PLC基礎(chǔ)教程推薦

第一章PLC概述

一、可編程控制器的產(chǎn)生及定義

①1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用在美國(guó)通用汽車

公司（GM）的生產(chǎn)線上。但當(dāng)時(shí)只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC（programmablelogic

controller）?

②70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使PLC從開(kāi)關(guān)量的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制

及生產(chǎn)過(guò)程控制域，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC（programmable

controller）?但由于PC容易與個(gè)人計(jì)算機(jī)（personalcomputer）相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程控制器

的縮寫。

③1985年國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義如下：可編程控制器是一種進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，是

專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器，它采用了可以編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、

順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)

程。

④PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，所以它在數(shù)學(xué)處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢(shì)。繼電器在控

制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（1）邏輯運(yùn)算（2）弱電控制強(qiáng)電。

⑤PLC是集自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動(dòng)化三

大支柱（PLC、ROBOT>CAD/CAM）的首位。

二、可編程控制器的分類及特點(diǎn)

（-）分類

（1）從組成結(jié)構(gòu)形式分

①一體化整體式PLC

②模塊式結(jié)構(gòu)化PLC

（2）按I/0點(diǎn)數(shù)及內(nèi)存容量分

①超小型PLC

②小型PLC

③中型PLC

④大型PLC

⑤超大型PLC

（3）按輸出形式分

①繼電器輸出

為有觸點(diǎn)輸出方式，適用于低頻大功率直流或交流負(fù)載

內(nèi)

部

電

路

出

繼

電

器

輸

型

出

②

晶

體

管

輸

無(wú)

點(diǎn)

方

用

功

流

載

為

觸

輸

出

式

，

適

于

高

頻

小

率

直

負(fù)

L

:

負(fù)

載

內(nèi)

部

電

路

（

出

N

P

N

晶

體

管

輸

型

集

電

極

開(kāi)

路

）

L

:

負(fù)

載

L

出

E

D

輸

端

內(nèi)子

部

電

路

O

C

M

管

晶

體

輸

出

型

N

P

開(kāi)

路

P

集

電

極

）

（

③

晶

閘

管

輸

出

無(wú)

點(diǎn)

方

適

于

速

率

流

負(fù)

為

觸

輸

出

式

，

用

高

大

功

交

載

L:負(fù)載

內(nèi)

部

電

路

晶閘管輸出型

（-）特點(diǎn)

①可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

②編程簡(jiǎn)單、使用方便

③設(shè)計(jì)、安裝容易，維護(hù)工作量少

④功能完善、通用性好，可實(shí)現(xiàn)三電一體化

PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過(guò)程控制）利電結(jié)（運(yùn)

動(dòng)控制）這三電集于一體。

⑤體積小、能耗低

⑥性能價(jià)格比高

三、可編程控制器的應(yīng)用

①開(kāi)關(guān)量的邏輯控制

②位置控制

③過(guò)程控制

④數(shù)據(jù)處理

⑤通信聯(lián)網(wǎng)

⑥CIMS的應(yīng)用

四、PLC控制系統(tǒng)的分類

（一）、集中式控制系統(tǒng)

集中式控制系統(tǒng)是用一個(gè)PLC控制一臺(tái)或多個(gè)被控設(shè)備。主要用于輸入、輸出點(diǎn)數(shù)較少，各被控設(shè)備

所處的位置比較近，且相互間的動(dòng)作有一定聯(lián)系的場(chǎng)合。其特點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)筒單。

一.輸入/輸出

.AvB__C

控制對(duì)象I［控制對(duì)象II控制對(duì)彖

（二）、遠(yuǎn)程式控制系統(tǒng)

遠(yuǎn)程式控制系統(tǒng)是指控制單元遠(yuǎn)離控制現(xiàn)場(chǎng)，PLC通過(guò)通信電纜與被捽設(shè)備進(jìn)行信息傳遞。該系統(tǒng)一

