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总体时间安排
? 电器控制部分,30学时
其中：授课 22学时、实验 8学时
? PLC及应用部分,38学时
其中：授课 28学时、实验 10学时
? 实践考核部分,2学时
电器控制与 PLC技术
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? 授课内容：分为 6个部分
第 1部分：常用低压电器及选用
（教材第一章）
第 2部分：电器控制基本线路及原理
（教材第一章）
第 3部分,PLC基础知识
（教材第二章）
第 4部分：小型 PLC及其指令系统 (FX系列 )
（教材第三章、第四章 (自学 ) ）
第 5部分,PLC程序设计
（教材第五章）
第 6部分,PLC应用系统设计
（教材第六章、第七章）
可编程序控制器（ PLC） 应用技术
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第 3 部分 可编程序控制器基础知识
? 学习说明：
本章是学习 PLC的入门知识，因此对初学者来说显得特别重要。重
点掌握：什么是 PLC？ PLC与其它控制装置的区别？ PLC的工作机
制？
? 本章内容：
3.1 概述
3.2 PLC系统与继电器系统比较
3.3 PLC组成
3.4 PLC工作原理
3.5 PLC特点与分类
3.6 PLC的发展趋势
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3.1 概述
3.1.1 什么是 PLC？
可编程序控制器（ Programmble Controller） 简称 PC或 PLC
■ 是一种工业 控制装置
PLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来
的，并逐渐发展成为 以微处理器 为核心，将自动化技术、
计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置
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1.1 概述
1.1.1 什么是 PLC？
■ 定义
国际电工委员会（ IEC） 于 1987年颁布了可编程控制
器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，
专为在工业环境下应用而设计。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，并通过数字式和模拟式的输
入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制
器及其有关外围设备，都应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”。
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1.1 概述
1.1.1 什么是 PLC？
◆ 区别于一般微机控制系统
◆ 区别于传统控制装置
近年来，可编程控制器发展很快，几乎每年都推出不
少新系列产品，其功能已远远超出了定义的范围。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
■ 世界上第一台 PLC
1969年由美国数字设备公司（ DEC） 根据美国通用汽
车公司（ GM） 的要求研制成功
◆背景,
1968年美国通用汽车公司（ GM）,为了适应汽车型
号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、
多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽
可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成
本，缩短周期。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
◆设计思想, 吸取继电器和计算机两者的优点
☆ 继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更
改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，
但 简单易懂、价格便宜；
☆ 计算机 功能强大、灵活（可编程）、通用性好,但编程
困难；
☆ 采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程
，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
◆ 70年代初期, 仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是
用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（
Programmable Logic Controller）
◆ 70年代中期, 微处理器技术应用到 PLC中，使 PLC不仅具有逻辑
控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能
◆ 80年代以后, 随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅
速发展,16位和 32位微处理器应用于 PLC中，使 PLC得到迅速发展
。 PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成
本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数
据处理和图象显示等功能。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
◆ 近年来 PLC发展迅速
PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格
比高、高可靠性的特点,已成为自动化工程的核心设备。
PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使
用量高居首位。
PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（ PLC、机
器人,CAD/CAM） 之一。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
? 就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言
,PLC仍然处于一种核心地位。在最近出现在美国、欧洲
和国内有关探讨 PLC发展的论文中，这个结论是众口一词
的，尽管对 PLC的未来发展有着许多不同的意见。
? 在全球经济不景气的时候,PLC的市场销售仍然坚挺； PC
控制有了引人注目的进展，但毕竟只能对高端的 PLC产品
形成竞争；小型、超小型 PLC的发展势头令人刮目相看；
PLC和 PC控制在今后可能相互融合。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
?PLC三大流派
自从第一台 PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制
PLC,并得到了迅速的发展。各国 PLC都有自己的特色。
●欧洲,西门子（ Siemens）； 法国的 TE（ Telemecanique）
● 美国,A-B（ Allen-Bradly）,GE（ General Electric）
● 日本,三菱电机（ Mitsubishi Electric）,欧姆龙（ OMRON）、
FUJI （ 日本主要发展中小型 PLC,其小型机性能先进，结构紧凑
，价格便宜）
目前国内市场还有韩国、台湾等 PLC产品
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
■我国 PLC发展情况
? 在 70年代末和 80年代初，我国随国外成套设备、专用设备
引进了不少国外的 PLC。
? 我国不少科研单位和工厂在研制和生产 PLC,如辽宁无线
电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦
门 A-B公司等。
? 在传统设备改造和新设备设计中,PLC的应用逐年增多，
取得良好效果。 PLC在我国的应用越来越广泛。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
■我国 PLC发展情况
目前，国内 PLC生产厂家有 30余家，并有迹象显示，更多的来自
于原 PLC应用的技术人员准备加入到小型 PLC开发的行列。但在目前
上市的众多 PLC产品中，还没有形成规模化的生产和名牌产品。
从技术角度来看，国内外的小型 PLC差距正在缩小。如无锡信捷
、兰州全志等公司生产的微型 PLC已经比较成熟，有些国产 PLC（ 如
和利时、科迪纳）已经拥有符合 IEC标准的编程软件、支持了现场总
线技术等。
面对国际厂商数十年的规模化生产和市场管理经验，国内厂商
更多地只停留在小批量生产和维系生存的起步阶段，离真正批量生
产、市场化经营乃至创建品牌还有很长的路要走。与此同时，国产
PLC的低价优势也正在受到新的挑战。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
? 中国 PLC市场（ 2004年度）
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
PLC品牌分布情况的原因,
? 产品覆盖范围 。 排在最前的三个品牌有最丰富的产品系列, 而且没
有偏重, 用户很容易得到恰当的产品；其他品牌如 Fuji,LG则以小
型和微型产品为主, GE和 Schneider以中大型产品为主 。 虽然 A－ B拥
有出色的技术和全面的产品系列, 但是高价格使用户却步 。
? 中国市场上的历史 。 Siemens,Mitsubishi和 Omron都是在中国市场上
传统的供应商, 在很多领域占了先机, 相对应的是 GE,Schneider（
其实 Modicon进入中国也比较早, 但没有完整的销售和服务体系 ） 和
LG这些后来者虽然市场快速增长, 但距先行者仍有一定的差距 。
? 行业分布 。 某些品牌会侧重于一些行业, 如 Schneider更加注重电力
行业, Rockwell在冶金行业表现出众 。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
2004年度 PLC市场研究报告表明,
①作为目前国内控制市场上的主流控制器,PLC市场的国
内参与者却需要尴尬地面对这样一个局面，即在高达 31亿
的 PLC市场总需求中，国产 PLC不到整个市场份额 1％。
②在按照 I/O数量划分的市场总量中，小型 PLC（ 256点以
下）的市场巨大，占据市场总额的 64％，而国产 PLC的市
场贡献恰恰就在小型 PLC的市场中。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
■预测,中国 PLC市场在 2008年有望翻番
在最近的经济发展中, 中国以其制造业发展的迅猛及
范围的广泛为人瞩目, 使 PLC在某些自动化领域增长超过
了 20%。 中国的 PLC市场在未来的 5年内, 将以 14.1%的综
合年增长率增长 。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
? 流行新词汇, 可编程自动化控制器
（ Programmable Automation Controller,PAC）
PAC源自于 ARC咨询集团市场调查公司, 认为：
,PLC相当活跃, 而且发展良好, 具很强的生命力 。
然而, PLC这个工业的有效工具正在许多方面不断改变,
不断增加其魅力 。 自动化供应商正不断致力于 PLC的开发
,以迎合市场和特殊用户的需求 。 功能的增强促使了新系
列的系统浮出水面 。 PAC基于开放的工业标准, 具多领域
功能, 通用的开放平台以及高性能, 。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
? GE Fanuc却没有丝毫犹豫，立刻接受了 PAC的概念，而
且在汉诺威展上公开宣布，其新的旗舰控制产品的名称为
PACSystems。 GE Fanuc使用了这个名称，表达了其产品
综合了传统 PLC和 PC硬件的优点，具有通用编程环境。
