第1讲-可编程序控制器原理优秀PPT.ppt

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1、1.1 可编程序限制器简介可编程序限制器简介 可编程序限制器(又称可编程限制器)是以自动限制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业限制装置，目前已被广泛应用于各个领域。由于早期的可编程序限制器只能进行计数、定时以及对开关量的逻辑限制，因此，它被称为可编程序逻辑限制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC。后来，可编程序限制器接受微处理器作为其限制核心，它的功能已经远远超出逻辑限制的范畴，于是人们又将其称为 Programmable Controller，简称 PC。但个人计算机(Personal Computer)也常简称PC，所以为了避开混

2、淆，可编程序限制器仍被称为PLC。1987年，国际电工委员会(IEC)在可编程序限制器国际标准草案第三稿中，对可编程序限制器定义如下：可编程序限制器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。它接受可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、依次限制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出限制各种机械或生产过程。可编程序限制器及其有关外部设备，都按易于与工业限制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC是生产力发展的必定产物。20世纪60年头初，美国的汽车制造业竞争激烈，产品更新换代的周期越来越短，其生产线必需随之频繁地变更。传统的继电器限制

3、对频繁变动的生产线很不适应，因此人们对限制装置提出了更高的要求，即经济、牢靠、通用、易变、易修。自从1969年美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台PLC，并在美国GM公司的汽车自动装配生产线上获得试用成功以来，由于PLC优越的性能，其技术得到了飞速的发展。1971年，日本引进了这项技术并起先生产PLC。1973年，原西德和法国也研制出自己的PLC。随着微电子技术的迅猛发展，到20世纪80年头中期，PLC的处理速度和牢靠性大大提高，不仅增加了多种特殊功能，而且体积进一步缩小，成本大幅度下降。到20世纪90年头中期之后，PLC几乎完全计算机化，其速度更快，功能更强，PLC的各种智能化模块

4、不断被开发出来。为了推动PLC的应用，一些厂家还推出了PLC的计算机协助编程软件。现在，PLC不仅能进行逻辑限制，还在模拟量的闭环限制、数字量的智能限制、数据采集、监控、通信联网及集散限制等方面都得到了广泛的应用。如今大中型，甚至小型PLC都配有A/D、D/A转换及算术运算功能，有的还具有PID功能。这些功能使PLC的应用具有了硬件基础。另外，PLC还具有较强的通信功能，可与计算机或其他智能装置进行通信和联网，从而便利地实现集散限制。目前，世界上一些著名电器生产厂家几乎都在生产PLC，产品功能日趋完善，换代周期越来越短。为了进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，适应大、中、小型企业的不同

5、须要，PLC产品大致向两个方向发展：小型PLC向体积缩小，功能增加，速度加快，价格低廉的方向发展，使之能更加广泛地取代继电器限制，更便于实现机电一体化；大、中型PLC向高牢靠性、高速度、多功能、网络化的方向发展，将PLC系统的限制功能和信息管理功能融为一体，使之能对大规模、困难系统进行综合性的自动限制。我国从20世纪70年头中期起先研制和开发国产PLC，很多企业在PLC的应用方面进行了主动的探究，取得了成功的阅历和良好的效益。随着PLC产品性能价格比的不断提高，中小企业普及应用PLC的投资已经完全可以承受。可以预见，PLC技术的推广应用会使我国的工业自动化水平产生极大的飞跃。1.2 可编程序限

6、制器的特点可编程序限制器的特点 1敏捷性和通用性强敏捷性和通用性强 2抗干扰实力强、牢靠性高抗干扰实力强、牢靠性高 1)硬件方面的抗干扰措施硬件方面的抗干扰措施 对对电电源源变变压压器器、CPU、编编程程器器等等主主要要部部件件，均均接接受受严严格格措施进行屏蔽，以防外界干扰。措施进行屏蔽，以防外界干扰。对对供供电电系系统统及及输输入入电电路路接接受受多多种种形形式式的的滤滤波波，以以消消退退或或抑抑制高频干扰，也减弱了各部分之间的相互影响。制高频干扰，也减弱了各部分之间的相互影响。对对PLC内内部部所所需需的的+5V电电源源接接受受多多级级滤滤波波，并并用用集集成成电电压压调调整整器器进进行

7、行调调整整，以以消消退退由由于于沟沟通通电电网网的的波波动动引引起起的的过过电电压、欠电压的影响。压、欠电压的影响。接接受受光光电电隔隔离离措措施施，有有效效地地隔隔离离了了内内部部与与外外部部电电路路间间的的干脆电联系，以削减故障和误动作。干脆电联系，以削减故障和误动作。接接受受模模块块式式结结构构的的PLC，一一旦旦某某一一模模块块有有故故障障，可可以以快快速更换模块，从而尽可能缩短系统的故障停机时间。速更换模块，从而尽可能缩短系统的故障停机时间。2)软件方面的抗干扰措施软件方面的抗干扰措施 PLC通通过过监监控控程程序序定定时时地地对对电电源源及及强强干干扰扰信信号号等等进进行行检检测测

