可編程序控制器(PLC)課程廖國華

中南大學(xué)信息學(xué)院自動(dòng)化系======================================教材：《現(xiàn)代電氣及可編程控制技術(shù)》主編：王永華出版社：北京航空航天大學(xué)出版社======================================參考教材：《深入淺出西門子S7－200》出版社：北京航空航天大學(xué)出版社

======================================參考教材：《西門子S7－200用戶手冊》西門子公司編======================================?可編程序控制器(PLC)ProgrammableLogicController產(chǎn)生定義分類應(yīng)用領(lǐng)域國內(nèi)外狀況發(fā)展趨勢組成工作方式選擇ProgrammableLogicController什么是PLC著名品牌PLC的發(fā)展PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC定義分類應(yīng)用領(lǐng)域ProgrammableLogicController產(chǎn)生1.PLC的產(chǎn)生及定義

1.1PLC的產(chǎn)生傳統(tǒng)的生產(chǎn)機(jī)械自動(dòng)控制裝置→繼電器控制系統(tǒng)

優(yōu)點(diǎn)→結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、容易操作。缺點(diǎn)→體積龐大、生產(chǎn)周期長、接線復(fù)雜、故障率高、可靠性及靈活性差。應(yīng)用→比較適用于工作模式固定，控制邏輯簡單等工業(yè)應(yīng)用場合。

美國最大的汽車制造商——通用汽車公司（GM）原汽車生產(chǎn)線采用的是繼電器控制系統(tǒng)。為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種的生產(chǎn)需要，于1968年提出設(shè)想，希望能有一種新型的工業(yè)控制器，它能夠盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換電氣控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。其設(shè)計(jì)思想：集繼電器控制及計(jì)算機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)。

繼電器控制系統(tǒng)先進(jìn)自動(dòng)控制系統(tǒng)對先進(jìn)自動(dòng)控制裝置提出設(shè)想：

把計(jì)算機(jī)的功能完善、通用、靈活等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置。把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡化，采用面向控制過程、面向?qū)ο蟮恼Z言編程。

工業(yè)控制單板機(jī)（計(jì)算機(jī)）繼電器控制系統(tǒng)先進(jìn)控制裝置（1）編程方便，可現(xiàn)場修改程序；（2）維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；（3）可靠性高于繼電器控制裝置；（4）體積小于繼電器控制盤；（5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；（6）成本可與繼電器控制盤競爭；（7）輸入為市電；（8）輸出為市電，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器；（9）擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小；（10）用戶存儲(chǔ)器大于4KB。 著名的GM10條可編程序邏輯控制器的產(chǎn)生

美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)這一設(shè)想，于1969年研制成功了第一臺(tái)可編程序控制器。由于當(dāng)時(shí)主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）。1.2PLC的定義因?yàn)镻LC一直飛速發(fā)展，迄今為止還未有一個(gè)十分確切的定義。國際電工委員會(huì)（IEC)對PLC的定義頒發(fā)過多稿；于1982年11月頒發(fā)PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿；于1985年1月頒發(fā)PLC標(biāo)準(zhǔn)第二稿；于1987年2月頒發(fā)PLC標(biāo)準(zhǔn)第三稿；國際電工委員會(huì)（IEC）對可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(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，并通過數(shù)字式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。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)”。定義強(qiáng)調(diào)了兩點(diǎn)：一是PLC直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍；這是區(qū)別于微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征；二是它也是一種計(jì)算機(jī)，是為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的工業(yè)計(jì)算機(jī)。PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在數(shù)學(xué)處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（a）邏輯運(yùn)算（b）弱電控制強(qiáng)電。PLC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。初級(jí)階段從第一臺(tái)PLC問世到20世紀(jì)70年代中期。（簡單功能、梯形圖編程）崛起階段從20世紀(jì)70年代中期到80年代初期。（功能增強(qiáng)、推廣應(yīng)用）成熟階段從20世紀(jì)80年代初期到90年代初期。（大規(guī)模應(yīng)用、通信聯(lián)網(wǎng)）飛速發(fā)展階段從20世紀(jì)90年代初期到90年代末期。（過程控制、復(fù)雜控制系統(tǒng)）開放性、標(biāo)準(zhǔn)化階段從20世紀(jì)90年代中期以后。（IEC61131）PLC發(fā)展的五個(gè)階段PLC發(fā)展到現(xiàn)在，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其定義的范圍。2.PLC的分類2.1按I／O點(diǎn)數(shù)分類（PLC可從外部接收多少個(gè)輸入量和向外部輸出多少個(gè)輸出量）I／O點(diǎn)數(shù)小于32為微型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)在32～128為微小型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)在128～256為小型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)在256～2048為中型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)大于2048為大型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)在4000以上為超大型PLC。以上劃分不包括模擬量I／0點(diǎn)數(shù)，且劃分界限不是十分嚴(yán)格的。NEZA；s7-200micrologix1000FX系列；OMRON的CPM2A系列S7-300系列OMRON的C200H系列SLC500系列TE的PREMIUM系列S7-400系列OMRON的CS1系列和CNM1系列

