PLC控制三相异步电动机毕业设计.doc

目 录前言-1设计方案的确定-2PLC型号的确定-3第一章可编程控制器-4第二章可编程序控制器的硬件和工作原理-11第3章 实验部分-16结束语-27参考文献-28前 言经过三年的学习，我已经掌握了本专业所涉及的基础知识和技能，以前我们学习的知识，只是独立的，所以我们在学习的过程中，缺乏综合应用及机会。毕业设计作为我们必须完成的题目，给我们提供了一个学习、独立思考、创新提高的机会。通过毕业设计，可以使我们温习所学的知识让成独立思考的习惯，增强自己的分析问题、解决问题的能力，也为自己以后的工作积累宝贵的经验。可编程序控制器（Programmable Controller）简称PC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。它具有结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高、灵活通用、使用方便等一系列特点，今年来在工业生产过程的自动控制过程中得到了越来越广泛的应用，被誉为当代工业生产自动化的三大支柱之一。可以预料，在工业控制领域中，PC控制技术的应用将行程世界潮流。作为新世纪的大学生、工科技术人才，必须适应这一新技术发展的需要。也为了把所学的理论知识更好地与生产实际相结合，深入了解PC在工业生产中的应用以及对老生产设备的改造以提高生产效率的重大作用。我所设计的题目是用可编程控制器（PLC）控制三相异步电动机。这一课题本身就很实用，再加上可编程控制器本身就比传统的继电器控制方便，也更具有灵活性。对这一课题的研究，必然会加深我对控制系统的理解，提高我对控制对象、控制过程、以及控制方案等问题的认识。毕业设计的过程也是一个学习的过程，致使积累的过程。设计方案的确定在人们采用可编程控制器来控制三相异步电动机的控制电路以前，人们一直采用继电器来控制三相异步电动的诸如电动、正反转、顺序启动、顺序延时启动等动作的实现。由于继电器的控制是根据设计好的电器控制图，由人工通过布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力，特别是一旦设计好，就无法改动，实验装置功能单一。考虑到继电器控制系统的这些缺点，结合实际，也便于我们应用和操作，我们决定采用可编程控制器（PLC）来代替继电器，完成提到的各种动作，实现对三相异步电动机的控制。采用可编程控制器（PLC）来控制这套实验装置，可以充分利用我们所学的知识，来改造现用的实验装置，既可以提高我们的动手能力，又提高了实验装置的功能，实现了一种实验装置的多种用途。PLC型号的确定 原来的实验装置是由继电器来控制三项异步电动机来完成诸如点动、顺序启动、正反转、顺序延时启动等动作的。现在为了克服继电器控制的缺点，提高装置的利用率，实现一种装置的多种用途，我们改用可编程控制器（PLC）来控制，完成上述的三相异步电动机的各种动作。根据这套装置的控制对象，来确定可编程控制器（PLC）的输入/输出（I/O）点数，这套空竹系统最多的输入点数为4个，输出为2个，考虑还应留一定的余量，以及以后使用的方便，选用总输入/输出（I/O）点数为20。其次从输入输出电压考虑，由于这套实验装置的输出端要接继电器线圈，让他来控制电机的动作，必须确保三项异步电动机能正常工作，所以输出电压作为可编程控制选择的一个重要依据。再次结合产品质量，价格性能等综合考虑，决定选用三菱的FX1S系列中的20MR。第1章 可编程控制器1.1 可编程控制器的历史和发展可编程控制器是20世纪60年代末期逐步发展起来的一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。近几年来,PLC技术在各种工业过程控制生产自动控制及各类机电一体化设备控制中得到极为广泛的应用,成为工业自动化领域中的一项十分重要的应用技术 。 在PLC出现以前,继电器曾得到过极为广泛的应用,在机电设备和工业过程控制领域中占有主导地位。但是继电器控制系统有明显的缺点:体积大,可靠性低,故障查找难,特别是因为它是由硬接线逻辑构成的系统,造成了接线复杂,容易出故障,对生产变化的适应性较差。 20世纪60年代末,美国最大的汽车制造赏通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号不断更新的需要,试图寻找一种新的生产线控制方法,使之尽可能的减少重新设计继电器系统的工作量以及尽量的减少控制系统硬连接线的数量,以降低生产成本,缩短制造周期，减少生产线的故障率，从而有效的提高生产效率。