8、。当当检检测测到到故故障障时时，马马上上转转入入故故障障处处理理程程序序，保保存存当当前前状状态态，禁禁止止对对程程序序的的任任何何操操作作，以以防防存存储储信信息息被被破破坏坏。待待故故障障解解除后，马上复原到故障前的状态，接着执行程序。除后，马上复原到故障前的状态，接着执行程序。PLC设设置置了了监监视视定定时时器器，假假如如程程序序每每次次循循环环的的执执行行时时间间超超过了规定值，表明程序已进入死循环，则马上报警。过了规定值，表明程序已进入死循环，则马上报警。加加强强对对程程序序的的检检查查和和校校验验，发发觉觉错错误误马马上上报报警警，并并停停止止程程序的执行。序的执行。利利用用后后

9、备备电电池池对对用用户户程程序序及及动动态态数数据据进进行行爱爱护护，确确保保停停电电时信息不丢失。时信息不丢失。由由于于实实行行了了以以上上措措施施，PLC的的抗抗干干扰扰实实力力和和牢牢靠靠性性得得到了提高。到了提高。3编程语言简洁易学编程语言简洁易学 4PLC与外部设备的连接简洁，运用便利与外部设备的连接简洁，运用便利 5PLC具有完善的功能和较强的扩展实力具有完善的功能和较强的扩展实力 1.3 可编程序限制器的发展趋势可编程序限制器的发展趋势 目前，PLC技术和产品的发展特别活跃，各厂家不同类型的PLC品种繁多，各具特色。综合起来看，PLC的发展趋势有以下几个方面。1)系统功能完善化2

10、)体系结构开放化及通信功能标准化3)I/O模块智能化及安装现场化 4)功能模块专用化5)编程组态软件图形化 6)硬件结构集成化、冗余化 7)限制与管理功能一体化 1.4 可编程序限制器的基本组成可编程序限制器的基本组成 图1-1 整体式PLC组成示意图 组合式PLC组成如图1-2所示。这种结构的PLC是将CPU单元、输入单元、输出单元、智能I/O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块可以插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有CPU的单元称为CPU模块，其他称为扩展模块。CPU与各扩展模块之间若通过电缆连接，距离一般不超过10m。中、大型机常接受组合式PLC。图1-2 组

11、合式PLC组成示意图 1.4.1 中心处理单元中心处理单元(CPU)中中心心处处理理单单元元是是PLC的的主主要要组组成成部部分分，是是系系统统的的限限制制中中枢枢。它它的的主主要要功功能能是是接接收收并并存存储储从从编编程程器器键键入入的的用用户户程程序序和和数数据据；检检查查电电源源、存存储储器器、I/O以以及及警警戒戒定定时时器器的的状状态态，并并诊诊断断用用户户程程序序的的语语法法错错误误。当当PLC投投入入运运行行时时，首首先先以以扫扫描描方方式式接接收收现现场场各各输输入入装装置置的的状状态态或或数数据据，并并分分别别存存入入I/O映映像像区区；然然后后从从用用户户程程序序存存储储

12、器器中中逐逐条条取取指指令令，按按指指令令的的规规定定执执行行逻逻辑辑或或算算术术运运算算任任务务，并并将将运运算算结结果果存存入入I/O映映像像区区或或数数据据寄寄存存器器内内。等等到到全全部部用用户户程程序序扫扫描描执执行行完完毕毕后后，才才将将I/O映映像像区区的的各各输输出出状状态态或或输输出出寄寄存存器器内内的的数数据据传传送送到到相相应应的输出装置。如此循环运行，直至停止运行为止。的输出装置。如此循环运行，直至停止运行为止。PLC和一般微处理机不同，它常以字(16位)为单位而不是以字节(8位)为单位存储与处理信息。不同厂家、不同产品的CPU也不一样，但CPU在系统中的作用是一样的。

13、只不过在CPU本身的集成度、运算速度和位数等方面略有差异。一般的中型PLC多为双CPU系统，其中一个为主处理器，主要处理字节操作指令，限制系统总线、内部计数器、内部定时器，监视扫描时间，统一管理编程接口，同时协调位处理器及输入/输出。如OMRON公司的 C200H用的是美国Motorola公司的MC681309CP。也有一些PLC接受单片机，如8051、8031等；另一个CPU则作为从处理器，特地用来处理位操作指令和在机器操作系统的管理下实现PLC编程语言向机器语言的转换，它是加快PLC工作处理速度的关键。一般状况下，这样的 CPU都是各公司自己开发的专用CPU。因此，事实上PLC是一个双CP