? 2003年 11月 Rockwell宣布，其为 PAC技术的领导厂商，其
产品 Control Logix和 Compact Logix PLC事实上就是 PAC
。 他认为，随着不断的发展,PAC将采用大量的方法以处
理数据，并具有升级性，而在多项目控制、集成商务系统
分析和生命周期成本管理等方面也能大踏步地前进。
? 2004年
? 是否制造商会将产品名称从 PLC改到 PAC,还有待观察。
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3.1 概述
3.1.3 PLC的应用领域
目前,PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、
建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等
各行各业，随着 PLC性能价格比的不断提高，其应用领域
不断扩大。
从 PLC应用类型看，大致可归纳为以下几个方面：
? 开关量逻辑控制
? 运动控制
? 过程控制 （ PID闭环控制 ）
? 数据处理
? 通信联网 （ 构成 DCS,FCS系统 ）
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3.1 概述
3.1.3 PLC的应用领域
PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控
制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维
护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关的机器
、与环境相关的机器，而且有急速的上升趋势。
值得注意的是，随着 PLC,DCS相互渗透，二者的界线
日趋模糊的时候,PLC从传统的应用于离散的制造业向应用
到连续的流程工业扩展
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3.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较
3.2.1 电器控制系统组成
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3.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较
3.2.2 PLC控制系统组成
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3.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较
3.2.3 PLC等效电路
? 例,三相异步电动机单向运行电器控制系统
输入设备
输出设备
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3.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较
3.2.3 PLC等效电路
? 三相异步电动机单向运行 PLC控制系统
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3.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较
3.2.4 PLC控制系统与电器控制系统的区别
①控制方法上,硬, 软
②工作方式上,并行工作方式, 串行工作方式
③控制速度上,速度 慢, 快
④定时和计数控制上,精度 低, 高
⑤可靠性和可维护性上,可靠性 低, 高
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FX-PLC
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FX0S
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FX0N
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FX1S / FX1N
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FX2N
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AnS
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QnA / AnA
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QnS
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CC-LINK
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S7-200
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S7-300
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S7-400
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LOGO
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C
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SP
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C200H
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CS
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SLC500
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3.3 P LC组成
3.3.1 PLC组成概述
◆ PLC的基本组成与一般的微机系统类似,
是一种 以微处理器为核心的,用于控制的 特殊计算机
◆ PLC的基本组成包括 硬件与软件 两部分
PLC的硬件,中央处理器（ CPU）,存储器、输入接口、
输出接口、通信接口、电源等
PLC的软件,系统程序和用户程序
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3.3 P LC组成
3.3.1 PLC组成概述
编程 器
写入器
电 源输
入
单
元
输
出
单
元CPU
通
信
接
口
扩
展
接
口
存储器
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3.3 P LC组成
3.3.2 PLC中的 CPU及作用
◆ PLC中常采用的 CPU有三类：
1) 通用微处理器 （如 Z80,8086,80286等）
2) 单片微处理器 （如 8031,8096等）
3) 位片式微处理器 (如 AMD29W等 )
◆ 小型 PLC,大多采用 8位通用微处理器和单片微处理器，
中型 PLC,大多采用 16位通用微处理器或单片微处理器
大型 PLC,大多采用高速位片式微处理器（ 32位）
小型 PLC为 单 CPU系统,中、大型 PLC则大多为 双 CPU
或多 CPU系统。 对于双 CPU系统，一般一个为 字处理器,
一般采用 8位,16位或 32位处理器；另一个为 位处理器,
采用由各厂家设计制造的专用芯片。
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3.3 P LC组成
3.3.2 PLC中的 CPU及作用
◆ CPU的作用,按系统程序赋予的功能, 指挥 PLC有条不紊
地进行工作 。 归纳起来主要有以下五个方面,
1）接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据
2）诊断电源,PLC内部电路故障和编程中的语法错误等
3）接收并存储从输入单元（接口）得到现场输入状态或数据
4）逐条读取并执行存储器中的用户程序，并将运算结果存入
存储器中
5）根据运算结果，更新有关标志位和输出内容，通过输出接
口实现控制、制表打印或数据通讯等功能
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3.3 P LC组成
3.3.3 PLC中的存储器 及作用
◆ 存储器的作用,
在 PLC中，存储器主要用于 系统程序、用户程序、数据
◆ 存储器的类型,
① 可读 /写操作的 随机存储器 RAM
② 只读存储器 ROM,PROM,EPROM和 EEPROM
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3.3 P LC组成
3.3.3 PLC中的存储器 及作用
◆系统程序,
系统程序 是完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用、
管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。
系统程序 由 PLC的制造厂家编写的，在 PLC使用过程中不
会变动，它和 PLC的硬件组成有关，它关系到 PLC的性能。
系统程序 由制造厂家直接固化在只读存储器 ROM,PROM
或 EPROM中，用户不能访问和修改。
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3.3 P LC组成
3.3.3 PLC中的存储器 及作用
◆ 用户程序,
● 用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而
编制的应用程序。它是由 PLC控制对象的要求而定的，
● 为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于 CMOS
静态 RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会
丢失信息。为了防止干扰对 RAM中程序的破坏，当用户程
序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在 EPROM中。
● 现在有许多 PLC直接采用 EEPROM作为用户存储器。
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3.3 P LC组成
3.3.3 PLC中的存储器 及作用
? PLC的编程语言（ IEC61131-3中的 5种 PLC基本语言）
● 顺序功能图（ SFC）,不仅仅是一种语言，更是一种组
织控制程序的图形化方式。
● 梯 形 图（ L D ）,以图形方式表达触点和线圈以及
特殊指令块的梯级。
● 指 令 表（ I L ）,类似汇编程序的基于文本的语言
与其相对应的是 LD。
● 结 构 文 本（ S T ）, 类似 Pascal的基于文本的语言
● 功 能 块 图（ FBD）,一种对应于线路图的图形语言。
FBD广泛地用于过程工业。
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3.3 P LC组成
3.3.3 PLC中的存储器 及作用
◆ 工作数据,
●工作数据 是 PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些
数据。它们存放在 RAM中，以适应随机存取的要求。
● 在 PLC的工作数据存储器中，设有存放输入 /输出继电器、
辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些
器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定
的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有
的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持
数据区。
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3.3 P LC组成
3.3.3 PLC中的存储器 及作用
◆ 系统程序和工作数据与用户无直接联系
