PLC一本通

PLC(可编程逻辑控制器)
一本通
一 PLC 的定义…………………………………………………1
二 PLC 的组成结构……………………………………………1
三 PLC 的分类…………………………………………………2
四 PLC 的工作原理……………………………………………3
五 PLC 编程——从菜鸟到高手………………………………4
六 PLC 应用中需要注意的问题——工作环境和抗干扰……22
七 西门子 SIMATIC S7-300/400 问答集锦…………………23
八 经典 PDF 推荐…………………………………………… 38一 PLC 的定义
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关
系进行连锁保护动作的控制及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气
控制系统来实现的。1968 年美国通用汽车公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美
国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电
气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller(PC)。
1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC
做了如下定义：
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程
序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指
令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关
的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
个人计算机(简称PC)发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程
序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。
上世纪80年代至90年代中期是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时
期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC
逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
二 PLC 的组成结构
从结构上分，PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面
板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模
块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
CPU的构成
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予
的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，
并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错
误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生
相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理
解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信
号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储
运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，
因此限制着控制规模。
I/O模块
1PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分(I/O)完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，
其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数
字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入(DI)，开关量输出(DO)，模拟量输
入(AI)，模拟量输出(AO)等模块。
常用的I/O分类如下：
开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管
隔离。
模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，
按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置
的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
电源模块
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工
作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为 24VDC）。
底板或机架
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访
问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。
PLC系统的其它设备
编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系
统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。
小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就
是我们系统的上位机。
人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员
终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。
三 PLC 的分类
1、小型PLC
小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除
了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运
算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。
2、中型PLC
中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256~1024点之间。I/O的处理方式除了采用一般
PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输
入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，
通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。
3、大型PLC
一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊
断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理
自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。
2四 PLC 的工作原理
最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方
式是不相同的：
（1）继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继
电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。
（2）PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被
接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点
时才会动作。
为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时
间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不
同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继
电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。
1、扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三
个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速
度重复执行上述三个阶段。
（1）输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区

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