PLC应用 备课

《电器与 PLC应用技术》

上海应用技术学院电子电工教研室叶 真

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第三章 可编程序控制器的组成及工作原理

和继电器控制系统类似，PLC控制系统也是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。 各部分主要作用：

·输入部分：收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。例如：来自被控对象上的各种开 关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，并按照被控对象实际的动作要求执行相应的逻辑功

能

·输出部分：对需要实时操作的那些设备提供实际操作信号

由于输入信号一般为开关信号或电压、电流形成的信号源，它们必须转换成微处理器所能接受的电平信号，所以，中间必须加入变换器。同样，微处理器输出的电平信号，也必须转换成控制设备所需的开关信号或电压、电流信号。所以，也要加入变换器。由此，构成了PLC控制系统的基本结构框图（参见教材P58 图3-2）。

按钮 开关等 输入变换器 微处理器 （含存储器） 输出变换器 控制对象 （灯、电动机等）

输入部分（外部） 逻辑部分（内部） 输出部分（外部） 说明：PLC的逻辑部分由大规模集成电路构成的微处理器和存储器组成。

对微处理器进行了软件的开发，提供了许多适用于电气控制的逻辑（软）部件。 逻辑部件：继电器逻辑（与、或、非运算） 定时器

计数器 均为“软”器件 移位寄存器 触发器

编程语言：描述这些逻辑部件的符号和语句

PLC通过编程器编制控制程序，可以将PLC内部各种逻辑部件按照工艺要求进行组合以实现一定的逻辑控制功能。

所谓PLC的控制原理：将输入信息采入PC内部→执行逻辑功能→输出达到控制要求。

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第一节 可编程序控制器的组成

一、PLC的基本组成

基本组成可归为四大部件： 中央处理单元（CPU板）——控制器的核心

输入部件 （I/O部件）——连接现场设备与CPU之间 输出部件 的接口电路

电源部件——为PLC内部电路及输入的开关信号提供电源 整体结构的PLC——四部分装在同一机壳内

模块式结构的PLC——各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成 通常CPU模块本身带有少量的I/O接口

I/O的能力可按用户的需要进行扩展和组合

另外，还必须有编程器——将用户程序写进规定的存储器内 PLC的基本组成框图： 参见教材P58 Fig 3-3

按钮、 接受

继电器触点

现场信号行程开关等

二、PLC各组成部件的作用

输入接口部件可编程序控制器PC中央处理单元CPU（板）输出驱动接口部受控元件件接触器 电磁阀 指示灯等

电源部件图3-3 PLC的基本组成 1. CPU——是PLC的核心部分。其功能：

（1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或

数据寄存器；

（2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；

（3）诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误； （4）在PC进入运行状态后：

a） 执行用户程序——产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指令，经

命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路） b） 进行数据处理——分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动

作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务

c） 更新输出状态——输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出

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映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印、数据通讯等）

2. 存储器

系统程序存储器——存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令 解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数 *不能由用户直接存取

用户存储器 用户程序存储器——存放用户程序。即用户通过编程器输入的程序。 数据存储器（数据区）——存放用户数据

PC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。

注意：系统程序直接关系到PC的性能，不能由用户直接存取，所以，通常PC产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。 3. I/O（输入/输出部件）（I/O模块：接口电路、I/O映像存储器）

——CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块，以及各种用途的I/O组件供用户选用：

输入/输出电平转换 电气隔离 串/并行转换 数据传送 A/D、D/A转换 误码校验 其他功能模块

I/O模块可与CPU放在一起，也可远程放置。通常，I/O模块上还具有状态显示和I/O接线端子排。

4. 编程器等外部设备

编程器——PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具 作用： 用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视 通过键盘和显示器去检测PLC内部状态和参数 通过通讯端口与CPU联系，实现与PLC的人机对话 分类： 简单型——只能联机编程；只能用指令清单编程

智能型——既可联机（Online），也可脱机（Offline）编程；可以采用指令清单

（语句表）、梯形图等语言编程。常可直接以电脑作为编程器，安装

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相关的编程软件编程

注意： 编程器不直接加入现场控制运行。一台编程器可开发、监护许多台PLC的工作。 其他外设： 磁盘、光盘、EPROM写入器（用于固化用户程序）、打印机、图形监视系统

或上位计算机等等。

5. 电源： 内部——开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供DC24V

稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。

外部——可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部

重要数据不致丢失。

第二节 可编程序控制器的工作过程

一、PLC的工作过程框图（参见教材P62 Fig 3-5但稍作修改） 1. 初始操作（上电处理）

PLC未进入正式运行前，首先应确定自身的完好性。这就是接通电源后的初始操作（见图）。通电后，消除各元件的随机状态，进行清零或复位处理，检查I/O单元的连接是否正确（I/O总线）。再做一道题，使它涉及各种指令和内存单元，若解题时间在to以内，则自身完好（否则，系统关闭），解题结束，将监控定时器to复位，才开始正式运行。 2. 运行

·PLC的工作方式——（顺序）周期循环扫描

扫描——按分时操作的原理，每一时刻执行一个操作，顺序进行，这种分时操作的过程

称“CPU对程序的扫描”

·工作特点——集中输入，集中输出（小型PLC） 二、PLC运行过程

1. 四大类操作 （1）公共操作——故障诊断及处理（自检），一般故障，只报警，不停机 （2）I/O操作——联系现场的数据输入及控制信号的输出 （3）执行用户程序——顺序循环扫描 （4）服务外设

2. I/O处理过程——（参见教材P63 Fig3-6） 输入采样 三个阶段 执行用户程序 输出刷新

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·工作过程框图： 合上电源启动 I/O和内部继电器清上零所有定时器复位电 后的 检查I/O单元的连接初 始操 监控定时器复位to作 检查硬件和用户 程序存储器 公共 否操 检查合格？作 错误标志置位出错灯点亮是P C的数 扫据报警采样输入信号 刷新输入映像存储器描输周入 故障性质？期 监控定时器t1复位 故错障误执 逐条执行用户行程序指令用 户 程 序 程序结束？否 是 数 输出映像存储器的内容输出据 至相应输出口输出 服 监控定时器复位t1务 外设 服务于外设命令命 令

·I/O处理过程： 输输输入图输3-5 PC入的工作过程执行出输输 生产现场输入映出出输入调缓像用映锁驱出受控 输入信号端理冲存户像存存动端 子电路器储程器电子元件 器序储器路

允许允许（输入刷新）（输出刷新）

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（1）数据输入/输出——I/O状态刷新 采样输入信号 送出处理结果

a. 输入映像存储器及其刷新——对应于输入端子状态的数据区

PLC中的CPU是不能直接从与外部接线端子打交道的。在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，经过输入调理电路（光电隔离、电平转换、滤波处理等）后进入输入缓冲器等待采样。没有CPU的采样“允许” ，外界的输入信号是不能进入内存的。

当CPU采样时，输入信号便进入输入映像存储器——刷新。接着进入程序的执行阶段，直至信号的输出。在此期间，输入映像存储器将现场与CPU隔离，无论输入信号如何变化，输入映像存储器中的内容保持到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新采样新的信号，即：输入映像存储器每周期刷新一次。