◆ 在 PLC产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是
指 用户程序存储器 。
◆ 当 PLC提供的用户存储器容量不够用，许多 PLC还提供有
存储器扩展功能。
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3.3 P LC组成
3.3.4 PLC中的输入 /输出接口 及作用
◆ 输入 /输出接口 通常也称 I / O 单元或 I / O 模块,是 PLC与
工业生产现场之间的连接通道。
● PLC输入接口 -----可以检测被控对象的各种数据，用这
些数据作为 PLC对被控制对象进行控制的依据
● PLC输出接口 -----将处理结果送给被控制对象，以实现
控制目的
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3.3 P LC组成
3.3.4 PLC中的输入 /输出接口 及作用
◆ I / O 接口的作用：
● 电平转换功能,由于外部输入设备和输出设备所需的信
号电平是多种多样的, 而 PLC内部 CPU的处理的信号是标
准电平信号 。
● 光电隔离和滤波功能, 以提高 PLC的抗干扰能力
● 通常还有 状态指示, 工作状况直观, 便于维护
◆ I / O 接口的类型,
● 开关量输入 /输出接口
● 模拟量输入 /输出接口
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3.3 P LC组成
3.3.4 PLC中的输入 /输出接口 及作用
◆ 开关量输入 /输出接口
●常用 开关量输入接口,
①直流输入接口、②交流输入接口,③交 /直流输入接口
●常用 开关量输出接口,
①继电器输出接口,
响应速度慢、动作频率低，可驱动交流或直流负载
②晶体管输出接口,
响应速度快、动作频率高，只能用于驱动直流负载
③晶闸管输出接口：
响应速度快、动作频率高,只能用于驱动交流负载
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3.3 P LC组成
3.3.4 PLC中的输入 /输出接口 及作用
◆ 模拟量输入 /输出接口
● 模拟量输入接口 （ A/D接口）
分辨率（ 8位,10位,12位等）、量化误差、偏移误差、
满刻度误差、线性度、精度等
许多 PLC还有与热电阻或热电偶配套使用的 A/D接口
● 模拟量输出接口 （ D/A接口）
分辨率（ 8位,10位,12位等）、精度、线性度、稳定
时间等
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3.3 P LC组成
3.3.4 PLC中的输入 /输出接口 及作用
◆ 输入 /输出（ I/O） 点数,
● PLC的 I / O点数 是指 PLC的 I/O接口所能接受的输入信号
个数和输出信号个数的总和。
● I/O点数是选择 PLC的重要依据之一
● 当 I/O点数不够时，可通过 PLC的 I/O扩展接口对系统进行
扩展
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3.3 P LC组成
3.3.5 PLC中的通信接口 及作用
◆ PLC配有各种通信接口与外部设备连接
● 与 打印机 连接，可将过程信息、系统参数等输出打印
● 与 监视器 连接，可将控制过程图像显示出来
● 与 P L C 连接，组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制
● 与 计算机 连接，组成多级分布式控制系统，控制与管理相结合
● 与 人机界面 （触摸屏）连接
● 与 智能接口模块 连接。智能接口模块是一独立的计算机系统，它
有自己的 CPU,系统程序、存储器以及与 PLC系统总线相连的接口,
PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、
运动控制模块、中断控制模块等。
● 与 编程器 连接
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3.3 P LC组成
3.3.6 PLC中的扩展接口 及作用
◆ 扩展接口 （是用于连接护展单元的接口）。
当 PLC基本单元 I/O点数不能满足要求时，可通过扩展接
口连接扩展单元以 增加系统的 I/O点数
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3.3 P LC组成
3.3.6 PLC中的扩展接口 及作用
? 通信与扩展接口的连接实例
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3.3 P LC组成
3.3.7 PLC中的电源 及作用
◆ PLC配有开关式稳压电源，以提供内部电路使用。
与普通电源相比,PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。
因此，对于电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电
源电压在其额定值± 15%的范围内波动。
◆ 许多 PLC还向外提供直流 24V稳压电源，用于对外部传感
器供电。
◆ 电源的容量
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3.3 P LC组成
3.3.8 PLC编程器 及作用
◆ 编程器的作用, 是编辑、调试、输入用户程序，也可在线
监控 PLC内部状态和参数，与 PLC进行人机对话。它是开
发、应用、维护 PLC不可缺少的设备。
简易编程器
专用编程器
◆ 编程器 智能编程器
通用编程系统,PC上配专用编程软件包
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3.3 P LC组成
3.3.8 PLC编程器 及作用
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3.3 P LC组成
3.3.8 PLC写入器 及作用
◆ 写入器,是用来将用户程序固化到 EPROM存储器中
的一种 PLC外部设备。
◆为了使调试好用户程序不易丢失，经常用 EPROM
写入器将 PLC内 RAM保存到 EPROM中。
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3.4 PLC工作原理
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3.4 PLC工作原理
3.4.1 扫描工作方式
★ 当 PLC运行时，需要进行众多的操作
★ 而 PLC的 CPU不可能同时去执行多个操作,每一刻只能
执行一个操作 。
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3.4 PLC工作原理
3.4.1 扫描工作方式
★ 解决的办法,采用分时操作原理
★ 由于 CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，
PLC外部出现的结果似乎是同时完成的。
★ 这种分时操作的方法称为 扫描工作方式
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3.4 PLC工作原理
3.4.1 扫描工作方式
★ 例如：用户程序的执行（ 用户程序的扫描工作过程）
扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情
况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直到
程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复
进行。
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3.4 PLC工作原理
3.4.2 PLC的扫描工作过程
检查 CPU等内部硬件，对监视定时
器（ WDT） 复位以及其它工作
与其它智能装置（如编程器、
计算机等）实现通信
按顺序对所有输入端的状态进
行采样，并存入相应寄存器
对用户程序扫描执行,并将结
果存入相应的寄存器
将寄存器中与输出有关状态，转到
输出锁存器，输出驱动外部负载
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3.4 PLC工作原理
3.4.2 PLC的扫描工作过程
★ 整个过程包括内部处理, 通信服
务, 输入处理, 程序执行, 输出处
理五个阶段
★ 整个过程扫描执行一遍所需的时
间称为 扫描周期
★ 扫描周期与 CPU运行速度, PLC
硬件配置及用户程序长短有关 。
★ 典型值为 1～ 100ms
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3.4 PLC工作原理
3.4.3 PLC执行程序的过程
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3.4 PLC工作原理
3.4.4 PLC扫描工作方式的特点
★ 集中采样：
在一个扫描周期中, 对输入状态的采样只在输入处理阶段
进行 。 当 PLC进入程序处理阶段后输入端将被封锁, 直到下一
个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样 。
★ 集中输出：
在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。
在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映
象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状
态一直保存在输出映象寄存器中。
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3.4 PLC工作原理
3.4.4 PLC扫描工作方式的特点 (集中采样、集中输出的优点 )
★ 提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性
PLC工作时大多数时间与外部输入 /输出设备隔离，从
根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。
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3.4 PLC工作原理
3.4.4 PLC扫描工作方式的特点 (集中采样、集中输出的缺点 )
★ 降低了系统的响应速度
PLC输入／输出响应滞后,当 PLC输入端输入信号发生变
化到 PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间。对
一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。
注意,这种响应滞后不仅是由于 PLC扫描工作方式造
成，更主要是 PLC输入接口滤波环节带来的输入延迟和输出
接口中驱动器件动作时间带来输出延迟,还与程序设计有关。
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★ 对于小型 PLC,I/O点数较少、用户程序较短
一般采用 集中采样、集中输出 的工作方式
★ 而对于大中型 PLC,I/O点数较多，控制功能强，
用户程序较长，为提高系统响应速度，采用 定期采
样、定期输出方式 或 中断输入、输出方式 以及
采用智能 I/O接口等多种方式
3.4 PLC工作原理
3.4.4 PLC扫描工作方式的特点
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3.5 P LC的分类及特点
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3.5 P LC的分类及特点
3.5.1 PLC的分类
PLC一般可从其 I/O点数、结构形式
和功能三方面进行分类：
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3.5 P LC的分类及特点
3.5.1 PLC的分类 （按 I/O点数分类）
根据 PLC的 I/O点数,PLC分为小型、中型和大型三类。
1） 小型 PLC I/O点数为 256点以下 的为小型 PLC
（ 其中 I/O点数小于 64点的为超小型或微型 PLC）