SLC5／05系列MODICON的QUANTUM系列2.PLC的分類2.2按結(jié)構(gòu)形式分類整體式PLC：又稱單元式或箱體式。整體式PLC是將電源、CPU、I／0部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)低：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，價(jià)格低，容易裝配在工業(yè)設(shè)備的內(nèi)部，比較適合生產(chǎn)設(shè)備的單機(jī)控制。 缺點(diǎn)：主機(jī)的I/O點(diǎn)數(shù)固定，使用不夠靈活，維修不方便。模塊式PLC：將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I／0模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)，有的小型PLC也采用這種結(jié)構(gòu)。 優(yōu)點(diǎn)：PLC配置靈活，裝配方便，易于擴(kuò)展。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種插件比較多，造價(jià)也比較高。有的PLC將整體式和模塊式結(jié)合起來，稱為疊裝式PLC。SIEMENSPLC系列SIEMENSPLC系列ABPLC系列ABPLC系列GERX7iPLCGE90-30PLCGEFAUNCPLC系列施耐德modiconM340

施耐德PLC系列2.3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。（2）晶體管輸出為無觸點(diǎn)輸出方式，適用于高頻小功率直流負(fù)載。

（3）晶閘管輸出為無觸點(diǎn)輸出方式，適用于高速大功率交流負(fù)載。3.PLC的特點(diǎn)PLC種類雖然千差萬別，但有許多共同的特點(diǎn)１).抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高在硬件上，采用了隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施，所用元件是精心挑選的并經(jīng)篩選老化處理；在軟件上，采用數(shù)字濾波等抗干擾技術(shù)和故障診斷措施；在工作方式上，采用了周期循環(huán)掃描方式，對輸入或輸出幾乎同時(shí)進(jìn)行處理，有效地提高了PLC的工作可靠性；在結(jié)構(gòu)上，對耐熱、防潮、防塵、抗振等都有精確考慮。２).控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)接線簡單，一般直接連線，不需要用戶再進(jìn)行電路板的設(shè)計(jì)；控制要求及功能改變時(shí)只需修改程序。３).編程方便，易于使用梯形圖與繼電器原理圖相似，形象直觀，容易掌握，不需專門計(jì)算機(jī)知識(shí)。４).功能完善、通用性好，可實(shí)現(xiàn)三電一體化多種功能模板，適應(yīng)各種信號(hào)的輸入輸出。具有邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)，計(jì)數(shù)，順序控制，PID控制、排序查表函數(shù)運(yùn)算、中斷等功能。PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體。可以方便,靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)。可靠性高(平均無故障時(shí)間3--5萬小時(shí)）

▲在硬件上，采用了隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施，所用元件是精心挑選的并經(jīng)篩選老化處理；

▲在軟件上，采用數(shù)字濾波等抗干擾技術(shù)和故障診斷措施；

▲在工作方式上，采用了周期循環(huán)掃描方式，對輸入或輸出幾乎同時(shí)進(jìn)行處理，有效地提高了PLC的工作可靠性；

▲在結(jié)構(gòu)上，對耐熱、防潮、防塵、抗振等都有精確考慮。

簡單方便

▲接線簡單，一般直接連線，不需要用戶再進(jìn)行電路板的設(shè)計(jì)； ▲語言方面，所有廠家PLC都支持梯形圖，編程簡單直觀； ▲模塊化設(shè)計(jì)或者擴(kuò)展模塊的使用，簡化了系統(tǒng)的形成； ▲系統(tǒng)設(shè)計(jì)容易，開發(fā)周期短，程序易調(diào)試和修改； ▲利用PLC的網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜或分散的控制任務(wù)。５).設(shè)計(jì)、施工調(diào)試的周期短設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行，使用軟件編程取代硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作。６).體積小，能耗低，性價(jià)比高，維護(hù)操作方便體積小，質(zhì)量輕，便于安裝；診斷功能強(qiáng)，便于直觀監(jiān)視系統(tǒng)的I/O狀態(tài)，通訊狀態(tài)、電源和故障狀態(tài)。PLC的缺點(diǎn)

