PLC 技術(shù)培訓(xùn)班 (第1講)基本原理

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1、中核集團(tuán)的領(lǐng)導(dǎo)和工程師們！中核集團(tuán)的領(lǐng)導(dǎo)和工程師們！北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所8/17/20221參加參加PLC技術(shù)培訓(xùn)班的技術(shù)培訓(xùn)班的全體學(xué)員！全體學(xué)員！北京精誠智合教學(xué)科技有限公司8/17/20222l第第1 1講可編程控制器的基本原理講可編程控制器的基本原理l第第2 2講講STEP 7STEP 7編程軟件編程軟件l第第3 3講講PLC PLC 指令系統(tǒng)介紹指令系統(tǒng)介紹l上機(jī)練習(xí)上機(jī)練習(xí)l第第4 4講講IEC 61131-3IEC 61131-3編程語言標(biāo)準(zhǔn)編程語言標(biāo)準(zhǔn)l第第5 5講現(xiàn)場總線講現(xiàn)場總線l上機(jī)練習(xí)上機(jī)練習(xí)l第第6 6講講WinCCWinCC組態(tài)軟件組態(tài)軟件培培 訓(xùn)訓(xùn) 計(jì)計(jì) 劃劃

2、8/17/20223陳忠華陳忠華 教授教授E-mail:8/17/20224 PLC PLC（可編程控制器）是上個(gè)世紀(jì)（可編程控制器）是上個(gè)世紀(jì)6060年代發(fā)展起來的一種年代發(fā)展起來的一種新型自動(dòng)化控制裝置。最早是用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，新型自動(dòng)化控制裝置。最早是用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，功能上只有邏輯計(jì)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)以及順序控制等，而且只能功能上只有邏輯計(jì)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)以及順序控制等，而且只能進(jìn)行開關(guān)量控制。因此，其英文原名為進(jìn)行開關(guān)量控制。因此，其英文原名為“Programmable Logic Programmable Logic Controller”Controller”，

3、簡稱，簡稱PLCPLC，中文稱，中文稱“可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器”。后來，。后來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，其控制功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制的范疇，隨著技術(shù)的進(jìn)步，其控制功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制的范疇，其名稱也就改為其名稱也就改為“Programmable Controller”Programmable Controller”，簡稱，簡稱PCPC。但。但PCPC又容易與個(gè)人計(jì)算機(jī)又容易與個(gè)人計(jì)算機(jī)“Personal Computer”Personal Computer”的簡稱的簡稱PCPC產(chǎn)生混淆，產(chǎn)生混淆，所以近年來人們又傾向于使用所以近年來人們又傾向于使用PLCPLC這一簡稱，中文仍然稱這一簡

4、稱，中文仍然稱“可編可編程控制器程控制器”。8/17/20225 上個(gè)世紀(jì)上個(gè)世紀(jì)6060年代，由于美國汽車工業(yè)需要進(jìn)行大規(guī)模的技術(shù)改造年代，由于美國汽車工業(yè)需要進(jìn)行大規(guī)模的技術(shù)改造和設(shè)備更新，由傳統(tǒng)的繼電器控制裝置來進(jìn)行控制，不僅體積龐和設(shè)備更新，由傳統(tǒng)的繼電器控制裝置來進(jìn)行控制，不僅體積龐大，故障率高，柔性差，不靈活，耗能，而且調(diào)試?yán)щy，可靠性大，故障率高，柔性差，不靈活，耗能，而且調(diào)試?yán)щy，可靠性也差年由美國通用汽車公司提出使用新一代控制器的也差年由美國通用汽車公司提出使用新一代控制器的設(shè)想從用戶的角度考慮，該公司對新一代控制器提了點(diǎn)要設(shè)想從用戶的角度考慮，該公司對新一代控制器提了點(diǎn)要求

5、，為各大公司提供了明確的開發(fā)目標(biāo)次年，就由美國求，為各大公司提供了明確的開發(fā)目標(biāo)次年，就由美國DEC（數(shù)字設(shè)備公司）首先研制成功第一臺(tái)可編程邏輯控制器數(shù)字設(shè)備公司）首先研制成功第一臺(tái)可編程邏輯控制器PDP-14差不多同時(shí)，美國差不多同時(shí)，美國MODICON公司也研制出公司也研制出084控制器它控制器它們的問世，引起了全世界的矚目，美國的其他公司和西歐，日本們的問世，引起了全世界的矚目，美國的其他公司和西歐，日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，也相繼研究開發(fā)出類似的產(chǎn)品等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，也相繼研究開發(fā)出類似的產(chǎn)品8/17/20226 由于由于PLCPLC吸取微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新成果，因吸取微電子技術(shù)和計(jì)算

6、機(jī)技術(shù)的最新成果，因此，發(fā)展十分迅速，從單機(jī)自動(dòng)化到整條生產(chǎn)線的自此，發(fā)展十分迅速，從單機(jī)自動(dòng)化到整條生產(chǎn)線的自動(dòng)化，乃至整個(gè)工廠的生產(chǎn)自動(dòng)化，從柔性制造系統(tǒng)，動(dòng)化，乃至整個(gè)工廠的生產(chǎn)自動(dòng)化，從柔性制造系統(tǒng)，工業(yè)機(jī)器人到大型分散型控制系統(tǒng)，工業(yè)機(jī)器人到大型分散型控制系統(tǒng)，PLCPLC均擔(dān)當(dāng)著重要均擔(dān)當(dāng)著重要角色。角色。PLCPLC技術(shù)代表了當(dāng)今電氣程序控制的最先進(jìn)水平。通過技術(shù)代表了當(dāng)今電氣程序控制的最先進(jìn)水平。通過PLCPLC與各種單元自動(dòng)化裝置（例如，智能儀表、數(shù)字化與各種單元自動(dòng)化裝置（例如，智能儀表、數(shù)字化傳動(dòng)裝置、智能的液壓和氣動(dòng)閥組等）以及現(xiàn)場總線、傳動(dòng)裝置、智能的液壓和氣動(dòng)閥組等

7、）以及現(xiàn)場總線、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，構(gòu)成了車間和工廠自動(dòng)化的完整體計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，構(gòu)成了車間和工廠自動(dòng)化的完整體系。系。8/17/20227PLCPLC的應(yīng)用范圍廣泛的應(yīng)用范圍廣泛可編程控制器應(yīng)用非常廣泛，近年來對國內(nèi)進(jìn)行的可編程控制器應(yīng)用非常廣泛，近年來對國內(nèi)進(jìn)行的調(diào)查，在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用分布大致如下：調(diào)查，在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用分布大致如下：鋼鐵和有色冶金鋼鐵和有色冶金 3535汽車和機(jī)械制造汽車和機(jī)械制造 20%20%輕工，食品，包裝，造紙輕工，食品，包裝，造紙16%16%化工，石油，工藝過程化工，石油，工藝過程13%13%交通運(yùn)輸，礦山交通運(yùn)輸，礦山7%7%能源，電站，泵站，水處理能源，電站，泵站，水

8、處理7%7%科研試驗(yàn)，教學(xué)科研試驗(yàn)，教學(xué)2%2%8/17/20228PLCPLC發(fā)明之前傳統(tǒng)控制裝置的缺點(diǎn)發(fā)明之前傳統(tǒng)控制裝置的缺點(diǎn) 在在PLCPLC發(fā)明之前，在工業(yè)控制的順序控制領(lǐng)域內(nèi)，常常采用發(fā)明之前，在工業(yè)控制的順序控制領(lǐng)域內(nèi)，常常采用諸如繼電器，鼓式開關(guān)，紙帶閱讀器等機(jī)械，電氣式器件作諸如繼電器，鼓式開關(guān)，紙帶閱讀器等機(jī)械，電氣式器件作為控制元件，尤其是控制繼電器，在離散制造過程控制領(lǐng)域?yàn)榭刂圃?，尤其是控制繼電器，在離散制造過程控制領(lǐng)域內(nèi)，成為開關(guān)控制系統(tǒng)中最廣泛使用的器件但是，隨內(nèi)，成為開關(guān)控制系統(tǒng)中最廣泛使用的器件但是，隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模越來越大，勞動(dòng)生產(chǎn)率及產(chǎn)著工業(yè)

