系统总线
通信单元
智能I/O单元
输出单元 输入单元
CPU 单元
…
…
PLC或 上位计算机
控制系统现场过程
编程器
20
1. CPU单元
CPU指挥PLC完成各种预定的功能
★ 输入并存储用户程序、显示输入内容和地址； ★ 检查、校验用户程序，发现错误即报警； ★ 执行用户程序、驱动外部输出设备动作； ★ 诊断故障、记忆故障信息并报警。
对整体式PLC： 主机通过I/O扩展接口与智能单元连接
43
44
PLC的编程语言
梯形图 逻辑功能图
语句表 逻辑方程式
45
1. 梯形图编程语言
梯形图编程语言是一种图形语言
两种梯形图的继电器符号图对照
物理继电器 PLC继电器 线圈
触 常开 点 常闭
46
2. 两种控制的梯形图比较
继电器 控制
PLC控制
00002 00001 00002 01000
④ I/O刷新阶段。
01000
读输入点的状态并写入输入映像寄存器。
母线
将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。
⑤ 外设端口服务。
访问外设端口连接的外部设备。
54
2. PLC执行用户程序的过程
00000 00001 01000
用 户 输 入 设 备
…
编程器 盒式磁带机
打印机 EPROM写入器
上位计算机 PLC
可编程终端PT
35
7. 编程工具
编程器是对PLC进行操作的工具
专用编程器
简易编程器 图形编程器
直插式、便携式
计算机辅助编程
在装有专用编程软件的计算机上编程
36
运行位
显示屏
编程器 主机
工作方式 选择开关
监控位
编程位
37
指令键 编辑键
数字键
PLC的产生与发展 PLC的主要特点 PLC的基本组成
PLC的编程语言 PLC的工作方式 PLC的性能指标
1
2
PLC是一种数字运算操作 的电子系统，专为工业环境下 应用而设计的工业控制装置。
3
PLC 的 产生与发展
第一代：从第一台PLC诞生到上个世纪70年代初。
● CPU使用中小规模集成电路，采用磁芯存储器。 ● 功能简单（只有计数/定时功能）。 ● 可靠性较差，略强于继电器控制。 ● 机种单一，没形成系列。
6
PLC及其控制系统的发展趋势
PLC的性能
对小型PLC 向着体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉的方 向发展。使之更利于取代继电器控制。
对大中型PLC 向着更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠 性、易于连络通信的方向发展。使之更利于对大规模、 复杂系统的控制。
7
PLC控制系统的性能
★ I/O模块将直接安装在现场，CPU与现场I/O通过数 据通信实现控制，使系统控制更有效、可靠性更高； ★ 随着硬件冗余技术的应用，各种单元、甚至整个系 统都可应用冗余技术，使系统具有更高的可靠性；
SB2闭合
00001 断开
00000 00000
SB2
00001 00001
Q
FU KM KH
SB1 00000 SB2 00001 ST 00002
COM
01000
PLC
COM
KM
~ KM通断电
M
3~
线圈断电 接点断开
01000
00000 00001 00002
KM
01000
01000
ST
00002 00002
输 入 端 子
输 入 电 路
输读 入读 映 像 寄 01000 存 器
写元
读
件 映
输 出
01001
像锁 寄存
存 写器
器
输输 出出
用 户 输
电端 出
路子 设
备
I/O刷新
执行用户程序
I/O刷新
55
3. PLC控制的原理
等效电路图
KM
Q
SB1 00000 01000
FU KM
SB2 00001 PLC
KH ST 00002 COM ~
00000 00001 01000 01000
LD OR AND NOT OUT
00000 01000 00001 01000
梯形图程序
语句表程序
50
51
一、 PLC 采用循环扫描工作方式
扫描工作分为 5 个阶段
公共处理阶段 程序执行阶段 扫描周期计算阶段 I/O 刷 新 阶 段 外设端口处理 阶段
29
5. I/O扩展端口
C28P I/O扩展端口
30
I/O扩展端口
CPM1A的外设端口和I/O扩展端口
31