般用于被控設(shè)備十分分散，或工作環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合。其特點(diǎn)是需要采用遠(yuǎn)程通信模塊，提高了系統(tǒng)的成本和復(fù)

雜性。

（三）分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)即采用幾臺(tái)小型PLC分別獨(dú)立控制某些被控設(shè)備，然后再用通信線將幾臺(tái)PLC連接

起來(lái)，并用上位機(jī)進(jìn)行管理。該系統(tǒng)多用于有多臺(tái)被控設(shè)備的大型控制系統(tǒng)，其各被控設(shè)備之間有數(shù)據(jù)信息傳送的

場(chǎng)合。其特點(diǎn)是系統(tǒng)靈活性強(qiáng)、控制范圍大，但需要增加用于通信的硬件和軟件，系統(tǒng)的復(fù)雜性也更大。

上位機(jī)

VV

第二章可編程控制器原理

2.1PLC的組成與基本結(jié)構(gòu)

2.1.1PLC的基本組成

PLC主要由中央處理單元、輸入接口、輸出接口、通信接口等部分組成，其中CPU是PLC的核心,

I/0部件是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與cPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器和上位機(jī)連接。對(duì)于整體式PLC,

所有部件都裝在同一機(jī)殼內(nèi)；對(duì)于模塊式PLC,各功能部件獨(dú)立封裝，稱為模塊或模板，各模塊通過(guò)總線連接,

安裝在機(jī)架或?qū)к壣?。不同廠商生產(chǎn)的不同系列產(chǎn)品在每個(gè)機(jī)架上可插放的模塊數(shù)是不同的，一般為3—10塊。

可擴(kuò)展的機(jī)架數(shù)也不同，一般為2—8個(gè)機(jī)架?；緳C(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架之間的距離不宜太長(zhǎng)，一般不超過(guò)10M.。

HJC便件結(jié)構(gòu)圖

2.1.2PLC各組成部分

1、中央處理單元CPU

cPU通過(guò)輸入裝置讀入外設(shè)的狀態(tài)，由用戶程序去處理，并根據(jù)處理結(jié)果通過(guò)輸出裝置去控制外設(shè)。一

般的中型可編程控制器多為雙微處理器系統(tǒng)，一個(gè)是字處理器，它是主處理器，由它處理字節(jié)操作指令，控制系統(tǒng)

總線，內(nèi)部計(jì)數(shù)器，內(nèi)部定時(shí)器，監(jiān)視掃描時(shí)間，統(tǒng)一管理編程接口，同時(shí)協(xié)調(diào)位處理器及輸入輸出。另一個(gè)為位

處理器，也稱布爾處理器，它是從處理器，它的主要作用是處理位操作指令和在機(jī)器操作系統(tǒng)的管理下實(shí)現(xiàn)PLC

編程語(yǔ)言向機(jī)器語(yǔ)言轉(zhuǎn)換。

CPU處理速度是指PLC執(zhí)行1000條基本指令所花費(fèi)的時(shí)間。

2、存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器主要存放系統(tǒng)程序，用戶程序及工作數(shù)據(jù)。

PLC所用的存儲(chǔ)器基本上由PROM,EPROM,EEPR0M及RAM等組成。

3、輸入/輸出部件

輸入/輸出部件又稱I/0模塊。PLC通過(guò)I/。接口可以檢測(cè)被控對(duì)象或被控生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，

以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為PLC對(duì)控對(duì)象進(jìn)行控制的信息依據(jù)。同時(shí)PLC又通過(guò)I/。接口將處理結(jié)果送給被控設(shè)備

或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)控制。

4、編程裝置和編程軟件

PLC是以順序執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序來(lái)完成其控制功能的。

5、電源部件

2.2PLC的基本工作原理

2.2.1PLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程

(-)PLC的循環(huán)掃描

PLC的CPU是采用分時(shí)操作的原理，每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作，隨著時(shí)間的延伸一個(gè)動(dòng)作接一個(gè)動(dòng)作順