14、U的微机(或单片机)系统，它的牢靠性也比较高。1.4.2 存储器存储器 PLC的存储器可以分为以下的存储器可以分为以下3种。种。1系统程序存储器系统程序存储器 系系统统程程序序是是厂厂家家依依据据其其选选用用的的CPU的的指指令令系系统统编编写写的的，它它确确定定了了PLC的的功功能能。系系统统程程序序存存储储器器是是只只读读存存储储器器，用用户户不不能能更改其内容。更改其内容。2用户程序存储器用户程序存储器 依依据据限限制制要要求求而而编编制制的的应应用用程程序序称称为为用用户户程程序序。不不同同机机型型的的PLC的的用用户户程程序序存存储储器器的的容容量量可可能能差差异异较较大大。依依据据

15、生生产产过过程程或或工工艺艺的的要要求求，用用户户程程序序常常常常须须要要改改动动，所所以以用用户户程程序序存存储储器器必必需需可可读读写写。一一般般要要用用后后备备电电池池(锂锂电电池池)进进行行掉掉电电爱爱护护，以以防防掉掉电电时时丢丢失失程程序序。目目前前较较先先进进的的PLC(如如CPM1A等等)接接受受可可随随时时读读/写写的的快快闪闪存存储储器器作作为为用用户户程程序序存存储储器器。快快闪闪存存储储器器不不须须要要后备电池，掉电时数据也不会丢失。后备电池，掉电时数据也不会丢失。3工作数据存储器工作数据存储器 用用来来存存储储工工作作数数据据的的区区域域叫叫工工作作数数据据区区。工工

16、作作数数据据是常常变更、常常存取的，所以这种存储器必需可读是常常变更、常常存取的，所以这种存储器必需可读/写。写。在在工工作作数数据据区区中中开开拓拓有有元元件件映映像像寄寄存存器器和和数数据据表表。其其中中，元元件件映映像像寄寄存存器器用用来来存存储储开开关关量量的的输输入入/输输出出状状态态以以及及定定时时器器、计计数数器器、协协助助继继电电器器等等内内部部器器件件的的ON/OFF状状态态。数数据据表表用用来来存存放放各各种种数数据据，它它存存储储用用户户程程序序执执行行时时的的某某些些可可变变参参数数值值及及A/D转转换换得得到到的的数数字字量量和和数数学学运运算算的的结结果等。在果等。

17、在PLC断电时能保持数据的存储器区称数据保持区。断电时能保持数据的存储器区称数据保持区。1.4.3 输入输入/输出接口输出接口 1开关量输入开关量输入 依依据据输输入入端端电电源源类类型型的的不不同同，开开关关量量输输入入可可分分为为直直流输入和沟通输入。流输入和沟通输入。直直流流输输入入的的电电路路如如图图1-3所所示示，外外接接的的直直流流电电源源极极性性可可随随意意，虚虚线线框框内内是是PLC内内部部输输入入电电路路，虚虚线线框框外外为为外外部用户接线。部用户接线。图1-3 直流输入电路 图1-3中，T为一光电耦合器，发光二极管与光电三极管封装在一个管壳中。当二极管中有电流时其发光，此时

18、间电三极管导通。R1为限流电阻，R2和C构成滤波电路，可滤除输入信号中的高频干扰。LED显示该输入点的状态。由于电路中接受了光电耦合器，故在电性能上是完全隔离开的，同时，由于发光二极管的正向阻抗约为1001k，因此输入阻抗较低。而外界干扰源的内阻一般都比较大，故干扰源送到输入端的干扰噪声很小。并且由于干扰源内阻大，尽管能产生较高的干扰电压，但能量却很小，因此只能产生很弱的电流。而发光二极管只有通过确定的电流才能发光，这就抑制了干扰信号。可见在输入端接受了光电耦合器件后，提高了PLC的抗干扰实力。有的PLC内部供应24V的直流电源，这时直流输入单元无需外接电源，用户只需将开关接在输入端子和公共端

19、子之间即可，这就是所谓无源式直流输入单元。无源式直流输入单元简化了输入端的接线，便利了用户。PLC的输入电路有共点式、分组式和隔离式之别。输入单元只有一个公共端子(COM)的称为共点式，外部各输入元件都有一个端子与COM相接；分组式是将输入端子分为若干组，每组各共用一个公共端子；隔离式输入电路是具有公共端子的各组输入点之间相互隔离，可各自运用的独立电源。2开关量输出开关量输出 按按输输出出电电路路所所用用开开关关器器件件的的不不同同，PLC的的开开关关量量输输出出可可分分为为晶晶体体管管输输出出、双双向向晶晶闸闸管管输输出出和和继继电电器器输输出出，如如图图1-4所示。所示。在在晶晶体体管管输