这样，是否会影响对现场信息的反应速度？由于，PLC扫描周期一般仅几十mS，两次采样之间的间隔时间很短，对一般的开关量而言，可以认为采样是连续的。

b. 输出映像存储器及其刷新——CPU数据处理的中间结果和最终结果的存放区域 同理，CPU不能直接驱动负载，处理的结果存放在输出映像存储器中，直至所有程序执行完毕，才将输出映像区的内容经输出锁存器（称为输出状态刷新）送到输出端子上驱动外部负载。即：输出映像存储器——随时刷新

输出锁存器——每周期刷新一次（刷新后的输出状态一直保持到下一次刷新） 同样，两次刷新的间隔仅几十mS，即使考虑电路的电气惯性（延迟）时间，仍可认为输出是及时的。

c. 输入/输出状态表——状态RAM表

I/O映像存储器的内容，在CPU中构成I/O状态表，其内容是CPU处理用户程序及数据的依据。

注意：输入状态表——采样时刷新

输出状态表——随时刷新（中间值和最终结果） 输出端子的接通或开断——输出锁存器决定 （2） 执行用户程序 执行 监视

a. 监控定时器WDT（WATCH DOG TIMER）——即监控定时器t1

·正常：执行完用户程序所需的时间应不超过t1。执行程序前，复位t1，执行程序开始t1

计时，完毕后立即复位t1，表示程序执行正常。

·异常：因某些原因，程序进入死循环，执行程序时间超出t1值，WDT发出警告，程序重

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新开始执行，同时复位t1。若因偶然因素，则重新执行程序将正常，否则，系统自动停止执行用户程序，切断外部负载，并发出故障信号等待处理。 b. 执行用户程序 （3） 执行外设命令

每次执行完用户程序，输出后，就进入服务外设命令的操作，如没有外设命令，自动循环扫描。

三、简单结论（参见教材P63“简单结论” 暂略）

第三节 可编程序控制器中常用的CPU

每台PLC至少有一个CPU。在一些按功能分散处理的或根据容错技术而设计的PLC中，可以包括多个CPU，分别承担各自的控制功能。PLC中采用的CPU主要有通用微处理器、单片机和双极型位片式系列芯片。 （本节内容请同学们自学教材P65～P66，并完成P76的思考题

5）

第四节 可编程序控制器中常用的存储器

PLC配备两种存储系统：

系统程序存储器——存放系统程序和数据，不能由用户直接存取 用户存储器——存放用户程序和数据 一、PLC所采用的存储器的特点

1. 可靠性高 2. 实时性好

3. 功耗低，工作时温升小，可用电池供电 4. 数据存储不消失，停电后能长期保存数据 以适应PLC恶劣的工作环境和所要求的工作速度。 二、PLC常用的存储器

CMOS-SRAM、EPROM、EEPROM （此段内容请同学们自学教材P66～P67，并完成P76思

考题6）

三、用户程序的存放形式

任何语言编写的程序都要经过翻译，变成机器代码，才能顺序存放在用户程序存储器（RAM或EPROM）中。除了程序代码，用户数据也很重要。

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用户数据的类型：

1.位数据（Bit）——占存储器中的1位，对应于一个“继电器” 状态：“0”或“1”

2.字节数据（Byte）——占存储器中的8位，以BCD码（十进制）的形式存放（一般为

两BCD码，每个BCD码占内存的四位）

3.字数据（Word）——双字节数据，占存储器中的16位（BCD码形式存放） 4.双字数据（Dword）——占存储器中的32位（BCD码形式存放）

5.混合数据（位与字节或字）——如：定时器、计数器等的设定值和当前值一般为“字”

数据，而它们的触点状态则为“位”数据

不同形式的数据如何存放和调用完全由系统程序自动管理，但在编程时，不同的数据类型对指令的数据设置将有所区别

作业：P76思考题4，5，6

第五节 可编程序控制器的输入输出接口

PLC的输入输出接口的作用在前面已作了简单的介绍。PLC之所以能在恶劣的工业环境中可靠地工作，I/O接口技术起着关键的作用。I/O模块的种类很多，这里仅介绍开关量I/O接口模块和模拟量I/O接口模块的基本电路及其工作原理。 一、开关量I/O接口模块

PLC以开关量顺序控制为特长，在工业控制中，有很大一部分工作可由PLC 按开关量 控制来完成。

1. 开关量输入模块的基本电路及工作原理

种类：直流输入模块、交流输入模块、交、直流输入模块（参见教材P68） 特点：

· 输入信号的电源均可由用户提供，直流输入信号的电源（DC24V）也可由PLC自身提供 · 一般8路输入共用一个公共端，现场的输入提供一对开关信号：“0”或“1”（有无触点均可） · 每路输入信号均经过光电隔离、滤波，然后送入输入缓冲器等待CPU采样。 · 每路输入信号均有LED显示，以指明信号是否到达PLC 的输入端子

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接输入端 输入端 +24V 光电隔离 COM

Xo ～～输 入 缓冲滤波 器

X7

图3-8 （a）直流输入模块

X1 LED

去

COM光 隔

图3-8 （b）交、直流输入模块

Xo 光电隔离 浪涌吸收器 桥式整流 取样电阻 （限幅） 滤波 ≈ 限流电阻 LED显示 旁路二极管（防发光二极管反压过大） 等待CPU采样

输入缓冲器

X7 等待CPU采样

COM图3-8（c）交流输入模块

AC10

2.开关量输出模块的基本电路及工作原理

种类：

按负载使用的电源 直流输出模块 交流输出模块 交直流输出模块

按输出的开关器件种类 场效应晶体管输出方式——直流输出模块，响应速度最快（可

带高速小功率直流负载）

可控硅输出方式——交流输出模块（可带高速大功率交流负载） 继电器输出方式——交直流输出模块，响应速度较慢，但工作

最可靠（可带较低速大功率交、直流负载）

+9V光隔+24V场效应晶体管输出稳压限幅LED显示滤波被控元件线圈输出锁存程序执行完，由输出映像存储器送至输出锁存器24VDC器图3-9（a）场效应晶体管输出方式（直流输出）SSR输出锁存器AC交流电源固态继电器图3-9（b）可控硅输出方式（交流输出）11

特点：

电气隔离+ us -（Us）输出锁存器继电器线圈触点负载LED显示图3-9 （c）继电器输出方式（交、直流输出）· 各路输出均有电气隔离措施（光电隔离）

· 各路输出均有LED显示。只要有驱动信号，输出指示LED即亮，为观察PLC的工作状况或故障分析、程序调试提供标志

· 输出电源一般均由用户提供。输出模块提供具有一定通断能力的常开触点，触点上有防过电压、灭弧措施

*固态继电器SSR简介

采用固体半导体元件组装而成——无触点开关（接通和断开无机械接触部件）

优点： 开关速度快 工作频率高 使用寿命长 噪声低 工作可靠 使用场合：取代常规电磁式继电器，广泛用于：数字程控装置 数据处理系统

计算机终端接口电路

尤其：动作频繁 防爆 耐潮 耐腐蚀的场合 缺点： 漏电流大 接触电压高 触点单一 使用温度范围窄 过载能力差 价格高 1. 基本特点 ① 控制功率小：输入很小的控制电流便能正常工作，输出采用大功率管可控硅器件，具有功率放大作用 ② 可靠性：绝缘防水材料浇铸，没有可动部件 ③ 抗干扰能力强：无触点动作，无火花等电磁干扰，输入/输出之间隔离 ④ 动作快：直流SSR——响应时间＜几十μS