序地進(jìn)行，這種分時(shí)操作進(jìn)程稱為CPU對(duì)程序的掃描。PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按

序號(hào)順序排列。CPU從第條指令開(kāi)始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束，然后返回第條指令開(kāi)

始新的一輪掃描。

(-)PLC工作過(guò)程

1、公共操作

公共操作是在每次掃描程序前進(jìn)行的自檢。

2、數(shù)據(jù)I/。操作

數(shù)據(jù)I/。操作也稱為I/。狀態(tài)刷新。它包括兩種操作:

①采樣輸入信號(hào)，即刷新輸入狀態(tài)表的內(nèi)容

②送出處理結(jié)果，即用輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路

3、執(zhí)行用戶程序操作

4、處理外設(shè)請(qǐng)求操作

外設(shè)的請(qǐng)求命令包括操作人員的介入和硬件設(shè)備的中斷

用

戶

一K*

----/山

iS

a

2.2.2PLC的I/O滯后現(xiàn)象

造成I/。響應(yīng)滯后的原因：

①掃描方式

②電路慣性

輸入濾波時(shí)間常數(shù)和輸出繼電器觸點(diǎn)的機(jī)械滯后

③與程序設(shè)計(jì)安排有關(guān)

按鈕

行程開(kāi)關(guān)

PLC的等效電路示意圖

2.3PLC的編程語(yǔ)言

2.3.1梯形圖編程

(一)PLC的編程特點(diǎn)

1、程序的執(zhí)行順序

"1S1""1Y1"

----------II——-----------()—I

"1Y2”

------------------C)-I

PLC梯形圖

"嚼"nlYl"

---------——.................1

"1Y2"

----------

繼電器梯形圖

兩圖實(shí)現(xiàn)相同的功能。當(dāng)IS1閉合時(shí)，1Y1、1Y2輸出。系統(tǒng)上電之后，當(dāng)1S1閉合時(shí)，繼電器梯形圖中

的1Y1、1Y2會(huì)同時(shí)得電，若不考慮繼電器觸點(diǎn)的延時(shí)，則1Y1、1Y2會(huì)同時(shí)輸出。但在PLC梯形圖中，因?yàn)?/p>

PLC的程序是順序掃描執(zhí)行的，PLC的指令按從上向下，從左向右的掃描順序執(zhí)行，整個(gè)PLC的程序不斷循

環(huán)往復(fù)。PLC的“繼電器”的動(dòng)作順序由PLC的掃描順序和在梯形圖中的位置決定，因此，當(dāng)1S1閉合時(shí)，

1Y1先輸出而1Y2后輸出。即繼電器采用并行的執(zhí)行方式，而PLC則采用串行的執(zhí)行方式。

1Y1、1Y2在同一個(gè)周期內(nèi)動(dòng)作

1Y1、1Y2同時(shí)動(dòng)作

”isir,

ft]Y]rt

________1_________I___I1___I1

,rr,

lSl“1Y2r,

_________II___I

71____11

1Y1、1Y2不同時(shí)動(dòng)作

傳統(tǒng)的繼電器的觸點(diǎn)在線圈得電后動(dòng)作時(shí)有?個(gè)微小的延時(shí)，并且常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)的動(dòng)作之間有一微小的

時(shí)間差。而PLC中的繼電器都為軟繼電器，不會(huì)有延時(shí)效應(yīng)，當(dāng)然，這里忽略了PLC的掃描時(shí)間。

3、PLC中的軟繼電器

每個(gè)繼電器有無(wú)數(shù)個(gè)常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)。

(二)PLC編程的基本原則

(1)每個(gè)梯形圖網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)梯級(jí)組成，每個(gè)輸出元素可構(gòu)成一個(gè)梯級(jí)，每個(gè)梯級(jí)可山多個(gè)支

路組成。

(2)梯形圖每一行都是從左母線開(kāi)始，而且輸出線圈接在最右邊，輸入觸點(diǎn)不能放在輸出線

圈的右邊。

(3)輸出線圈不能直接與左母線連接。

(4)多個(gè)的輸出線圈可以并聯(lián)輸出。

(5)在一個(gè)程序中各輸出處同?編號(hào)的輸出線圈若使用兩次稱為“雙線圈輸出雙線圈輸出

容易引起誤動(dòng)作，禁止使用.

