第四章 可编程控制器的系统结构和工作原理
可编程控制器的基本结构和工作原理
可编程控制器的基本结构和工作原理可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种专门用于工业自动化控制的数字电子设备。
PLC通过对输入和输出信号进行逻辑运算和控制来实现自动化控制过程。
本文将介绍PLC的基本结构和工作原理。
一、PLC的基本结构PLC主要由以下几个组成部分构成：1. 中央处理器（Central Processing Unit，CPU）：CPU是PLC的核心部分，负责运行用户编写的程序并进行各种逻辑运算和控制。
CPU通常由一个或多个微处理器组成，具备高速运算和处理能力。
2. 内存单元（Memory Unit）：内存单元用于存储PLC的程序和数据。
一般来说，PLC的内存单元分为ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）两部分。
ROM存储PLC的固化程序，而RAM用于存储用户编写的程序和数据。
3. 输入/输出（Input/Output，I/O）模块：I/O模块是PLC与外界进行数据交换的接口。
它们负责将来自传感器或执行器的物理输入信号转换为数字信号，然后通过CPU进行处理，最后将处理结果输出到外部设备。
4.电源模块：电源模块为PLC提供所需的电力供应，通常包括直流电源和交流电源。
稳定的电源供应对PLC的正常工作至关重要。
二、PLC的工作原理PLC的工作原理可以分为输入采集、逻辑运算和输出控制三个过程。
1.输入采集：PLC的输入模块负责采集外部设备（如传感器）传来的输入信号。
输入信号经过滤波和放大等处理后，被转换为数字信号，然后传送到CPU进行后续处理。
2.逻辑运算：CPU对输入信号进行逻辑运算，根据用户编写的程序进行相应的处理。
在程序中，用户可以使用诸如逻辑判断、数学运算、计时器、计数器等指令，实现对输入信号的处理和控制。
3.输出控制：CPU根据经过逻辑运算后的结果，通过输出模块控制外部设备（如执行器）的运行。
输出信号经过放大和隔离等处理后，传递到输出设备，对其进行相应的控制。
可编程序控制器PLCppt课件(共32张PPT)
国际电工委员会(IEC) 1987对可编程控制器定 义：
可编程控制器是一种进行数字运算的电子系 统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控 制器．它采用了可编程序的存储器，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，控制各种类型机械的生产过 程．可编程控制器及其有关外围设备，都按易于 与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原 则设计．
▪ 从接线逻辑到存储逻辑
▪ PLC控制系统将取代继电接触器控制系 统，但取代的是控制部分，控制系统信号 的采集和驱动输出部分仍然由电气元器件 承担。
可编程控制器的硬件组成
按钮
继电器触点 输 入 单 元
行程开关
CPU
输
存储器
出 单
元
电源部分
编程器或其他设备
整体型CPU模块的原理图
接触器 电磁阀
指示灯
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，控制各种类型机械的生产过程． 可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计．
继电器系统：先软件设计，后硬件安装。 能输入和输出多种形式信号－ －数字量信号和模拟量信号
经历四个发展阶段 崛起阶段〔1969-1975〕采用８位微处理
器芯片 成熟阶段〔1975-1979〕拓展了模拟量控
制功能 通信阶段〔1979-1985〕拓展了网络通信
功能 加速阶段〔1985-如今〕CRT显示功能，
可编程控制器的基本结构和工作原理
可编程控制器的基本结构和工作原理可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种用来控制自动化机械或过程的电子设备。
它可以根据预先设定的程序执行各种操作，如输入/输出（I/O）信号的采集与处理、逻辑控制、运算处理、数据存储与传输等，以实现自动化控制。
PLC的基本结构主要由三个部分组成：中央处理器（CPU）、输入/输出（I/O）模块和存储器。
中央处理器（CPU）是PLC的核心部分，负责执行用户程序。
它通常由一个或多个微处理器构成，具有运算、控制、通信和存储等功能。
中央处理器从存储器中读取用户程序指令，并根据指令内容进行逻辑运算和控制操作，并将结果输出到外部设备。
输入/输出（I/O）模块用于将外部信号转换为数字信号供中央处理器处理，并将中央处理器的输出信号转换为适合外部设备的信号进行输出。
输入模块负责读取外部设备的信号，如开关、传感器等，将其转换为数字信号供中央处理器处理。
输出模块则将中央处理器的数字信号转换为适合外部设备的信号进行输出，如电磁阀、继电器等。
存储器用于存储用户程序、数据和中间结果。