I/O扩展端口可以连接的设备举例
I/O扩展单元
A/D转换单元
32
连接电缆
主机
I/O扩展器
CPM1A主机与I/O扩展器的连接
33
I/O扩展端口连接扩展器的示意图
34
6. 外设端口
外设端口
第二代： 70年代初至70年代末。
● CPU使用微处理器，采用半导体存储器EPROM。 ● 功能增强（增加逻辑/数据运算、数据处理、自诊断等功能）。 ● 有了计算机接口和模拟量控制功能。 ● 可靠性提高。 ● 整机功能向系列化、标准化发展，并由专用向通用方向过渡。
4
第三代：70年代末到80年代中期。 ● CPU使用8或16位微处理器甚至多微处理器，采用半 导体存储器EPROM、CMOSRAM等。 ● 增加浮点数运算，平方、三角函数等运算。 ● 增加查表、列表功能。 ● 自诊断及容错技术提高。 ● 梯形图语言及语句表成熟。 ● 小型PLC体积减小、可靠性提高、成本下降。 ● 大型PLC向模块化、多功能方向发展。
COM
M 3~
主电 00000
00000 00001 00002 01000
01000
KM
SB2
00001 00001
01000
ST
公共端
00002 00002
≈
COM
PLC
~
COM
公共端
输入部分
用户程序
输出部分
56
触点闭合 电动机转
SB1闭合
00000 闭合
00000 00000
18
整体式 PLC的基本组成框图
主机
电源
输 入 设 备
输
输
入 单
CPU
出 单
元
元
输 出 设 备
编程器
盒式磁带机 打印机
EPROM写入器 上位计算机
PLC 可编程终端PT
外
存储器
I/O 扩
设 接 口
系统程序 用户程序 展 存储器 存储器 口
I/O扩展 单元
特殊功 能单元
…
19
组合式 PLC的基本组成框图
★ 进一步应用计算机的信息处理技术、网络通信技术 和图形显示技术，使系统的产生控制功能与信息管理 功能一体化。
8
9
1. 通用性和灵活性强； 2. 抗干扰能力强，可靠性高； 3. 编程语言简单易学； 4. 与外部设备的连线简单、使用方便； 5. 功能强、功能的扩展能力强； 6. 控制系统设计、调试周期短； 7. 体积小、重量轻、易于机电一体化； 8. PLC控制系统的故障少、维修方便。
52
I/O、内部辅助、特殊辅助、 辅助记忆继电器区域清零 定时器预置 识别扩展单元
异异常常
设置各异常继电器
异常报警 异常：(ERR/ALM)LED灯亮 警告：(ERR/ALM)LED闪烁
异异常常或处警理告？ 警告
异常
接通接通电电源源
初始初化始化
硬硬件件、检用检户查程查序内存
检正查常结果？正常？
正常
输入点
S
R1
C
R2
COM
公共端
LED
+5V
T
内
→ →
部
A 滤波 电
路
R3
输入点的 状态显示
光电耦合
24
交流输入电路
外部开关
S
输入点
LED R1
～
R2
C
COM
输入点的 状态显示
+5V
T
内
→ →
部
A 滤波 电
R3
路
光电耦合
25
晶体管输出电路
输出点的 状态显示
光电耦合
输出点
内 部 电 LED 路
+5V T1
清除键
38
工作方式 选择开关
显示屏
39
CPM1A主机与编程器的连接 40
CPM1A主机与编程器的连接
41
专用电缆 PLC
计算机
编程 软件
PLC
计算机
通 信 RS-232电缆 适配器
编程 软件
42
8. 智能单元 智能单元本身是一个独立的系统
它们有自己的： CPU、系统程序、存储器、与外界相连的接口 对组合式PLC： 智能单元是PLC系统的一个模块 与CPU单元通过系统总线相连接 在CPU单元的协调管理下独立地进行工作
≈
COM
触点断开
PLC
~
COM
58
4. PLC执行用户程序的特点
① 按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序
② 执行程序时所需数据取自于：
输入映像寄存器
元件映像寄存器
③ 输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据
输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变
元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写