可编程序控制器基本原理

介绍了可编程序控制器基本原理,新手值得一看!

第2章 可编程序控制器基本原理

2.1节 可编程序控制器基本控制原理

2.1.1 可编程序控制器的组成

任何一种继电器控制系统均是由三个基本部分组成，即输入部分、逻辑部分、输出

部分。其中，输入部分是指各类按钮、行程开关、转换开关；逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路；输出部分是指各种电磁阀、线圈、电动机的各种接触器以及信号指示灯等执行电器。如图2-1是一简单继电器控制系统。X1、X2是开关，Y1、Y2是两个继电器，T1是时间继电器，整定时间为20s。它的工作过程是，当X1或X2任何一个按下后Y1接通，Y1的常开触点接通红灯。20秒后Y2自动

FU

接通，其常开触点接通绿灯。

图 2-1 指示灯控制系统

从上面简单控制系统可知，继电器控制系统是根据各种输入条件去执行逻辑控制功

能，而各种逻辑控制线路是根据被控对象实际需要已经设计并由许多继电器等逻辑部件固定接好的。因其固定接线方式，使继电器控制系统不能灵活变更逻辑控制功能。

与继电器控制系统类似，PLC也由输入部分、逻辑部分、输出部分组成。如图2-2

所示。

图2-2 PLC组成形式

各部分主要作用

输入部分：收集并保存被控对象的数据和信息。例如收集来自被控对象上的各种开

关信息及模拟信息或操作台上的操作命令等。

逻辑部分：处理输入部分所取得的信息并按被控对象实际动作要求做出反应。

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输出部分：提供正在被控制的许多装置中哪几个设备需要实时操作处理。

PLC控制系统如图2-3所示。

贴图

图2-3 PLC控制系统示意图

PLC采用大规模集成电路构成的微处理器和存贮器来组成逻辑部分。PLC制造厂

家对微处理器进行了软件和硬件的开发，为用户提供了许多适用于电气控制的逻辑部件。例如，继电器（与、或、非运算）、定时器、计数器、寄存器、触发器和移位寄存器等。同时也提供了描述这些逻辑部件的符号和语句，即编程语言。对于一些大中型PLC厂家还开发了大量的高功能模块，使PLC不仅能进行开关量顺序控制，还可进行模拟量控制，精确定位和速度控制，可以和计算机通信，还可以直接用高级语言编程，给用户提供了强有力的工具。

下面将对PLC的逻辑部件及其编程语言作一论述，以便深入了解PLC是如何实现

其控制功能。

2.1.2 PLC的主要逻辑部件

1. 继电器逻辑

为适应电气控制的需要PLC为用户提供了继电器逻辑。用逻辑“与”、“或”、“非”

等运算来处理各种继电器的连接。

PLC内部存贮器的存贮单元有两种状态“1”和“0”。这两种状态对应于继电器的“ON”

（接通）和“OFF”（断开）状态。因此PLC所说的继电器是一个逻辑概念，有时称为“软继电器”。这些软继电器与通常的物理继电器相比有以下几个特点。

体积小，功耗低。

无触点，速度快，寿命长。

有无数个常开／常闭触点供程序使用，在使用中不必考虑接点的容量。

PLC一般为用户提供以下几种继电器。

1) 输入继电器X

输入继电器是PLC专门用来接收从外部敏感元件或开关发来的信号的。它与PLC

的输入端点相连，可提供许多（无限制）常开／常闭触点供编程时使用（实质上是调用6

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该元件的状态）。编号为X000（X0）的输入继电器的等效电路如图2-4所示。

PLC 图 2-4 输入继电器电路

该继电器由外部输入信号驱动，其常开/常闭触点供编程时使用。注意输入继电器只

能由外部信号驱动不能在程序内部用指令来驱动，输入触点也不能直接带动负载。各厂家生产的PLC输入继电器的编号不尽相同，今后将就具体产品详细介绍。另外，输入继电器因其电路R—C滤波的因素而有反应延迟。通常输入继电器由OFF~ON和由ON ~OFF反应延迟近似值是几毫秒。产品厂家不同、型号不同该值也不同。例如三菱公司F1系列产品可用一个特殊指令改变X400~X407这8点的滤波常数，使其延迟时间能在0~60ms间变化。松下FP1系列默认延迟时间为2ms ，使用时间滤波器可将部分输入时间设为1~128ms。

2) 输出继电器Y

输出继电器是专门用来将输出信号传递给外部负载（具有一定的带载能力）。外部

信号无法驱动Y，它只能在程序内部用指令来驱动。输出继电器有三种类型，即继电器输出、晶闸管输出及晶体管输出。输出继电器是由程序执行结果激励，它只有一对输出触点能直接带负载。这对触点的状态对应于输出刷新阶段锁存电路的输出状态。同时它还有无数对供编程使用的内部常开/常闭触点，其状态与输出触点的状态相对应。输出继电器Y000（Y0）的等效电路图如图2-5所示。输出继电器的编号方式因制造厂家及产品型号不同而不尽相同，后续课详细介绍。

注意：继电器输出方式时外部输出触点也有响应延迟时间，但其内部触点没有这种

机械的反应延迟 。

图2-5 输出继电器电路

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3) 内部继电器（寄存器）R

PLC中有很多内部继电器。和输出继电器一样，它只能由程序驱动。每个内部继电

器也有无数对常开/常闭触点专供编程使用。其作用相当于控制线路中的中间继电器。内部继电器的触点不能直接驱动外部负载。内部继电器又可分为通用内部继电器和特殊内部继电器。

通用内部继电器（寄存器），包括掉电保护与非掉电保护两种。等效电路如图

2-6所示。

图2-6 通用继电器等效电路

掉电保护：在实际工业控制中往往会发生电源突然断电，为了能在电源恢复供电时

继续电源中断前的控制，要求系统在断电瞬间将某些数据存贮起来。PLC是专为工业控制而设计的控制器，内部已考虑了这一因素。PLC采用锂电池作为断电时保持重要数据与状态的备用电源。PLC内部有部分继电器的状态是受到锂电池保护的，为此称其为掉电保护内部继电器，其个数、编号有些产品是固定的，有些产品是可用特殊方式根据需要而定义的。

非掉电保护：即其工作状态在断电瞬间消失。

特殊继电器（寄存器）

特殊继电器均有专门的用途，用户在编程时不能占用，以后依据产品详细介绍。

2. 定时器逻辑T

PLC中的定时器T相当于继电器控制系统中的延时继电器。它可提供无数对常开/

常闭触点供编程使用。定时器一般包括以下几个内容：

定时条件——控制定时器操作；

定时语句——指定所使用的定时器，给出定时设定值；

定时器的当前值——记录定时时间（经过值）；

定时继电器——定时器达到设定的时间值时为ON，未开始定时或未达到设定值时

为OFF。

定时器个数、元件号、设定时间、使用方法因产品而异。如欧姆龙公司C20为用户

提供了48个定时器，C120和C500提供了128个定时器，定时时间为0.1~999.9s或0.01~99.9s。松下FP1系列C40最多可提供144个定时器。定时时间为0~32767s（以后8

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重点介绍）。

3. 计数器逻辑C

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