9、現(xiàn)代化的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模越來越大，勞動(dòng)生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量的要求在不斷提高，對于控制系統(tǒng)的可靠性也提出了品質(zhì)量的要求在不斷提高，對于控制系統(tǒng)的可靠性也提出了更高的要求，原有繼電器控制系統(tǒng)已不適應(yīng)需要，究其更高的要求，原有繼電器控制系統(tǒng)已不適應(yīng)需要，究其原因是：原因是：動(dòng)作緩慢動(dòng)作緩慢，壽命短，可靠性差壽命短，可靠性差，體積大，耗電多，體積大，耗電多，設(shè)計(jì)制造周期長，程序修改費(fèi)時(shí)設(shè)計(jì)制造周期長，程序修改費(fèi)時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)對話不能實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)對話8/17/20229 到到6060年代后期，雖然小型計(jì)算機(jī)已日趨完善，應(yīng)用年代后期，雖然小型計(jì)算機(jī)已日趨完善，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，但小型計(jì)算機(jī)用于開關(guān)控制

10、系統(tǒng)，領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，但小型計(jì)算機(jī)用于開關(guān)控制系統(tǒng)，又顯然存在著大馬拉小車的狀態(tài)，這是由于小型又顯然存在著大馬拉小車的狀態(tài)，這是由于小型計(jì)算機(jī)：計(jì)算機(jī)：編程復(fù)雜，要求有較高水平的編程人員和操作人員，編程復(fù)雜，要求有較高水平的編程人員和操作人員，需要配套非標(biāo)準(zhǔn)的外部接口，對環(huán)境和現(xiàn)場條件的要求需要配套非標(biāo)準(zhǔn)的外部接口，對環(huán)境和現(xiàn)場條件的要求過高，功能過剩，機(jī)器資源未能充分利用，過高，功能過剩，機(jī)器資源未能充分利用，造價(jià)高昂。造價(jià)高昂。8/17/202210 需要與可能，促使人們尋求新的出路，需要與可能，促使人們尋求新的出路，PLCPLC即即應(yīng)運(yùn)而生它首先應(yīng)用于美國的汽車工業(yè)，這應(yīng)運(yùn)而生它首先應(yīng)

11、用于美國的汽車工業(yè)，這時(shí)的時(shí)的PLCPLC，用了固態(tài)（集成）電路來代替繼電，用了固態(tài)（集成）電路來代替繼電器邏輯電路，用存儲(chǔ)器電路中的存儲(chǔ)數(shù)位（程器邏輯電路，用存儲(chǔ)器電路中的存儲(chǔ)數(shù)位（程序）來代替繼電器系統(tǒng)的布線，以程序來規(guī)定序）來代替繼電器系統(tǒng)的布線，以程序來規(guī)定邏輯關(guān)系；用固態(tài)邏輯關(guān)系；用固態(tài)I/OI/O電路來檢測按鈕和限位電路來檢測按鈕和限位開關(guān)的信號，給出輸出以控制電機(jī)和其它執(zhí)行開關(guān)的信號，給出輸出以控制電機(jī)和其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 8/17/202211 這時(shí)的這時(shí)的PLCPLC系統(tǒng)已開始具有如下一些特點(diǎn)：系統(tǒng)已開始具有如下一些特點(diǎn)：環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，可以使用于車間現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，可以使

12、用于車間現(xiàn)場,有較高的可靠性和診斷能力，維修容易有較高的可靠性和診斷能力，維修容易,基本能適應(yīng)不同的制造過程所需，柔性度有了較基本能適應(yīng)不同的制造過程所需，柔性度有了較 大提高，只要改變系統(tǒng)中的程序即可改變控制大提高，只要改變系統(tǒng)中的程序即可改變控制 邏輯，而無需改造或更換控制硬件等邏輯，而無需改造或更換控制硬件等8/17/202212 自自19761976年以來，微處理器開始引入年以來，微處理器開始引入PLCPLC領(lǐng)域，大大加領(lǐng)域，大大加強(qiáng)了強(qiáng)了PLCPLC的作用，使的作用，使PLCPLC由簡單地代替繼電器電路，而由簡單地代替繼電器電路，而發(fā)展為先進(jìn)的控制裝置當(dāng)今發(fā)展為先進(jìn)的控制裝置當(dāng)今PL

13、CPLC具有采集與處理大具有采集與處理大量數(shù)據(jù)，完成數(shù)學(xué)運(yùn)算，與其它智能器件通信的能力，量數(shù)據(jù)，完成數(shù)學(xué)運(yùn)算，與其它智能器件通信的能力，以及具有先進(jìn)的人機(jī)對話手段（如鍵盤，以及具有先進(jìn)的人機(jī)對話手段（如鍵盤，CRTCRT和語和語音對話）音對話）,近年來由于現(xiàn)場總線理念的出現(xiàn)和相關(guān)近年來由于現(xiàn)場總線理念的出現(xiàn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立，以及產(chǎn)品的迅速發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)的建立，以及產(chǎn)品的迅速發(fā)展，PLC PLC成為現(xiàn)場總成為現(xiàn)場總線的一個(gè)重要組成部分，進(jìn)一步擴(kuò)大了線的一個(gè)重要組成部分，進(jìn)一步擴(kuò)大了PLCPLC的應(yīng)用領(lǐng)的應(yīng)用領(lǐng)域域8/17/202213 由于由于PLCPLC同時(shí)提高了功能和柔性度，使其應(yīng)用迅同時(shí)提高了

14、功能和柔性度，使其應(yīng)用迅速增長，并普及到許多其它離散零件制造工業(yè)領(lǐng)速增長，并普及到許多其它離散零件制造工業(yè)領(lǐng)域以及隨后又?jǐn)U展到批量生產(chǎn)和連續(xù)生產(chǎn)過程域以及隨后又?jǐn)U展到批量生產(chǎn)和連續(xù)生產(chǎn)過程有關(guān)的工業(yè)領(lǐng)域隨著有關(guān)的工業(yè)領(lǐng)域隨著CIMSCIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）的發(fā)展，統(tǒng)）的發(fā)展，PLCPLC當(dāng)前還被人們用于工廠通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前還被人們用于工廠通信網(wǎng)絡(luò)之中，與其它智能控制器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一起，成之中，與其它智能控制器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一起，成為計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)中的重要組成部分，特別為計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)中的重要組成部分，特別是單元級和工作站級是單元級和工作站級8/17/202214 第一

15、階段：開發(fā)的第一階段：開發(fā)的PLCPLC容量較小，容量較小，I/OI/O點(diǎn)數(shù)小于點(diǎn)數(shù)小于120120點(diǎn)用戶點(diǎn)用戶存儲(chǔ)區(qū)容量在存儲(chǔ)區(qū)容量在2KB2KB左右，掃描速率為左右，掃描速率為2050ms/KB,2050ms/KB,指令較為指令較為簡單，只有邏輯運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)等，編程語言采用簡單簡單，只有邏輯運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)等，編程語言采用簡單的語句表語言使用上，主要用來作開關(guān)量控制的語句表語言使用上，主要用來作開關(guān)量控制 第二階段：第二階段：PLCPLC的容量有所擴(kuò)展，的容量有所擴(kuò)展，I/OI/O點(diǎn)數(shù)從點(diǎn)數(shù)從512512點(diǎn)至點(diǎn)至10241024點(diǎn)，點(diǎn)，用戶程序存儲(chǔ)區(qū)擴(kuò)展到用戶程序存儲(chǔ)區(qū)擴(kuò)展到8KB8K

16、B以上，速率也有提高，掃描速率以上，速率也有提高，掃描速率達(dá)到達(dá)到56ms/KB,56ms/KB,指令功能除了基本的邏輯運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)指令功能除了基本的邏輯運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)外，還增加了算術(shù)運(yùn)算指令，比較指令，以及模擬量處數(shù)外，還增加了算術(shù)運(yùn)算指令，比較指令，以及模擬量處理指令等，輸入輸出類型也由純開關(guān)量理指令等，輸入輸出類型也由純開關(guān)量I/OI/O，擴(kuò)展為帶模，擴(kuò)展為帶模擬量的擬量的I/OI/O編程語言除了使用語句表外，還可以使用梯形編程語言除了使用語句表外，還可以使用梯形圖編程語言圖編程語言8/17/202215 第三階段：進(jìn)入第三階段：進(jìn)入8080年代以來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模年代以來，隨

17、著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以1616位和位和3232位微處位微處理器構(gòu)成的理器構(gòu)成的PLCPLC得到驚人的發(fā)展，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了上得到驚人的發(fā)展，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了上述兩階段的產(chǎn)品使述兩階段的產(chǎn)品使PLCPLC在概念，設(shè)計(jì)，性能價(jià)格比在概念，設(shè)計(jì)，性能價(jià)格比以及應(yīng)用方面都有了新的突破這一階段的產(chǎn)品向大型以及應(yīng)用方面都有了新的突破這一階段的產(chǎn)品向大型和小型兩個(gè)方向發(fā)展大型產(chǎn)品的和小型兩個(gè)方向發(fā)展大型產(chǎn)品的I/OI/O點(diǎn)數(shù)，超出點(diǎn)數(shù)，超出40004000點(diǎn)，有些產(chǎn)品達(dá)到點(diǎn)，有些產(chǎn)品達(dá)到80008000個(gè)個(gè)I/OI/O點(diǎn)，用戶存儲(chǔ)區(qū)容量超過點(diǎn)，