过零交流SSR——转换时间≤10Ms（1/2f s f = 50Hz） ⑤ 寿命长：1012～1013次 （普通电磁式继电器105～106次） ⑥ 承受的浪涌电流大：6～10倍额定值 ⑦ 对电源电压适应范围广：交流SSR——30～220VAC 任意选择 ⑧ 耐压水平高：输入/输出介质耐压2.5kV以上

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2. 分类

按切换负载性质分： 直流固态继电器 交流固态继电器

按输入/输出之间的隔离分： 光电隔离 磁隔离

按控制触发信号方式分： 过零型 非过零型 有源触发型 无源触发型

3. 工作原理（以光电耦合式SSR为例说明）

① 无输入信号：T3截止，T4导通，VT1关断（控制极被箝位在低电位）

② 有信号输入： T3导通，T4截止。当电源电压大于过零电压（约±25V），A点电压大于T5的Vbe5 →T5导通，VT1控制极处于低电压而关断，VT2控制极无触发信号而关断。 ·当电源电压小于过零电压时，A点电压小于T5的Vbe5→T5截止，VT1控制极通过R5、R6分压获触发信号→VT2导通→B、C两点接通→负载回路接通。

·VT2导通过程：电源电压“+”：电源→R8→D6→VT1→D9→R9→负载→VT2控制极获得触

发脉冲

电源电压“-”：电源→负载→R9→D8 →VT1→D7→R8→电源VT2控制 极获得触发脉冲

·当输入信号取消后：T4导通→VT1关断→但VT2仍导通（负载电流大于维持电流），直至

负载电流随电源电压减小，下降到双向晶闸管维持电流以下，VT2关断，从而切断负载电流。

+

输入 -

R8R3R1R2T4D1D6AT3R4T5R6D7D8D9R9R5VT1VT2R10ACB虚线用户自接电源输出CC负载→D2→光电耦合器光电耦合式固态继电器（SSR）工作原理二、模拟量I/O接口模块

PLC要在过程控制领域得以应用，模拟量的输入输出接口便是其不可或缺的重要部件。其主要功能：数据转换。与PLC的基本单元的总线相连，由CPU调用和处理其数据。

比如：MODICON MICRO PLC 612型具有 ： 4路模拟量输入——A/D 2路模拟量输出——D/A

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1. 模拟量输入接口模块（A/D）——4路模拟量输入

VI0多路选择开关3数据寄存器A/D转换#/光电隔离锁存器COM12VICOM前置放大特点：（1）输入信号可以是电压（0～10V），也可以是电流（4～20mA） （2）每路输入经过前置放大——保证高输入阻抗和线性度 （3）每路输入完全隔离，都有自己的公共端，都有LED显示 （4）每路输入均经过光电隔离进入输入锁存器

（5）各路输入须经多路选择开关选择后，分别进行A/D转换

执行时，当程序扫描到读模拟量指令时，由程序指定的输入通道的模拟量信息被采集，经A/D转换后，从锁存器经总线送到指定的数据寄存器。此接口电路，完全受PLC主机控制。 2. 模拟量输出接口模板——2路模拟量输出

特点：（1）输出信号可以是电压（0～10V 或-10～+10V），也可以是电流（4～20mA） （2）各路输出完全隔离，有自己独立的锁存器、光电隔离、D/A转换、LED显示和输

出放大驱动电路

执行时，在PLC两次输出操作之间，端子上的模拟量保持不变（锁存器内容每周期刷新一次）。由于PLC的扫描速度为毫秒级，所以，可以认为输出没有台阶，输出是平滑的。

锁存器光电隔离V#/D/A转换输出放大COM锁存器V#/IICOM14

三、MODICON MICRO PLC I/O接口（61200型）：

开关量输入：16点 模拟量输入：4路 开关量输出：12点 模拟量输出：2路 开关量为：16I 24VDC/12O Relay

注：Relay n. 继电器v. 用继电器控制，中继转播 Triac n. 三端双向可控硅开关元件

第六节 编程语言及梯形图

前几节，介绍了PLC的工作过程、硬件框图及各种硬件的功能。PLC工作过程及硬件功能的实现，则要靠软件的支持。首先，PLC的软件提供了各种逻辑部件（软器件），经编程来完成逻辑控制功能。 一、逻辑部件

1. 继电器逻辑——触点、线圈

用逻辑与、或、非等运算处理各种继电器逻辑的连接。 “1”——ON（得电） 状态

“0”——OFF（失电）

与通常的物理（实际）继电器相比，“软”继电器有如下特点： （1） 体积小，功耗低 （2） 无触点，速度快，寿命长

（3） 有无数个常开触点和常闭触点供程序使用，且不必考虑触点的容量。 PLC一般为用户提供三类继电器： （1） 输入继电器： 输入给PLC的现场信号

（2） 输出继电器： 具备一对物理接点，可以串接在负载回路中，以接通或断开负载。 （3） 内部继电器： 与外部无联系，仅作运算的中间结果使用（辅助或中间继电器） 掉电保护内部继电器：掉电期间，原状态由内装电池维持

掉电不保护内部继电器：掉电期间，该继电器状态为“OFF”

2. 定时器逻辑

一般，定时器应包含如下内容：

（1） 定时语句（指令）——选定所需的定时器，定时时基 （2） 定时条件——控制定时器操作（使能Bool） （3） 定时器当前值——存放的存储单元（Word）

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（4） 定时器的复位——当前值复零、状态位复位（Bool） （5） 定时设定值（预置值）及存放单元（Word）

（6） 定时器状态（位）——定时器达到设定值时“ON” （bit） 3. 计数器逻辑

一般，计数器应包含如下内容：

（1） 计数语句（指令）——选定所需的计数器（编号） （2） 计数信号——控制计数器操作（使能Bool） （3） 计数器当前值——存放的单元（Word）

（4） 计数器的复位——恢复设定值、状态位复位（Bool） （5） 计数设定值及存放单元（Word）

（6） 计数器状态（位）——计数达到设定值时“ON”；复位或未达到计数设定值时“OFF”