当时，电子计算机的硬件已经基本完备，其主要功能是通过软件来实现的，因而具有灵活性通用性等优点，但价格相对来说比较昂贵，于是他们想到了把继电器控制系统简单易懂操作方便价格便宜的长处与计算机灵活通用的优点结合起来，用来制造出一种新型的工业控制装置，并进而采招标的方式，首先由美国数字设备公司（DEC）研制出符合上述想法的工业控制装置，命名可编程逻辑器，即PLC(Programmable Logic Controller)。1969年，第一台PLC在GM公司汽车生产线上首次运行，成功的取代了沿用多年的继电器控制系统，尽管当时的PLC功能仅具有逻辑控制定时技术等功能，但却标志一种新型的工业控制装置问世。 随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，20世纪70年代中期又出现了微处理器和微型计算机，使可编程控制器的功能增强体积减小可靠性提高成本下降。可编程控制器还借鉴微型计算机的高级语言，采用极易为工厂电气人员掌握的梯形图编程语言。现代可编程控制器不仅能实现对开关量逻辑控制，还具有数学运算数据处理运动控制模拟量PID控制联网通信等功能。在发达的工业化国家，可编程控制器已经广泛地应用在所有的工业部门。1980年美国电器制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程控制器（Programmable Controller）简称PC。 国际电工委员会（IEC）于1982年11月1985年1月颁布了可编程控制器标准的第一稿和第二稿，对可编程控制器作了如下定义：“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。它可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记数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。 综上所述，可编程控制器是再硬接线逻辑控制技术和计算机的基础上发展起来的一种新兴工业控制装置。 之所以把可编程控制器简称为PC，因为它已经不在是仅具有逻辑控制功能的装置了，只是由于20世纪80年代崛起的个人计算机（Personal Computer）也简称PC。为了区别，人们又把可编程控制器简称为PLC。 在全世界上百个可编程控制器制造厂中，有几家举足轻重的公司。它们是美国Rock-well自动化公司所属的A-B（Allen & Bradly）公司GE-Fanuc公司德国的西门子（Siemens）公司和法国的施耐德（Schneider）自动化公司日本的三菱公司和欧姆龙（OMRON）公司。这几家公司控制着全世界80%以上的可编程控制器市场，他们的系列产品有其技术广度和深度，从微型可编程控制器到有上百个I/O（输入/输出）点的大型可编程控制器应有尽有。 可编程控制器的推广应用得到了迅猛的发展，可编程控制器已经大量应用在引进设备和国产设备中，我国不少厂家引进或研制了一批可编程控制器，各行各业也涌现出大批应用可编程控制器改造设备的成果，机械行业生产的设备越来越系统相似，甚至与之无异。可编程控制器主要由CPU（中央处理单元）存储器（RAM和EPROM）输入/输出模块编程器和电源五大部分组成。多地采用可编程控制器作控制装置。1.2可编程控制器的基本结构 可编程控制器主要由CPU模块输入模块输出模块和编程器组成。 可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制 1. CPU模块 CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微处理器和存储器组成。 CPU的作用类似与人的大脑和心脏。它采用扫描要完成以下工作：1） 输入处理：将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。2） 程序执行：逐条读入和解释用户程序，产生相应的控制信号去控制有关的电路，完成数据的存取传送和处理工作，并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。3） 输出处理：将输出映像寄存器的内容送给输出模块，去控制外部负载。