2） 中型 PLC I/O点数为 256点以上, 2048点以下 的
为中型 PLC
3） 大型 PLC I/O点数为 2048以上 的为大型 PLC
（ 其中 I/O点数超过 8192点的为超大型 PLC）
这个分类界限不是固定不变的，它随 PLC的发展而变化。
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3.5 P LC的分类及特点
3.5.1 PLC的分类 （ 按结构形式分类）
根据 PLC的结构形式，可将 PLC分为整体式和模块式两类。
1） 整体式 PLC 将电源, CPU,I/O接口等部件都集中装
在一个机箱内, 具有结构紧凑, 体积小, 价格低的特点 。
整体式 PLC由不同 I/O点数的基本单元 （ 又称主机 ） 和
扩展单元组成 。 基本单元内有 CPU,I/O接口, 与 I/O扩展单
元相连的扩展口, 以及与编程器或 EPROM写入器相连的接
口等 。 扩展单元内只有 I/O和电源等, 没有 CPU。 基本单元和
扩展单元之间一般用扁平电缆连接 。 整体式 PLC一般还可配
备特殊功能单元, 如模拟量单元, 位置控制单元等, 使其功
能得以扩展 。
小型 PLC一般采用这种整体式结构 。
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3.5 P LC的分类及特点
3.5.1 PLC的分类 （ 按结构形式分类）
2） 模块式 PLC 将 PLC各组成部分分别作成若干
个单独的模块, 如 CPU模块, I/O模块, 电源模块 （ 有
的含在 CPU模块中 ） 以及各种功能模块 。
模块式由框架或基板和各种模块组成 。 模块装在
框架或基板的插座上 。 这种模块式 PLC的特点是配置
灵活, 可根据需要选配不同模块组成一个系统, 而且
装配方便, 便于扩展和维修 。
大, 中型 PLC一般采用模块式结构 。
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3.5 P LC的分类及特点
3.5.1 PLC的分类 （ 按结构形式分类）
3） 叠装式 PLC 还有一些 PLC将整体式和模块式的特点
结合起来。
叠装式 PLC其 CPU,电源,I/O接口等也是各自独立的
模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一
层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体
积小巧。
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3.5 P LC的分类及特点
3.5.1 PLC的分类 （按功能分类）
1）低档 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自
诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运
算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控
制或少量模拟量控制的单机系统
2）中档 PLC 具有低档 PLC功能外，具有较强的模拟量输
入 /输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O,子
程序、通信联网等功能。有些还增设中断,PID控制等功能
3）高档 PLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、
矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、
制表及表格传送等。高档 PLC机具有更强的通信联网功能，可用
于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。
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3.5 P LC的分类及特点
3.5.2 PLC的特点
PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，
主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域
中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。
① 可靠性高、抗干扰能力强
② 编程简单、使用方便
③ 功能完善、通用性强
④ 设计安装简单、维护方便
⑤ 体积小, 重量轻, 能耗低
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3.5.2 PLC的特点
① 可靠性高、抗干扰能力强
可靠性高, 抗干扰能力强是 PLC最重要的特点之一 。 PLC
的平均无故障时间可达几十万个小时 。
★ 硬件方面, I/O接口采用采用光电隔离, 有效地抑制了外部干扰源的影
响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波, 从而消除或抑制了高频干扰；
对 CPU等重要部件采用良好的导电, 导磁材料进行屏蔽, 以减少空间电磁干
扰；对有些模块设置了联锁保护, 自诊断电路等 。
★ 软件方面, 采用扫描工作方式, 减少了外界的干扰；设有故障检测和
自诊断程序, 能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障
时, 能立即将当前重要信息加以封存, 禁止任何不稳定的读写操作, 一旦正
常后, 便可恢复到故障发生前的状态, 继续原来的工作 。
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3.5.2 PLC的特点
② 编程简单、使用方便
目前, 各种 PLC都采用梯形图语言为第一编程语言,
是, 它是一种面向生产, 面向用户的编程语言 。 梯形图与
电器控制线路图相似, 形象, 直观, 不需要掌握计算机知
识, 很容易让广大工程技术人员掌握 。 当生产流程需要改
变时, 可以现场改变程序, 使用方便, 灵活 。
同时, PLC编程器的操作和使用也很简单 。 这也是
PLC获得普及和推广的主要原因之一 。
许多 PLC还针对具体问题，设计了各种专用编程指令
及编程方法，进一步简化了编程。
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3.5.2 PLC的特点
③ 功能完善、通用性强
现代 PLC不仅具有逻辑运算, 定时, 计数, 顺序控制
等功能, 而且还具有 A/D和 D/A转换, 数值运算, 数据处理,
PID控制, 通信联网以等许多功能 。
同时, 由于 PLC产品的系列化, 模块化, 有品种齐全
的各种硬件装置供用户选用, 可以组成满足各种要求的控
制系统 。
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3.5.2 PLC的特点
④ 设计安装简单、维护方便
由于 PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件, 控制
柜的设计, 安装接线工作量大为减少 。
PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试, 缩短
了应用设计和调试周期 。
在维修方面, 由于 PLC的故障率极低, 维修工作量很小；
而且 PLC具很强的自诊断功能, 如果出现故障, 可根据 PLC
上指示或编程器上提供的故障信息, 迅速查明原因, 维修极
为方便 。
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3.5.2 PLC的特点
⑤ 体积小、重量轻、能耗低
PLC结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现
机电一体化的理想控制设备
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3.6 PLC的发展趋势
3.6.1 向高速度、大容量方向发展
为了提高 PLC的处理能力，要求 PLC具有更好的响应速
度和更大的存储容量。目前，有的 PLC的扫描速度可达
0.1ms/k步左右。 PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能
指标。
在存储容量方面，有的 PLC最高可达几十兆字节。为
了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。
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3.6 PLC的发展趋势
3.6.2 向超大型、超小型两个方向发展
当前中小型 PLC比较多, 为了适应市场的多种需要,
今后 PLC要向多品种方向发展, 特别是向超大型和超小型
两个方向发展 。
现已有 I/O点数达 14336点的超大型 PLC,其使用 32位
微处理器, 多 CPU并行工作和大容量存储器, 功能强 。
小型 PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置
更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小
型微型 PLC,最小配置的 I/O点数为 8～ 16点，以适应单机
及小型自动控制的需要，如三菱公司 α系列 PLC,西门子
公司的 LOGO系列 PLC。
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3.6 PLC的发展趋势
3.6.3 大力开发智能模块，加强联网与通信能力
为满足各种控制系统的要求, 不断开发出许多功能模块,
如高速计数模块, 温度控制模块, 远程 I/O模块, 通信和人机
接口模块等 。 这些带 CPU和存储器的智能 I/O模块, 既扩展了
PLC功能, 又使用灵活方便, 扩大了 PLC应用范围 。
加强 PLC联网与通信的能力，是 PLC技术进步的潮流。
PLC的联网与和通信有两类：① PLC之间联网通信，各 PLC生
产厂家都有自己的专有联网手段；② PLC与计算机之间的联
网通信，一般 PLC都有专用通信模块与计算机通信。
为了加强联网与和通信能力,PLC生产厂家之间也在协
商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。
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3.6 PLC的发展趋势
3.6.4 增强外部故障的检测与处理能力
根据统计资料表明：在 PLC控制系统的故障中, CPU占
5%,I/O接口占 15%,输入设备占 45%,输出设备占 30%,线
路占 5%。
前二项共 20%故障属于 PLC的内部故障，它可通过 PLC
本身的软、硬件实现检测、处理；
而其余 80%的故障属于 PLC的外部故障。 PLC生产厂家都
致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一
步提高系统的可靠性
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3.6 PLC的发展趋势
3.6.5 编程语言多样化
在 PLC系统结构不断发展的同时, PLC的编程语言也越来
越丰富, 功能也不断提高 。
除了大多数 PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控
制要求，出现了面向顺序控制的 步进编程语言, 面向过程控
制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（ BASIC,C语
言等）等 。多种编程语言的并存、互补与发展是 PLC进步的
一种趋势。
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第 3部分 可编程控制器基础知识
?3.1 概述
?3.2 PLC系统与继电器系统比较
?3.3 PLC组成
?3.4 PLC基本工作原理
?3.5 PLC特点与分类
?3.6 PLC发展趋势
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整体式 PLC
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模块式 PLC
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总体时间安排