20、输出出电电路路中中，负负载载电电源源只只能能是是直直流流，由由用用户户供供应应。输输出出电电路路负负载载实实力力小小(工工作作电电流流仅仅0.30.5A)，为为无无触触点点开开关关。晶晶体体管管输输出出接接口口运运用用寿寿命命长长，响响应应速速度度快快，其其延延迟迟一一般般为为0.51ms。(2)在在双双向向晶晶闸闸管管输输出出电电路路中中，输输出出电电路路接接受受的的开开关关器器件件是是光光控控双双向向晶晶闸闸管管，负负载载电电源源由由用用户户供供应应，它它使使PLC的的负负载载可可以以依依据据须须要要选选用用直直流流或或沟沟通通电电源源。输输出出电电路路负负载载实实力力较较大大(工工作作电

21、电流流约约1A左左右右)，响响应应速速度度较较快快，一一般般导导通通延延迟迟为为12 ms，关断延迟为，关断延迟为810ms。(3)继继电电器器输输出出电电路路中中，负负载载电电源源由由用用户户供供应应，可可以以是是沟沟通通也也可可以以是是直直流流，视视负负载载状状况况而而定定。输输出出电电路路抗抗干干扰扰实实力力强强，负负载载实实力力大大(工工作作电电流流可可达达25A)，但但信信号号响响应应速速度度较较慢慢，其延迟一般为其延迟一般为810ms。由于继电器触点电气寿命一般仅为1030万次，因此在须要输出点频繁通断的场合(如高频脉冲输出)，应选用晶体管或晶闸管输出型的PLC。另外，继电器从线圈

22、通电到触点动作存在延迟时间，是造成输出滞后于输入的缘由之一。PLC输出电路也有共点式、分组式和隔离式之分。输出只有一个公共端子的称为共点式；分组式是将输出端子分为若干组，每组共用一个公共端子；隔离式是具有公共端子的各组输出点之间相互隔离，可各自运用独立的电源。图1-4 开关量输出(a)晶体管输出；(b)双向晶闸管输出；(c)继电器输出 1.4.4 电源部件电源部件 电电源源部部件件将将沟沟通通电电源源转转换换成成PLC的的中中心心处处理理器器、存存储储器器等等电电路路工工作作所所须须要要的的直直流流电电源源，使使PLC能能正正常常工工作作。PLC内内部部运运用用的的电电源源是是整整机机的的供供

23、电电中中心心，它它的的优优劣劣干干脆脆影影响响到到PLC的的功功能能和和牢牢靠靠性性，因因此此目目前前大大部部分分PLC接接受受开开关关式式稳稳压压电电源源供供电电。开开关关式式稳稳压压电电源源的的输输入入电电压压范范围围宽宽，体体积积小小，效效率率高高，重重量量轻轻，抗抗干干扰扰性性能能好好。有有的的PLC还还能能向向外外部部供供应应24V的的直直流流电电源源，给给输输入入单单元元所所连连接接的外部开关或传感器供电。的外部开关或传感器供电。1.5 可编程序限制器的工作原理可编程序限制器的工作原理 1.5.1 PLC的扫描周期与工作过程的扫描周期与工作过程 PLC接接受受循循环环扫扫描描的的工

24、工作作方方式式，它它可可以以看看成成是是一一种种由由系系统统软软件件支支持持的的扫扫描描设设备备，不不论论用用户户程程序序运运行行与与否否，都都周周而而复复始始地地进进行行循循环环扫扫描描，并并执执行行系系统统程程序序规规定定的的任任务务。每每一一个个循循环环所所经经验验的的时时间间称称为为一一个个扫扫描描周周期期，每每个个扫扫描描周周期期又又分分为为五五个个工工作作阶阶段段，每每个个工工作作阶阶段段完完成成不不同同的的任任务务。工作过程如图工作过程如图1-5所示。所示。图1-5 PLC循环扫描过程 1公共处理阶段公共处理阶段 在在每每次次扫扫描描起起先先之之前前，CPU都都要要进进行行监监视

25、视定定时时器器复复位位、硬硬件件检检查查、用用户户内内存存检检查查等等操操作作。假假如如有有异异样样状状况况，除除了了故故障障显显示示灯灯亮亮以以外外，CPU还还推推断断并并显显示示故故障障的的性性质质；假假如如属属于于一一般般性性故故障障，则则只只报报警警不不停停机机，等等待待处处理理；假假如如属属于于严严峻峻故故障障，则则停停止止PLC的的运运行行。公公共共处处理理阶阶段段所所用用的的时时间间一般是固定的，不同机型的一般是固定的，不同机型的PLC有所差异。有所差异。2执行程序阶段执行程序阶段 在在执执行行程程序序阶阶段段，CPU将将指指令令逐逐条条调调出出并并执执行行。CPU从从输输入入映