18、用戶存儲(chǔ)區(qū)容量超過32KB32KB，配置有各種智能模塊（例如，溫度控制模塊，軸，配置有各種智能模塊（例如，溫度控制模塊，軸定位模塊，過程控制模塊等）和通信模塊，掃描速率也定位模塊，過程控制模塊等）和通信模塊，掃描速率也大大提高，達(dá)到大大提高，達(dá)到0.47ms/KB0.47ms/KB。8/17/202216 第三階段第三階段PLCPLC的指令功能，除了基本的邏輯運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)的指令功能，除了基本的邏輯運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)，順序控制外，還有算術(shù)浮點(diǎn)運(yùn)算指令，數(shù)，順序控制外，還有算術(shù)浮點(diǎn)運(yùn)算指令，PIDPID調(diào)節(jié)功能指調(diào)節(jié)功能指令，圖形組態(tài)功能指令，網(wǎng)絡(luò)和通信指令等編程語言普令，圖形組態(tài)功能指令，網(wǎng)絡(luò)和

19、通信指令等編程語言普遍采用梯形圖語言，同時(shí)也使用語句表和順序功能圖語言遍采用梯形圖語言，同時(shí)也使用語句表和順序功能圖語言（典型的有（典型的有GRAFCETGRAFCET語言）為了提高系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計(jì)語言）為了提高系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計(jì)上考慮了容錯(cuò)技術(shù)和冗余技術(shù)等這一階段的小型產(chǎn)品向上考慮了容錯(cuò)技術(shù)和冗余技術(shù)等這一階段的小型產(chǎn)品向超小型化和加強(qiáng)型功能發(fā)展，有超小型化和加強(qiáng)型功能發(fā)展，有1616點(diǎn)點(diǎn)I/OI/O，2424點(diǎn)點(diǎn)I/OI/O的整體的整體型小型型小型PLCPLC，在小型，在小型PLCPLC上配置模擬量上配置模擬量I/OI/O，通信口，高速計(jì)，通信口，高速計(jì)數(shù)，指令上也設(shè)置有算術(shù)運(yùn)算，比較指

20、令以及數(shù)，指令上也設(shè)置有算術(shù)運(yùn)算，比較指令以及PIDPID調(diào)節(jié)指調(diào)節(jié)指令小型令小型PLCPLC使用的手握式編程器使用大面積液晶顯示器，使用的手握式編程器使用大面積液晶顯示器，也可以用梯形圖和也可以用梯形圖和GRAFCETGRAFCET語言進(jìn)行編程語言進(jìn)行編程8/17/202217 這一階段這一階段PLCPLC的軟件設(shè)計(jì)也有很大改進(jìn)，普遍實(shí)的軟件設(shè)計(jì)也有很大改進(jìn)，普遍實(shí)現(xiàn)了軟件模塊化設(shè)計(jì)，在現(xiàn)了軟件模塊化設(shè)計(jì)，在PLCPLC產(chǎn)品上提供大量的通產(chǎn)品上提供大量的通用和專用軟件功能模塊，用戶通過簡單的功能調(diào)用和專用軟件功能模塊，用戶通過簡單的功能調(diào)用就可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制任務(wù)，給使用帶來極大的用就可實(shí)現(xiàn)復(fù)

21、雜的控制任務(wù)，給使用帶來極大的方便使用的編程器越來越完善，專用編程器實(shí)方便使用的編程器越來越完善，專用編程器實(shí)際上已經(jīng)是一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)離線編程際上已經(jīng)是一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)離線編程或在線編程及監(jiān)控，程序打印以及程序固化，實(shí)或在線編程及監(jiān)控，程序打印以及程序固化，實(shí)現(xiàn)圖形組態(tài)，可以聯(lián)網(wǎng)（即掛在現(xiàn)圖形組態(tài)，可以聯(lián)網(wǎng)（即掛在PLCPLC網(wǎng)絡(luò)上）網(wǎng)絡(luò)上）。有有些編程器還可以使用高級語言些編程器還可以使用高級語言。8/17/202218 除了專用編程器外，很多除了專用編程器外，很多PLCPLC可以使用通用的筆記可以使用通用的筆記本電腦實(shí)現(xiàn)編程，開發(fā)一些專用軟件，充分利用個(gè)本電腦實(shí)現(xiàn)編程，開

22、發(fā)一些專用軟件，充分利用個(gè)人計(jì)算機(jī)的能力，完成各種高級的編程功能，省卻人計(jì)算機(jī)的能力，完成各種高級的編程功能，省卻了專用編程器，既便于推廣又節(jié)省投資隨著技術(shù)了專用編程器，既便于推廣又節(jié)省投資隨著技術(shù)的進(jìn)步，的進(jìn)步，PLCPLC的功能越來越強(qiáng)，應(yīng)用范疇越來越廣，的功能越來越強(qiáng)，應(yīng)用范疇越來越廣，與其它工業(yè)控制機(jī)，例如，分散型控制系統(tǒng)（與其它工業(yè)控制機(jī)，例如，分散型控制系統(tǒng)（DCSDCS）的界限已經(jīng)不十分明顯，很多以往必須由分散型控的界限已經(jīng)不十分明顯，很多以往必須由分散型控制系統(tǒng)來完成的控制，現(xiàn)在用制系統(tǒng)來完成的控制，現(xiàn)在用PLCPLC都能實(shí)現(xiàn)，因此都能實(shí)現(xiàn)，因此在應(yīng)用上交錯(cuò)已經(jīng)成為普遍現(xiàn)象在應(yīng)

23、用上交錯(cuò)已經(jīng)成為普遍現(xiàn)象8/17/202219 根據(jù)根據(jù)IECIEC標(biāo)準(zhǔn)，給標(biāo)準(zhǔn)，給PLCPLC下的定義：下的定義：它是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，它是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，它使用可編程存儲(chǔ)器內(nèi)部儲(chǔ)存用戶設(shè)計(jì)的指令，它使用可編程存儲(chǔ)器內(nèi)部儲(chǔ)存用戶設(shè)計(jì)的指令，這些指令用來實(shí)現(xiàn)特殊的功能，諸如邏輯運(yùn)算，這些指令用來實(shí)現(xiàn)特殊的功能，諸如邏輯運(yùn)算，順序操作，定時(shí)，計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算和通過數(shù)順序操作，定時(shí)，計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算和通過數(shù)字或模擬輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械或字或模擬輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械或過程過程。8/17/202220 1.1.控制程序可變，具有很好的柔性，在生

24、產(chǎn)工藝流程改控制程序可變，具有很好的柔性，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變PLCPLC的硬設(shè)備，只需的硬設(shè)備，只需改變程序就可滿足要求因此，除單機(jī)控制外，改變程序就可滿足要求因此，除單機(jī)控制外，PLCPLC在柔性在柔性制造單元（制造單元（FMCFMC）,柔性制造系統(tǒng)（柔性制造系統(tǒng)（FMSFMS），以致工廠自動(dòng)化），以致工廠自動(dòng)化（FAFA）中也被大量采用）中也被大量采用 2.2.具有高度可靠性，適用于工業(yè)環(huán)境，具有高度可靠性，適用于工業(yè)環(huán)境，PLCPLC產(chǎn)品的平均故產(chǎn)品的平均故障間隔時(shí)間（障間隔時(shí)間（MTBFMTBF）一般可達(dá)到）一般可達(dá)到5

25、 5年以上，因此是一種高度年以上，因此是一種高度可靠的工業(yè)產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行效率可靠的工業(yè)產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行效率PLCPLC不不要求專用設(shè)備的機(jī)房，這為工業(yè)現(xiàn)場的大量直接使用提供要求專用設(shè)備的機(jī)房，這為工業(yè)現(xiàn)場的大量直接使用提供了方便了方便8/17/202221 3.3.功能完善現(xiàn)代功能完善現(xiàn)代PLCPLC具有數(shù)字和模擬量輸入輸出，具有數(shù)字和模擬量輸入輸出，邏輯和算術(shù)運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)，順序控制，邏輯和算術(shù)運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)，順序控制，PIDPID調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)，各種智能模塊，遠(yuǎn)程各種智能模塊，遠(yuǎn)程I/OI/O模塊，通信，人機(jī)對話，自模塊，通信，人機(jī)對話，自診斷，記錄和圖形顯示