可编程控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使可编程控制器具有基本的智能，能够完成可编程控制器设计者规定的各种工作。系统程序由可编程控制器生产厂家设计并固化在ROM用户不能直接存取。可编程控制器的用户程序由用户设计，它决定了可编程控制器的输入信号与输出信号之间的具体关系。用户程序存储器的容量一般以字（每个字由16位二进制数组成）为单位，日本的可编程控制器一般以步为单位，每一步储存一条指令。2. I/O模块I/O模块是系统的眼耳手脚,是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类：一类是从按钮选择开关数字拨码开关限位开关接近开关光电开关压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器热电偶测速发电机各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。可编程控制器通过输出模块控制接触器电磁阀电磁铁调速装置等执行器，可编程控制器控制的另一类外部负载是指示灯数字显示装置和报警装置等。CPU模块的工作电压一般是5V，而可编程控制器的输入/输出信号电压一般较高，如直流24V和交流220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使可编程控制器不能正常工作，所以CPU模块不能直接与外部输入/输出装置相连。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与噪声隔离的作用。3. 编程器编程器除了用来输入和编辑用户程序外，还可以用来监视可编程控制器运行时梯形图中各种编程元件的工作状态。编程器可以永久的连接在可编程控制器上，将它取下来后可编程控制器也可以运行。一般只在程序输入调试阶段和检修时使用，一台编程器可供多台可编程控制器公用4. 电源可编程控制器一般使用220V交流电源。可编程控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。某些可编程控制器可以为输入电路和少量的外部电子检测装置提供24V直流电源。驱动现场执行机构的直流电源一般由用户提供。1.3 PLC的性能指标（1）输入/输出（I/O）点数 PLC的输入，输出量有开关量或数字量和模拟量两种。输入、输出点数时指PLC可供输入与输出使用的开关量总数或模拟量的总通道数。 （2）内部软件的种类与数目 软元件是指为PLC内部具有的可供编程使用的元件，包括：输入与输出继电器（其数目分别与输入、输出点数相等）、辅助继电器、定时器、计数器、数据寄存器等。不同的PLC所具有的这些软件的种类、数目和功能有所不同。（3）程序容量及存储器类型 PLC中的存储可用于存储用户编写的程序，它的存储器容量及程序容量可用字节为单位来计算。所谓字节，就是一个16位的二进制，每1024个字节记为1k字节。程序容量也有用程序的步数来表示的，PLC每一条基本逻辑指令为一步，不同的指令可又不同的步数。程序的步数就是程序中包括的所有指令的总步数。存储器的类型是指用于保存程序等的电子器件的类型，主要有RAM（可读写存储器）与EEPROM或表示为EPROM（可用电写入并修改内容的只读存储器）。（4 ）扫描速度（操作处理时间）扫描速度是指执行每一1k用户程序所需的时间，其单位是ms/k字节或us/k步。用us/k表示时，通常是指基本逻辑指令的执行时间，功能比较复杂的指令的执行时间要比基本逻辑指令的长。（5）编程语言PLC最为常用的编程语言是梯形图语言与助记符语言。此外还有功能图语言、高级语言等。不同的PLC及其编程器可能采用不同的编程语言，但一般都采用梯形图语言与助记符语言这两种最基本、最常用的语言。1）指令种类这是指PLC的编程指令的功能。PLC的指令按其功能一般可分为基本逻辑指令、步进指令、功能指令等。2）特殊功能有的PLC具有一些特殊功能，如：模拟量输出，输入、接口及通讯联网、远程I/O、温度输入、定位控制等等。这些特殊功能是要用PLC相应的特殊功能单元与其基本单元相配合来实现。 3）工作条件 通常，PLC的工作环境条件为：温度0至55，湿度85%；环境中应禁止腐蚀性气体及尘埃。此外，还有抗震动、抗冲击、抗噪声干扰、耐压、绝缘电阻、接地等方面的性能要求。