26、映像像寄寄存存器器和和元元件件映映像像寄寄存存器器中中读读取取各各继继电电器器当当前前的的状状态态，依依据据用用户户程程序序给给出出的的逻逻辑辑关关系系进进行行逻逻辑辑运运算算，运运算结果再写入元件映像寄存器中。算结果再写入元件映像寄存器中。执执行行用用户户程程序序阶阶段段的的扫扫描描时时间间不不是是固固定定的的，其其缘缘由由主主要要取取决决于于用用户户程程序序中中所所用用语语句句的的条条数数及及每每条条指指令令的的执执行行时时间间。因因此此，执执行行用用户户程程序序的的扫扫描描时时间间是是影影响响扫扫描描周周期期时时间间长长短短的的主主要要因因素素，而而且且，在在不不同同时时段段执执行行用用

27、户户程程序序的的扫扫描描时间也不尽相同。时间也不尽相同。3扫描周期计算处理阶段扫描周期计算处理阶段 若若预预先先设设定定扫扫描描周周期期为为固固定定值值(可可由由用用户户设设定定)，则则进进入入等等待待状状态态，直直至至达达到到该该设设定定值值时时扫扫描描再再往往下下进进行行。若若设设定定扫扫描描周周期期为为不不定定(即即取取决决于于用用户户程程序序的的长长短短等等)，则则要要进进行行扫扫描描周周期期的的计计算算。扫扫描描周周期期计计算算处处理理所所用用的的时时间间很很短短。PLC在在正正常常工工作作的的状况下，扫描周期状况下，扫描周期T为为 T=(运算速度运算速度程序步数程序步数)+I/O刷

28、新时间刷新时间+故障诊断时间故障诊断时间 由由于于I/O刷刷新新时时间间和和故故障障诊诊断断时时间间相相对对用用户户程程序序执执行行时时间间要要小小得得多多，因因此此扫扫描描时时间间主主要要由由用用户户程程序序的的长长短短和和CPU的的运运算算速速度度确确定定。一一般般扫扫描描时时间间达达每每秒秒钟钟可可扫扫描描数数十十次次以以上上，这这对对于于一一般般的的工工业业设设备备限限制制通通常常没没什什么么影影响响。但但对对限限制制时时间间要要求求较较严严格格，响响应应速速度度要要求求快快的的系系统统，则则应应考考虑虑PLC的的运运算算速速度度；并并且且应应精精确确计计算算响响应应时时间间，细细心心

29、编编排排程程序序，合合理理支支配配指指令令的的依依次次；尽尽可可能能削削减减扫扫描描周周期期造造成成的的响响应应延延时时等等不不良良影影响响。由由于于PLC是是接接受受循循环环扫扫描描的的工工作作方方式式，因因此此它它的的输输入入/输输出出响响应应速速度度受受扫扫描周期的影响较大。描周期的影响较大。4I/O刷新阶段刷新阶段 在在I/O刷刷新新阶阶段段，CPU与与输输入入/输输出出电电路路干干脆脆打打交交道道。从从输输入入电电路路中中读读取取各各输输入入点点的的状状态态，并并写写入入输输入入映映像像寄寄存存器器中中，也也就就是是刷刷新新输输入入映映像像寄寄存存器器的的内内容容。自自此此输输入入映

30、映像像寄寄存存器器就就与与外外界界隔隔离离，无无论论输输入入点点的的状状态态怎怎样样变变更更，输输入入映映像像寄寄存存器器的的内内容容都都保保持持不不变变，直直到到下下一一个个扫扫描描周周期期的的I/O刷刷新新阶阶段段才才会会写写进进新新内内容容。另另外外，CPU还还将将全全部部输输出出继继电电器器元元件件映映像像寄寄存存器器的的状状态态传传送送到到相相应应的的输输出出锁锁存存电电路路中中，再再经经输输出出电电路路的的隔隔离离和和功功率率放放大大部部分分传传送送到到PLC的的输输出出端端，驱驱动动外外部部执执行行元元件件动动作作。I/O刷刷新阶段的时间长短取决于新阶段的时间长短取决于I/O点数

31、的多少。点数的多少。5外设端口服务阶段外设端口服务阶段 这这个个阶阶段段里里，PLC检检查查是是否否有有对对编编程程器器或或计计算算机机等等的的通通信信恳恳求求，若若有有，则则进进行行相相应应处处理理。例例如如，接接收收由由编编程程器器送送来来的的程程序序、吩吩咐咐和和各各种种数数据据，并并把把要要显显示示的的状状态态、数数据据、出出错错信信息息等等发发送送给给编编程程器器进进行行显显示示。假假如如有有对对计计算算机机的的通通信信恳恳求求，则也在这段时间内完成数据的接收和发送任务。则也在这段时间内完成数据的接收和发送任务。完完成成上上述述各各阶阶段段的的处处理理后后，又又返返回回公公共共处处理