存储器包括程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储用户编写的程序指令，指导中央处理器执行各种操作。
数据存储器用于存储用户的数据和中间结果，以便于程序运行时的数据交换和处理。
PLC的工作原理可以归纳为以下几个步骤：1.读取输入信号：PLC通过输入模块读取外部设备的开关、传感器等输入信号，将其转换为数字信号。
2.执行用户程序：中央处理器从程序存储器中读取用户编写的程序指令，并根据指令内容进行逻辑运算和控制操作。
用户程序可以包括逻辑控制、运算处理、数据传输等指令，以实现特定的控制功能。
3.处理数据：中央处理器根据用户程序的指令对输入信号进行处理，如逻辑运算、比较、运算等，生成相应的输出信号。
4.输出信号：中央处理器将处理后的输出信号发送给输出模块，并通过输出模块将数字信号转换为适合外部设备的信号进行输出。
可编程控制器的基本结构和工作原理
可编程控制器的根本构造和工作原理.2.1 可编程控制器的根本构造1．中央处理器⏹中央处理器是PLC的大脑。
起着指挥的作用，其主要功能是：⏹〔1〕编程时承受并存储从编程器输入的用户程序和数据，并能进展修改或更新。
〔2〕以扫描方式承受现场输入的用户程序和数据，并存入输入状态表〔即输入继电器〕和数据存放器所谓输入影像存放器。
〔3〕从存储器中逐条读出用户程序，经解读用户逻辑，完成用户程序中规定的各种任务，更新输出映像存放器的内容。
〔4〕根据输出所存电路的有关内容实现输出控制。
〔5〕执行各种诊断程序目前，PLC中的CPU主要采用单片机，如Z80A 8051 8039 AMD2900等，小型PLC大多数采用8为单片机，中型PLC 大多数采用16位甚至32位单片机。
2．存储器⏹PLC内部存储器用来存放PLC的系统程序，用户程序和逻辑变量及数据信息。
存储器分为只读存储器〔ROM〕和随机存储器〔RAM〕两大类。
ROM的内容杂使用时只能读出不能写入，它的写入需要使用特殊的方法和设备，一旦写入即使掉电也不会消失，称为固化。
ROM主要存放监控程序及已调试好的用户程序。
RAM的内容可以随时由CPU对它进展读取，写入，任意修改，但掉电后，信息丧失。
用户程序是使用者为PLC完成某一具体控制任务编写的应用程序，用户程序在设计和调试过程中要经常进展读写操作，为了便于调试、修改、扩大、完成，用户程序一般使用RAM存储。
RAM中的内容在掉电后要消失，所以PLC对RAM提供备用锂电池，一般锂电池使用期为3－5年左右。
如果调试通过的用户程序要长期使用，可用专用EPROM写入器把程序固化在EPROM芯片中，再把芯片插入PLC的EPROM插座上。
3．输入、输出模块⏹这是PLC与被控设备的连接部件，输入模块通过输入端子承受现场设备的控制信号〔包括开关量和模拟量〕，如控制按钮、限位开关、传感器信号等，并把这些信号转换成被控设备能接收的电压或电流信号，以驱动被控装置〔包括开关量和模拟量〕，如电磁阀、接触器、信号灯等。
第4章可编程控制器指令系统1
第四章可编程控制器编程软件和编程语言【主要内容】编程软件WPLSoft的安装 WPLSoft的使用说明程序的建立梯形图编程模式指令表编程模式批注编程通信联机模式 SFC编程说明 通信设置功能 帮助功能介绍 小结思考题与练习题4.1 编程软件WPLSoft的安装WPLSoft为台达DVP系列可编程序控制器在WINDOWS操作系统环境下所使用的程序编程软件，该软件对系统的需求如表4-1所示。
WPLSoft除了一般PLC程序的规划及WINDOWS的一般编辑功能（例如：剪切、粘贴、复制、多窗口……）外，另提供多种中/英文批注编程及其它便利功能（例如：寄存器编程、设置、文件读取、存盘及各接点图标监测与设置等）。
4.2 WPLSoft的使用说明1.初始设置当激活WPLSoft编程软件之后，执行【文件】/【新建】命名，如图所示，即新建文件进行PLC程序设计，在如图所示的机种设置窗口中可以指定程序标题、PLC机种设置、程序容量（请参考所使用PLC主机的机种名称及程序容量规格）及文件名称等有关程序的初始设置。
文件/新建菜单机种选择4.2 WPLSoft的使用说明当完成上述设置后，便会出现二个子窗口：一为梯形图模式窗口，另一为指令模式窗口，如图所示。
读者可根据自身的编程设计习惯选择编程模式，开始编写PLC程序。
梯形图指令表4.2 WPLSoft的使用说明•梯形图模式：完成梯形图编程，必须由编译转换成指令码或SFC图。
•指令模式：完成指令编程，必须由编译转换成梯形图或SFC图。
•SFC编程模式：图示为SFC编程模式。
完成SFC编程，必须由编译转换成指令码，若要转换成梯形图必须再由指令码编译转换。
SFC编程模式4.2 WPLSoft的使用说明2.功能选择栏简介WPLSoft编程软件刚激活时，其功能选择栏中只有五个可点取的选项：文件（F）、视图（V）、通信（C）、设置（O）与帮助（H）。
在【文件（F）】的下拉菜单中执行【新建】指令后，其功能选择栏上会有其它选项：【编程（E）】、【编译（P）】、【批注（M）】、【查找（S）】等，下面将介绍一些主要功能和特殊功能。