? 电器控制部分,30学时
其中：授课 22学时、实验 8学时
? PLC及应用部分,38学时
其中：授课 28学时、实验 10学时
? 实践考核部分,2学时
电器控制与 PLC技术
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? 授课内容：分为 6个部分
第 1部分：常用低压电器及选用
（教材第一章）
第 2部分：电器控制基本线路及原理
（教材第一章）
第 3部分,PLC基础知识
（教材第二章）
第 4部分：小型 PLC及其指令系统 (FX系列 )
（教材第三章、第四章 (自学 ) ）
第 5部分,PLC程序设计
（教材第五章）
第 6部分,PLC应用系统设计
（教材第六章、第七章）
可编程序控制器（ PLC） 应用技术
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第 3 部分 可编程序控制器基础知识
? 学习说明：
本章是学习 PLC的入门知识，因此对初学者来说显得特别重要。重
点掌握：什么是 PLC？ PLC与其它控制装置的区别？ PLC的工作机
制？
? 本章内容：
3.1 概述
3.2 PLC系统与继电器系统比较
3.3 PLC组成
3.4 PLC工作原理
3.5 PLC特点与分类
3.6 PLC的发展趋势
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3.1 概述
3.1.1 什么是 PLC？
可编程序控制器（ Programmble Controller） 简称 PC或 PLC
■ 是一种工业 控制装置
PLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来
的，并逐渐发展成为 以微处理器 为核心，将自动化技术、
计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置
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1.1 概述
1.1.1 什么是 PLC？
■ 定义
国际电工委员会（ IEC） 于 1987年颁布了可编程控制
器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，
专为在工业环境下应用而设计。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，并通过数字式和模拟式的输
入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制
器及其有关外围设备，都应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”。
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1.1 概述
1.1.1 什么是 PLC？
◆ 区别于一般微机控制系统
◆ 区别于传统控制装置
近年来，可编程控制器发展很快，几乎每年都推出不
少新系列产品，其功能已远远超出了定义的范围。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
■ 世界上第一台 PLC
1969年由美国数字设备公司（ DEC） 根据美国通用汽
车公司（ GM） 的要求研制成功
◆背景,
1968年美国通用汽车公司（ GM）,为了适应汽车型
号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、
多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽
可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成
本，缩短周期。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
◆设计思想, 吸取继电器和计算机两者的优点
☆ 继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更
改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，
但 简单易懂、价格便宜；
☆ 计算机 功能强大、灵活（可编程）、通用性好,但编程
困难；
☆ 采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程
，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
◆ 70年代初期, 仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是
用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（
Programmable Logic Controller）
◆ 70年代中期, 微处理器技术应用到 PLC中，使 PLC不仅具有逻辑
控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能
◆ 80年代以后, 随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅
速发展,16位和 32位微处理器应用于 PLC中，使 PLC得到迅速发展
。 PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成
本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数
据处理和图象显示等功能。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
◆ 近年来 PLC发展迅速
PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格
比高、高可靠性的特点,已成为自动化工程的核心设备。
PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使
用量高居首位。
PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（ PLC、机
器人,CAD/CAM） 之一。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
? 就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言
,PLC仍然处于一种核心地位。在最近出现在美国、欧洲
和国内有关探讨 PLC发展的论文中，这个结论是众口一词
的，尽管对 PLC的未来发展有着许多不同的意见。
? 在全球经济不景气的时候,PLC的市场销售仍然坚挺； PC
控制有了引人注目的进展，但毕竟只能对高端的 PLC产品
形成竞争；小型、超小型 PLC的发展势头令人刮目相看；
PLC和 PC控制在今后可能相互融合。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
?PLC三大流派
自从第一台 PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制
PLC,并得到了迅速的发展。各国 PLC都有自己的特色。
●欧洲,西门子（ Siemens）； 法国的 TE（ Telemecanique）
● 美国,A-B（ Allen-Bradly）,GE（ General Electric）
● 日本,三菱电机（ Mitsubishi Electric）,欧姆龙（ OMRON）、
FUJI （ 日本主要发展中小型 PLC,其小型机性能先进，结构紧凑
，价格便宜）
目前国内市场还有韩国、台湾等 PLC产品
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
■我国 PLC发展情况
? 在 70年代末和 80年代初，我国随国外成套设备、专用设备
引进了不少国外的 PLC。
? 我国不少科研单位和工厂在研制和生产 PLC,如辽宁无线
电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦
门 A-B公司等。
? 在传统设备改造和新设备设计中,PLC的应用逐年增多，
取得良好效果。 PLC在我国的应用越来越广泛。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
■我国 PLC发展情况
目前，国内 PLC生产厂家有 30余家，并有迹象显示，更多的来自
于原 PLC应用的技术人员准备加入到小型 PLC开发的行列。但在目前
上市的众多 PLC产品中，还没有形成规模化的生产和名牌产品。
从技术角度来看，国内外的小型 PLC差距正在缩小。如无锡信捷
、兰州全志等公司生产的微型 PLC已经比较成熟，有些国产 PLC（ 如
和利时、科迪纳）已经拥有符合 IEC标准的编程软件、支持了现场总
线技术等。
面对国际厂商数十年的规模化生产和市场管理经验，国内厂商
更多地只停留在小批量生产和维系生存的起步阶段，离真正批量生
产、市场化经营乃至创建品牌还有很长的路要走。与此同时，国产
PLC的低价优势也正在受到新的挑战。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
? 中国 PLC市场（ 2004年度）
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
PLC品牌分布情况的原因,
? 产品覆盖范围 。 排在最前的三个品牌有最丰富的产品系列, 而且没
有偏重, 用户很容易得到恰当的产品；其他品牌如 Fuji,LG则以小
型和微型产品为主, GE和 Schneider以中大型产品为主 。 虽然 A－ B拥
有出色的技术和全面的产品系列, 但是高价格使用户却步 。
? 中国市场上的历史 。 Siemens,Mitsubishi和 Omron都是在中国市场上
传统的供应商, 在很多领域占了先机, 相对应的是 GE,Schneider（
其实 Modicon进入中国也比较早, 但没有完整的销售和服务体系 ） 和
LG这些后来者虽然市场快速增长, 但距先行者仍有一定的差距 。
? 行业分布 。 某些品牌会侧重于一些行业, 如 Schneider更加注重电力
行业, Rockwell在冶金行业表现出众 。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
2004年度 PLC市场研究报告表明,
①作为目前国内控制市场上的主流控制器,PLC市场的国
内参与者却需要尴尬地面对这样一个局面，即在高达 31亿
的 PLC市场总需求中，国产 PLC不到整个市场份额 1％。
②在按照 I/O数量划分的市场总量中，小型 PLC（ 256点以
下）的市场巨大，占据市场总额的 64％，而国产 PLC的市
场贡献恰恰就在小型 PLC的市场中。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
■预测,中国 PLC市场在 2008年有望翻番
在最近的经济发展中, 中国以其制造业发展的迅猛及
范围的广泛为人瞩目, 使 PLC在某些自动化领域增长超过
了 20%。 中国的 PLC市场在未来的 5年内, 将以 14.1%的综
合年增长率增长 。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
? 流行新词汇, 可编程自动化控制器
（ Programmable Automation Controller,PAC）
PAC源自于 ARC咨询集团市场调查公司, 认为：
,PLC相当活跃, 而且发展良好, 具很强的生命力 。
然而, PLC这个工业的有效工具正在许多方面不断改变,
不断增加其魅力 。 自动化供应商正不断致力于 PLC的开发
,以迎合市场和特殊用户的需求 。 功能的增强促使了新系
列的系统浮出水面 。 PAC基于开放的工业标准, 具多领域
功能, 通用的开放平台以及高性能, 。
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3.1 概述
3.1.2 PLC的产生与发展
? GE Fanuc却没有丝毫犹豫，立刻接受了 PAC的概念，而
且在汉诺威展上公开宣布，其新的旗舰控制产品的名称为
PACSystems。 GE Fanuc使用了这个名称，表达了其产品
综合了传统 PLC和 PC硬件的优点，具有通用编程环境。