32、理阶阶段段，周周而而复始地进行扫描。复始地进行扫描。PLC信号的传递过程如图信号的传递过程如图1-6所示。所示。图1-6 PLC信号的传递过程 PLC在执行用户程序的过程中，输入映像寄存器的状态是不变的，而元件映像寄存器的内容则随程序的执行在变更。前一步的计算结果随即作为下一步的计算条件，这一点与输入映像寄存器完全不同。另外，程序的执行是由上而下进行的，所以各梯级中的继电器线圈不行能同时变更状态，执行用户程序的结果要保持到下一个扫描周期的用户程序执行阶段。PLC的循环扫描工作方式也为PLC供应了一条死循环自诊断功能。在PLC内部设置了一个监视定时器(WDT)，其定时时间可设置为大于用户程序的扫

33、描时间，在每个扫描周期的公共处理阶段将监视定时器复位。正常状况下，监视定时器不会动作。假如由于CPU内部故障使程序执行进入死循环，那么扫描周期将超过监视定时器的定时时间。这时监视定时器(WDT)动作使PLC运行停止，以提示用户排查故障。1.5.2 PLC的主要性能指标的主要性能指标1)存储容量存储容量 系系统统程程序序存存放放在在系系统统程程序序存存储储器器中中。这这里里说说的的存存储储容容量量指指的的是是用用户户程程序序存存储储器器的的容容量量。用用户户程程序序存存储储器器的的容容量量确确定定了了PLC可可以以容容纳纳用用户户程程序序的的长长短短，一一般般以以字字为为单单位位来来计计算算。中

34、中、小小型型PLC的的存存储储容容量量一一般般在在8K字字以以下下；大大型型PLC的的存存储储容容量量可可达达到到256K字字2M字字；也也有有的的PLC用用存存放放用用户户程程序序的指令条数来表示容量。的指令条数来表示容量。2)输入输入/输出输出(I/O)点数点数 I/O点点数数指指PLC面面板板上上的的输输入入、输输出出端端子子的的个个数数。I/O点点数数越越多多，外外部部可可接接的的输输入入器器件件和和输输出出器器件件就就越越多多，限限制制规规模模就越大。因此，就越大。因此，I/O点数是衡量点数是衡量PLC性能的重要指标之一。性能的重要指标之一。3)扫描速度扫描速度 扫扫描描速速度度是是

35、指指PLC执执行行程程序序的的速速度度。一一般般以以扫扫描描1 K字字所所用用的的时时间间来来衡衡量量扫扫描描速速度度。PLC用用户户手手册册一一般般给给出出执执行行各各条条指指令令所所用用的的时时间间，用用户户可可以以通通过过比比较较各各种种PLC执执行行相相同同的的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。4)编程指令的种类和条数编程指令的种类和条数 这这也也是是衡衡量量PLC实实力力强强弱弱的的主主要要指指标标。编编程程指指令令种种类类及及条数越多，其功能就越强，即处理实力、限制实力越强。条数越多，其功能就越强，即处理实力、限制实力越强。5)内部器件的种

36、类和数量内部器件的种类和数量 内内部部器器件件包包括括各各种种继继电电器器、计计数数器器/定定时时器器、数数据据存存储储器器等等。其其种种类类越越多多，数数量量越越大大，存存储储各各种种信信息息的的实实力力和和限限制制实实力就越强。力就越强。6)扩展实力扩展实力 大大部部分分PLC可可以以用用I/O扩扩展展单单元元进进行行I/O点点数数的的扩扩展展；有有的的PLC可以运用各种功能模块进行功能扩展等。可以运用各种功能模块进行功能扩展等。7)智能单元的数量智能单元的数量 PLC不不仅仅能能完完成成开开关关量量的的逻逻辑辑限限制制，而而且且利利用用智智能能单单元元可可完完成成模模拟拟量量限限制制、位

37、位置置和和速速度度限限制制以以及及通通信信联联网网等等功功能能。智智能能单单元元种种类类的的多多少少和和功功能能的的强强弱弱是是衡衡量量PLC产产品品水水平平凹凹凸凸的的一一个个重重要要指指标标，各各个个生生产产厂厂家家都都特特别别重重视视智智能能单单元元的的开开发发。近年来智能单元的种类日益增多，功能也越来越强。近年来智能单元的种类日益增多，功能也越来越强。8)支持软件支持软件 为为了了便便于于对对PLC的的编编程程和和监监控控，各各PLC生生产产厂厂家家相相继继开开发发出出各各类类计计算算机机支支持持的的编编程程和和监监控控软软件件。性性能能优优越越的的PLC支支持持软软件件可可便便利利地

38、地实实现现用用户户软软件件的的编编制制和和修修改改，同同时时也也可可以以对对PLC的的工作状态进行有效的监控。工作状态进行有效的监控。1.5.3 PLC的编程语言的编程语言 1)图形式指令图形式指令 程程序序由由图图形形方方式式表表达达，指指令令由由不不同同的的图图形形符符号号组组成成，易易于于理理解解和和记记忆忆。系系统统的的软软件件开开发发者者已已把把工工业业限限制制中中所所需需的的独独立立运运算算功功能能编编制制成成象象征征性性图图形形，用用户户依依据据自自己己的的须须要要对对这这些些图图形形进进行行组组合合，并并填填入入适适当当的的参参数数。在在逻逻辑辑运运算算部部分分，几几乎乎全全部