PLC可编程控制器的结构和基本工作原理
PLC可编程控制器的结构和基本工作原理PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种专门用于工业自动化控制的设备，它的主要功能是根据预先编写的程序控制电气和机械设备的运行。
PLC的结构和基本工作原理是工业控制领域中非常重要的主题，在下面将进行详细介绍。
PLC的结构主要由以下几个部分组成：1.中央处理器（CPU）：CPU是PLC的核心部分，它负责执行用户编写的程序指令。
CPU通常由一个或多个微处理器组成，具有处理器，存储器和输入/输出接口等功能。
它通过主要的总线与其他硬件模块进行通信。
2.内存：PLC的内存分为两部分，一是存储用户程序的存储器，用于存储编写的程序指令和数据；二是存储系统参数和状态信息的存储器，用于存储PLC的配置参数和运行状态。
3.输入/输出模块（I/O模块）：输入模块用于接收传感器或其他设备的信号，将其转换为数字信号，然后传输给CPU。
输出模块用于接收CPU的输出信号，将其转换为相应的控制信号，然后传输给执行器或其他设备。
4. 通信接口：PLC通常具有各种通信接口，用于与其他设备进行数据交换，如人机界面（HMI）、上位机、网络等。
这些接口可以通过标准协议进行通信，如以太网、Modbus等。
PLC的基本工作原理如下：1.编程：首先，用户需要编写控制程序。
控制程序通常使用开发软件进行编写，使用一种或多种编程语言，如梯形图、指令表或结构化文本。
编程的目的是根据实际需求设计逻辑程序来控制设备的工作。
2.执行：编写好的程序存储在PLC的内存中。
当PLC开始运行时，CPU按照程序的顺序逐步执行指令。
CPU不断扫描输入模块的状态，根据输入状态和程序逻辑计算得出输出模块的状态。
然后，CPU将输出数据发送到相应的输出模块，控制执行器或其他设备的操作。
3.周期循环：PLC工作按照循环周期进行。
每个循环周期称为一个扫描周期，扫描周期由运行时间和停顿时间组成。
可编程控制器的基本结构及其工作原理
可编程控制器的基本结构及其工作原理摘要：随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC的功能也越来越强大，更多地具有计算机的功能，目前PLC已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展。
本文介绍了可编程控制器的硬件构成和工作原理，包括其历史和应用背景、基本组成和主要功能，通过对可编程控制器的深入了解，我们可以更好地掌握这一技术，为工业自动化的发展做出贡献。
并探讨了其在实际工程中的应用。
关键词：可编程控制器；硬件构成；工作原理；PLC一、引言可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计。
自20世纪60年代问世以来，PLC 已经广泛应用于工业自动化领域，成为现代工业自动化的三大支柱之一。
PLC技术快速发展，其在工业自动化领域的应用也越来越广泛。
本文将深入探讨可编程控制器的硬件构成和工作原理，以期帮助读者更好地了解和掌握这一重要技术。
二、可编程控制器概述可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计。
它采用可编程的存储器，存储程序并执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等指令，通过数字或模拟输入/输出方式，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC技术快速发展，其在工业自动化领域的应用也越来越广泛。
三、PLC的基本结构可编程控制器的基本结构了解plc的基本结构可编程控制器基本结构如图所示。
可编程控制器主要由中央处理单元CPU、存储器、输入/输出（I/O）电路、通信接口及电源组成（如下图）。
1. 电源单元可编程控制器的电源单元是整个系统的总电源供应器。
一般为直流电源，但也有交流电源形式。
电源电压一般要求在允许波动范围内稳定，波动范围为±10%。
在电源设计上，还考虑了为一些故障诊断等特殊需要留有余地。
可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
简述可编程控制器的工作原理
简述可编程控制器的工作原理
可编程控制器（PLC）的工作原理是基于其硬件和软件两个部
分的配合运行。
硬件部分包括中央处理器（CPU）、输入模块、输出模块和通信模块等。
输入模块用于接收外部信号（传感器、按钮等），输出模块用于控制外部设备（电机、阀门等）。
通信模块可用于与其他设备进行通信。
中央处理器是PLC的核心，负责执
行程序的运行与控制。
软件部分主要由编程软件、编程语言和程序组成。
在编程软件中，用户可以使用编程语言进行程序的编写。
常见的编程语言包括梯形图、指令表和结构化文本等。
编写好的程序会被下载到PLC的中央处理器中，由CPU执行。
程序中包含了一系列