26、，組態(tài)等功能除了適用于離診斷，記錄和圖形顯示，組態(tài)等功能除了適用于離散型開關(guān)量控制系統(tǒng)外，現(xiàn)在也能應(yīng)用于連續(xù)的流程散型開關(guān)量控制系統(tǒng)外，現(xiàn)在也能應(yīng)用于連續(xù)的流程控制系統(tǒng)，從而使設(shè)備的控制水平大大提高?？刂葡到y(tǒng)，從而使設(shè)備的控制水平大大提高。8/17/202222 4.4.易于掌握，便于維修，由于易于掌握，便于維修，由于PLCPLC使用編程器進(jìn)行編程使用編程器進(jìn)行編程和監(jiān)控，使用人員只需掌握工程上通用的梯形圖語言（或和監(jiān)控，使用人員只需掌握工程上通用的梯形圖語言（或語句表，流程圖）就可進(jìn)行用戶程序的編制和測試因此，語句表，流程圖）就可進(jìn)行用戶程序的編制和測試因此，即使不太懂得計(jì)算機(jī)的操作人員，也

27、能掌握和使用即使不太懂得計(jì)算機(jī)的操作人員，也能掌握和使用PLCPLC也也由于由于PLCPLC有完善的自診斷功能，輸入輸出均有明顯的指示，有完善的自診斷功能，輸入輸出均有明顯的指示，在線監(jiān)控軟件的功能很強(qiáng)，因此，很容易進(jìn)行維修，能很在線監(jiān)控軟件的功能很強(qiáng)，因此，很容易進(jìn)行維修，能很快查找出故障的原因快查找出故障的原因PLCPLC本身高可靠性也保證了故障的幾本身高可靠性也保證了故障的幾率是很低的體積小，省電，與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，率是很低的體積小，省電，與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，PLCPLC的體積很小，一臺(tái)收錄機(jī)一樣大小的的體積很小，一臺(tái)收錄機(jī)一樣大小的PLCPLC具有相當(dāng)于三個(gè)具有相當(dāng)于三個(gè)1.8m

28、1.8m高繼電器控制柜的功能高繼電器控制柜的功能PLCPLC消耗的電能只是傳統(tǒng)控制消耗的電能只是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)的1/31/3至至1/2 1/2。8/17/202223 5.5.價(jià)格低廉隨著集成電路芯片功能的提高，價(jià)格價(jià)格低廉隨著集成電路芯片功能的提高，價(jià)格的降低，可編程控制器硬件的價(jià)格也一直不斷地在下的降低，可編程控制器硬件的價(jià)格也一直不斷地在下降根據(jù)最近市場統(tǒng)計(jì)，國外小型降根據(jù)最近市場統(tǒng)計(jì)，國外小型PLCPLC平均每一個(gè)平均每一個(gè)I/OI/O點(diǎn)為點(diǎn)為14-2014-20美元，中型美元，中型PLCPLC折算每個(gè)折算每個(gè)I/OI/O點(diǎn)為點(diǎn)為20-3520-35美元，美元，大型大型PLCPLC

29、折算每個(gè)折算每個(gè)I/OI/O點(diǎn)為點(diǎn)為40-8040-80美元雖然美元雖然PLCPLC的軟件的軟件價(jià)格在系統(tǒng)中所占的比重在不斷提高，但由于縮短了價(jià)格在系統(tǒng)中所占的比重在不斷提高，但由于縮短了整個(gè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，編程和投運(yùn)費(fèi)用以及縮短了整整個(gè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，編程和投運(yùn)費(fèi)用以及縮短了整個(gè)投運(yùn)周期，因此，使用個(gè)投運(yùn)周期，因此，使用PLCPLC的總造價(jià)是低廉的，而且的總造價(jià)是低廉的，而且還呈不斷下降的趨勢還呈不斷下降的趨勢8/17/202224執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)過程或機(jī)械過程或機(jī)械傳感器傳感器HMI OP操作面板操作面板打印機(jī)打印機(jī)通信接口通信接口連接其它PLC連接其它PLC或或上位計(jì)算機(jī)上位計(jì)算機(jī)編程單

30、元編程單元鍵盤鍵盤顯示器顯示器外部存外部存儲(chǔ)單元儲(chǔ)單元中央處理單元中央處理單元CPUCPU外部設(shè)備接口外部設(shè)備接口輸出輸出接口接口輸入輸入接口接口為永久性連線為永久性連線為暫時(shí)性連線為暫時(shí)性連線為選擇性連線為選擇性連線圖2.1PLC及其外部設(shè)備聯(lián)系框圖圖2.1PLC及其外部設(shè)備聯(lián)系框圖8/17/202225 PLCPLC控制的對象是控制的對象是“過程過程”或或“機(jī)械機(jī)械”，由傳感器采集，由傳感器采集“過程過程”或或“機(jī)械機(jī)械”的信息，送入的信息，送入PLC的輸入單元，經(jīng)的輸入單元，經(jīng)PLC的中央處理單元處理，結(jié)果通過的中央處理單元處理，結(jié)果通過PLC的輸出單元驅(qū)的輸出單元驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)

31、構(gòu)控制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制“過程過程”或或“機(jī)械機(jī)械”達(dá)到達(dá)到預(yù)期的目的圖預(yù)期的目的圖2.12.1還表示了還表示了PLC的外部設(shè)備接口與外部的外部設(shè)備接口與外部設(shè)備之間的聯(lián)系主要的外部設(shè)備有編程器（編程器上設(shè)備之間的聯(lián)系主要的外部設(shè)備有編程器（編程器上配置有顯示單元），配置有顯示單元），HMI人機(jī)接口，并行打印機(jī)，其人機(jī)接口，并行打印機(jī)，其它它PLC或上位計(jì)算機(jī)或上位計(jì)算機(jī)從原理上講，從原理上講，PLC是計(jì)算機(jī)的一種，因此，它也由中央是計(jì)算機(jī)的一種，因此，它也由中央處理器，中央存儲(chǔ)器和接口三部分組成處理器，中央存儲(chǔ)器和接口三部分組成8/17/202226程序1程序1程序j程序j中央存儲(chǔ)器

32、中央存儲(chǔ)器輸入變量Ui輸入變量Ui輸出變量Yi輸出變量Yi中間變量Xi中間變量Xi監(jiān)控監(jiān)控指令計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)器 O.C.O.A.O.C.O.A.變址或基址變址或基址寄存器寄存器累加器累加器通用寄存器通用寄存器輸入接口輸入接口輸出接口輸出接口過程過程輸入輸出輸入輸出CPUCPU總線總線指令寄存器指令寄存器和和地址寄存器地址寄存器程序程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)操作數(shù)操作數(shù)當(dāng)前當(dāng)前指令指令（正在執(zhí)行）（正在執(zhí)行）圖2.2 PLC的CPU結(jié)構(gòu)框圖圖2.2 PLC的CPU結(jié)構(gòu)框圖中央處理器中央處理器8/17/202227中央處理單元的核心是中央處理器中央處理單元的核心是中央處理器中央處理器包含指令計(jì)數(shù)器，指令存儲(chǔ)器和

33、地址中央處理器包含指令計(jì)數(shù)器，指令存儲(chǔ)器和地址 寄存器，變址和基址寄存器，累加器和通用寄存寄存器，變址和基址寄存器，累加器和通用寄存器器除了中央處理器外，還有中央存儲(chǔ)器，中央存儲(chǔ)器除了中央處理器外，還有中央存儲(chǔ)器，中央存儲(chǔ)器劃分成數(shù)據(jù)，程序和監(jiān)控三部分?jǐn)?shù)據(jù)部分包含有劃分成數(shù)據(jù)，程序和監(jiān)控三部分?jǐn)?shù)據(jù)部分包含有輸入變量，中間變量和輸出變量的映像區(qū)監(jiān)控部輸入變量，中間變量和輸出變量的映像區(qū)監(jiān)控部分存放分存放PLC的監(jiān)控程序，用戶程序區(qū)存放若干個(gè)用的監(jiān)控程序，用戶程序區(qū)存放若干個(gè)用戶的應(yīng)用程序塊戶的應(yīng)用程序塊8/17/202228 PLC中的中的CPU是用來完成對某些不同類型的信息是用來完成對某些不同