4. 触发器逻辑

触发器包括：置位输入 S 触发器还有复位优先或置位优先之分。 复位输入 R

5. 移位寄存器——长度可变，以适应步进控制的需要 移位脉冲输入cp 移位寄存器 填充输入 IN 复位输入 R 6. 数据寄存器——存放数据 二、编程语言

PLC常用的编程语言主要有三种：功能图、语句表、梯形图。

1. 功能图（FBD）—一种较新的编程方法，是各种PLC编程语言规范化的方向（Function Chart Programming）

2. 语句表（STL）——类似于汇编语言，由语句系列构成

3. 梯形图（LAD）——类似于继电—接触器控制线路（Ladder Programming）

梯形图编程目前依然是应用最广泛的编程语言，因为它与继电—接触器控制线路非常相象，容易学习，使用方便。

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例：梯形图编程示意图

A B C M 母线—左右垂直线 （ ） 与——接点在水平线上 母线 D Y 母线 串联 （ ） 或——逻辑并联 E

例：功能图编程——顺序钻孔控制

方框中的数字代表顺序步，每个顺序步所执行的功能写在方框的右边，每个顺序步前进的条件写在短横线的右边。如下图所示。

1 启动

2 送入→ 4 夹紧→ 8 卸具进入 送入钻孔件 工件夹紧 工件加工完毕

3 退出← 5 钻孔↓ 9 卸具退出 钻头在下面 取出加工件

送夹具退回 6 钻头向上 钻头在上部 7 松夹具

10 台面转动 台面转动完成

三、能流（Power Flow）

“能流”是PLC梯形图中的一个重要概念，但仅是概念上的“能流”。

假想：左母线——电源的火线 右母线——电源的零线

如果有“能流”从左至右流向线圈，则线圈被激励（ON），如没有“能流”通过，线圈未被激励（OFF），不动作。“能流”可以通过被激励（ON）的常开触点和未被激励（OFF）的常闭触点自左向右流动，“能流”任何时刻都不会自右向左流动。

（注意：引入“能流”的概念，仅是用于理解梯形图的各输出点的动作，实际上并不存在这种“能流”） 。

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四、梯形图设计一般规则（补充）

1. 梯形图的每一逻辑行必须从左母线出发，一般以触点开始，以线圈结束。右边母线可以

省略。

2. 触点应画在水平线上，垂直分支线上不画触点。 例：

1 2 1 2

（ ） （ ） 3 4 3 3 5 4 5

4

3. 对同一个输出线圈，串联多的支路尽量放在上部，并联多的支路尽量靠近左母线。

因为，PLC的扫描顺序是从上到下，从左到右，这样可使PLC尽量早的获取尽可能多的 信息。

例：上例中右图的第二行可放在最上面。 例：

（ ） （ ）

五、PLC控制与微机控制、PLC控制系统与继电—接触器控制系统的区别 1. PLC与微机 微机——通用的专用机——集中于信息处理

相互渗透、相辅相成 PLC——专用的通用机——集中于功能控制 2. PLC控制系统与继电—接触器控制系统

组成器件不同 继电—接触硬器件，易磨损 器控制系统 PLC 控制系统

触点数量不同 实施控制的方法不同 工作方式不同 有限，一般用于控制功能包含于固定并行工作方式，控制4～8对 线路，功能专一，设该吸合的继电计复杂 器同时吸合 软器件，功耗低，无限多，各触点梯形图程序实现控制串行工作方式，无磨损 的状态可取用功能，灵活多变，设依次扫描 无数次 计简化 18

说明：一个继电器控制线路，可以用PLC的梯形图来实现其功能。但由于PLC的工作方式不同（并行），以及PLC工作过程的特点：集中输入集中输出等，给控制结果带来了特殊性。

3. PLC串行工作方式带来的特殊性

（1）输入/输出滞后现象（参见教材P64 Fig3-7） 输入/输出的延时：

Y1 [ X Y1

Y0 Y1 Y2

继电器控制：

用一个按钮开关X（输入信号）控制3个输出量：Y0、Y1、Y2。电路中Y0与Y2具有相同的响应速度。 （X闭合→Y1接通→Y0、Y2同时接通）

画成梯形图： 周期1 周期2 周期3 X 输入端子信号 → OFF ON ON 输入采样刷新 X 输入映像寄存器 → OFF ON ON 刷新后X 输入映像寄存器 中的状态OFF→ON

Y1 Y0

（ ） Y0输出映像寄存器 OFF OFF ON

X Y1

（ ） Y1输出映像寄存器 OFF ON ON

Y1 Y2

（ ） Y2输出映像寄存器 OFF ON ON

输 出 刷 新 输出端子 Y0 OFF OFF ON Y1 OFF ON ON Y2 OFF ON ON

以三个扫描周期来说明控制过程中输出的滞后问题：

第一个周期：输入信号还未进入映像区，X输入映像寄存器中的状态为“OFF”，所有输出Y0、

Y1、Y2当然均为“OFF”

第二个周期：在输入采样阶段，X信号进入映像区，X输入映像寄存器中的状态变为“ON”。

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由于先扫描到Y0 时，Y1尚处在断开状态，所以Y0=“OFF”；而在第二周期中，Y1在输出映像寄存器中的状态在程序执行后变为“ON”，所以，后扫描的Y2在其输出映像寄存器中的状态也变为“ON”。这样，第二周期的结果：输出端子Y0=“OFF”，Y1=Y2=“ON”。

第三个周期：由于Y1在其输出映像寄存器中的状态已为“ON”，此时Y0才能接通为“ON” 。

显然，Y0的响应滞后Y2一个扫描周期，在输入条件为“ON”时，Y0的输出延迟响应。若在梯形图中，将Y0和Y2互换位置，则执行结果使Y2的响应滞后于Y0一个扫描周期。

实际上，输入输出滞后现象除了与上述PLC的“集中输入刷新，顺序扫描工作方式”有关，还与输入滤波器的时间常数以及输出继电器机械滞后有关。对于一般工业控制设备，这些滞后现象是完全允许的。但对于有些设备，需要I/O迅速响应的，则应采用快速响应模块、高速计数模块及中断处理。并且，编制程序应尽量简洁，选择扫描速度快的PLC机种，从而减少滞后时间。

（2）不允许双重输出 例：双重输出不允许

集中输入采样：X1=ON，X2=OFF

X1 Y33 （ ）

Y33 Y34 （ ）

X2 Y33 （ ）

输出刷新： Y33=OFF，Y34=ON

图中Y33为双重输出，从上图中的结果可以看出，优先输出处理的是后面Y33，即尽管第一行中当X1=“ON”时，Y33==“ON”，但在第三行中，X2=“OFF”将Y33的状态改写为“OFF”并作为结果输出。

（用LMODSOFT编程时，软件在编译程序时将提示你“双重输出”出错，但S7-200PLC无此提示）。

作业：P76

思考题 7，8，10，11，

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第四章 MODICON MICRO PLC的结构和工作原理

MODICON 公司简介

MODICON 公司（MODICON INC）是美国的可编程序控制器和运动控制器制造厂商，1984年起在北京设立办事处，产品进入我国，广泛应用于钢铁、煤炭、电力、石油化工、食品、造纸等行业；产品有微型、小型、中型和大型PLC（MICRO、COMPACT和984系列），分低档机和高档机；编程软件Modsoft Lite(Lmodsoft)，工作于DOS操作平台，但人机界面十分友好。

目前产品已归入施耐德（Schneider）公司，为MODICON TSX Neza PLC，但指令系统有所改变，在原编程软件界面的基础上发展为PL707WIN，从而工作于WINDOWS操作平台。