的逻辑和控制算法，根据设定的条件对输入信号进行处理，并控制输出信号的状态。
PLC的工作流程一般如下：
1. 输入信号采集：PLC的输入模块将外部传感器或按钮等接
入的信号转换为数字信号，并上传给中央处理器。
2. 程序执行：中央处理器根据预先编写的程序和算法对输入信号进行处理。
程序可以包含逻辑判断、计算、数据存储等功能。
3. 输出控制：中央处理器根据程序的执行结果，通过输出模块控制外部设备的状态，如打开或关闭电机、开关阀门等。
4. 监控和通信：PLC会不断地监测输入信号的状态，并将控制结果反馈给运行监控系统或其他设备。
同时，PLC也可以与其他设备进行通信，实现数据的交换和共享。
总结起来，可编程控制器的核心是中央处理器，通过输入模块采集外部信号，编程软件编写控制程序，中央处理器执行程序并通过输出模块控制外部设备，从而实现自动化控制。
plc可编程控制器的结构和基本工作原理
PLC可编程控制器的结构和基本工作原理PLC由于其自身的特点，在工业生产的各个领域得到了愈来愈广泛的应用。
而作为PLC的用户，要正确地应用PLC去完成各种不同的控制任务，首先应了解其组成结构和工作原理。
一、PLC的基本结构可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。
输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。
PLC的基本结构如下图所示：1、中央处理单元(CPU) 中央处理单元 (CPU)是PLC的控制核心。
它按照PLC系统程序赋予的功能：a. 接收并存储从用户程序和数据；b.检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式采集现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象寄存区，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算数运算并将结果送入I/O映象寄存区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象寄存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，如此循环直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
2、存储器可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。
存放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序）的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序（用户程序存和数据）的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据存储器两部分。
化工仪表第4章2可编程控制器
三、 OMRON C 系列 PLC
（3） 定时器 定时器为递减型，有低速TIM和高速TIMH（15）两种。定时 器的操作数包括定时器编号（N）和设定值（SV）两个数据。
a.定时器指令TIM 语句格式：TIM N，T N：定时器编号，范围000-511共512个。 T：时间设定值，范围0000-9999的一个四位数。 定时器TIM 为通电延时，基本延时单位为0.1s。定时器 是减1定时器，定时时间到，定时器触点接通，当输入条件 为ON时，开始每0.1s的减1运算，定时器当前值减到0时，为 “定时时间到”——定时器触点接通并保持。当输入条件为 OFF时，定时器复位，当前值恢复为设定值T，触点断开。
二、可编程序控制器的基本构成及工作原理
举例
例某一过程控制系统，工艺要求开关1闭合40s后， 指示灯亮，按下开关2后灯熄灭。
图（a）为实现这一功能的一种梯形图程序（OMRON PLC），它是由若干个梯级组成的，每一个输出元素构成 一个梯级，而每个梯级可由多条支路组成。
图 梯形图程序
二、可编程序控制器的基本构成及工作原理
一、可编程序控制器概述
（一）可编程控制器 (PLC)的发展过程
1969年美国研制出了第一台可编程序控制器。
从1971年开始,各国相继开发了适于本国的PLC,并推广 使用。
20世纪80年代末, PLC技术已经很成熟,并从开关量逻 辑控制扩展到计算机数字控制(CNC等)领域。 近年生产的PLC向电气控制、仪表控制、计算机控制一 体化方向发展。
1.按容量分
（1）小型PLC 主要功能 （2）中型PLC 其I/O点总数通常为129～512点，内存在８K以下，适 合开关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制。 主要功能 除有小型PLC的功能外，还有算术运算、数据 处理及A/D、D/A转换、联网通信、远程I/O 等功能，可用于比较复杂过程的控制。 I/O点总数一般为20～128点。 逻辑运算、定时计数、移位处理等，采 用专用简易编程器。