主要是PLC的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的：如專用總線、專家通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，I/O模板不通用，甚至連機(jī)柜、電源模板亦各不相同。編程語言雖多數(shù)是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語言結(jié)構(gòu)均不一致，因此各公司的PLC互不兼容。SIEMENS等公司已經(jīng)開發(fā)出以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，在Windows平臺(tái)下，結(jié)合IEC1131－3國際標(biāo)準(zhǔn)的新一代開放體系結(jié)構(gòu)的PLC。

4.PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC在工業(yè)自動(dòng)化中起著舉足輕重的作用，在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食品、交通等行業(yè)。經(jīng)驗(yàn)表明，80％以上的工業(yè)控制可以使用PLC來完成。在日本，凡8個(gè)以上中間繼電器組成的控制系統(tǒng)都已采用PLC來取代。（1）順序控制 應(yīng)用最廣也最適合PLC的領(lǐng)域，用來取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。用在單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。如裝配生長線、電鍍流水線、電梯控制等。（2）運(yùn)動(dòng)控制 具有拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，能把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，并輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置，且軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊能保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋_保運(yùn)動(dòng)平滑。（3）過程控制 具有PID控制功能模塊，用于過程控制。（4）數(shù)據(jù)處理 大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能，如加、減、乘、除、乘方、開方等（5）通訊聯(lián)網(wǎng) 為適應(yīng)復(fù)雜的控制任務(wù)且節(jié)省資源，可采用單級(jí)網(wǎng)絡(luò)或多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。（6）CIMS應(yīng)用CIMS是英語ComputerIntegratedManufacturingSystem的縮寫，意思是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。它是隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展而產(chǎn)生的。它是在信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、制造技術(shù)與現(xiàn)代管理技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)把分散在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程中各種孤立的自動(dòng)化子系統(tǒng)有機(jī)地集成起來，形成適用于多品種、小批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)整體效益的集成化和智能化制造系統(tǒng)。集成化反映了自動(dòng)化的廣度，它把系統(tǒng)的范圍擴(kuò)展到了市場預(yù)測、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、檢驗(yàn)、銷售及售后服務(wù)等的全過程。智能化則體現(xiàn)了自動(dòng)化的深度，它不僅涉及物資流控制的傳統(tǒng)體力勞動(dòng)自動(dòng)化，還包括信息流控制的腦力勞動(dòng)的自動(dòng)化。5.PLC控制系統(tǒng)的分類

5.1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)系的場合。其特點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)簡單。5.2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，PLC通過通信電纜與被控設(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。5.3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，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。...基于獨(dú)一無二的LOGIX平臺(tái)和開放的Netlinx,信息實(shí)現(xiàn)無縫路由基于現(xiàn)場總線的智能化MCC解決方案長沙二水廠DCS系統(tǒng)配置圖重慶方盛55MWFCB機(jī)組DCS系統(tǒng)北京勝新紀(jì)元科技發(fā)展有限公司重慶方盛電力有限責(zé)任公司1X55MWFCB機(jī)組DCS監(jiān)控系統(tǒng)

DCS硬件系統(tǒng)配置圖鍋爐配置12個(gè)I/O站1012點(diǎn)汽機(jī)配置7個(gè)I/O站692點(diǎn)電氣和公用部分配置3個(gè)I/O站360點(diǎn)I/O總配置2064點(diǎn)方盛電廠控制室發(fā)展趨勢ProgrammableLogicController防火墻國內(nèi)外狀況品牌6.PLC的國內(nèi)外狀況出世界上第一臺(tái)PLC以后，日本、德國、法國等國相繼研制了各自的PLC。1969年美國研制70年代中期，PLC進(jìn)入了實(shí)用化階段。70年代末和80年代初，PLC進(jìn)入了成熟階段。美國PLC發(fā)展得最快：1984年有48家，生產(chǎn)150多種PLC；1987年有63家，生產(chǎn)243種PLC；1996年有70余家，生產(chǎn)近300種PLC。著名廠家有A—B（Allen－Bradley）艾倫一布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GE－FANUC公司，TI（TexasInstrument）德州儀器公司，WESTHOUSEElectric西屋電氣公司，IPM（InternationalParallelMachines）國際并行機(jī)器公司等。（2）歐洲PLC歐洲PLC的廠家有60余家:西門子（Siemens）于1973年研制出第一臺(tái)PLC。金鐘默勒（KlocknerMoellerGmbh），AEG，法國的TE(Telemecanique）(施耐德）瑞士的Selectron公司等。6.1三大流派，各有特色（1）美國PLC