第一节 基本组成和工作原理

以微型机CPU61200型PLC为例。

一、组成——和所有PLC一样，由四大部分组成：CPU（包括FLASH存储器）、输入设备、

输出设备、电源。

组装于一个壳体内，为紧凑型产品，体积小，重量轻，价格低。面板布局、电源接线等参见教材P78～P80， 图4-2～图4-4所示（注：参见教材P71 Fig3-11）。

上部：开关量输入端子 16I 24VDC （均有LED显示） 中断/高速计数输入端子

下部：开关量输出端子 12O Relay （均有LED显示） 左边：电源输入端子

右边：30针 A120 I/O扩展口

面板：16路输入和12路输出的LED显示，以及PLC各种工况的LED显示。 底侧：2个串行通讯口：RS-232 COMM1和COMM2 1个I/O扩展链路口：RS-485 模拟量输入端子 4AI （AI—A/D） 模拟量输出端子 2A0 （AO—D/A）

二、工作原理——由机器的系统性能、操作软件支持PLC完成： 输入——转换——执行——转换——输出的整个过程

输入—来自现场的各种输入信号

转换—将输入信号转换成CPU可以处理的逻辑电平信号 执行—解读并执行内存中的用户逻辑，然后输出相应的控制信号

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转换—将输出的逻辑电平控制信号转换成现场设备可接受的驱动信号 输出—输出电路对现场设备进行开停控制。 1. 系统性能 （1）扫描时间

逻辑解算时间——与CPU的扫描速度有关，与程序的长短及指令的复杂程度有关 I/O服务时间

系统管理等其他服务时间

（2）最大扫描时间（周期）——250mS，由监控定时器提供监控（如果在规定的扫描时间内，

没有完成一次扫描，CPU中的“t1看门狗”将终止应用程序，并向编程器发出超时信息。 （3）逻辑扫描速度

一般，以 每执行1000步指令（1K逻辑节点）所需时间来定义，单位为mS/K（逻辑节点）

MODICON MICRO PLC的逻辑扫描速度为：

CPU311、CPU411：4.25mS～5mS/K CPU512、CPU612： 2.5mS/k

2. 存储器分配

MODICON MICRO PLC的系统内存分为三大区域：

用户数据内存区

系统配置内存区 用户程序内存区

（1）用户数据内存区——程序执行过程中数据变量的存储

PLC将控制过程中的输入、输出信号、状态及内部逻辑存放于用户数据区，存放地址用 “参考号”编址，这些地址可直接用于梯形图编程（寻址）。CPU512、CPU612型有2048（2K）个字（16位）的用户数据区 ① 参考号

为了梯形图编程需要，MODICON MICRO PLC使用一个统一的编址系统来管理输入/输出信号及内部逻辑（同一系列的PLC编程软件和编址系统一样）

每个参考号由5位数字组成： 首位——数据的类型

后四位——数据在用户数据区的唯一的地址。 ② 编址类型——四类（参见教材P81 图4-5）

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·0xxxx（1位—位数据）——离散量输出（或线圈）.可以是真实的输出，也可以是状态RAM

中的线圈（内部继电器的线圈）及相应的触点。作为触点可以多次使用，作为线圈不可双重输出。

·1xxxx（1位—位数据）——离散量输入. 对应来自现场的开关信号输入，在梯形图逻辑中作

为触点使用。

※一个寄存器中可有16个1xxxx或0xxxx参考号

·3xxxx（16位—字数据）——输入寄存器. 可以是从外设接收的模拟量输入信号入或16个连

续的离散量输入。

·4xxxx（16位—字数据）——输出或保持（数据）寄存器. 可用于模拟量输出或作为数据寄

存器使用。

如：参考号40201表示为一个16位的数据寄存器，在状态RAM中的地址是“201”。 ③ 输入/输出点的物理位置（对应系统的I/O映射表——I/OMAP）（参见教材P81 Fig4-6）

· 在用户数据区（状态RAM表）中，每个字长16位，离散量I/O点的ON/OFF状态，在一个字中的某一位以“1”或“0”表示。每一个输入通道的物理位置与10001～10016参考号（地址）一一对应。每一个输出通道的物理位置与00001～00012参考号（地址）一一对应。如图4-6所示。

开关量输入点物理位置（输入端子）

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16

对应用户数据区参考号

10001 10002 10003 10004 10005 10006 10007 10008 10009 10010 10011 10012 10013 10014 10015 10016

开关量输出点物理位置（输出端子）

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

对应用户数据区参考号

00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007 00008 00009 00010 00011 00012

（注：开关量（交流）输出的映射还与输出点的分组有关，可查阅手册。）

· 当I/O为模拟量时，每个输入/输出通道映射为用户数据区中的一个字（16位），此时，一个字只对应一个参考号。

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（2）系统配置内存区——存放PLC的配置参数、I/O映射表等 PLC系统的配置主要包括如下几方面： ① PLC的型号、工作模式等 ② PLC的通讯参数 ③ 编程中使用的参考号范围 ④ PLC所支持的I/O单元数

⑤ 若配置为母机或子机，则还需指定子机的个数或子机的地址

上述内容存放在系统配置内存区，可以通过编程软件访问或修改。如不修改，则系统配 置区的内容将被设为默认值。（参见教材P81图4-7）。

例如：在通讯参数的配置中，默认值设置通讯口为COMM1，而实际PLC所连接的电脑（编程器）的RS-232口为COMM2，此时必须修改通讯参数为COMM2，否则无法通讯。或者，在参考号的范围中，CPU612型默认0x总数为1536，但实际需要1570个0x，则可在3x或4x的范围中借用：将3x的默认值48修改为46，即取出16×2=32点挪作0x使用，0x的范围就应修改为1572。

亦可将0x或1x以16为单元取出供3x或4x使用。 但总的内存字总数不能超过默认值的总数。

MODICON MICRO PLC参考号初始默认值（参见教材P81 Fig4-7）：

参数 0 xxxx 1 xxxx 3 xxxx 4 xxxx

CPU型号 311/411 512/612 1024 1536 256 512 32 48 400 1872 （3） 用户程序内存区——梯形图逻辑建立与编辑区域 根据PLC的型号，可用于逻辑编程的内存大小为：

CPU311、CPU411——1024个字（1K） CPU512、CPU612——2048个字（2K）

用户程序内存区分为两段：Ⅰ：存放标准的应用控制程序（Seg 1.）

Ⅱ：存放子程序（Seg 2.）（子程序可用JSR指令调用或高速输

入中断调用）

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3、MODICON MICRO PLC的工作模式

（1）工作模式——通过系统配置（Configration），MODICON MICRO PLC可以配置为下

列三种工作模式的任一种：

① 单机模式（Single）——作为独立的可编程序控制系统工作，管理自己固定的I/O资源（对CPU512、 CPU612型，还可管理附加的A120 I/O资源）

② 母机模式（Parent）— 可控制扩展链路中所有PLC的固定的I/O资源。 属I/O扩展链路中的PLC

③ 子机模式（Child）— 允许一部分或全部固定I/0资源由扩展链路中的母机PLC控制

（2）I/O扩展链路——PLC I/O扩展网络——1台母机+1～4台子机构成

各PLC由标准六芯电话电缆经PLC的RS-485口（I/O exp link port）相连，为点到点（PPI）连接方式。电缆的端子应有RJ11插头。（参见教材P83图4-8）