第四章 PLC的硬件组成及工作原理
IN
IN
输入LED 内 部 电 路
COM
直流输入接口电路示意图
IN
IN ～ COM
输入LED 内 部 电 路
交流输入接口电路示意图
OUT L 输出LED 内 部 电 路 OUT L COM ～
继电器输出接口电路示意图
OUT L 输出LED 内 部 电 路 OUT L ～ COM
双向晶闸管输出接口电路示意图
6.通讯能力 6.通讯能力 通讯能力是指可编程控制器与可编程控制器、 通讯能力是指可编程控制器与可编程控制器、可 编程控制器与计算机之间的数据传送及交换能力， 编程控制器与计算机之间的数据传送及交换能力，它 是工厂自动化的必备基础。 是工厂自动化的必备基础。目前生产的可编程控制器 不论是小型机还是中大型机，都配有一至两个、 不论是小型机还是中大型机，都配有一至两个、甚至 更多个通讯端口。 更多个通讯端口。 7.智能模块 7.智能模块 智能模块是指具有自己的CPU和系统的模块 。 和系统的模块。 智能模块是指具有自己的 和系统的模块 它作为PLC中央处理单元的下位机 ， 不参与 中央处理单元的下位机， 它作为 中央处理单元的下位机 不参与PLC的 的 循环处理过程， 但接受PLC的指挥 ， 可独立完成某 的指挥， 循环处理过程 ， 但接受 的指挥 些特殊的操作。 如常见的位置控制模块、 些特殊的操作 。 如常见的位置控制模块 、 温度控制 模块、PID控制模块、模糊控制模块等等。 模块、 控制模块、模糊控制模块等等。 控制模块
3.编程语言 3.编程语言 编程语言是可编程控制器厂家为用户设计的用 于实现各种控制功能的编程工具， 它有多种形式， 于实现各种控制功能的编程工具 ， 它有多种形式 ， 常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言， 常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言 ， 另还 有逻辑图编程语言、布耳代数编程语言等。 有逻辑图编程语言、布耳代数编程语言等。 4.扫描时间 4.扫描时间 扫描时间是指执行1000条指令所需要的时间。 条指令所需要的时间。 扫描时间是指执行 条指令所需要的时间 一般为10ms左右，小型机可能大于 左右， 一般为 左右 小型机可能大于40ms。 。 5.内部寄存器的种类和数量 5.内部寄存器的种类和数量 内部寄存器的种类和数量是衡量PLC硬件功能的 硬件功能的 内部寄存器的种类和数量是衡量 一个指标。它主要用于存放变量的状态、中间结果、 一个指标。 它主要用于存放变量的状态、 中间结果、 数据等，还提供大量的辅助寄存器如定时器/计数器 计数器、 数据等，还提供大量的辅助寄存器如定时器 计数器、 移位寄存器、状态寄存器等，以便用户编程使用。 移位寄存器、状态寄存器等，以便用户编程使用。
可编程控制器的工作原理
可编程控制器的工作原理可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是一种专门用于工业自动化控制的电子设备。
它基于数字电子技术，通过处理输入信号并执行输出动作来实现对工业过程的控制。
PLC的工作原理如下：1.输入信号采集：PLC通过输入模块采集传感器或其他设备的输入信号，例如温度传感器、压力传感器、开关等。
输入信号可以是数字信号（高电平或低电平）或模拟信号（电压或电流）。
2.输入信号处理：PLC对输入信号进行逻辑判断和处理。
根据程序逻辑，它可以对输入信号进行滤波、去抖动等处理，以确保输入信号的准确性和可靠性。
3.程序执行：PLC根据用户编写的程序运行逻辑进行程序执行。
用户可以使用其中一种程序设计语言（如梯形图、指令表、结构化文本等）来编写程序，描述所需的控制逻辑和操作步骤。
4.输出控制：根据程序逻辑和输入信号处理结果，PLC产生相应的输出信号，并通过输出模块控制执行机构，如电磁阀、变频器、电机等。
输出信号可以是开关信号，也可以是模拟信号，用于控制设备的状态、速度、位置等。
5.时间控制：PLC内部带有一个或多个定时器和计数器。
定时器用于控制一些操作的持续时间，计数器用于计数一些事件的次数。
这些时间和计数值可以用于程序执行的条件判断和计算。
6.通讯与数据交换：PLC可以与其他设备进行通讯，以实现数据交换和远程监控。
常见的通讯方式包括串行通讯和以太网通讯。
PLC可以从其他设备获取外部数据，并将控制结果发送给其他设备。
7.自诊断和报警：PLC具有自诊断功能，可以检测自身的工作状态和故障，并通过报警信号或显示屏将故障信息提供给操作员。
自诊断功能有助于快速定位和排除故障，提高系统的可靠性和可维护性。
总结起来，PLC的工作原理是通过采集、处理输入信号，根据编写的程序逻辑执行相应的输出控制动作，从而实现对工业过程的自动化控制。
它具有可编程性、灵活性和可扩展性强的特点，广泛应用于工业领域的自动化控制系统中。
《可编程控制器原理与应用》电子教案