34、類型的信息進(jìn)行操作的單元這些操作包括信息的轉(zhuǎn)移，信息進(jìn)行操作的單元這些操作包括信息的轉(zhuǎn)移，信息的轉(zhuǎn)換（碼的轉(zhuǎn)換，數(shù)字的轉(zhuǎn)換），計(jì)算，同步，的轉(zhuǎn)換（碼的轉(zhuǎn)換，數(shù)字的轉(zhuǎn)換），計(jì)算，同步，譯碼等譯碼等中央處理器中央處理器（Processor）是是CPU中的智能機(jī)構(gòu)（電中的智能機(jī)構(gòu)（電腦）它是用來控制程序指令的操作的，處理器本腦）它是用來控制程序指令的操作的，處理器本身由若干種寄存器組成寄存器是由邏輯電路組成身由若干種寄存器組成寄存器是由邏輯電路組成的高速半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（暫存器），它用來暫時(shí)存放的高速半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（暫存器），它用來暫時(shí)存放數(shù)據(jù)，外部信息或中間運(yùn)算結(jié)果和對它們進(jìn)行操作。數(shù)據(jù)，外部信息或中間

35、運(yùn)算結(jié)果和對它們進(jìn)行操作。8/17/2022291.1.內(nèi)部寄存器只能在計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行存取，允許內(nèi)部內(nèi)部寄存器只能在計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行存取，允許內(nèi)部的管理和控制操作的管理和控制操作程序計(jì)數(shù)器有時(shí)也稱做程序計(jì)數(shù)器有時(shí)也稱做“程序指針程序指針”，它始終包含有，它始終包含有當(dāng)前正在執(zhí)行指令的地址，在每一條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)，當(dāng)前正在執(zhí)行指令的地址，在每一條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)，指針的值將被修改，自動(dòng)地加指針的值將被修改，自動(dòng)地加1 1只有在執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令時(shí)只有在執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令時(shí)是例外指針將被放置新的下一條執(zhí)行指令的地址是例外指針將被放置新的下一條執(zhí)行指令的地址2.2.指令存儲(chǔ)器由指令存儲(chǔ)器由“程序指針程序指針”所指向

36、的中央存儲(chǔ)器中所指向的中央存儲(chǔ)器中的當(dāng)前指令的操作碼（的當(dāng)前指令的操作碼（Operation code），被送至指令寄），被送至指令寄存器經(jīng)過譯碼，在時(shí)鐘脈沖控制下，指令寄存器將執(zhí)存器經(jīng)過譯碼，在時(shí)鐘脈沖控制下，指令寄存器將執(zhí)行指令：從中央存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)移信息到通用寄存器或取相反行指令：從中央存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)移信息到通用寄存器或取相反過程對于執(zhí)行的是跳轉(zhuǎn)指令，如果命令是正向跳動(dòng)過程對于執(zhí)行的是跳轉(zhuǎn)指令，如果命令是正向跳動(dòng)n，則執(zhí)行指令的結(jié)果是強(qiáng)迫程序計(jì)數(shù)器增量加則執(zhí)行指令的結(jié)果是強(qiáng)迫程序計(jì)數(shù)器增量加n8/17/2022303.3.地址寄存器在指令寄存器取得操作碼地址寄存器在指令寄存器取得操作碼（OC）的同時(shí)

37、，地址寄存器取得同一指令的操）的同時(shí)，地址寄存器取得同一指令的操作數(shù)地址（作數(shù)地址（Operand address）在一般情況下，）在一般情況下，地址寄存器涉及的就是操作數(shù)的地址，但在轉(zhuǎn)地址寄存器涉及的就是操作數(shù)的地址，但在轉(zhuǎn)移指令的情況下，由它決定信息轉(zhuǎn)移的途移指令的情況下，由它決定信息轉(zhuǎn)移的途徑例如，在執(zhí)行向前跳動(dòng)徑例如，在執(zhí)行向前跳動(dòng)n n的指令時(shí)，地址的指令時(shí)，地址寄存器就包含數(shù)據(jù)值寄存器就包含數(shù)據(jù)值n n，執(zhí)行指令是將程序計(jì)，執(zhí)行指令是將程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容與地址寄存器的內(nèi)容相加，再送回?cái)?shù)器的內(nèi)容與地址寄存器的內(nèi)容相加，再送回程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器8/17/2022314.4.狀態(tài)寄存器狀

38、態(tài)寄存器是用來設(shè)置狀態(tài)位狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器是用來設(shè)置狀態(tài)位的某個(gè)狀態(tài)位決定于處理器對某一事件將予以考的某個(gè)狀態(tài)位決定于處理器對某一事件將予以考慮或不予考慮，例如，對中斷優(yōu)先權(quán)的禁止或屏慮或不予考慮，例如，對中斷優(yōu)先權(quán)的禁止或屏蔽蔽5.5.通用寄存器通用寄存器是用戶在編制應(yīng)用程序通用寄存器通用寄存器是用戶在編制應(yīng)用程序時(shí)可以使用的一組寄存器，它們中的某些是非常特時(shí)可以使用的一組寄存器，它們中的某些是非常特殊的，另一些則是一般的寄存器，它的數(shù)量和組織殊的，另一些則是一般的寄存器，它的數(shù)量和組織取決于取決于PLCPLC設(shè)計(jì)者的選擇設(shè)計(jì)者的選擇8/17/2022326.6.變址寄存器變址寄存器包含一

39、潛在的基地址，當(dāng)采用變址寄存器變址寄存器包含一潛在的基地址，當(dāng)采用變址尋址方式時(shí)，是將預(yù)先存放在變址寄存器中的絕對基地變址尋址方式時(shí)，是將預(yù)先存放在變址寄存器中的絕對基地址，與地址寄存器中存放的操作數(shù)地址（址，與地址寄存器中存放的操作數(shù)地址（OA）部分相加，）部分相加，得到指令中所要存取信息的地址這樣一種技術(shù)可以擴(kuò)展尋得到指令中所要存取信息的地址這樣一種技術(shù)可以擴(kuò)展尋址的范圍與地址寄存器有限的地址長度相比可擴(kuò)展至更大址的范圍與地址寄存器有限的地址長度相比可擴(kuò)展至更大的范圍，但執(zhí)行指令時(shí)間較長的范圍，但執(zhí)行指令時(shí)間較長7.7.累加器寄存器它是用來執(zhí)行累加器寄存器它是用來執(zhí)行CPU的指令的，對的指

40、令的，對PLC來來說，這些指令典型的有按位執(zhí)行和按字執(zhí)行對某說，這些指令典型的有按位執(zhí)行和按字執(zhí)行對某些些PLC類型，只有單一的累加器，位是作為字的一類型，只有單一的累加器，位是作為字的一個(gè)位來處理的，對另一些個(gè)位來處理的，對另一些PLC系統(tǒng)，邏輯運(yùn)算和數(shù)字運(yùn)算是系統(tǒng)，邏輯運(yùn)算和數(shù)字運(yùn)算是分開在不同的累加器進(jìn)行的分開在不同的累加器進(jìn)行的8/17/202233PLC的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)處理處理PLC系統(tǒng)信息的存儲(chǔ)器通常分為兩大部分：中系統(tǒng)信息的存儲(chǔ)器通常分為兩大部分：中央存儲(chǔ)器和大容量存儲(chǔ)器（硬盤，軟磁盤，磁帶，央存儲(chǔ)器和大容量存儲(chǔ)器（硬盤，軟磁盤，磁帶，F(xiàn)lash memory等）大容量存

41、儲(chǔ)器一般作為等）大容量存儲(chǔ)器一般作為PLC的外部設(shè)備中央存儲(chǔ)器有很高的存取速度，但由的外部設(shè)備中央存儲(chǔ)器有很高的存取速度，但由于價(jià)格較昂貴，限制了它的使用容量；大容量存儲(chǔ)于價(jià)格較昂貴，限制了它的使用容量；大容量存儲(chǔ)器雖然存取速度較慢，但由于價(jià)格相對便宜，適于器雖然存取速度較慢，但由于價(jià)格相對便宜，適于儲(chǔ)存大容量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存大容量數(shù)據(jù)中央存儲(chǔ)器在中央存儲(chǔ)器在PLC的的內(nèi)部，一般由三部分組成由內(nèi)部，一般由三部分組成由于對存取速度有要求，所以都采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，于對存取速度有要求，所以都采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，常用的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器有靜態(tài)常用的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器有靜態(tài)RAM，EPROM和和E2PROM8/17/2022

42、34PLC的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)1.1.中央存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)部分主要用作輸入變量，輸出變量，中央存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)部分主要用作輸入變量，輸出變量，中間變量的映像區(qū)，因?yàn)樵谥虚g變量的映像區(qū)，因?yàn)樵赑LCPLC的運(yùn)行過程中，這部分變量的運(yùn)行過程中，這部分變量是不斷變化的，所以都是采用隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（一般為靜態(tài)是不斷變化的，所以都是采用隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（一般為靜態(tài)RAMRAM）構(gòu)成的）構(gòu)成的2.2.監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)，是監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)，是PLC設(shè)計(jì)者為了給用戶使用設(shè)計(jì)者為了給用戶使用PLC提供方便，其功能是對提供方便，其功能是對PLC及其外設(shè)進(jìn)行資源管理，同時(shí)使及其外設(shè)進(jìn)行資源管理，同時(shí)使PLC的用戶編制