? 2003年 11月 Rockwell宣布，其为 PAC技术的领导厂商，其
产品 Control Logix和 Compact Logix PLC事实上就是 PAC
。 他认为，随着不断的发展,PAC将采用大量的方法以处
理数据，并具有升级性，而在多项目控制、集成商务系统
分析和生命周期成本管理等方面也能大踏步地前进。
? 2004年
? 是否制造商会将产品名称从 PLC改到 PAC,还有待观察。
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3.1 概述
3.1.3 PLC的应用领域
目前,PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、
建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等
各行各业，随着 PLC性能价格比的不断提高，其应用领域
不断扩大。
从 PLC应用类型看，大致可归纳为以下几个方面：
? 开关量逻辑控制
? 运动控制
? 过程控制 （ PID闭环控制 ）
? 数据处理
? 通信联网 （ 构成 DCS,FCS系统 ）
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3.1 概述
3.1.3 PLC的应用领域
PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控
制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维
护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关的机器
、与环境相关的机器，而且有急速的上升趋势。
值得注意的是，随着 PLC,DCS相互渗透，二者的界线
日趋模糊的时候,PLC从传统的应用于离散的制造业向应用
到连续的流程工业扩展
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3.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较
3.2.1 电器控制系统组成
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3.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较
3.2.2 PLC控制系统组成
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3.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较
3.2.3 PLC等效电路
? 例,三相异步电动机单向运行电器控制系统
输入设备
输出设备
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3.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较
3.2.3 PLC等效电路
? 三相异步电动机单向运行 PLC控制系统
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3.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较
3.2.4 PLC控制系统与电器控制系统的区别
①控制方法上,硬, 软
②工作方式上,并行工作方式, 串行工作方式
③控制速度上,速度 慢, 快
④定时和计数控制上,精度 低, 高
⑤可靠性和可维护性上,可靠性 低, 高
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FX-PLC
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FX0S
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FX0N
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FX1S / FX1N
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FX2N
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AnS
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QnA / AnA
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QnS
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CC-LINK
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S7-200
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S7-300
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S7-400
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LOGO
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C
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SP
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C200H
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CS
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SLC500
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3.3 P LC组成
3.3.1 PLC组成概述
◆ PLC的基本组成与一般的微机系统类似,
是一种 以微处理器为核心的,用于控制的 特殊计算机
◆ PLC的基本组成包括 硬件与软件 两部分
PLC的硬件,中央处理器（ CPU）,存储器、输入接口、
输出接口、通信接口、电源等
PLC的软件,系统程序和用户程序
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3.3 P LC组成
3.3.1 PLC组成概述
编程 器
写入器
电 源输
入
单
元
输
出
单
元CPU
通
信
接
口
扩
展
接
口
存储器
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3.3 P LC组成
3.3.2 PLC中的 CPU及作用
◆ PLC中常采用的 CPU有三类：
1) 通用微处理器 （如 Z80,8086,80286等）
2) 单片微处理器 （如 8031,8096等）
3) 位片式微处理器 (如 AMD29W等 )
◆ 小型 PLC,大多采用 8位通用微处理器和单片微处理器，
中型 PLC,大多采用 16位通用微处理器或单片微处理器
大型 PLC,大多采用高速位片式微处理器（ 32位）
小型 PLC为 单 CPU系统,中、大型 PLC则大多为 双 CPU
或多 CPU系统。 对于双 CPU系统，一般一个为 字处理器,
一般采用 8位,16位或 32位处理器；另一个为 位处理器,
采用由各厂家设计制造的专用芯片。
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3.3 P LC组成
3.3.2 PLC中的 CPU及作用
◆ CPU的作用,按系统程序赋予的功能, 指挥 PLC有条不紊
地进行工作 。 归纳起来主要有以下五个方面,
1）接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据
2）诊断电源,PLC内部电路故障和编程中的语法错误等
3）接收并存储从输入单元（接口）得到现场输入状态或数据
4）逐条读取并执行存储器中的用户程序，并将运算结果存入
存储器中
5）根据运算结果，更新有关标志位和输出内容，通过输出接
口实现控制、制表打印或数据通讯等功能
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3.3 P LC组成
3.3.3 PLC中的存储器 及作用
◆ 存储器的作用,
在 PLC中，存储器主要用于 系统程序、用户程序、数据
◆ 存储器的类型,
① 可读 /写操作的 随机存储器 RAM
② 只读存储器 ROM,PROM,EPROM和 EEPROM
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3.3 P LC组成
3.3.3 PLC中的存储器 及作用
◆系统程序,
系统程序 是完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用、
管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。
系统程序 由 PLC的制造厂家编写的，在 PLC使用过程中不
会变动，它和 PLC的硬件组成有关，它关系到 PLC的性能。
系统程序 由制造厂家直接固化在只读存储器 ROM,PROM
或 EPROM中，用户不能访问和修改。
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3.3 P LC组成
3.3.3 PLC中的存储器 及作用
◆ 用户程序,
● 用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而
编制的应用程序。它是由 PLC控制对象的要求而定的，
● 为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于 CMOS
静态 RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会
丢失信息。为了防止干扰对 RAM中程序的破坏，当用户程
序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在 EPROM中。
● 现在有许多 PLC直接采用 EEPROM作为用户存储器。
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3.3 P LC组成
3.3.3 PLC中的存储器 及作用
? PLC的编程语言（ IEC61131-3中的 5种 PLC基本语言）
● 顺序功能图（ SFC）,不仅仅是一种语言，更是一种组
织控制程序的图形化方式。
● 梯 形 图（ L D ）,以图形方式表达触点和线圈以及
特殊指令块的梯级。
● 指 令 表（ I L ）,类似汇编程序的基于文本的语言
与其相对应的是 LD。
● 结 构 文 本（ S T ）, 类似 Pascal的基于文本的语言
● 功 能 块 图（ FBD）,一种对应于线路图的图形语言。
FBD广泛地用于过程工业。
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3.3 P LC组成
3.3.3 PLC中的存储器 及作用
◆ 工作数据,
●工作数据 是 PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些
数据。它们存放在 RAM中，以适应随机存取的要求。
● 在 PLC的工作数据存储器中，设有存放输入 /输出继电器、
辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些
器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定
的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有
的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持
数据区。
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3.3 P LC组成
3.3.3 PLC中的存储器 及作用
◆ 系统程序和工作数据与用户无直接联系