《可编程控制器原理与应用》电子教案第一章：可编程控制器概述1.1 可编程控制器的定义1.2 可编程控制器的发展历程1.3 可编程控制器的应用领域1.4 本章小结第二章：可编程控制器的基本原理2.1 可编程控制器的工作原理2.2 可编程控制器的硬件结构2.3 可编程控制器的软件系统2.4 本章小结第三章：可编程控制器的编程语言3.1 指令集概述3.2 指令的表示方法3.3 常用编程语句及功能3.4 本章小结第四章：可编程控制器的设计与调试4.1 可编程控制器的设计步骤4.2 可编程控制器的程序调试4.3 可编程控制器的现场调试4.4 本章小结第五章：可编程控制器在工业控制中的应用实例5.1 可编程控制器在家用电器中的应用5.2 可编程控制器在工业生产线中的应用5.3 可编程控制器在交通运输领域的应用5.4 本章小结第六章：可编程控制器的基本编程技巧6.1 逻辑控制编程6.2 定时与计数控制编程6.3 数据处理与传送编程6.4 本章小结第七章：可编程控制器的扩展与模块7.1 扩展模块的类型及功能7.2 模块的安装与配置7.3 模块的编程与调试7.4 本章小结第八章：可编程控制器与人机界面（HMI）8.1 HMI的基本原理与功能8.2 HMI设备的选择与配置8.3 HMI与PLC的通信与数据交换8.4 本章小结第九章：可编程控制器与网络通信9.1 工业网络基础9.2 PLC网络的类型与协议9.3 PLC网络的配置与调试9.4 本章小结第十章：可编程控制器在典型行业应用案例分析10.1 可编程控制器在自动化生产线中的应用10.2 可编程控制器在楼宇自动化控制系统中的应用10.3 可编程控制器在环保领域的应用10.4 本章小结第十一章：可编程控制器在过程控制中的应用11.1 过程控制的基本概念11.2 可编程控制器在过程控制中的应用原理11.3 过程控制程序的设计与调试11.4 本章小结第十二章：可编程控制器在分布式控制系统中的应用12.1 分布式控制系统的概述12.2 可编程控制器在DCS中的应用12.3 DCS的编程与调试技术12.4 本章小结第十三章：可编程控制器在故障诊断与维护中的应用13.1 故障诊断的基本方法13.2 可编程控制器的故障诊断技术13.3 可编程控制器的维护与保养13.4 本章小结第十四章：可编程控制器在安全与监控中的应用14.1 安全控制系统的基本概念14.2 可编程控制器在安全监控中的应用14.3 紧急停止与安全程序的设计14.4 本章小结第十五章：综合案例分析与实践15.1 可编程控制器综合案例分析15.2 可编程控制器实践项目设计与实施15.3 项目评估与优化15.4 本章小结重点和难点解析本文主要介绍了可编程控制器（PLC）的原理、编程、应用和案例分析，旨在为学生提供全面、系统的PLC知识。
电气控制与PLC控制基础理论-第四章
编程元件的使用主要体现在程序中，一般可认为编程元件和继电接触器元件类似，具有线圈和常开/常闭触点。 由于编程元件实质为存储单元，取用它们的常开/常闭触点实质上是读取存储单元的状态，所以可以认为一个 编程元件具有无数个常开/常闭触点。 编程元件作为计算机的存储单元，在存储器中只占一位，其状态只有置1和置0两种情况，称为位元件。PLC 的位元件还可以组合使用。
顺序功能图（SFC）
顺序功能图利用状态流程框图来表达一个顺序控制 过程，是一种较新的图形化的编程方法。它将顺序流 程动作的过程分成步和转换条件，根据转换条件对控 制系统的功能流程顺序进行分配，一步步地按照顺序 动作。
图4-8所示为简单顺序功能图的示意图。
图4-8 顺序功能图示意图
功能块图（FBD）
功能块图编程语言实际上是用逻辑功能符号组成的功能块来表达命 令的图形语言，它与数字逻辑电路类似，极易表现条件与结果之间的 逻辑功能。图4-9所示为先“或”后“与”再输出操作的功能块图。
结构文本（ST）
随着PLC的飞速发展，如果许多高级功能仍然用梯形图来表示，会 很不方便。为了增强PLC的数字运算、数据处理、图表显示、报表打 印等功能，方便用户使用，许多大中型PLC都配备了PASCAL， BASIC，C等高级编程语言，这种编程方式称为结构文本。
FX系列PLC又分为FX2，FX0，FX2C，FX0N，FX0S，FX2N，FX2NC，FX1S，FX1N，FX1NC，FX3U等 几个小系列。本书以FX2N系列PLC为例进行介绍（参见图4-5）。
图4-5 FX2N系列PLC
FX2N系列PLC的命名
《可编程控制器 》课件
交通信号灯控制系统
适应性强
PLC在交通信号灯控制系统中还具有适应性强特点。由于城市交通 状况复杂多变，因此需要控制系统具有较强的适应能力。通过PLC 的控制，可以根据实际情况进行灵活调整和定制化开发，适应不 同的交通状况和需求。同时，PLC还可以与各种传感器和检测设备 进行连接，实现交通数据的实时采集和处理。
现状
现代PLC已经成为了工业自动化领域中不可或缺的重 要部分，广泛应用于各种机械设备、生产线、智能 制造等领域。
可编程控制器的应用领域
01
制造业
02
电力行业
03 交通行业
04
楼宇自动化
化工行业
05
用于自动化生产线、机器人、机床等设备的控制。
用于发电、输电、配电等系统的控制和监测。