43、應(yīng)用程序時(shí)，可以使用級別較高的語言（例的用戶編制應(yīng)用程序時(shí)，可以使用級別較高的語言（例如，語句表，梯形圖或如，語句表，梯形圖或SFC控制圖形語言等）一般監(jiān)控程控制圖形語言等）一般監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)都是駐留在中央存儲(chǔ)器中的，例如，固化在中序或操作系統(tǒng)都是駐留在中央存儲(chǔ)器中的，例如，固化在中央存儲(chǔ)器的央存儲(chǔ)器的EPROM上，有一些上，有一些PLC使用較大的操作系統(tǒng)，使用較大的操作系統(tǒng)，則除了駐留在中央存儲(chǔ)器上的軟件外，還有一部分軟件放在則除了駐留在中央存儲(chǔ)器上的軟件外，還有一部分軟件放在外設(shè)的大容量存儲(chǔ)器中外設(shè)的大容量存儲(chǔ)器中8/17/202235PLC的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)3.3.中央存儲(chǔ)器中

44、的用戶應(yīng)用軟件是用戶針對不同的中央存儲(chǔ)器中的用戶應(yīng)用軟件是用戶針對不同的控制任務(wù)，用控制任務(wù)，用PLC編程語言編制的應(yīng)用程序，放置編程語言編制的應(yīng)用程序，放置在中央存儲(chǔ)器的用戶存儲(chǔ)器區(qū)有些用戶存儲(chǔ)區(qū)可在中央存儲(chǔ)器的用戶存儲(chǔ)器區(qū)有些用戶存儲(chǔ)區(qū)可以放置若干個(gè)應(yīng)用程序塊由于應(yīng)用程序在調(diào)試過以放置若干個(gè)應(yīng)用程序塊由于應(yīng)用程序在調(diào)試過程中要不斷修改，又希望在掉電或正常關(guān)機(jī)時(shí)，這程中要不斷修改，又希望在掉電或正常關(guān)機(jī)時(shí)，這部分程序不會(huì)丟失，因此，在中央存儲(chǔ)器中常用帶部分程序不會(huì)丟失，因此，在中央存儲(chǔ)器中常用帶后備電池的后備電池的CMOSRAM作用戶存儲(chǔ)器區(qū)也可以用作用戶存儲(chǔ)器區(qū)也可以用E2PROM存放應(yīng)用

45、程序如果應(yīng)用程序經(jīng)調(diào)試后，存放應(yīng)用程序如果應(yīng)用程序經(jīng)調(diào)試后，不再需要改變，這部分程序可以固化在不再需要改變，這部分程序可以固化在EPROM中中8/17/202236PLC 的尋址方式的尋址方式在在CPU與中央存儲(chǔ)器交換信息的過程中，很重要的一點(diǎn)是存與中央存儲(chǔ)器交換信息的過程中，很重要的一點(diǎn)是存儲(chǔ)器的尋址，發(fā)展尋址技術(shù)的目的是在鍵入數(shù)據(jù)時(shí)增加靈活性，儲(chǔ)器的尋址，發(fā)展尋址技術(shù)的目的是在鍵入數(shù)據(jù)時(shí)增加靈活性，使更為安全和得到更大地址范圍使更為安全和得到更大地址范圍PLC系統(tǒng)中使用的尋址方式系統(tǒng)中使用的尋址方式有以下幾種：有以下幾種：1.1.立即數(shù)尋址：這種尋址方式的操作數(shù)直接放置在指令的地址立即數(shù)尋

46、址：這種尋址方式的操作數(shù)直接放置在指令的地址場中這種尋址方法，對簡單的計(jì)算，例如，計(jì)算用戶程序的場中這種尋址方法，對簡單的計(jì)算，例如，計(jì)算用戶程序的地址是很方便的地址是很方便的2.2.相對尋址：在指令的地址場中包含的是正的或負(fù)的整數(shù)，用相對尋址：在指令的地址場中包含的是正的或負(fù)的整數(shù)，用它與現(xiàn)行地址（例如，程序計(jì)數(shù)器的值）代數(shù)相加，得到指令它與現(xiàn)行地址（例如，程序計(jì)數(shù)器的值）代數(shù)相加，得到指令的操作數(shù)的有效地址這種尋址方式在執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令，條件轉(zhuǎn)的操作數(shù)的有效地址這種尋址方式在執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令，條件轉(zhuǎn)移指令或循環(huán)指令（移指令或循環(huán)指令（LOOP）時(shí)是非常有用的）時(shí)是非常有用的8/17/202237P

47、LC 的尋址方式的尋址方式3.3.間接尋址：這種尋址方式的指令的地址場包含的間接尋址：這種尋址方式的指令的地址場包含的是操作數(shù)所在單元的地址（即指令的操作數(shù)有效地是操作數(shù)所在單元的地址（即指令的操作數(shù)有效地址的地址），用這種尋址方式，可以擴(kuò)展可尋址存址的地址），用這種尋址方式，可以擴(kuò)展可尋址存儲(chǔ)器的范圍儲(chǔ)器的范圍4.4.變址或基址尋址：在變址寄存器或通用寄存器中，變址或基址尋址：在變址寄存器或通用寄存器中，預(yù)先放置一基地址，將此與指令操作數(shù)地址場的內(nèi)預(yù)先放置一基地址，將此與指令操作數(shù)地址場的內(nèi)容（偏移量）代數(shù)相加得到指令操作數(shù)的有效地容（偏移量）代數(shù)相加得到指令操作數(shù)的有效地址址5.5.組合尋

48、址：上面所提到的某些尋址方式可組合起組合尋址：上面所提到的某些尋址方式可組合起來形成新的尋址方式，例如，相對變址尋址等來形成新的尋址方式，例如，相對變址尋址等8/17/202238與尋址方法有關(guān)的指令的結(jié)構(gòu)與尋址方法有關(guān)的指令的結(jié)構(gòu) 操作碼O C操作碼O C操作數(shù)操作數(shù)類型類型尋址尋址方式方式操作數(shù)地址場操作數(shù)地址場0123456789101112131415圖2.3 與PLC的尋址方式有關(guān)的指令結(jié)構(gòu)圖2.3 與PLC的尋址方式有關(guān)的指令結(jié)構(gòu)8/17/202239PLCPLC中的中的堆棧堆棧 在中央存儲(chǔ)器中，還有一種特殊的應(yīng)用區(qū)，稱為在中央存儲(chǔ)器中，還有一種特殊的應(yīng)用區(qū)，稱為“堆棧堆棧”“堆棧

49、堆棧”是中央存儲(chǔ)器中的一個(gè)特殊是中央存儲(chǔ)器中的一個(gè)特殊區(qū)域，用來存放程序執(zhí)行過程中的結(jié)果或者在子區(qū)域，用來存放程序執(zhí)行過程中的結(jié)果或者在子程序調(diào)用過程中用來保護(hù)程序調(diào)用過程中用來保護(hù)“現(xiàn)場現(xiàn)場”信息，以便子信息，以便子程序結(jié)束時(shí)能正確地返回在程序結(jié)束時(shí)能正確地返回在PLC中使用的中使用的“堆堆棧?！敝饕袃煞N形式：一種稱后進(jìn)先出堆棧主要有兩種形式：一種稱后進(jìn)先出堆棧（LIFOlast in first out）,另一種稱先進(jìn)先出堆另一種稱先進(jìn)先出堆棧棧（FIFOFirst in first out）圖）圖2.42.4表示了這兩種表示了這兩種 “堆棧堆?！痹谶M(jìn)行棧操作時(shí)的數(shù)據(jù)位置在進(jìn)行棧操作時(shí)的

50、數(shù)據(jù)位置8/17/202240PLCPLC中的堆棧結(jié)構(gòu)中的堆棧結(jié)構(gòu)bacx占有空間占有空間自由空間自由空間壓棧前壓棧前壓棧指令壓棧指令（push指令）（push指令）出棧指令出棧指令（pop指令）（pop指令）bac出棧后出棧后bac壓棧后壓棧后x.A)LIFO 堆棧操作堆棧操作8/17/202241PLCPLC中的堆棧結(jié)構(gòu)中的堆棧結(jié)構(gòu)bacx占有空間占有空間自由空間自由空間壓棧前壓棧前壓棧指令壓棧指令（push指令）（push指令）出棧指令出棧指令（pop指令）（pop指令）ba出棧后出棧后bac壓棧后壓棧后x.xB)FIFO 堆棧操作堆棧操作8/17/202242PLC I/OPLC I/