1.4 可编程序控制器的特点与应用领域 1.可编程控制器的特点批(1).编程方法简单易学考虑到企业中一般电气技术人员和技术工人的传统的读图习惯，可编程控制器配备了他们易于接受和掌握的梯形图语言。梯形图语言的电路符号和表达方式与继电器电路原理图相当接近，只用可编程序控制器的二十几条开关量逻辑控制指令就可以实现继电器电路的功能。通过阅读可编程序控制器的使用手册或接受短期培训，电气技术人员或技术工人只需要几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。简易编程器的操作和使用也很简单。上述特点是可编程控制器近年来获得迅速普及的原因之一。（2）.硬件配套齐全，用户使用方便可编程控制器配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户不必自己设计和制作硬件装置。用户在硬件方面的设计工作，只是确定可编程序控制器的硬件配置和设计外部接线图而已。可编程序控制器的安装接线也很方便，各种外部接线都有相应得接线端子。可编程序控制器的输入/输出端可以直接与AC220V或DC24Vde强电信号相接，它还具有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器的线圈。（3）通用性强，适应性强由于可编程序控制器限额系列化和模块化，硬件配置相当灵活，可以组成能满足各种控制要求的控制系统。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。（4）可靠性高，抗干扰能力强绝大多数用户都将可靠性作为选择控制装置的首要条件。可编程序控制器采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。例如FX系列可编程序控制器在幅度为1000V.宽度1微秒的脉冲干扰下能可靠地工作。从实际的使用情况来看，用户对可编程序控制器的可靠性都相当满意。 可以说，可编程序控制器是可靠性最高的工业控制设备可编程序控制器的平均无故障时间达30万小时。如果使用冗余控制系统，可靠性还可以进一步提高，事实上，在可编程序控制器控制系统中发生的故障，绝大部分都是由可编程控制器外部的开关，传感器和执行元件引起的。可编程序控制器用软件取代了继电器系统中容易出现故障的大量触点和接线，这是可编程序控制器具有高可靠性的主要原因之一。除此之外，可编程序控制器还采取了一系列抗干扰，提高可靠性的措施。可编程序控制器的故障分为永久性故障和可以恢复的故障。由于外部或内部的原因，系统得某些元件损坏或失效引起的不可恢复的故障称为永久性故障。可编程控制器周期性地检测系统得硬件，发现永久性故障时，查明故障的种类，自动地采取相应得措施，尽可能减轻故障对系统的影响，同时通知操作人员。可编程序控制器还要检查用于保持存储器中的信息的锂电池电压是否过低，交流电源是否掉电，输入.输出电路的电源电压是否超过允许的范围等。在写入.编辑程序时，还要检查正在写入的用户程序的语法错误，发现问题后，可编程序控制器自动做出相应得反应，如报警.封锁输出等。 可以恢复的故障由电磁干扰引起，干扰往往以窄脉冲的形式从电源或I/O引线进入可编程序控制器内部。瞬时出现的干扰脉冲可能使可编程序控制器偏离正常的程序执行线路，将内存空间中某一随机的区域中的内容当作程序来执行，一般不能自动返回正常的程序执行线路，从外部看，系统处于瘫痪状态。为了削弱和消除干扰对系统的影响，可编程序控制器采取了很多硬件措施，以切断干扰进入可编程序控制器的途径。滤波是最主要的措施之一，在电源电路和I/O模块中设置了大量的滤波电路，如RC，RL，和形滤波电路，它们对高频干扰信号有良好的抑制作用。电源是干扰进入可编程序控制器的主要途径之一，对于微处理器用的直流5V电源，采取了多级滤波和稳压的措施。隔离室抗干扰对系统得影响，可编程序控制器采取了很多硬件措施，以切断干扰进入可编程序控制器的途径。滤波是最主要的措施之一，在电源电路和I/O模块中设置了大量的滤波电路，如RC，RL和形滤波电路,它们对高频干扰信号有良好的抑制作用.电源时干扰进入可编程序控制器的主要途径之一,对于微处理器用的直流5V电源,采用滤波和稳压的措施.隔离是抗干扰的另一主要措施,可编程序控制器的输入.输出电路一般用光电耦合器来传递信号,继电器型输出模块则用继电器实现隔离。采用以上隔离措施后，使外部电路与CPU模块之间完全没有电路上的联系，有效地抑制了外部干扰源对可编程序控制器的影响，还可以避免外部电路的高电压窜入CPU模块。