在链路中，只有一台PLC可以被配置成母机，其余PLC均被配置成子机。在扩展链路中的PLC，均不允许配置成单机工作方式。每台子机PLC都有一个唯一的地址码，范围为ID：01～04。子机的I/O资源可由运行于母机方式的PLC来访问和控制；子机的编址需将编程器与子机PLC相连，在配置过程中设定。 （3）A120 I/O扩展

CPU512、CPU612型PLC均装有一个30针的I/O扩展端口，称为A120 I/O扩展口。（参见教材P83 图4-9）。PLC通过A120 I/O扩展口与扩展机架实现连接，并提供通讯功能，实现I/O的扩展。PLC在上述三种工作方式中，均可控制A120 I/O扩展资源。

· 作A120 I/O扩展时，通过DIN（德国工业标准）导轨经平行电缆连接1～3个机架。PLC本身总是配置为机架1，A120 I/O机架配置为机架2～4。即PLC本身总是配置为主机架，配置最多三个从机架。从机架可有5槽和2槽的（主机架一般为5槽），若三个从机架均为5槽的，则最多可扩展3×5=15个I/O单元（模块）。（参见教材P84 Fig4-10） · A120 I/O点，只能由与之相连的PLC（单、母、子机）访问，驱动A120 I/O点的梯形图和A120 I/O映射表（状态存储区）必须存储在与A120 I/O相连的PLC中。也就是说，如果在I/O扩展链路上，子机带有A120 I/O扩展，则该A120 I/O点不能由母机访问，子机PLC必须独立编程、配置、建立I/O映射来控制A120 I/O 点。 作业：P101 6，7 补充：回答问题

1. MODICON MICRO PLC有哪几种工作方式？简述之。 2. 什么是I/O扩展链路？如何构成？如何连接？

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第二节 梯形图逻辑指令

基本逻辑指令是PLC的最基本的编程指令，是设计梯形图程序的基本单元。不同品牌的PLC，由各自不同的编程软件支持，它们互不兼容。各种PLC的梯形图基本指令大同小异。功能指令则有所区别，指令系统的工作情况亦大致相同。有些品牌的PLC，同一系列但型号不同，其编程软件也有所不同。但MODICON MICRO PLC同一系列不同型号的PLC具有相同的编程软件和指令系统，寻址方式也完全一样，这为控制和编程带来了极大的方便。教材P85～P86 图4-11列出了MODICON MICRO PLC的梯形图逻辑操作系统的指令集。其中增强型指令仅CPU512和CPU612支持。

该指令集共有39条一般指令和5类增强型指令。其中：CRC ——循环冗余校验方式 LRC ——纵向冗余校验方式 每条指令的功能和应用在以后的各章节中介绍。

第三节 梯形图编程基础

一、基本概念：

1. 逻辑段（区域）

Ⅰ段：存放主程序，始终扫描

Ⅱ段：存放子程序——此逻辑段不能作为普通逻辑的一部分被扫描。子程序只在梯形图逻辑中出现转子指令或外部事件触发一个中断来调用时，才被扫描。 2. 网络——各种型号的PLC系统软件对梯形图网络的定义有所不同 MODICON MICRO PLC的梯形图网络（参见教材P87 图4-12）

·每个Network为一个完整的梯形图，共7行11列，以左母线开始。行与列的交点称为“节点”，放置梯形图指令。

·第11列只允许放置线圈。若线圈未被放置在第11列，则线圈的右侧不可再放置任何指令。

·理论上，每个段中的网络数无限制，但整个程序受扫描最大时间限制。 3. 梯形图逻辑解算顺序（参见教材P87 图4-13）

梯形图解算时，按下列顺序继续扫描：逻辑段→逐网络→逐节点→从左到右，从上到下按列扫描。

二、梯形图编程元素（Element）

1. 继电器类元素——触点、线圈、短路线

（1）触点——在梯形图逻辑中用于允许或禁止电（能）流通过，参考号编址为0x或1x，

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属于位指令

分类：常开触点——当其对应的输入触点或线圈为“ON”时，允许电流通过 常闭触点——当其对应的输入触点或线圈为“OFF”时，允许电流通过

正瞬动（正跳）触点——当其对应的输入触点或线圈由“OFF”→“ON”（“0” →“1”即采样上升沿），允许电流通过一个扫描周期

负瞬动（负跳）触点——当其对应的输入触点或线圈由“ON” →“OFF”（ “1” →“0”即采样下降沿），允许电流通过一个扫描周期 工作时序图：（参见教材P88 Fig4-14）。触点的符号及功能参见教材P89。

常开触点 ON 常闭触点 ON

OFF OFF OFF OFF

电流 ON 电流 ON ON

OFF OFF OFF

正瞬动触点 ON 负瞬动触点 ON OFF OFF

电流 ON 电流 ON OFF OFF OFF 一个扫描周期 一个扫描周期

（2）线圈——表示一个离散量输出或一个内部继电器线圈，编址为0xxxx

状态：当线圈为“ON”时，将改变状态RAM中的与之对应的触点的状态，也可以使离散量输出电路得电。

分类：普通线圈——得电“ON”即接通，失电“OFF”即关断

存储保持线圈——再次加电后线圈的原状态保持一个扫描周期，然后由程序

控制。

显示：一个梯形图网络中最多可有7个线圈。只有线圈才允许放置于网络的第11列。如果线圈并未放置在第11列上，那么，该行线圈右端不允许放置任何逻辑元素。

（线圈的符号及功能参见教材P89） （3）短路线——连接梯形图网络中的指令或指令块

分类及功能：水平短路线——实现“与”条件（占一个节点） 垂直短路线——实现“或”条件（不占节点） （注：若删除垂直短路线，则与其相联的节点一并删除）

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（4）简单实例——从继电—接触器控制线路到PLC的梯形图

·电动机带过载保护单向全压起/停控制线路（参见教材P90 Fig4-19，Fig4-20） ① 主电路

控制对象：通断主电路的KM——接触器线圈 输出点：编址00001 ② 控制线路 SB2——起动按钮 10001

SB1——停车按钮 输入点：10002 FR ——过载保护 10003

③ 梯形图及I/O硬件接线

（注：在PLC的开关量输入端，按钮：一般以常开状态接入；FR：以常闭状态接入，此时在梯形图中FR应取常开触点）

L1 L2 L3QSFRFUSB1SB2SB1KMSB2KMKMFR输入端子（ ）1000100001100021000300001KM输出端子FRAC3M

·一般步骤：

① 观察主电路——控制对象——确定输出点，编址

② 观察控制线路——输入信号的给出（对象）——确定输入点，编址

逻辑关系（过程）：中间继电器、互锁、自锁、延时等——确定内部

继电器，触点

③ 面向对象，面向过程，从上到下、从左到右写出梯形图 ④ 按梯形图一般编写规则整理、编址

⑤ I/O接线图（输出端无中间继电器、时间继电器线圈，并注意电源的连接） ⑥ 较熟练后，可将上一级的输出设置为下一级的输入控制

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例： 将教材P31 Fig2-2d图改造成PLC控制梯形图 解：（1）主电路： 控制对象——KM （2）控制线路：输入信号： SB1， SB3