◆ 在 PLC产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是
指 用户程序存储器 。
◆ 当 PLC提供的用户存储器容量不够用，许多 PLC还提供有
存储器扩展功能。
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3.3 P LC组成
3.3.4 PLC中的输入 /输出接口 及作用
◆ 输入 /输出接口 通常也称 I / O 单元或 I / O 模块,是 PLC与
工业生产现场之间的连接通道。
● PLC输入接口 -----可以检测被控对象的各种数据，用这
些数据作为 PLC对被控制对象进行控制的依据
● PLC输出接口 -----将处理结果送给被控制对象，以实现
控制目的
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3.3 P LC组成
3.3.4 PLC中的输入 /输出接口 及作用
◆ I / O 接口的作用：
● 电平转换功能,由于外部输入设备和输出设备所需的信
号电平是多种多样的, 而 PLC内部 CPU的处理的信号是标
准电平信号 。
● 光电隔离和滤波功能, 以提高 PLC的抗干扰能力
● 通常还有 状态指示, 工作状况直观, 便于维护
◆ I / O 接口的类型,
● 开关量输入 /输出接口
● 模拟量输入 /输出接口
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3.3 P LC组成
3.3.4 PLC中的输入 /输出接口 及作用
◆ 开关量输入 /输出接口
●常用 开关量输入接口,
①直流输入接口、②交流输入接口,③交 /直流输入接口
●常用 开关量输出接口,
①继电器输出接口,
响应速度慢、动作频率低，可驱动交流或直流负载
②晶体管输出接口,
响应速度快、动作频率高，只能用于驱动直流负载
③晶闸管输出接口：
响应速度快、动作频率高,只能用于驱动交流负载
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3.3 P LC组成
3.3.4 PLC中的输入 /输出接口 及作用
◆ 模拟量输入 /输出接口
● 模拟量输入接口 （ A/D接口）
分辨率（ 8位,10位,12位等）、量化误差、偏移误差、
满刻度误差、线性度、精度等
许多 PLC还有与热电阻或热电偶配套使用的 A/D接口
● 模拟量输出接口 （ D/A接口）
分辨率（ 8位,10位,12位等）、精度、线性度、稳定
时间等
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3.3 P LC组成
3.3.4 PLC中的输入 /输出接口 及作用
◆ 输入 /输出（ I/O） 点数,
● PLC的 I / O点数 是指 PLC的 I/O接口所能接受的输入信号
个数和输出信号个数的总和。
● I/O点数是选择 PLC的重要依据之一
● 当 I/O点数不够时，可通过 PLC的 I/O扩展接口对系统进行
扩展
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3.3 P LC组成
3.3.5 PLC中的通信接口 及作用
◆ PLC配有各种通信接口与外部设备连接
● 与 打印机 连接，可将过程信息、系统参数等输出打印
● 与 监视器 连接，可将控制过程图像显示出来
● 与 P L C 连接，组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制
● 与 计算机 连接，组成多级分布式控制系统，控制与管理相结合
● 与 人机界面 （触摸屏）连接
● 与 智能接口模块 连接。智能接口模块是一独立的计算机系统，它
有自己的 CPU,系统程序、存储器以及与 PLC系统总线相连的接口,
PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、
运动控制模块、中断控制模块等。
● 与 编程器 连接
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3.3 P LC组成
3.3.6 PLC中的扩展接口 及作用
◆ 扩展接口 （是用于连接护展单元的接口）。
当 PLC基本单元 I/O点数不能满足要求时，可通过扩展接
口连接扩展单元以 增加系统的 I/O点数
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3.3 P LC组成
3.3.6 PLC中的扩展接口 及作用
? 通信与扩展接口的连接实例
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3.3 P LC组成
3.3.7 PLC中的电源 及作用
◆ PLC配有开关式稳压电源，以提供内部电路使用。
与普通电源相比,PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。
因此，对于电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电
源电压在其额定值± 15%的范围内波动。
◆ 许多 PLC还向外提供直流 24V稳压电源，用于对外部传感
器供电。
◆ 电源的容量
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3.3 P LC组成
3.3.8 PLC编程器 及作用
◆ 编程器的作用, 是编辑、调试、输入用户程序，也可在线
监控 PLC内部状态和参数，与 PLC进行人机对话。它是开
发、应用、维护 PLC不可缺少的设备。
简易编程器
专用编程器
◆ 编程器 智能编程器
通用编程系统,PC上配专用编程软件包
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3.3 P LC组成
3.3.8 PLC编程器 及作用
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3.3 P LC组成
3.3.8 PLC写入器 及作用
◆ 写入器,是用来将用户程序固化到 EPROM存储器中
的一种 PLC外部设备。
◆为了使调试好用户程序不易丢失，经常用 EPROM
写入器将 PLC内 RAM保存到 EPROM中。
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3.4 PLC工作原理
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3.4 PLC工作原理
3.4.1 扫描工作方式
★ 当 PLC运行时，需要进行众多的操作
★ 而 PLC的 CPU不可能同时去执行多个操作,每一刻只能
执行一个操作 。
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3.4 PLC工作原理
3.4.1 扫描工作方式
★ 解决的办法,采用分时操作原理
★ 由于 CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，
PLC外部出现的结果似乎是同时完成的。
★ 这种分时操作的方法称为 扫描工作方式
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3.4 PLC工作原理
3.4.1 扫描工作方式
★ 例如：用户程序的执行（ 用户程序的扫描工作过程）
扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情
况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直到
程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复
进行。
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3.4 PLC工作原理
3.4.2 PLC的扫描工作过程
检查 CPU等内部硬件，对监视定时
器（ WDT） 复位以及其它工作
与其它智能装置（如编程器、
计算机等）实现通信
按顺序对所有输入端的状态进
行采样，并存入相应寄存器
对用户程序扫描执行,并将结
果存入相应的寄存器
将寄存器中与输出有关状态，转到
输出锁存器，输出驱动外部负载
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3.4 PLC工作原理
3.4.2 PLC的扫描工作过程
★ 整个过程包括内部处理, 通信服
务, 输入处理, 程序执行, 输出处
理五个阶段
★ 整个过程扫描执行一遍所需的时
间称为 扫描周期
★ 扫描周期与 CPU运行速度, PLC
硬件配置及用户程序长短有关 。
★ 典型值为 1～ 100ms
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3.4 PLC工作原理
3.4.3 PLC执行程序的过程
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3.4 PLC工作原理
3.4.4 PLC扫描工作方式的特点
★ 集中采样：
在一个扫描周期中, 对输入状态的采样只在输入处理阶段
进行 。 当 PLC进入程序处理阶段后输入端将被封锁, 直到下一
个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样 。
★ 集中输出：
在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。
在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映
象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状
态一直保存在输出映象寄存器中。
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3.4 PLC工作原理
3.4.4 PLC扫描工作方式的特点 (集中采样、集中输出的优点 )
★ 提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性
PLC工作时大多数时间与外部输入 /输出设备隔离，从
根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。
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3.4 PLC工作原理
3.4.4 PLC扫描工作方式的特点 (集中采样、集中输出的缺点 )
★ 降低了系统的响应速度
PLC输入／输出响应滞后,当 PLC输入端输入信号发生变
化到 PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间。对
一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。
注意,这种响应滞后不仅是由于 PLC扫描工作方式造
成，更主要是 PLC输入接口滤波环节带来的输入延迟和输出
接口中驱动器件动作时间带来输出延迟,还与程序设计有关。
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★ 对于小型 PLC,I/O点数较少、用户程序较短
一般采用 集中采样、集中输出 的工作方式
★ 而对于大中型 PLC,I/O点数较多，控制功能强，
用户程序较长，为提高系统响应速度，采用 定期采
样、定期输出方式 或 中断输入、输出方式 以及
采用智能 I/O接口等多种方式
3.4 PLC工作原理
3.4.4 PLC扫描工作方式的特点
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3.5 P LC的分类及特点
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3.5 P LC的分类及特点
3.5.1 PLC的分类
PLC一般可从其 I/O点数、结构形式
和功能三方面进行分类：
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3.5 P LC的分类及特点
3.5.1 PLC的分类 （按 I/O点数分类）
根据 PLC的 I/O点数,PLC分为小型、中型和大型三类。
1） 小型 PLC I/O点数为 256点以下 的为小型 PLC
（ 其中 I/O点数小于 64点的为超小型或微型 PLC）
2） 中型 PLC I/O点数为 256点以上, 2048点以下 的