在工业环境中，往往存在着强烈的空间电磁干扰，为了消除其影响，用导电磁材料屏蔽可编程序控制器的电源变压器，并用良好的导电材料屏蔽易受空间电磁波干扰影响的CPU模块。即使采取了以上措施，强干扰虽然可能进入可编程序控制器的CPU模块，是可编程序控制器偏离正常的程序运行路线。作为一种补救措施，用监控定时器使可编程控制器自动恢复正常的工作状况。“监控定时器是一种硬件定时器，他的定时时间大于可编程控制器的最大扫描周期。可编程控制器在正常工作时，每一次扫描都将它复位，使它重新开始定时，它不会因定时时间到而动作。如果干扰使可编程序控制器不再执行正常的扫描程序，监控定时器不再被周期性的复位，当它的定时时间到时，它产生的输出脉冲重新启动系统，使可编程序控制器恢复正常工作。这一自恢复过程所用的时间是很短的，对系统的正常工作不会有什么影响。干扰有可能使可编程序控制器中的用户程序遭到破坏，求和检查可以诊断这种故障。在可编程序控制器运行时，CPU周期性地将用户存储器各字节的数相加，并与运行开始的值相比较，如果总数变化，可以断定用户程序遭到破坏，CPU自动做出相应的处理。由于采取了以上抗干扰措施，可编程序控制器具有用户完全可以信赖的极高的可靠性。（5）系统的设计、安装、调试工作量少可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器等器件，是控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。可编程序控制器的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图所花的时间比继电器系统电路图花的时间要少得多。可编程序控制器的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，输出信号的状态可以观察可编程序控制器上有关的发光二极管，调试好后再将可编程序控制器安装在现场统调。调试过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，调试花费的时间的继电器系统少得多。（6）维修工作量小，维修方便可编程序控制器的故障率很低，并说有完善的诊断和显示功能。这编程序控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程序控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除可编程序控制器的故障。（7）体积小，能耗低以OMRIN的CPM1型超小型可编程序控制器点为例，其底部尺寸仅为90×67，功耗30VA。由于体积小，可编程序控制器很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.5 可编程序控制器的应用领域（1）开发量逻辑控制这是可编程序控制器最基本最广泛的应用，可编程控制器的输入信号和输出信号都是只有通断状态的开关量信号，这种控制与继电器控制最为接近，可以用价格较低，仅有开关量的可编程控制器作为继电器控制系统的替代物。（2）运动控制可编程控制器用于对直线运动或圆周运动的控制。可编程控制器的运动控制功能广泛的用于各种机械，如金属切削机床、金属成形机械、装配机械，机器人、电梯等。(3)闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。可编程序控制器通过模拟量I/O模块，实现模拟量和数字量之间的A/D转换和D/A转换，并对模拟量实行闭环PID控制。(4)数据处理现代的可编程控制器具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、为操作等功能，可以完成数据采集、分析和处理。(5)通信可编程序控制器通信包括可编程序控制器之间的通信，可编程序控制器和其他智能控制设备之间的通信。并不时所有的可编程序控制器都有上述全部功能，有些小型可编程序控制器只有上述的部分功能，但价格较低。