SB2， FR

（3）I/O编址：

输入 ：SB1——10001 停车 SB2——10002 点动 SB3——10003 连续运转 FR ——10004 过载保护 输出： KM ——00001 内部： KA ——00100 （4）梯形图

KAKMSB2SB3KAKMSB1FR（ ）SB1SB2SB3KAKAKMKASB210002KAKMSB110001FRSB1（ ）FRKM00100000100010000141SB310003KA00100KA(0010 )0KM(0000 )1 （5）I/O硬件接线图

作业：

SB1 将下列继电—接触器控制线路改造

10001成PLC梯形图程序 00001KM SB2 1. P32 Fig2-3（b）

10002 2. P33 Fig2-4

SB3 10003 3. P45 Fig2-19 （或Fig2-17） FR 要求：① 画出主电路

10004 ② I/O编址 ③ 梯形图

24VDC AC ④ I/O硬件接线图（3图选1）

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2. 计数器指令 UCTR——从0开始向上计数至预置值 DCTR——从预置值开始向下计数至0 （1）指令（参见教材P91 Fig4-21）

3x，4xOor k* 关注：指令的6个要素

I UCTR 重点：顶部输入使能——采样上升沿

I

4xO （2） 示例：加法计数器

（ 100 ） 预置值：立即数 K=100

1000700077 当前值：存放单元——40007

00077UCTR 40007

（ ） 复位： 00077（自动）

00055 10002（手动） 使能： 10007“0”→“1”

10002 顶部输出：计数当前值 = 预置值

底部输出：计数当前值＜预置值

计数过程及状态：

① 当10007从“0”→“1”，计数当前值加1 ② 当（40007）＜ 100 —— 00077 = “0” 00055 = “1” 当（40007）= 100 —— 00077 = “1” 00055 = “0”

③ 当00077 = “1”，00055 = “0”，底部输入00077常闭 = “ON”，断开：

计数器复位——顶部输出00077 = “0”，底部输入常闭复原

（40007）= 0 当前值复0

00055 =“1”，可开始下一轮计数。

若底部输入10002的常闭闭合（=OFF），则当（40007）= 100时：00077 = “1”

00055 = “0” 并保持

若底部输入10002的常闭打开（=ON），则计数器复位（同上）。

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3. 定时器指令——T1.0（1s时基） T0.1（0.1 s时基） T0.01（0.01 s时基） T1ms（3节点指令） （1）指令（参见教材P92 Fig4-23）

O3x，4xor k* 关注：指令的6个要素

I 重点：顶部输入“1”即使能与计数器区别

（2） 示例 1秒时基定时器

预置值：立即数 K = 5 5 ） 当前值：存放单元：40040 （ 定时时间： 1s×5 = 5s T1.0 复位： 10002 = “1” 10002 00108 使能： 10001 = “1” 顶部输出00107——延时输出 底部输出00108——延时未到输出 （3）定时过程及状态： ① 当10002 = “0”

10001 = “1” 开始计时

② 当（40040）＜ 5 —— 00107 = “0” 00108 = “1” 当（40040）= 5 —— 00107 = “1” 00108 = “0”

③ 当10002 = “0”，10001 = “0”或“1”，保持原状态

当10002 = “1”，则定时器复位——（40040）= 0，00107 = “0”，00108 = “1”，可

重新开始定时。

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IT1.04xO100010010740040（ ）三、应用实例

例1 用毫秒定时器实现的日历时钟（参见教材P94 Fig4-25、Fig4-26）

100100014005510UCTR4005410 = 1s 输出1次( )每100ms×0000260( )00003UCTR40053( )6000004UCTR2440052UCTR40051( )00001每100ms输出1次T1ms10000100002000030000400005( )00005若加入10001常开出点，则“1”时计时，“0”时保持

其中：

40055 40054 40053 40052 40051

千分之一秒（0～100） 十分之一秒（0～10） 秒（0～60） 分（0～60） 小时（0～24） 梯形图构成：1个毫秒定时器，4个加法计数器

工作过程：（1）毫秒定时器顶部输入恒为“1”，始终使能（若加入10001触点，则“1”

开始工作）

（2）定时器40055每隔100ms输出1次，并自动复位，同时对下一级计数器

给出“0”～“1”激励信号

（3）计数器每隔100ms接收一个激励信号，计数器当前值加1，当（40054）

= 10，该计数器输出为“1”，同时复位并激励下一级

（4）以下过程类似，直至00005输出，为24小时=1天。如此周而复始，反

复循环——实现日历时钟的功能

（5）如果在毫秒定时器的顶部输入端接入输入触点10001，则仅当10001=“1”

时，时钟正常工作

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例2 笼形异步电动机的Y—△起动控制（三个接触器）

解：从继电—接触控制线路→PLC梯形图 （1）主电路、控制线路见教材P36 Fig2-7

（2）I/O编址：输入SB2——起动——10001 输出 KM1——电源控制——00001

SB1——停车——10002 KM2——△——00002 FR ——过载保护——10003 KM3——Y——00003

内部（时间继电器）KT——定时器T1.0 状态线圈 00100

当前值单元 40040 预置值 10 （s）

（3）梯形图程序

① 直接 “翻译”并配址（注意：FR用常开触点）

FRSB1SB2KM1

（ ） 10003100021000100001KM2KM1 KT KM3

（ ） 00003000010000200100 KT10（ ）

00100 T1.040040

KM3 KTKM2（ ）

001000000300002

KM2

00002

（ ）1000110002100030000100001（ ）00001000020010010T1.0400400000300100（ ）（ ）0010000003000010000200002

②整理，并由①可知：00002和00003有输出的前提是00001有输出，故可利用00001的输出作为下两级的输入控制（注：10秒起动完成后，定时器即被断去，不再通电）。

③教材P100 Fig4-35：将定时器放在最上面，然后由定时器的输出00107来控制KM3、KM2的动作，但在整个运行过程中，该定时器始终通电并保持（注：若没有给出控制线路，则针对主电路，首先应确定控制对象，然后确定输入信号及内部逻辑，根据面向对象，面向过程的思路进行编程）。

（4）I/O端子接线图（参见教材P100 Fig4-36）

注意：定时器的状态线圈并无实际控制对象，不应在输出端子上出现，即使编址不是00100，而是00004。

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作业：P101 10，11

补充：将教材P45 Fig2-18改造成PLC梯形图控制程序，并画出I/O接线图

第四节 开关量控制的典型应用实例

例1 智力竞赛抢答装置

1. 抢答桌安排：成人组： 两个按钮串联，必须同时按下，桌上的灯才会亮

中学生组：一个按钮，按下桌子上的灯即亮 儿童组： 两个按钮并联，任一个按下，桌子上的灯即亮

2. 控制要求：

（1）主持人用一个开关控制三个抢答桌的灯，主持人说出题目后 ，谁先按钮，谁桌上

的灯即亮并封锁其他桌上的灯，必须由主持人按下控制按钮，灯才会熄灭，否则一直亮着

（2）灯亮的同时，电铃响，以提示有人抢答

（3）若10秒之内无人抢答，则游戏结束。即：10秒之后，即使有人抢答，电铃也不会响。

解：（1）I/O分配

输入：儿童按钮 S1——10001 输出： 儿童桌指示灯 —— 00001

S2——10002 中学生桌指示灯——00002 中学生按钮 S3——10003 成人桌指示灯 ——10003 成人按钮 S4——10004 电铃 ——00004 S5——10005 主持人按钮 S6——10006 转换开关 S7——10007