1971年，日本從美國引進(jìn)PLC技術(shù)，由日立公司研制成功日本第一臺(tái)PLC。

（3）日本PLC

日本生產(chǎn)PLC的廠家有40余家：三菱電機(jī)(MITSUBISHI),歐姆龍(OMRON),富士電機(jī)（FujiElectric）,東芝（TOSHIBA）,光洋（KOYO),松下電工（MEW）,和泉（IDEC）,夏普(SHARP）,安川等公司。韓國、臺(tái)灣及國產(chǎn)PLC產(chǎn)品，所占市場份額小，不屬于主流產(chǎn)品。我國在70年代末和80年代初隨國外成套設(shè)備引進(jìn)，開始PLC的研制。我國早期獨(dú)立研制PLC的單位有：北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所，大連組合機(jī)床研究所，成都機(jī)床電器研究所，中科院北京計(jì)算機(jī)所及自動(dòng)化所，長春一汽，上海起重電器廠，上海香島機(jī)電公司，上海自力電子設(shè)備廠等單位。以上諸單位都沒有形成規(guī)模化生產(chǎn)。遼寧無線電二廠引進(jìn)德國西門子技術(shù)生產(chǎn)PLC；無錫電器和日本光洋合資生產(chǎn)的PLC;中美合資的廈門A—B公司生產(chǎn)的PLC；上海香島機(jī)電公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的PLC;上海OMRON公司;西安Siemens公司等。國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家有30余家，但在目前上市的眾多產(chǎn)品產(chǎn)品中，還沒有形成規(guī)模化的生產(chǎn)和名牌的產(chǎn)品。從技術(shù)角度看，國內(nèi)外的小型PLC差距正在縮小，微型PLC已經(jīng)比較成熟。6.2國內(nèi)市場現(xiàn)狀從2004年度PLC市場研究報(bào)告表明：1）PLC為目前國內(nèi)市場上的主流控制器，2004年P(guān)LC總需求高達(dá)31億，但國產(chǎn)PLC不到整個(gè)市場份額的1%。2）在市場份總量中，小型PLC（256點(diǎn)以下）的市場份額巨大，占據(jù)市場總額的64%。3）中國以其制造業(yè)發(fā)展的迅猛及范圍的的廣泛為人所矚目，使PLC在某些自動(dòng)化領(lǐng)域增長超過20%，中國的PLC市場在未來的5年內(nèi)，以14.1%的綜合年增長率增長。7.PLC的未來及發(fā)展趨勢7.1PLC的未來自動(dòng)化市場的未來，PLC仍然處于一種核心的地位。在最近出現(xiàn)在美國、歐洲和國內(nèi)有關(guān)探討PLC發(fā)展的文獻(xiàn)中，這個(gè)結(jié)論是眾口一詞的。在全球經(jīng)濟(jì)不景氣的情況下，PLC的市場銷售依然堅(jiān)挺，雖然PC控制有了很大的進(jìn)展，但只對PLC高端產(chǎn)品形成競爭，小型、超小型PLC的發(fā)展勢頭令人刮目相看。

PLC和PC控制可能在今后互相融合，美國已經(jīng)提出可編程自動(dòng)化控制器（ProgrammableAutomationController，PAC）的概念，7.2PLC的發(fā)展趨勢（1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展（２）向大容量、高速度方向發(fā)展 （CPU處理速度nS級(jí)；內(nèi)存2M字節(jié)）（３）向多品種方向發(fā)展和高功能 （超大型和超小型）（４）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化 （硬件、軟件兼容的PLC）（５）模塊化（６）加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)和通信的能力（７）工業(yè)軟件發(fā)展迅速8.PLC著名品牌1993年中國PLC市場排行榜上的世界十大廠家：美國A－B公司（Allen－Bradley）德國西門子公司（Siemens）美國GE－Fanuc公司美國的莫迪康（Modicon）和法國的TE電器公司日本歐姆公司（OMRON）日本三菱電機(jī)株式會(huì)社（MITSUBISHI）日本富士電機(jī)株式會(huì)社（FujiElectric）日本東芝公司（TOSHIBA）日本的光洋電子（KOYO）和中國的華光電子(CKE）日本松下電工株式會(huì)社（MEW）：MatsushitaElectricWorksLtd）根據(jù)美國AutomationResearchCo.（ARC）的商情調(diào)查，在1994年P(guān)LC市場上，最大的5家PLC制造商是:SIEMENS，Allen－Bradly，（Rockwell)AEGSchneider，三菱電機(jī),