1.6可编程序控制器的发展趋势（1）向高性能、高速度、大容量发展（2）大力发展微型可编程序控制器，不断增强微型可编程序控制器的功能（3）发展面向民用化的可编程序控制器（4）使用分散型I/O子系统、智能I/O模块（5）基于个人计算机的编程软件取代手持式编程器（6）可编程序控制器语言的标准化（7）可编程序控制器通信的易用化和傻瓜化（8）可编程序控制器的软件化和PC化（9）组态软件引发的上位计算机编程革命第2章 可编程序控制器的硬件和工作原理2.1可编程序控制器的物理结构根据硬件结构的不同，可以将可编程序控制器分为整体式、模块式和叠装式。（1）整体式可编程序控制器整体式又叫单元式或箱体式，它的CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱状机壳内，结构非常紧凑，体积小，价格低。小型可编程序控制器一般采用整体式结构。整体式可编程序控制器提供多种不同I/O点数的基本单元和扩展单元供用户选择，既基本单元内有CPU模块、I/O模块和电源，扩展单元内只有I/O模块和电源，基本单元和扩展单元之间用扁平电缆线连接。各单元的输入点的比例是固定的，有的可编程序控制器有全输入型和全输出型的扩展单元。选择不同的基本单元和扩展单元，可以满足用户的不同要求。整体式可编程序控制器一般配备有许多专用的特殊功能单元，如模拟量I/O单元、位置控制单元、数据输入输出单元等，使可编程序控制器的功能得到扩展。（2）模块式可编程序控制器模块式可编程序控制器用积木的方式组成的系统，它由框架和模块组成。模块插在模块插座上，模块插座焊在框架中的电源可能是单独的模块，也可能包括含在CPU模块中。可编程序控制器厂家备有不同槽数的框架供用户选择，如果一个框架容纳不下所选用的模块，可以增设一个或数个框架，各框架之间用I/O扩展电缆相连。有的可编程序控制器没有框架，各种模块安装在基板上。用户可以选用不同档次的CPU模块，品种繁多的I/O模块和特殊功能模块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块很方便。模块式可编程序控制器的价格较高，大、中型可编程序控制器一般用模块式结构。2.2 CPU模块在控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输入。1）微处理器（CPU芯片）CPU模块主要由CPU芯片和存储器组成，可编程序控制器使用以下几类CPU芯片：1） 通用微处理器2） 单片微处理器3） 位片式微处理器 （2） 存储器可编程控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使可编程控制器具有基本的智能，能够完成可编程控制器设计者规定的各种工作。系统程序由可编程控制器生产厂家设计并固化在ROM内，用户不能直接读取。可编程控制器的用户程序由用户决定，它决定了可编程控制器的输入信号与输出信号之间的具体关系。用户程序存储器的容量一般以字为单位，三菱的FX系列可编程控制器的用户程序存储器以步为单位。可编程控制器常用以下几种存储器：1） 随机存取存储器2） 只读存储器3） 可擦除可编程序的只读存储器4） 可擦除可编程序的EPROM（EEPROM）2.3 可编程控制器的工作原理（1） PLC的软元件PLC用微处理器和程序来代替继电接触控制中的大部分电器元件和线路，具体实现这种功能的就是PLC中的软元件。所谓“ 软”，是说明它们并不是继电接触控制中使用的实际元件，而是由PLC内部的电子电路继存储器组成的，对其操作需要用户编写程序来进行，各软元件之间的联接或控制关系也要靠变成来指定。各软元件的触点或线圈也是软的。它们的作用与传统继电接触控制中的电器元件、触点及线圈的作用是相似的，因此是借用这些名字来称谓它们，而实际上，这些软元件都是PLC内部存储器中的单元。编程时，我们不必去管他们是如何构成的，而只需考虑它们的功能。按照各种软元件功能的不同，给每个软元件起一个名字（如输入继电器、计数器等），宾给每个软元件一个编号，以便于编程。PLC中的软元件主要有以下几种：1）输入、输出继电器输入、输出继电器是PLC内部与外部输入、输出端子相对应的内部存储器的基本单元。输入继电器可以代替实际的触点。每个输入继电器都有常开、常闭软触点及软线圈，其软触点在编程时可以自由使用且使用次数不受限制。每个输入继电器都和PLC面板上的一个输入端子相对应，只有当用户从某个输入端子输入一个开关量信号时（如按下按钮），才可以使其相对应的输入继电器的软线圈接通，该输入继电器的常开软触点闭合（状态为ON，即0）。没有外部输入信号对应的输入继电器只能空闲着，不能挪作它用。输出继电器可以代替实际的继电器。每个输出继电器都有常开、常闭软触点及软线圈。