（2）梯形图程序：见教材P97 Fig4-30 控制过程：

① 设主持人合上转换开关10007，游戏开始。例：若10秒之内中学生组首先抢答，则00002=“1”——指示灯2点亮，并互锁00001和00003，同时，输出00004=“1”并自锁，电铃响起。

② 若10秒之内无人抢答，则10秒时定时器状态线圈00107=“1”，其常闭触点断开，阻断00004的得电通路，此后，即使有指示灯亮，电铃也不会响。 ③ 主持人按下10006，则桌上灯熄灭，定时器复位，为下一题计时作准备，

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④ 若主持人在有人抢答后打开10007，则电铃关闭，定时器保持。 梯形图：

（ ） 1000110006000020000300001

10002

00001 （ ）10003 10006000010000300002 00002

（ ） 100041000510006000010000200003

00003

10（ ）

1000700107 T1.0

1000640040 （ ）

00001001071000700004

00002

00003 00004

缺点：

① 主持人要管两个开关： 10006和10007

② 电铃一旦响起，必须由主持人打开QS（10007），否则，电铃一直响改进要求：

① 减去一个主持人开关 ② 电铃响3秒后自动关闭

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修改后的抢答装置梯形图：

（ ） 1000110006000020000300001● 10002 00001 （ ）10003 10006000010000300002● 00002 （ ） 100041000510006000010000200003● 00003 10（ 1000600107 ）●T1.0 40040 （ ）00001001070010000004 ● 00002 00003 00004 10 （ ）●00004 T1.000100 4004110006

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例2 十字路口交通灯控制

交通灯布置及控制时序图参见教材P97 Fig4-31，Fig4-32。 控制要求：

1. 由一个起动开关控制信号灯工作：

当起动开关接通→信号灯系统工作→先南北红灯亮，东西绿灯亮 当起动开关断开→信号灯系统关闭，所有信号灯熄灭 2. 控制时序

（1）南北、东西绿灯不能同时亮，如果同时亮，系统应立即自动关闭并报警

（2）南北红灯亮25s，同时东西红灯亮20s，再闪烁（0.5s间隔）3s。熄灭后，东西黄灯亮

2秒，到时，东西黄灯灭、红灯亮、南北绿灯亮

（3）东西红灯亮30s、南北绿灯亮25s，闪3s熄灭后，南北黄灯亮2s，熄灭后，回到初始：

南北红灯亮、东西绿灯亮 （4）按上述规律，周而复始

启动ONOFF南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯-----------------南北黄灯20s3s225s3s220s3s2

3. I/O端子接线（参见教材P96 Fig4-29）

实验板接线：OUTA1～3输出端接——南北绿、黄、红 OUTB1～3连在一起

5C～7C输出端接——东西绿、黄、红 COMC与OUTB连接，然后接至24VDC“+” 实验板上红绿黄灯的黑线（公共端）接24VDC“—” 4. 梯形图程序（参见教材P99 Fig4-34）

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控制过程分析（程序按行编号）：

（1）启动：10001闭合→ 17行00003=“1” → 南北红灯亮 19行00005=“1”→ 东西绿灯亮

（2）灯亮时间控制：启动后，定时器40040定时25s，到时，00107=“1” → 17行断→南北红灯灭

18行通→东西红灯亮（00007=“1”） → 22行通→南北绿灯亮（00001=“1”） 3行通 →定时器40041定时30s （3）绿灯闪烁控制：

启动后→ 5行定时器40042定时20s，到时，00109=“1”→ 19行断，东西绿灯灭 20行断，00109常开闭

合，常闭打开

26行～29行，定时器40048、40049构成时间振荡器，每隔0.5s，00115=“1” 00105在20行与00109相“与”，使东西绿灯（00005）闪烁 （4）黄灯控制：

当00109=“1” →7行定时器40043为绿灯闪烁定时3s到时00110=“1” → 9行定时器40044为黄灯定时2s → 20行断→00005=“0”，东西绿灯灭 21行通→00006=“1”，东西黄灯亮

当40044定时时间到→00111=“1” →21行断，东西黄灯灭

此后，南北绿灯亮、东西红灯亮，过程与上类似，同学可自行分析。

（5）报警及关断：

当00001和00005同时=“1” →25行 00004 =“1”报警→ 1行断、5行断，定时器40040～40047均复位→ → 17行断，00003 =“0”，南北红灯关闭 19行断，00005 =“0”，东西绿灯关闭

18行（00107 =“0” ）→00007 =“0” 东西红灯关闭 20行（00109 =“0” ）

各定时器输出复位后 21行（00110 =“0”）→00006 =“0”东西黄灯关闭 23行（00112 =“0”）→00001 =“0” 南北绿灯关闭 24行（00113 =“0”）→00002 =“0” 南北黄灯关闭

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至此，信号灯系统全部关闭。

100004 10001 0010825T1.040040（ ）001071700107 00004 10001（ ）000031830010730T1.04004100107（ ）00007（ ）001081900003 00109（ ）0000500109 00110 00115500004 10001 0010720T1.040042（ ）001092100110 00111（ ）000067001093T1.04004322（ ）00007 001120000100112 00113 00115（ ）001109001102T1.04004424（ ）00113 0011400002（ ）001112500001 00005（ ）000045T0.140048110010725T1.040045（ ）00112261000100116（ ）0011513001123T1.040046（ ）0011328001155T0.140049（ ）0011615001132T1.040047（ ）00114

图4-34 信号灯控制系统梯形图控制程序说明：

（1）此程序在实验模拟运行时，会出现南北红灯灭与东西绿灯亮不同步的现象，主要原因与PLC的顺序扫描、机械和电气延时及1秒时基定时器的刷新时刻有关，若将定时器改为0.1秒时基（即提高精度），定时器预置值相应扩大10倍，则情况有明显改善。

（2）若希望夜间全部（人工）切换至东西、南北黄灯常亮，并与白天的控制互锁，则程序可

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修改如下：

100004 10001 10002 0010825T1.040040( )001071700107 00004 10001 10002( )00003001071830010730T1.04004110002( )00007( )001081900003 0010910002( )0000500109 00110 00115500004 10001 10002 0010720T1.040042( )001092100110 0011110002 1000100007 00112( )000067001093T1.040043( )0011022( )10002000019001102T1.04004400112 00113 00115( )001112400113 0011410002 10001( )00002110010725T1.040045( )001122500001 00005( )0000410001001165T0.1400482613001123T1.040046( )00115( )001132815001132T1.040047( )00114001155T0.140049( )00116图4-34 图图图图图图图图图图图图图图或：在程序最后补充：

( )100010002100020( )100020002000021

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