(6)PLC梯形圖中，外部輸入/輸出繼電器、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等器件的觸點(diǎn)

可多次重復(fù)使用。

(7)梯形圖中串聯(lián)或并聯(lián)的觸點(diǎn)的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，可無(wú)限次的使用。

(8)在用梯形圖編程時(shí)，只有在?個(gè)梯級(jí)編制完整后才能繼續(xù)后面的程序編制。

(9)梯形圖程序運(yùn)行時(shí)其執(zhí)行順序是按從左到右，從上到下的原則。

(-)編程技巧及原則“上重下輕，左重右輕，避免混聯(lián)”

(1)梯形圖應(yīng)把串聯(lián)觸點(diǎn)較多的電路放在梯形圖上方

(2)梯形圖應(yīng)把并聯(lián)觸點(diǎn)較多的電路放在梯形圖最左邊

(3)為了輸入程序方便操作，可以把一些梯形圖的形式作適當(dāng)變換

圖4-9是一段“左大右小”的梯形圖，圖(a)和圖(b)僅相差一步,實(shí)際上執(zhí)行步

數(shù)差了25%。

(b)符合左火右小的電玷，共4步

圖49

2.3.2語(yǔ)句表編程

PLC的語(yǔ)句：操作碼+操作數(shù)

操作碼用來(lái)指定要執(zhí)行的功能，告訴CPU該進(jìn)行什么操作；操作數(shù)內(nèi)包含為執(zhí)行該操作所必需的信息,

告訴CPU用什么地方的數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行此操作。操作數(shù)的分配原則：

(1)為了讓CPU區(qū)別不同的編程元素，每個(gè)獨(dú)立的元素應(yīng)指定一個(gè)互不重復(fù)的地址

(2)所指定的地址必須在該型機(jī)器允許的范圍之內(nèi)。

2.3.3其它編程語(yǔ)言

功能圖編程.高級(jí)編程語(yǔ)言(C語(yǔ)言.Pascal語(yǔ)言等)

編程語(yǔ)言用戶類應(yīng)用

語(yǔ)句表(STL)愿意用類似于機(jī)器碼語(yǔ)言編程序在運(yùn)行時(shí)間和存貯空

程的用戶間要求上最優(yōu)

梯形圖(LAD)習(xí)慣電路圖的用戶編寫邏輯控制程序

功能圖(FBD)熟悉布爾代數(shù)邏輯圖的用戶編寫邏輯控制程序

SCL(結(jié)構(gòu)捽制用高級(jí)語(yǔ)言。如PASCAL或數(shù)據(jù)處理任務(wù)程序

語(yǔ)言)可選軟件C語(yǔ)言編程的用戶

包

S7Graph(順序有技術(shù)背景，沒(méi)有PLC編程以順序過(guò)程的描述很方便

控制)可選軟件經(jīng)驗(yàn)的用戶

包

S7HiGraph（狀有技術(shù)背景，沒(méi)有PLC編程以異步非順序過(guò)程的描述

態(tài)圖形）可選軟經(jīng)驗(yàn)的用戶很方便

件包

CFC（連續(xù)功能有技術(shù)背景，沒(méi)有PLC編程適用于連續(xù)過(guò)程的描述

圖）可選軟件包經(jīng)驗(yàn)的用戶

第三章SIMATICS7-300PLC系統(tǒng)特性及硬件構(gòu)成

3.1S7-300PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1.1S7-300PLC的組成

主要組成部分有導(dǎo)軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元CPU模塊、接口模塊（IM）、信號(hào)模