同输入继电器一样，其软触点在编程时可以使用且使用次数不受限制。每个输出继电器都和PLC面板上的一个输出端子相对应。输出继电器的软线圈由用户程序接通时，其常开软触点闭合；反之就断开。驱动软线圈可以是输入、输出继电器的软触点及其他软元件的软触点。需要强调的是，用户程序执行时输入输出继电器软触点在某时刻的状态和其对应的输入、输出端子在该时刻的状态可能是不相同的。2） 辅助继电器 辅助继电器与输出继电器基本相同，不同之处在于它的软触点并不与PLC的输出端子相适应，也就是说，其软触点不能直接驱动接在输出端子上的外部设备，外部装置的驱动必须有输出继电器来完成。有的辅助继电器的软线圈与软触点的状态，可以在PLC断电后依靠后备电池而保持住，成为断电保持性继电器。这样就可以使因PLC断电而停下开的控制动作在PLC复电后能连续的工作下去，这对许多控制场合是非常必要的。此外，还有一类能完成一些特殊功能的特殊辅助继电器，其功能因机型而异。PLC中通常有很多的辅助继电器，从而为编程带来很大的方便。一般来说，PLC的辅助继电器的数量越多，PLC处理控制的能力就越强。3） 定时器定时器可以根据PLC内部提供的时钟脉冲进行定时。时钟脉冲一般有不同的周期，如 1ms,10ms,100ms等。每一个定时器都有软线圈和常开、常闭输出软触点。当定时器的软线圈接通时，定时器开始工作；当定时时间达到用户程序中的定时设定值时，定时器的常开软触点闭合。除了一般的定时器外，还有一种积算定时器。积算定时器在其软线圈断开时能保持当前的定时值，当软线圈重新接通时能在原来的基础上继续定时，直到设定的定时时间到，其触点才动作。4） 计数器PLC中的计数器可分为两种：一种是智能单方计数的计数器，每次计数值增加1的称为加1计数器，每次计数值的减少1的称为减1计数器；另一种是双方向的计数器，称为可逆计数器，它既能加1计数，又可减1计数，取决于用户程序对它的控制。每个计数器都有其位数，（如16位、32位），不同位数的计时器其计数设定值的范围不同。计数器中也有断电保持型的。 计数器也有软线圈和常开、常闭输出软触点。计数器的软线圈每接通一次，其计数值就加1或减1；当计数值达到用户程序中的计数设定值或从设定值减至0时，其输出软触点就动作。5） 数据寄存器PLC在进行操作控制时，常常要进行数据处理和数值运算，为此PLC内部存储器中都设有专门存储数据或参数的区域，构成了所谓的数据寄存器。每个数据寄存器一般都存有一个16位二进制数，成为一个字。两个相邻的数据寄存器合并起来可以存储一个32位的数据。数据寄存器中也有断电保持型的，通常还有一些特殊的或者专用的数据寄存器。以上几种软元件是各种PLC都具有的。不同性能的PLC，这些软元件的工能可能会有所差别，还可能有其他种类的软元件，读者可以查阅相应的产品使用手册。以后述及软元件的触点及线圈时，为简单起见，就不再用这个软字了。（2）PLC的工作过程PLC的工作过程是一种循环过程，每一次循环所用的时间称为一个扫描周期。每一个扫描周期都包括系统自检及信息交换、输入处理（或称出入采样、输入扫描）、用户程序执行和输出处理（或称输出刷新、输出扫描）这四个阶段。下面分别介绍其中的四个阶段：1)系统自检及信息交换 在这个阶段，PLC要进行系统自检工作，这包括检查PLC的各种功能是否正常、程序执行是否及其他一些内部处理等。然后PLC还要与编程及其他数据通讯模块（如果使用的话）进行数据交换。PLC中常用一种称为“看门狗”（watchdog.简称为WDT）的监督定时器来监测PLC的实际工作周期是否超出预定时间，以免在执行程序过程中进入死循环或执行非预定的程序而早车系统故障乃至失控。2）输入处理 在输入阶段，PLC把它所有输入端子上的信号的状态一次读入到PLC内部保存，保存此时输入信号状态的器件称为输入映像寄存器。显然，在每一个扫描周期中。输入映像寄存器中的内容更新一次。也就是说。在把输入信号状态读入输入映像寄存器后，即使输入端子的信号状态发生了变化，输入映像寄存器中的内容也不变，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才会读入这些变化。3）程序执行 除了输入映像寄存器外，在PLC内部各软元件都有与其对应的映像寄存器。在执行用户程序阶段，PLC按顺序对用户程序进行扫描，从输入映像寄存器和其他软元件的映像寄存器中将有关的软元件状态读出，从左到右、从上而下地扫描每条指令，即进行处理，并把每步程序执行的结果写入有关映像寄存器。