PLC一本通

PLC(可編程邏輯控制器)
一本通
一 PLC 的定義…………………………………………………1
二 PLC 的組成結(jié)構(gòu)……………………………………………1
三 PLC 的分類…………………………………………………2
四 PLC 的工作原理……………………………………………3
五 PLC 編程——從菜鳥到高手………………………………4
六 PLC 應(yīng)用中需要注意的問題——工作環(huán)境和抗干擾……22
七 西門子 SIMATIC S7-300/400 問答集錦…………………23
八 經(jīng)典 PDF 推薦…………………………………………… 38一 PLC 的定義
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)
系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣
控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968 年美國通用汽車公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美
國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電
氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller(PC)。
1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC
做了如下定義：
“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程
序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指
令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)
的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。”
個人計(jì)算機(jī)(簡稱PC)發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程
序控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC)。
上世紀(jì)80年代至90年代中期是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時
期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC
逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。
二 PLC 的組成結(jié)構(gòu)
從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面
板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模
塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。
CPU的構(gòu)成
CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予
的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，
并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯
誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生
相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。
在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理
解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信
號控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲
運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。
CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，
因此限制著控制規(guī)模。
I/O模塊
1PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，
其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)
字信號進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入(DI)，開關(guān)量輸出(DO)，模擬量輸
入(AI)，模擬量輸出(AO)等模塊。
常用的I/O分類如下：
開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管
隔離。
模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，
按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。
按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置
的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。
電源模塊
PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工
作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。
底板或機(jī)架
大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪
問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。
PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備
編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對系
統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。
小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就
是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。
人機(jī)界面：最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員
終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。
三 PLC 的分類
1、小型PLC
小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般在128點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，除
了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)
算、計(jì)時、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。
2、中型PLC
中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點(diǎn)數(shù)一般在256~1024點(diǎn)之間。I/O的處理方式除了采用一般
PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸
入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，
通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。
3、大型PLC
一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診
斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理
自動化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性更高。
2四 PLC 的工作原理
最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方
式是不相同的：
（1）繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼
電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。
（2）PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被
接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)
時才會動作。
為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動作時
間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不
同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式---掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼
電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。
1、掃描技術(shù)
當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三
個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速
度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。
（1）輸入采樣階段
在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)

"PLC一本通"通常指的是全面介紹 Programmable Logic Controller（可編程邏輯控制器）技術(shù)的一本教程或參考書籍。這本書可能是電氣工程、自動化控制或者工業(yè)控制領(lǐng)域的入門指南，內(nèi)容涵蓋了PLC的基本原理、結(jié)構(gòu)、工作方式、編程語言（如梯形圖、語句表、功能塊圖等）、常用指令集、應(yīng)用實(shí)例、硬件選型與安裝調(diào)試、網(wǎng)絡(luò)通信以及高級功能等方面的知識。通過閱讀這樣一本"一本通"式的書籍，讀者可以從基礎(chǔ)到深入地學(xué)習(xí)和理解PLC在工業(yè)生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵作用及其在各類自動化控制系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。