用于铁路、地铁、公路等交通信号的控制和监测。 用于智能建筑、空调系统、照明系统等楼宇设备的控制和监 测。 用于化工生产过程中的各种设备和系统的控制和监测。
工业自动化生产线控制
易于维护
PLC具有完善的故障诊断和报警功能，一旦出现故障，可以快速定 位并修复。同时，PLC还具有易于维护的特点，可以通过远程监控 和调试等方式进行维护，减少维护成本。
智能家居控制系统
智能控制
智能家居控制系统是现代家居的重要组成部分，通过PLC的 控制，可以实现家居设备的智能化控制。例如，通过PLC控 制空调、照明、窗帘等设备的开关和调节，实现智能化的家 居环境。
课程不足
1
2
部分理论内容较为抽象，不易理解。
3
实验设备有限，不能满足所有学生的需求。
学习建议与展望
学习建议
01
关注可编程控制器的新技术和应用领域， 拓宽知识面。
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第二节
PLC的软件系统
下一节
指PLC所使用的各种程序的集合。 系统程序：是PLC硬件与用户之间的接口， 由PLC生产厂家提供，并固化在ROM中，用 户不能直接读写。 用户程序：用户根据控制要求，用PLC的编 程语言编制的应用程序。用户可以修改和更 新，一般存放在RAM中，当PLC断电时被锂 电池保持。常用的PLC编程语言有：
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CPU
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中央处理单元是PLC的控制中心，它可 将存储在PLC内的程序逐步取出加以分析、 判断、运算及执行。这种依程序逐步执行的 动作，称之为扫描。 CPU的执行速度会影响PLC的功能 CPU的处理器位数也会影响扫描时间。
存储器
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系统存储器：存放系统程序 用户存储器：分用户程序存储器和数据存储器， 用于存放用户编写的控制程序和数据。 PLC使用的存储器类型: ROM：只读存储器 RAM：读写存储器 EPROM：紫外线擦除的只读存储器 EEPROM：电擦除的只读存储器
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电源
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PLC主机内部一般配有为输入点供电的小 容量直流24V电源； 负载需配置专门的外部负载电源。允许在 额定值的+10％—15％范围内波动。 为防止PLC内部程序和数据等重要信息的 丢失，PLC还带有锂电池作为后备电源。
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编程器（HPP）
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编程器的功能是完成用户程序的编制、编 辑、输入主机、调试和执行状态监控，是PLC 系统故障分析和诊断的重要工具。 简易型：只能用语句表形式编程，且需要连 机工作，如三菱FX2N-20P-E手持式编程器。 智能型：可以用指令语句编程，又可以用梯 形图编程，既可联机编程又可脱机编程，但 价格更高，如GP-80X-E编程器。
状态转移图（SFC图）
状态转移图是一种 图形化的编程语言， 多用于描述顺序控制 系统功能，也称作功 能图。
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第三节 PLC的工作原理
开始 内部处理 通信处理
Ｎ ＲＵＮ Ｙ
一、可编程控制器的工作方式
具有两大特点： 采用循环扫描工作方式 对输入、输出集中处理 PLC的工作过程包括五个阶段： 内部处理、通信处理、输入采样、程 序执行、输出刷新。
梯形图、 语句表、 状态转移图(SFC图)
梯形图-PLC的第一用户编程语言
梯形图的编写须符 合一定的规范
PLC的梯形图与传 统的继电接触器控 制线路相比较基本 一致，只是在使用 符号和表达方式上 有些区别。
梯形图与传统控制线路对比
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指令语句表
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语句表是PLC的命令语句表达式，表示机器的操作命 令，可用简易HPP输入，是PLC的最基础语言。
输入接口
是外部输入设备与PLC的连接界面,通过此界 面,CPU可以测得外部输入设备的状态（0或1）。 输入接口电路形式： 干接触:由内部的直流电源供电 直流输入:小型PLC也由内部的直流电源供电 交流输入:必须外加电源
PLC输入电路原理图
输入信号
光电耦合器
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PLC内部