39、部的的厂厂家家都都接接受受类类似似于于继继电电器器限限制制电电路路的的梯梯形形图图。如如西西门门子子公公司司还还接接受受限限制制系系统统流流程程图图来来表表示示，它它沿沿用用二二进进制制逻逻辑辑元元件件图图形形符符号号来来表表达达限限制制关关系系，直直观观易易懂懂。对对于于较较困困难难的的算算术术运运算算、定定时时计计数数等等，一一般般也也参参照照梯梯形形图图或或逻辑元件图赐予表示。逻辑元件图赐予表示。2)明确的变量常数明确的变量常数 图图形形符符号号相相当当于于操操作作码码，规规定定了了运运算算功功能能；操操作作数数由由用用户户填填入入。PLC中中的的变变量量和和常常数数以以及及其其取取值值

40、范范围围有有明明确确的的规规定定，它它们由产品型号确定，用户可查阅产品书目手册。们由产品型号确定，用户可查阅产品书目手册。3)简化的程序结构简化的程序结构 PLC的的程程序序结结构构通通常常很很简简洁洁，典典型型的的为为块块式式结结构构，不不同同块块完完成成不不同同的的功功能能，使使程程序序的的调调试试者者对对整整个个程程序序的的限限制制功功能能和和限限制依次有清晰的概念。制依次有清晰的概念。4)简化应用软件生成过程简化应用软件生成过程 运运用用汇汇编编语语言言和和高高级级语语言言编编写写程程序序，要要完完成成编编辑辑、编编译译和和链链接接三三个个过过程程；而而运运用用PLC编编程程语语言言，

41、只只须须要要编编辑辑一一个个过过程程，其其余余由由系系统统软软件件自自动动完完成成。整整个个编编辑辑过过程程都都在在人人机机对对话话下进行的，不要求用户有高深的软件设计实力。下进行的，不要求用户有高深的软件设计实力。5)强化调试手段强化调试手段 无无论论是是汇汇编编程程序序，还还是是高高级级语语言言程程序序调调试试，都都是是令令编编辑辑人人员员头头疼疼的的事事，而而PLC的的程程序序调调试试供供应应了了完完备备的的条条件件运运用用编编程程器器。利利用用PLC和和编编程程器器上上的的按按键键、显显示示和和内内部部编编辑辑、调调试试、监监控控等等功功能能，在在对对应应软软件件的的支支持持下下，进进

42、行行诊诊断断和和调调试试操操作作，特别简洁。特别简洁。1.梯形图编程语言梯形图编程语言 梯梯形形图图编编程程语语言言是是一一种种图图形形语语言言，是是若若干干图图形形符符号号的的组组合合。不不同同厂厂家家的的PLC各各有有自自己己的的一一套套梯梯形形图图符符号号。这这种种编编程程语语言言具具有有继继电电器器限限制制电电路路形形象象、直直观观的的优优点点，熟熟悉悉继继电电器器限限制制的的技技术术人人员员很很简简洁洁驾驾驭驭。因因此此，各各种种机机型型的的PLC都都把把梯梯形形图作为第一编程语言。图作为第一编程语言。表表1-1列列出出了了物物理理的的继继电电器器与与CPM1A系系列列PLC继继电电

43、器器的的梯形图符号。图梯形图符号。图1-7给出了两种限制方式的梯形图。给出了两种限制方式的梯形图。表1-1 两种继电器符号的比照 1)两种继电器的区分两种继电器的区分继继电电器器限限制制电电路路中中运运用用的的继继电电器器都都是是物物理理的的电电器器，继继电电器器与与其其他他限限制制电电器器间间的的连连接接必必需需通通过过硬硬接接线线来来完完成成；PLC的的继继电电器器不不是是物物理理的的电电器器，它它是是PLC内内部部的的寄寄存存器器位位，常常称称之之为为“软软继继电电器器”，因因为为它它具具有有与与物物理理继继电电器器相相像像的的功功能能。例例如如，当当它它的的“线线圈圈”通通电电时时，其

44、其所所属属的的常常开开触触点点闭闭合合，常常闭闭触触点点断断开开；当当它它的的“线线圈圈”断断电电时时，其其所所属属的的常常开开触触点点和和常常闭闭触触点点均均复复原原常常态态。PLC梯梯形形图图中中的的接接线线称称为为“软软接线接线”，这种，这种“软接线软接线”是通过编程序来实现的。是通过编程序来实现的。(2)PLC的的每每一一个个继继电电器器都都对对应应着着内内部部的的一一个个寄寄存存器器位位，由由于于可可以以无无限限次次地地读读取取某某位位寄寄存存器器的的内内容容，因因此此，可可以以认认为为PLC的的继继电电器器有有多多数数个个常常开开、常常闭闭触触点点可可供供用用户户运运用用；而而物理