51、O擴(kuò)展結(jié)構(gòu)擴(kuò)展結(jié)構(gòu) 1.1.整體形非總線結(jié)構(gòu)整體形非總線結(jié)構(gòu):8080年代，年代，PLCPLC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)多為組件式，由多為組件式，由CPUCPU，I/OI/O及備用模塊等組合而及備用模塊等組合而成現(xiàn)在的小型，微型成現(xiàn)在的小型，微型PLCPLC結(jié)構(gòu)則趨向于將結(jié)構(gòu)則趨向于將CPUCPU，存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器與I/OI/O做成一體形結(jié)構(gòu)，整體做成平板做成一體形結(jié)構(gòu)，整體做成平板薄形，以追求低價(jià)格和便于安裝這種結(jié)構(gòu)的薄形，以追求低價(jià)格和便于安裝這種結(jié)構(gòu)的PLCPLC往往采用非總線結(jié)構(gòu)，追求低價(jià)格和小型往往采用非總線結(jié)構(gòu)，追求低價(jià)格和小型化，其安裝方法也與過去不同，大多安裝到配化，其安裝方法也與過去不同，大

52、多安裝到配電盤或機(jī)械之中，有的不用外殼，作成插件，電盤或機(jī)械之中，有的不用外殼，作成插件，以降低售價(jià)以降低售價(jià)8/17/202243PLC I/OPLC I/O擴(kuò)展結(jié)構(gòu)擴(kuò)展結(jié)構(gòu) 2.2.總線形結(jié)構(gòu)大，中型以及一部分小型總線形結(jié)構(gòu)大，中型以及一部分小型PLCPLC通常采用總線形方式，可視用戶要求進(jìn)行組合通常采用總線形方式，可視用戶要求進(jìn)行組合以滿足不同要求，見圖以滿足不同要求，見圖2.52.5這種總線結(jié)構(gòu)有多這種總線結(jié)構(gòu)有多種形式，有采用微機(jī)總線，例如種形式，有采用微機(jī)總線，例如VMEVME總線，總線，PCPC總線，或開發(fā)商的專用總線，例如總線，或開發(fā)商的專用總線，例如SiemensSiemen

53、s公公司的司的S5S5總線等，總線等，PLCPLC的的I/OI/O總線擴(kuò)展可以有多種總線擴(kuò)展可以有多種結(jié)構(gòu)方式，主要采用：結(jié)構(gòu)方式，主要采用：并行本地總線并行本地總線串行遠(yuǎn)程通信連接串行遠(yuǎn)程通信連接8/17/202244 并行本地總線的并行本地總線的PLCPLC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)電源電源PS 307CPUIM360360CP通信通信摸板摸板FM功能功能摸板摸板FM功能功能摸板摸板FM功能功能摸板摸板SMI/OI/O摸板摸板SMI/OI/O摸板摸板SMI/OI/O摸板摸板SMI/OI/O摸板摸板電源電源PS 307IM361361SMI/OI/O摸板摸板FM功能功能摸板摸板FM功能功能摸板摸板FM功能功能

54、摸板摸板FM功能功能摸板摸板SMI/OI/O摸板摸板SMI/OI/O摸板摸板SMI/OI/O摸板摸板電源電源PS 307IM361361SMI/OI/O摸板摸板FM功能功能摸板摸板FM功能功能摸板摸板FM功能功能摸板摸板FM功能功能摸板摸板SMI/OI/O摸板摸板SMI/OI/O摸板摸板SMI/OI/O摸板摸板8/17/202245 串型遠(yuǎn)程通信結(jié)構(gòu)的串型遠(yuǎn)程通信結(jié)構(gòu)的PLCPLC8/17/202246PLC PLC 的的I/OI/O模板模板 中央處理器和中央存儲(chǔ)器通過總線與輸入輸出（中央處理器和中央存儲(chǔ)器通過總線與輸入輸出（I/OI/O）交換信息交換信息PLCPLC以輸入輸出接口從被控過程采

55、集信息和以輸入輸出接口從被控過程采集信息和用來控制被控過程因此用來控制被控過程因此I/OI/O在在PLCPLC中起重要作用工業(yè)中起重要作用工業(yè)控制機(jī)通常使用在比較惡劣，苛刻的現(xiàn)場環(huán)境，這就對控制機(jī)通常使用在比較惡劣，苛刻的現(xiàn)場環(huán)境，這就對I/OI/O提出比較高的要求提出比較高的要求盡管盡管I/OI/O摸板的電路并不十分復(fù)摸板的電路并不十分復(fù)雜，但雜，但PLCPLC用的用的I/OI/O，工藝都十分考究，對于抑制工業(yè)環(huán)，工藝都十分考究，對于抑制工業(yè)環(huán)境帶來的干擾都采取了許多有效措施境帶來的干擾都采取了許多有效措施(要符合要符合EMCEMC 電磁兼電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)容性標(biāo)準(zhǔn))此外，為了用戶接線和檢查的方

56、便，所有此外，為了用戶接線和檢查的方便，所有I/OI/O摸板都帶有端子或方便可靠的接插座，以及標(biāo)志狀態(tài)摸板都帶有端子或方便可靠的接插座，以及標(biāo)志狀態(tài)的指示燈的指示燈 8/17/202247本節(jié)用一個(gè)最簡單的本節(jié)用一個(gè)最簡單的PLCPLC來說明其工作原理設(shè)有一來說明其工作原理設(shè)有一臺(tái)臺(tái)PLCPLC（型號為（型號為LEMLEM）,它有它有6 6種基本指令，指令見表種基本指令，指令見表2.42.4。表。表2.42.4 LEM PLC 的的6 6種指令：種指令：8/17/2022488/17/202249 從指令格式中可以看出指令的地址場包含從指令格式中可以看出指令的地址場包含9 9位位2 2進(jìn)制數(shù)，

57、允許進(jìn)制數(shù)，允許尋址尋址2 29 9=512=512位在位在LEMLEMPLCPLC中設(shè)置中設(shè)置128128位輸入變量位輸入變量UiUi和和128128位輸出變量位輸出變量YjYj，剩下，剩下256256位保留作為中間變量位保留作為中間變量XkXk因此因此LEMLEM的的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（便箋式存儲(chǔ)器）具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（便箋式存儲(chǔ)器）具有512512位，以位，以8 8進(jìn)制表示時(shí)，進(jìn)制表示時(shí)，地址為地址為0(0(O O)至至777(777(O O)圖圖2.122.12表示了表示了LEMLEM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組態(tài)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組態(tài) 8/17/202250 LEM LEM的中央處理器包含一個(gè)程序計(jì)數(shù)器（的中央處理

58、器包含一個(gè)程序計(jì)數(shù)器（P P）或稱指令指針）或稱指令指針（1010位寄存器），一個(gè)位寄存器），一個(gè)1313位指令寄存器（位指令寄存器（I I）和一個(gè)邏輯累加）和一個(gè)邏輯累加器器(A),(A),最后還有一個(gè)最后還有一個(gè)4 4位后進(jìn)先出的堆棧位后進(jìn)先出的堆棧LIFDLIFD圖圖2.132.13表示執(zhí)表示執(zhí)行指令的過程指令指針執(zhí)行完當(dāng)前指令后把指針數(shù)加行指令的過程指令指針執(zhí)行完當(dāng)前指令后把指針數(shù)加1 1，指，指向下一條將執(zhí)行的指令現(xiàn)在指令指針中的內(nèi)容為向下一條將執(zhí)行的指令現(xiàn)在指令指針中的內(nèi)容為1000(1000(O O)（2 2進(jìn)制碼為進(jìn)制碼為001 000 000 000001 000 000 0

59、00）,在程序存儲(chǔ)器（用戶存在程序存儲(chǔ)器（用戶存儲(chǔ)區(qū)）中地址為儲(chǔ)區(qū)）中地址為1000(1000(O O)單元處放置有指令單元處放置有指令I(lǐng)FU3IFU3，中央處理，中央處理器將這條指令取入指令寄存器（器將這條指令取入指令寄存器（I I）,這時(shí)這時(shí)(I)(I)寄存器的內(nèi)容為：寄存器的內(nèi)容為：8/17/2022518/17/202252 其地址場的內(nèi)容為其地址場的內(nèi)容為000 000 011000 000 011轉(zhuǎn)入地址寄存器轉(zhuǎn)入地址寄存器（S S），并取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器第），并取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器第3 3單元（輸入變量單元（輸入變量U3U3）的）的內(nèi)容送至累加器（內(nèi)容送至累加器（A A）這一過程是中央處理器根