塊（SM）、功能模塊（FM）等，通過(guò)MPI網(wǎng)的接口直接與編程器PG、操作員面板0P和其它S7PLe相

連。

3.1.2S7-300的擴(kuò)展能力

CPU314一個(gè)機(jī)架上最多只能再安裝八個(gè)信號(hào)模塊或功能模塊，最多可以擴(kuò)展為四個(gè)機(jī)架。中央處理單元總是

在0機(jī)架的2號(hào)槽位上，1號(hào)槽安裝電源模塊，3號(hào)槽總是安裝接口模塊，槽號(hào)4至11,可自由分配信號(hào)模塊、

功能塊。

3.1.3S7-300模塊地址的確定

數(shù)字I/。模塊每個(gè)槽劃分為4Byte（等于32個(gè)I/0點(diǎn)），模擬I/0模塊每個(gè)槽劃分為16Byte（等于

8個(gè)模擬量通道），每個(gè)模擬量輸入或輸出通道的地址總是一個(gè)字地址.

模板槽號(hào)

機(jī)架起始1234567891011

地址

數(shù)字0481216202428

量256272288304320336352368

0PSCPUIM

模擬

量

數(shù)字3236404448525660

量384400416432448464480496

1IM

模擬

量

數(shù)字6468727680848892

量512528544560576592608624

2IM

模擬

里

數(shù)字96100104108112116120124

3IM

量640656672688704720736752

模擬

量

怎樣確定信號(hào)模板的地址

(-)確定數(shù)字量模板的地址

一個(gè)數(shù)字量模板的輸入或輸出地址由字節(jié)地址和位地址組成。字節(jié)地址取決于其模板起始地址。

例如：如果一塊數(shù)字量模板插在第4槽里，其地址分配如下：

輸入地址

o-——I0.0

o-———I0.1

o-—I0.2

o-—I0.3

o-——I0.4

o-I0.5

o-—I0.6

o-I0.7

PSCPUIM輸由地址

o-—Q0.0

o-——Q0.1

o-—Q0.2

o-Q0.3

o-Q0.4

o-—Q0.5

o-—Q0.6

o-Q0.7

(二)確定模擬量模板的地址

模擬量輸入或輸出通道的地址總是一個(gè)字地址。通道地址取決于模板的起始地址。例如：如果第一塊

模擬量模板插在第4號(hào)槽，其地址分配如下：

輸入地址

cPIW256

c-rlnzbo

C-rlWzuO

CkJ-PIW262

JcPIW264

c一

PIW266

kcJPIW268

kCJ-PIW270

PSCPUIM輸出地址

C-rPHwInDzOo^oR

JcPQ1D9RQ

JcPrDWUTTI9ZAiOAU

c

Jci

cPQW266

cJPQW268

cPQW2Y0

3.2S7-300PLC存儲(chǔ)區(qū)簡(jiǎn)介

3.2.1S7-300編程方式簡(jiǎn)介

S7-300PLC的編程軟件是STEP7。

用戶程序由組織塊(OB)、功能塊(FB,FC)、數(shù)據(jù)塊(DB)構(gòu)成。

0B是系統(tǒng)操作程序與用戶應(yīng)用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運(yùn)行。0B1是主程序循環(huán)塊,

在任何情況下，它都是需要的。

功能塊(FB,FC)實(shí)際上是用戶子程序，分為帶“記憶”的功能塊FB和不帶“記憶”的功能塊FC。前者有一

個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與該功能塊的參數(shù)表完全相同的數(shù)據(jù)塊(DB)附屬于該功能塊，并隨著功能塊的調(diào)用而打開(kāi)，隨著功

能塊的結(jié)束而關(guān)閉。該附屬數(shù)據(jù)塊(DB)叫做背景數(shù)據(jù)塊，存在背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)在FB塊結(jié)束時(shí)繼續(xù)保持，

也