因此，各软元件的映像寄存器的内容随着程序的运行在不断的变化。用户程序执行完毕，与各输出继电器相应的各输出映像寄存器的内容就确定了。4 输出处理 在用户程序执行完毕后，PLC就进行输出处理，即把输出映像寄存器的内容一次送入各输出锁存器，即进行刷新，从而成为输出端子上的状态，即驱动用户装置的状态。PLC输出端子的时间输出状态较输出锁存器的状态也有一个延迟时间。 当PLC处于停止运行状态时，只完成系统自检及信息交换的工作。当PLC处于运行状态时，除完成该阶段的工作外，还要完成其后面三个阶段的工作。PLC工作过程的特点从上述的PLC工作过程，可以看出它有如下的特点： PLC采用循环扫描工作方式，在每一个循环时间即扫描周期内，PLC用于系统自检和信息交换的时间基本是固定的，而且时间也很短，因此，扫描周期的长短主要取决于用户程序中的指令数目合格指令的执行时间。一般一个扫描周期在几ms至几十ms之间。 这种工作方式是一种“串行”方式，也就是说，PLC是循环地、连续地、顺序地逐条执行用户程序中的指令，在任何时刻它只能执行其中的一条指令，因此，即多个软元件都受同一种条件控制，当条件满足时，这些软元件也不会同时动作，而只能按照用户程序扫描的先后次序逐个动作。而在传统的继电器接触控制中，如果多个继电器的动作条件满足，则它们将同时动作，可以说它是按“并行”方式工作的。显然，PLC的这种串行的扫描工作方式可以避免传统继电器接触控制中的触点竞争和时序失配问题，这种工作方式的不同是二者的重要差别之一。 PLC对输入、输出信号采用批处理或称集中处理方式，或称为刷新方式，即：在输入处理阶段把输入信号状态一次性集中读入输入映像寄存器中，在输出处理阶段把输出映像寄存器中的内容一次性集中输出到输出端子。而在执行用户程序过程中，不断地输入端子上的信号如何变化，输入、输出映像寄存器中的内容都不变，只有在下一个扫描周期中，其内容才刷新。 按照这样的工作方式，PLC对输入、输出的处理原则归纳如下：在一个扫描周期刚开始时，输入映像寄存器中的数据，是上一个扫描周期中输入端子的状态，只在本个扫描周期的输入处理阶段，输入映像寄存器中的内容才改变，然后在本个扫描周期保持不变。 程序如何执行取决于用户程序中的指令和输入、输出映像寄存器及其他软元件的映像寄存器中的数据。输出映像寄存器中的数据由程序中的输出指令结果确定。 输出映像寄存器中的数据取决于输出映像寄存器的数据，在一个扫描周期开始和结束时，其内容分别是上一个和本个扫描周期中输出映像寄存器中的内容。 输出端子的通、断状态，有输出锁存器决定。2.4 PLC的编程语言PLC是专为工业控制而开发的装置，其主要使用者是工厂广大电气技术人员，为了适应他们的传统习惯和掌握能力，通常PLC不采用为记得编程语言。而常常采用而向控制过程，面向问题的“自然语言”编程，这些编程语言有梯形图，语句表，逻辑功能图，逻辑方程式或布尔代数式等。 梯形图表达式是在原电器控制系统中常用的接触其，继电器梯形图基础上演变而来的。它与电器控制原理图相呼应，形象，直观和实用，广大电气技术人员很容易掌握，是PLC的主要编程语言，PLC梯形图在形式类似于继电器控制梯形图。它是用常开触点、常闭触点、并联连接、串联连接、继电器线圈等符号。梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列。一般每个继电器线圈对应一个逻辑行。梯形图的最左边是起始木锨，每一逻辑行必须从起始母线开始画起，然后是触点的各种连接，最后终了于继电器线圈。梯形图的最右边是结束母线，有时可以省去不画。在梯形图中的每个编程元件应按一定的规则加注字母和数字串，不同的编程元件常用不同的字母符号和一定的数字串来表示。PLC梯形图具有以下特点：（1）梯形图中的继电器不是物理继电器，没给继电器实际上是映像寄存器中的一位，因此称为“软继电器”。相应位的状态为1表示该继电器线圈通电，其常开触点闭合，常闭触点断开；相应位的状态为0表示该继电器线圈失电，其常开触点断开，常闭触点闭合。梯形图中继电器线圈是广义的，除了输出继电器、辅助继电器线圈外，还包括定时器、计数器、移位寄存器以及各种算术运算等。每个继电器对应映像寄存器中的一位，其状态可以反复读取，因此可以认为继电器有无限多个常开触点和常闭触点，在程序中可以被反复引用。（2）梯形图是PLC形象化的编程手段，梯形图两端是没有任何电源可接的。梯形图并没有真实的物理电流流动，而仅仅只是“概念”电流，是用户程序满