60、據(jù)）這一過程是中央處理器根據(jù)指令中的操作碼指令中的操作碼00010001，經(jīng)譯碼器譯碼后在時(shí)鐘的控，經(jīng)譯碼器譯碼后在時(shí)鐘的控制下進(jìn)行的以上僅僅是執(zhí)行一條指令的過程制下進(jìn)行的以上僅僅是執(zhí)行一條指令的過程 下面說明下面說明PLCPLC怎樣使用怎樣使用LIFOLIFO堆棧來完成一個(gè)梯形圖堆棧來完成一個(gè)梯形圖的梯節(jié)或一個(gè)布爾代數(shù)方程的表達(dá)式：的梯節(jié)或一個(gè)布爾代數(shù)方程的表達(dá)式：8/17/202253 將上述邏輯方程或梯節(jié)寫成將上述邏輯方程或梯節(jié)寫成LEM PLCLEM PLC能執(zhí)行的程序，其程序表見表能執(zhí)行的程序，其程序表見表2.52.5。8/17/2022548/17/2022558/17/20225

61、6輸入變量，中間變量和輸出變量在數(shù)據(jù)儲(chǔ)器中的位置如輸入變量，中間變量和輸出變量在數(shù)據(jù)儲(chǔ)器中的位置如表表2.82.8所示。所示。上面說明了上面說明了PLCPLC執(zhí)行一條指令或一個(gè)邏輯方程（用梯形圖執(zhí)行一條指令或一個(gè)邏輯方程（用梯形圖表示時(shí)是一個(gè)梯節(jié)）的過程表示時(shí)是一個(gè)梯節(jié)）的過程 8/17/202257PLCPLC與普通辦公用計(jì)算機(jī)有一個(gè)很大的不同點(diǎn)，就是與普通辦公用計(jì)算機(jī)有一個(gè)很大的不同點(diǎn)，就是PLCPLC的程序是自動(dòng)循環(huán)執(zhí)行的，而普通計(jì)算機(jī)是按照命令執(zhí)的程序是自動(dòng)循環(huán)執(zhí)行的，而普通計(jì)算機(jī)是按照命令執(zhí)行程序，程序結(jié)束后等待新的命令后一種工作方式稱行程序，程序結(jié)束后等待新的命令后一種工作方式稱異

62、步工作方式因此，對異步工作方式因此，對PLCPLC說來循環(huán)是一個(gè)十分重要的說來循環(huán)是一個(gè)十分重要的概念大部分概念大部分PLCPLC采用這樣的循環(huán)方式，程序一開始，掃采用這樣的循環(huán)方式，程序一開始，掃描和采集輸入摸板上各輸入變量的數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)移到中描和采集輸入摸板上各輸入變量的數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)移到中央存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)區(qū)（有時(shí)稱為便箋式存儲(chǔ)器或輸入映像央存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)區(qū)（有時(shí)稱為便箋式存儲(chǔ)器或輸入映像區(qū)），接著執(zhí)行用戶的應(yīng)用程序，把邏輯運(yùn)算的結(jié)果送區(qū)），接著執(zhí)行用戶的應(yīng)用程序，把邏輯運(yùn)算的結(jié)果送到便箋式存儲(chǔ)器的輸出映像區(qū)，最后將輸出映像區(qū)的值到便箋式存儲(chǔ)器的輸出映像區(qū)，最后將輸出映像區(qū)的值送到輸出摸板去控制

63、具體的物理過程在處理完輸出轉(zhuǎn)送到輸出摸板去控制具體的物理過程在處理完輸出轉(zhuǎn)移后，要進(jìn)行通信程序處理，來完成編程命令或監(jiān)視命移后，要進(jìn)行通信程序處理，來完成編程命令或監(jiān)視命令然后又回到循環(huán)的起始點(diǎn)，掃描和采集輸入摸板令然后又回到循環(huán)的起始點(diǎn)，掃描和采集輸入摸板 8/17/202258下面以一個(gè)邏輯控制器為例，進(jìn)一步說明循環(huán)的概念，該控下面以一個(gè)邏輯控制器為例，進(jìn)一步說明循環(huán)的概念，該控制器的配置如下：制器的配置如下：1616塊輸入摸板，每塊摸板塊輸入摸板，每塊摸板1616個(gè)輸入點(diǎn)，總共個(gè)輸入點(diǎn)，總共256256個(gè)輸入點(diǎn)個(gè)輸入點(diǎn)1616塊輸出摸板，每塊摸板塊輸出摸板，每塊摸板1616個(gè)輸出點(diǎn)，總共

64、個(gè)輸出點(diǎn)，總共256256個(gè)輸出點(diǎn)個(gè)輸出點(diǎn)程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器4KB4KB一塊輸入板或輸出板的存取時(shí)間為一塊輸入板或輸出板的存取時(shí)間為2929 s s，執(zhí)行，執(zhí)行1K1K字程序指令字程序指令的時(shí)間為的時(shí)間為1.85ms1.85ms這樣，整個(gè)的循環(huán)時(shí)間是這樣，整個(gè)的循環(huán)時(shí)間是8.3ms8.3ms它是由兩它是由兩個(gè)部分組成的：一部分的輸入輸出循環(huán)時(shí)間為個(gè)部分組成的：一部分的輸入輸出循環(huán)時(shí)間為32X2932X29928928 s=0.928mss=0.928ms；另一部分的執(zhí)行程序存儲(chǔ)器用戶程序的時(shí)間，；另一部分的執(zhí)行程序存儲(chǔ)器用戶程序的時(shí)間，最長為最長為4X1.85=7.4ms4X1.85=7.4

65、ms圖圖2.152.15為為PLCPLC循環(huán)舉例圖循環(huán)舉例圖2.162.16表示了表示了摸板之間信息交換的過程。圖摸板之間信息交換的過程。圖2.172.17表示了循環(huán)的控制信號定表示了循環(huán)的控制信號定時(shí)圖。時(shí)圖。8/17/2022598/17/2022608/17/2022618/17/202262圖圖2.172.17上的各種信號說明如下：上的各種信號說明如下：S1S1：輸入輸出信號的有效周期。：輸入輸出信號的有效周期。B1B1：輸入輸出地址總線信號。：輸入輸出地址總線信號。S2S2：來自輸入摸板的應(yīng)答信號。：來自輸入摸板的應(yīng)答信號。B2B2：轉(zhuǎn)移輸入狀態(tài)到便箋式存儲(chǔ)器（輸入輸出映像）的總：轉(zhuǎn)

66、移輸入狀態(tài)到便箋式存儲(chǔ)器（輸入輸出映像）的總 線信號。線信號。B3B3：從便箋式存儲(chǔ)器中輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)移到緩沖存儲(chǔ)器的總線信：從便箋式存儲(chǔ)器中輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)移到緩沖存儲(chǔ)器的總線信 號緩沖存儲(chǔ)器能保證即使在輸出板的電源發(fā)生故障的號緩沖存儲(chǔ)器能保證即使在輸出板的電源發(fā)生故障的 情況下，也能保持住應(yīng)輸出的信息。情況下，也能保持住應(yīng)輸出的信息。8/17/202263S3S3：來自中央處理單元允許轉(zhuǎn)移到輸出摸板的時(shí)鐘信號。：來自中央處理單元允許轉(zhuǎn)移到輸出摸板的時(shí)鐘信號。S5S5：邏輯處理信號。：邏輯處理信號。B4B4：程序存儲(chǔ)器地址總線信號。：程序存儲(chǔ)器地址總線信號。S6S6：開始執(zhí)行指令周期的信號。：開始執(zhí)行指令周期的信號。B5B5：指令的總線信號。：指令的總線信號。有三種基本因素會(huì)影響到有三種基本因素會(huì)影響到PLCPLC的循環(huán)結(jié)構(gòu)，它們是：的循環(huán)結(jié)構(gòu)，它們是：輸入輸出采集戰(zhàn)略。輸入輸出采集戰(zhàn)略。跳轉(zhuǎn)指令的應(yīng)用。跳轉(zhuǎn)指令的應(yīng)用。有可能存在數(shù)值計(jì)算。有可能存在數(shù)值計(jì)算。8/17/202264 還有一種更復(fù)雜的情況，就是多處理器結(jié)構(gòu)的還有一種更復(fù)雜的情況，就是多處理器結(jié)構(gòu)的PLCPLC，在循環(huán)過程中要分配