程序和用户程序两种。
系统程序用户不能修改。
用户程序是用户根据控制要求，利用PLC 厂家提供的程序编制语言编写的应用程序。
11.2.1 可编程控制器的编程语言PLC 的编程语言以梯形图语言和指令语句表语言最为常用，并且两者常常联合使用。
1. 梯形图是在继电控制系统电气原理图基础上开发出来的一种图形语言。
它继承了继电器触点、线圈、串联、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形。
1. 梯形图编程元件的种类用图形符号及字母或数字加以区别。
梯形图中用表示PLC 编程元件的动合触点表动断触点表线圈例:用PLC 组成电机起停控制电路(1) 继电接触控制图(ED)X2X1Y1Y1动合触点输出继电器线圈动合触点PLC 输入继电器动断触点(2) 利用梯形图编制控制程序KM12SB 1SB 2KM几点说明(1)梯形图中的继电器不是物理继电器，是PLC存储器的一个存储单元。
当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。
(2)梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。
每一逻辑行(或称梯级)起始于左母线，然后是触点的串、并联连接，最后是线圈与右母线相联。
(3)梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。
这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中满足线圈接通的条件。
(4)输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其他继电器的触点来驱动。
因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。
输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备。
当梯形图中的输出继电器线圈接通时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。
输出继电器的触点也可供内部编程使用。
2.指令语句表指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC 程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言容易理解。
若干条指令组成的程序就是指令语句表笼型电动机直接起动控制的指令语句表ST 起始指令(取指令):从左母线(即输入公共线)开始取用动合触点作为该逻辑行运算的开始，图中取用X2。
OR 触点并联指令(也称或指令): 用于单个动合触点的并联，图中并联Y1。
梯形图左母线(ED)X2X1Y1Y10ST X21 OR Y12AN/X13OT Y14 ED指令地址AN/ 触点串联反指令(也称与非指令):用于单个动断触点的串联，图中串联X1。