45、继电器的触点个数是有限的。物理继电器的触点个数是有限的。(3)PLC的输入继电器是由外部信号驱动的，在梯形图中只能运用输入继电器的触点，而不出现它的线圈。而物理继电器触点的状态取决于其线圈中有无电流通过，在继电器限制电路中，若不接继电器线圈，只接其触点，则触点恒久不会动作。图1-7 两种限制方式的梯形图(a)继电器限制梯形图；(b)PLC限制梯形图 2)两种梯形图的区分两种梯形图的区分 PLC梯梯形形图图左左右右的的两两根根线线也也叫叫母母线线，但但与与继继电电器器限限制制电电路路的的两两根根母母线线不不同同。继继电电器器限限制制电电路路的的母母线线与与电电源源连连接接，其其每每一一行行(也也

46、称称梯梯级级)在在满满足足确确定定条条件件时时将将通通过过两两条条母母线线形形成成电电流流通通路路，从从而而使使电电器器动动作作；而而PLC梯梯形形图图的的母母线线并并不不接接电电源源，它它只只表表示示每每一一个个梯梯级级的的起起始始和和终终止止，PLC的的每每一一个个梯梯级级中中并并没没有有实实际际的的电电流流通通过过。通通常常说说PLC的的线线圈圈接接通通了了，这这只只不不过过是是为为了了分分析析问问题题便便利利而而假假设设的的概概念念电电流流通通路路，而而且且概概念念电电流流的的方方向向只只能能从从左左向右，这是向右，这是PLC梯形图与继电器限制电路本质的区分。梯形图与继电器限制电路本质

47、的区分。3)实现限制功能的手段不同实现限制功能的手段不同 继继电电器器限限制制是是靠靠变变更更电电器器间间的的硬硬接接线线来来实实现现各各种种限限制制功功能能的，而的，而PLC是通过编程序来实现限制的。是通过编程序来实现限制的。图图1-8是是对对应应图图1-7的的PLC外外部部接接线线。图图中中只只画画出出了了一一部部分分输输入入和和输输出出端端子子。00000和和00001等等是是输输入入端端子子，01000和和 01001等是输出端子，输入和输出端子各有自己的公共端等是输出端子，输入和输出端子各有自己的公共端COM。当当启启动动按按钮钮SB1闭闭合合时时，00000输输入入端端子子对对应应

48、的的输输入入继继电电器器线线圈圈通通电电，它它的的触触点点相相应应动动作作；当当停停止止按按钮钮SB2闭闭合合时时，00001输输入入端端子子对对应应的的输输入入继继电电器器线线圈圈通通电电，它它的的触触点点相相应应动动作作。当当01000输输出出端端子子对对应应的的输输出出继继电电器器线线圈圈通通电电时时，外外部部负负载载KM的的线圈通电。线圈通电。图1-8 PLC的外部接线 2.助记符语言表助记符语言表 助助记记符符语语言言类类似似计计算算机机的的汇汇编编语语言言，用用助助记记符符来来表表示示各各种种指指令令的的功功能能。对对同同样样功功能能的的指指令令，不不同同厂厂家家的的PLC运运用用

49、的的助助记记符一般不同。符一般不同。对应图对应图1-7(b)所示的梯形图，其语言表示为所示的梯形图，其语言表示为LD 00000 (常开触点常开触点00000与左母线连接与左母线连接)OR 01000 (常开触点常开触点01000与常开触点与常开触点00000相并联相并联)AND NOT 00001 (串联一个常闭触点串联一个常闭触点 00001)OUT 1000 (输出到继电器输出到继电器01000)指指令令语语句句是是PLC用用户户程程序序的的基基础础元元素素，多多条条语语句句的的组组合合构构成了语句表。一个困难的限制功能是用较长的语句表来描述的。成了语句表。一个困难的限制功能是用较长的语

50、句表来描述的。助助记记符符语语言言表表不不如如梯梯形形图图形形象象、直直观观，但但是是在在运运用用简简易易编编程程器器输输入入用用户户程程序序时时，必必需需把把梯梯形形图图程程序序转转换换成成助助记记符符语语言言表表才能输入。才能输入。1.5.4 OMRON PLC系列产品系列产品 从从20世世纪纪70年年头头初初至至今今的的30多多年年时时间间里里，PLC生生产产已已发发展展成成为为一一个个产产业业，主主要要厂厂商商集集中中在在一一些些欧欧美美国国家家和和日日本本。美美国国与与欧欧洲洲一一些些国国家家的的PLC是是在在相相互互封封闭闭的的状状况况下下发发展展起起来来的的，因因此此差差异异较较