OMRON(立石電機(jī)）（1996年中國PLC市場）工作方式選擇ProgrammableLogicController系統(tǒng)組成9.PLC系統(tǒng)組成及工作原理9.1.系統(tǒng)組成CPU存儲(chǔ)器I/O單元電源通信接口擴(kuò)展接口編程設(shè)備其他部件9.2PLC各組成部分1）中央處理單元ＣＰＵＣＰＵ通過輸入裝置讀入外設(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編程語言向機(jī)器語言轉(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，ＥＥＰＲＯＭ及ＲAM等組成。系統(tǒng)存儲(chǔ)器：系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用。用戶存儲(chǔ)器：用戶程序存儲(chǔ)區(qū)、功能存儲(chǔ)區(qū)（數(shù)據(jù)）存儲(chǔ)器3）輸入／輸出部件（I／0單元）ＰＬＣ通過Ｉ／Ｏ接口可以檢測被控對象或被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為ＰＬＣ對被控對象進(jìn)行控制的信息依據(jù)。同時(shí)ＰＬＣ又通過Ｉ／Ｏ接口將處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，以實(shí)現(xiàn)控制。輸入／輸出信號(hào)類型可以是開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量。I／0單元包含與被控設(shè)備相連的接口電路與I/O映像寄存器；輸入接口的輸入類型可以是直流、交流和交直流；輸出接口電路的類型有：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型，輸出電流值一般為0.5-2A,其額定值與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。為使PLC免受瞬間大電流而損壞，保護(hù)措施為：（a）輸入與輸出公共端接熔斷器；（b）采用保護(hù)電路：對交流感性負(fù)載，一般用阻容吸收電路；對直流感性負(fù)載，用續(xù)流二極管．4)編程裝置和編程軟件ＰＬＣ是以順序執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序來完成其控制功能的。5)電源DC24V；AC220V6）其它

擴(kuò)展接口、通信接口、存儲(chǔ)器卡等其它部件S7-300PLCS7-300PLCS7-300與ET200構(gòu)成的分布式系統(tǒng)S7-400PLCPLC外形圖PLC交流輸入接口PLC直流輸入接口PLC繼電器輸出接口PLC晶體管輸出接口PLC晶閘管輸出接口標(biāo)準(zhǔn)編程器通用編程器9.2工作方式

PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，這個(gè)過程可分為內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個(gè)階段，整個(gè)過程掃描一次所需要的時(shí)間稱為掃描周期。內(nèi)部處理：CPU檢測主機(jī)硬件，同時(shí)檢查所有I／O模塊的狀態(tài)，在RUN下，還檢查用戶程序存儲(chǔ)器，如異常，則停機(jī)并顯示出錯(cuò)。通信服務(wù)：自動(dòng)檢測并處理通信端口接收到的任何信息，檢查是否有編程器、計(jì)算機(jī)等通信請求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理。輸入掃描：對各數(shù)字量輸入點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行輸入掃描，并將掃描結(jié)果分別寫入對應(yīng)的映像寄存器中。執(zhí)行用戶程序：用戶程序按順序存放，CPU從第一條指令開始順序取指令并執(zhí)行，直到最后一條指令結(jié)束。指令執(zhí)行時(shí)從映象存儲(chǔ)器中讀取各輸入點(diǎn)的狀態(tài)經(jīng)算術(shù)或邏輯運(yùn)算，然后結(jié)果送到輸出映象寄存器中。輸出處理：CPU從輸出映象寄存器中的數(shù)據(jù)幾乎同時(shí)集中對輸出點(diǎn)進(jìn)行刷新，通過輸出接口轉(zhuǎn)化成被控設(shè)備所接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。PLC方式開關(guān)處于RUN時(shí)，執(zhí)行所有階段，處于STOP時(shí)，只執(zhí)行前2個(gè)階段，此時(shí)PLC可聯(lián)機(jī)或離線編程。PLC的運(yùn)行方式PLC的工作方式PLC的工作按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。工作過程上電處理掃描過程出錯(cuò)處理PLC的運(yùn)行方式形象理解典型例子PLC的運(yùn)行方式形象理解典型例子PLC掃描過程的中心內(nèi)容輸入采樣階段一般情況下，PLC對輸入信號(hào)的要求程序執(zhí)行階段輸出刷新階段