为中型 PLC
3） 大型 PLC I/O点数为 2048以上 的为大型 PLC
（ 其中 I/O点数超过 8192点的为超大型 PLC）
这个分类界限不是固定不变的，它随 PLC的发展而变化。
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3.5 P LC的分类及特点
3.5.1 PLC的分类 （ 按结构形式分类）
根据 PLC的结构形式，可将 PLC分为整体式和模块式两类。
1） 整体式 PLC 将电源, CPU,I/O接口等部件都集中装
在一个机箱内, 具有结构紧凑, 体积小, 价格低的特点 。
整体式 PLC由不同 I/O点数的基本单元 （ 又称主机 ） 和
扩展单元组成 。 基本单元内有 CPU,I/O接口, 与 I/O扩展单
元相连的扩展口, 以及与编程器或 EPROM写入器相连的接
口等 。 扩展单元内只有 I/O和电源等, 没有 CPU。 基本单元和
扩展单元之间一般用扁平电缆连接 。 整体式 PLC一般还可配
备特殊功能单元, 如模拟量单元, 位置控制单元等, 使其功
能得以扩展 。
小型 PLC一般采用这种整体式结构 。
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3.5 P LC的分类及特点
3.5.1 PLC的分类 （ 按结构形式分类）
2） 模块式 PLC 将 PLC各组成部分分别作成若干
个单独的模块, 如 CPU模块, I/O模块, 电源模块 （ 有
的含在 CPU模块中 ） 以及各种功能模块 。
模块式由框架或基板和各种模块组成 。 模块装在
框架或基板的插座上 。 这种模块式 PLC的特点是配置
灵活, 可根据需要选配不同模块组成一个系统, 而且
装配方便, 便于扩展和维修 。
大, 中型 PLC一般采用模块式结构 。
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3.5 P LC的分类及特点
3.5.1 PLC的分类 （ 按结构形式分类）
3） 叠装式 PLC 还有一些 PLC将整体式和模块式的特点
结合起来。
叠装式 PLC其 CPU,电源,I/O接口等也是各自独立的
模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一
层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体
积小巧。
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3.5 P LC的分类及特点
3.5.1 PLC的分类 （按功能分类）
1）低档 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自
诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运
算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控
制或少量模拟量控制的单机系统
2）中档 PLC 具有低档 PLC功能外，具有较强的模拟量输
入 /输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O,子
程序、通信联网等功能。有些还增设中断,PID控制等功能
3）高档 PLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、
矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、
制表及表格传送等。高档 PLC机具有更强的通信联网功能，可用
于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。
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3.5 P LC的分类及特点
3.5.2 PLC的特点
PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，
主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域
中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。
① 可靠性高、抗干扰能力强
② 编程简单、使用方便
③ 功能完善、通用性强
④ 设计安装简单、维护方便
⑤ 体积小, 重量轻, 能耗低
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3.5.2 PLC的特点
① 可靠性高、抗干扰能力强
可靠性高, 抗干扰能力强是 PLC最重要的特点之一 。 PLC
的平均无故障时间可达几十万个小时 。
★ 硬件方面, I/O接口采用采用光电隔离, 有效地抑制了外部干扰源的影
响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波, 从而消除或抑制了高频干扰；
对 CPU等重要部件采用良好的导电, 导磁材料进行屏蔽, 以减少空间电磁干
扰；对有些模块设置了联锁保护, 自诊断电路等 。
★ 软件方面, 采用扫描工作方式, 减少了外界的干扰；设有故障检测和
自诊断程序, 能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障
时, 能立即将当前重要信息加以封存, 禁止任何不稳定的读写操作, 一旦正
常后, 便可恢复到故障发生前的状态, 继续原来的工作 。
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3.5.2 PLC的特点
② 编程简单、使用方便
目前, 各种 PLC都采用梯形图语言为第一编程语言,
是, 它是一种面向生产, 面向用户的编程语言 。 梯形图与
电器控制线路图相似, 形象, 直观, 不需要掌握计算机知
识, 很容易让广大工程技术人员掌握 。 当生产流程需要改
变时, 可以现场改变程序, 使用方便, 灵活 。
同时, PLC编程器的操作和使用也很简单 。 这也是
PLC获得普及和推广的主要原因之一 。
许多 PLC还针对具体问题，设计了各种专用编程指令
及编程方法，进一步简化了编程。
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3.5.2 PLC的特点
③ 功能完善、通用性强
现代 PLC不仅具有逻辑运算, 定时, 计数, 顺序控制
等功能, 而且还具有 A/D和 D/A转换, 数值运算, 数据处理,
PID控制, 通信联网以等许多功能 。
同时, 由于 PLC产品的系列化, 模块化, 有品种齐全
的各种硬件装置供用户选用, 可以组成满足各种要求的控
制系统 。
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3.5.2 PLC的特点
④ 设计安装简单、维护方便
由于 PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件, 控制
柜的设计, 安装接线工作量大为减少 。
PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试, 缩短
了应用设计和调试周期 。
在维修方面, 由于 PLC的故障率极低, 维修工作量很小；
而且 PLC具很强的自诊断功能, 如果出现故障, 可根据 PLC
上指示或编程器上提供的故障信息, 迅速查明原因, 维修极
为方便 。
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3.5.2 PLC的特点
⑤ 体积小、重量轻、能耗低
PLC结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现
机电一体化的理想控制设备
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3.6 PLC的发展趋势
3.6.1 向高速度、大容量方向发展
为了提高 PLC的处理能力，要求 PLC具有更好的响应速
度和更大的存储容量。目前，有的 PLC的扫描速度可达
0.1ms/k步左右。 PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能
指标。
在存储容量方面，有的 PLC最高可达几十兆字节。为
了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。
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3.6 PLC的发展趋势
3.6.2 向超大型、超小型两个方向发展
当前中小型 PLC比较多, 为了适应市场的多种需要,
今后 PLC要向多品种方向发展, 特别是向超大型和超小型
两个方向发展 。
现已有 I/O点数达 14336点的超大型 PLC,其使用 32位
微处理器, 多 CPU并行工作和大容量存储器, 功能强 。
小型 PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置
更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小
型微型 PLC,最小配置的 I/O点数为 8～ 16点，以适应单机
及小型自动控制的需要，如三菱公司 α系列 PLC,西门子
公司的 LOGO系列 PLC。
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3.6 PLC的发展趋势
3.6.3 大力开发智能模块，加强联网与通信能力
为满足各种控制系统的要求, 不断开发出许多功能模块,
如高速计数模块, 温度控制模块, 远程 I/O模块, 通信和人机
接口模块等 。 这些带 CPU和存储器的智能 I/O模块, 既扩展了
PLC功能, 又使用灵活方便, 扩大了 PLC应用范围 。
加强 PLC联网与通信的能力，是 PLC技术进步的潮流。
PLC的联网与和通信有两类：① PLC之间联网通信，各 PLC生
产厂家都有自己的专有联网手段；② PLC与计算机之间的联
网通信，一般 PLC都有专用通信模块与计算机通信。
为了加强联网与和通信能力,PLC生产厂家之间也在协
商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。
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3.6 PLC的发展趋势
3.6.4 增强外部故障的检测与处理能力
根据统计资料表明：在 PLC控制系统的故障中, CPU占
5%,I/O接口占 15%,输入设备占 45%,输出设备占 30%,线
路占 5%。
前二项共 20%故障属于 PLC的内部故障，它可通过 PLC
本身的软、硬件实现检测、处理；
而其余 80%的故障属于 PLC的外部故障。 PLC生产厂家都
致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一
步提高系统的可靠性
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3.6 PLC的发展趋势
3.6.5 编程语言多样化
在 PLC系统结构不断发展的同时, PLC的编程语言也越来
越丰富, 功能也不断提高 。
除了大多数 PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控
制要求，出现了面向顺序控制的 步进编程语言, 面向过程控
制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（ BASIC,C语
言等）等 。多种编程语言的并存、互补与发展是 PLC进步的
一种趋势。
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第 3部分 可编程控制器基础知识
?3.1 概述
?3.2 PLC系统与继电器系统比较
?3.3 PLC组成
?3.4 PLC基本工作原理
?3.5 PLC特点与分类
?3.6 PLC发展趋势
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整体式 PLC
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模块式 PLC
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