当输入端外电路接通时，输入点获取逻辑值“1” 当输入端外电路断开时，输入点获取逻辑值“0”
继电器控制与PLC控制对比举例-起保停电路
传统的继电接触器控制电路
主回路中的电机M是被控对象，输入、输出信号间的逻辑 关系由控制线路的中的继电接触器实际硬接线来实现。
PLC等效控制电路
输入设备 可编程控制器
梯形图
输出设备
24V
控制程序
输入部分电路
逻辑部分电路
输出部分电路
PLC控制只能替代继电接触器的控制线路，而主电路仍需靠硬接线完成。 PLC的输入、输出信号之间的逻辑关系由存储在PLC内部的控制程序决定。 特别注意：PLC外接线图中停止按钮和常闭触点的使用。
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程序执行阶段 ：PLC按照先左后右、先上 后下的顺序对梯形图程序进行扫描，对由接 点构成的控制线路进行逻辑运算，（X触点的值
是从输入映像寄存器中读出的，其它触点的值是从元件映像寄存 器中读出的）并把逻辑运算的结果（各继电器线圈的状 态值）存入元件映像寄存器区对应位置，刷新
原来数据区的状态。
注意： 运算结果在全部程序未执行完毕之前，不会送到输出端子上。
第四章 PLC的系统组成及工作原理
第一节 PLC的硬件结构 第二节 PLC的软件系统 第三节 PLC的工作原理
第一节
PLC的硬件结构
PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。 PLC系统组成:基本单元、I/O扩展单元、外部设备。
FX2N-32MR：基本单元
FX2N-32ER： 扩展单元
PLC的基本组成框图
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输出接口
PLC通过输出接口实现对外部负载的控制操作。
PLC的输出形式有三种： 继电器输出（R）：可带交、直流负载 晶体管输出（T）：可带直流负载 输出电路原理图
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低电平
PLC内部 当PLC有输出时，输出端电路被接通，外部负载被驱动； 当PLC没有输出时，输出端电路断开，外部设备不动作。
PLC的外接线图和梯形图的绘制方法
X0 X1 X2
COM
Y0
COM
PLC的外接线图
PLC的梯形图控制程序
思考题
１．PLC硬件主要由__、＿、＿、＿、＿组成。
２．外部输入电路断开时，对应的输入映像寄存 器为＿状态，梯形图中对应的输入继电器的常开 触点＿，常闭触点＿。 ３．若梯形图中输出继电器的线圈“通电”，对 应的输出映像寄存器为＿状态，在输出处理阶段 后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线 圈＿，其常开触点__，外部负载＿。
主机
按钮 触点
下一节
电 源
继电器线圈
行程开关
输 入 接 口
CPU
控制器 运算器
输 出 接 口
电源
指示灯 电磁阀
编程器
外
打印机
EPROM 写入器
外 设 接 口
存储器
系统存储器 （ROM） 用户存储器 （RAM EPROM等）
设 PLC或上位 计算机
I/ O 扩 展 接 口
I/O 扩 展 单 元
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输出刷新阶段 ：在执行完用户所有程序后， PLC将元件映像寄存器中的Y寄存器的状态， 集中送到输出锁存器中，刷新上一阶段输出 锁存器中的数据，再通过一定的输出方式(如 继电器输出方式)去驱动输出端的外接负载。 （输出信号集中批处理）
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扫描周期：PLC完成一次扫描过程所需的时间。 扫描周期的长短和PLC的运算速度和工作 方式有关,但主要和用户程序的长度及指令的种 类有关。 一个扫描周期的时间大约在几毫秒到几百 毫秒之间。
输入采样 程序执行 输出刷新
用 户 程 序 执 行 过 程
二、PLC的程序执行过程
输入采样阶段 程序执行阶段
下一节
输出刷新阶段
读出
写
入 读出
元 件 映 像 寄 存 器
扫描周期
返回
输入采样阶段 ：PLC以扫描方式按顺序将 所有输入端的输入信号状态(“o”或“l”）读 入输入映像寄存器区。这个过程称为对输入 信号的采样。此时输入映像区被刷新，PLC 进入下一个阶段。 （输入信号集中批处理）
三、PLC的I/O响应时间
是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有 关外部输出信号发生变化的时刻的时间间隔。 PLC采用输入集中采样和输出集中刷新方式，提高了系 统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。 PLC的输出信号响应滞后于输入信号，滞后时间对一般 系统无关紧要，但对要求响应快的场合不适合。 程序结尾加END指令可缩短扫描时间。