掃描周期的長短與CPU的運(yùn)算速度、I/O點(diǎn)數(shù)、用戶程序的長短及編程情況有關(guān)，通常用PLC執(zhí)行1KB指令所需的時(shí)間來說明其掃描速度。數(shù)量級(jí)為零點(diǎn)幾微秒到上百微秒。 對響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，在硬件選定之后，應(yīng)盡量縮短和優(yōu)化程序代碼。

輸入輸出處理原則輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸入端子板上各輸入點(diǎn)在上一刷新器件的接通和斷開狀態(tài)。程序執(zhí)行結(jié)果取決于用戶所編程序和輸入／輸出映像寄存器的內(nèi)容及其它各元件映像寄存器內(nèi)容。輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的執(zhí)行結(jié)果。輸出鎖存器的數(shù)據(jù)，由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。輸出端子的接通和斷開狀態(tài)，由輸出鎖存器決定。

9.3編程語言

PLC的編程語言概述IEC61131-3五種編程語言梯形圖（LadderDiagram，LD）、功能塊圖（FunctionBlockDiagram，F(xiàn)BD）順序功能圖（SequentialFunctionChart，SFC）結(jié)構(gòu)化文本（StructuredText，ST）指令表或語句表（InstructionList，IL或STL）（1）.梯形圖：最常用、最直觀的編程語言。名字的由來定義及內(nèi)容能流的概念梯形圖（所有廠商都支持LAD)

它是一種圖形化的面向控制過程的“自然語言”，它沿用了繼電器的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等述語和圖形符號(hào)，同時(shí)增加了一些繼電器控制系統(tǒng)中沒有的特殊符號(hào)，以便擴(kuò)充PLC的控制功能。梯形圖它繼承了繼電接觸控制系統(tǒng)中的框架結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系，是最接近于繼電接觸系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，它形象直觀，易學(xué)，實(shí)用，為廣大電氣技術(shù)人員所熟悉，是應(yīng)用最多一種編程語言。有的PLC有兩根母線，大部分PLC只保留左邊的母線，在LAD中，觸點(diǎn)代表邏輯“輸入”條件如開關(guān)、按紐、內(nèi)部條件等；線圈通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，如燈，電機(jī)接觸器、中間繼電器等，對S7-200PLC來說，還有一種輸出－“盒”代表附加的指令，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和功能指令等。SB1SB2KMKM繼電器啟停控制線路I0.0I0.1Q0.0Q0.0PLC梯形圖X1X2Y30Y30常開觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)線圈例：三相異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行電氣控制系統(tǒng)輸入設(shè)備

輸出設(shè)備

三相異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行PLC控制系統(tǒng)

PLC編程的基本原則

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)可由多個(gè)支路組成。梯形圖每一行都是從左母線開始，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。輸出線圈不能直接與左母線連接。多個(gè)的輸出線圈可以并聯(lián)輸出。在一個(gè)程序中各輸出處同一編號(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。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。梯形圖中串聯(lián)或并聯(lián)的觸點(diǎn)的個(gè)數(shù)沒有限制，可無限次的使用。在用梯形圖編程時(shí)，只有在一個(gè)梯級(jí)編制完整后才能繼續(xù)后面的程序編制。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)”梯形圖應(yīng)把串聯(lián)觸點(diǎn)較多的電路放在梯形圖上方梯形圖應(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S7－200LDI0.0OQ0.0ANI0.1＝Q0.0三菱F1LDX1ORY30ANIX2OUTY30（2）指令表或者語句表（STL）類似于計(jì)算機(jī)的助記符語言，比匯編語言通俗易懂，一般與梯形圖一一對應(yīng)，應(yīng)用比較廣，比較適合熟悉PLC和有經(jīng)驗(yàn)的并愿意用機(jī)器碼編程的程序員使用。生成的源機(jī)器碼最短，執(zhí)行速度最快。上圖的語句表為:ＰＬＣ的語句：操作碼＋操作數(shù)操作碼用來指定要執(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)來執(zhí)行此操作。操作數(shù)的分配原則：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