PLC軟硬件基礎知識主講人：張曉東開關量控制裝置的基本工作原理1.綜述2.PLC的基本構成和工作原理3.PLC的硬件4.PLC的軟件編寫1.綜述PLC的歷史

1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應汽車型號不斷更新的需要，提出了十條技術指標在社會上公開招標，希望制造一種新型的工業控制裝置。新控制裝置招標的要求1）

編程簡單，可在現場修改和調試程序（2）

維護方便，采用插入式模塊結構（3）

可靠性高于繼電器控制系統（4）

體積小于繼電器控制柜（5）

能與管理中心計算機系統進行通信（6）

成本可與繼電器控制系統相競爭（7）

輸入量是115V交流電壓（美國電網電壓110）（8）

輸出量為115V、電流在2A以上，能直接驅動電磁閥（9）

系統擴展時，原系統只需作很小改動（10）用戶程序存儲器容量至少4KBPLC的定義1969年美國數字設備公司（DEC）根據招標的要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車生產線上首次應用成功。1980年美國電氣制造商協會（NEMA）正式將其命名為可編程序控制器（ProgrammableController），簡稱PC。PLC的定義國際電工委員會（IEC）于1982年11月、1985年1月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字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的命令，并通過數字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充功能的原則而設計”。PLC的特點1.通用性強2.功能強3.編程簡單，易于掌握4.可靠性高5.安裝、維護方便，工作量小6.體積小、重量輕、功耗低PLC的分類－（按功能分）1）低檔PLC

具有邏輯運算、定時、計數、移位以及自診斷、監控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術運算、數據傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機系統

2）中檔PLC

具有低檔PLC功能外，具有較強的模擬量輸入/輸出、算術運算、數據傳送和比較、數制轉換、遠程I/O、子程序、通信聯網等功能。有些還增設中斷、PID控制等功能3）高檔PLC

具有中檔機功能外，增加帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數運算、制表及表格傳送等。高檔PLC機具有更強的通信聯網功能，可用于大規模過程控制或構成分布式網絡控制系統，實現工廠自動化。PLC的分類－（按規模分）輸入輸出的總路數，又稱為I/O點數，是表征PLC控制規模的重要參數。因此，按控制規模對PLC分類時，可分為：1.小型PLC：I/O點數較少，在256點以下的PLC。2.中型PLC：I/O點數較多，在256點以上、2048點以下的PLC。3.大型PLC：I/O點數較多，在2048點以上的PLC。但大中小型PLC的劃分并無嚴格的界限，PLC的I/O點數可以依據需要靈活配置。PLC的分類－（按結構分）可分為單體式、模塊式、組合式模塊式PLC的分類－（按結構分）

組合式PLC是由一些標準模塊單元組成，采用總線結構，不同功能的模塊（如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等）通過總線連接起來。組合式PLC的特點是可以根據功能需要靈活配置，構成具有不同功能和不同控制規模的PLC，多用于大型和中型PLC。

3）疊裝式PLC

還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結合起來。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統可以靈活配置，還可做得體積小巧。歐系：德國西門子、法國ＴＥ美系：Ａ－Ｂ公司，通用日系：歐姆龍公司、三菱公司國產：中科院自動化研究所ＰＬＣ北京聯想ＧＫ－４０PLC的分類－（按產地分）1）微型機OMRON公司的SP系列PLC圖片2）小型機OMRON公司的CPM1A、CQM系列松下公司的FP1系列3）中型機西門子公司的S7-3004）大型機OMRON公司的C1000H松下公司的FP3COMRON公司的2000H5）超大型機

美國GE公司的90—70機，其點數可達24000點，另外還有8000路的模擬量。超小型PLC—SPLC/uPLC3入3出PLC的應用領域PLC在工業自動化中起著舉足輕重的作用，在國內外已廣泛應用于機械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食品、交通等行業。經驗表明，80％以上的工業控制可以使用PLC來完成。在日本，凡8個以上中間繼電器組成的控制系統都已采用PLC取代。PLC的主要技術指標1.用戶存儲器容量2.輸入輸出點數3.A/D和D/A通道數4.掃描速度5.指令數量和功能6.內部存儲器的配置及容量7.特殊功能單元8.可擴展性

就全世界自動化市場的過去、現在和可以預見的未來而言，PLC仍然處于一種核心地位。在最近出現在美國、歐洲和國內有關探討PLC發展的論文中，這個結論是眾口一詞的，盡管對PLC的未來發展有著許多不同的意見。

近年來PLC的市場銷售一直堅挺；DCS控制有了引人注目的進展，但畢竟只能對高端的PLC產品形成競爭；小型、超小型PLC的發展勢頭令人刮目相看；PLC和DCS控制在今后可能相互融合。PLC的發展趨勢PLC的優點①可靠性高(平均無故障時間3--5萬小時）

②編程簡單

③通用性強

④體積小、結構緊湊、安裝、維護方便PLC的缺點

PLC的軟、硬件體系結構是封閉的而不是開放的。如專用總線、專用通信網絡及協議，I/O模板不通用，甚至連機柜、電源模板亦各不相同。編程語言雖多數是梯形圖，但組態、尋址、語言結構均不一致，因此各公司的PLC編程互不兼容。因為是采樣系統，所以不適用于高速系統。

SIEMENS等公司已經開發出以個人計算機為基礎，在Windows平臺下，結合IEC1131－3國際標準的新一代開放體系結構的PLC。

2.PLC的基本構成和工作原理1、PLC的基本構成2、PLC各部分電路介紹3、PLC工作原理1、PLC的基本構成

硬件系統：CPU、存儲器、I/O接口、通信接口、編程器、電源

系統程序：控制和完成各種功能Ｐ的程序，側重于管理、控制和協調Ｌ軟件系統：PLC各硬件正常動作。Ｃ用戶程序：使用者根據生產工藝要求編寫的應用控制程序。側重于應用和輸入輸出之間的關系。PLC硬件系統結構圖電源I/O擴展單元輸入設備輸出設備輸出接口外部設備接口輸入接口I/O擴展接口主機PLC編程器打印機磁帶機計算機掃描儀CPU存儲器用戶程序系統程序數據按鈕行程開關觸點PLC的內部資源與基本功能1、邏輯控制功能2、定時控制功能3、計數控制功能4、數據處理功能5、監控功能6、斷電記憶功能7、故障診斷功能8、聯網通信功能1邏輯控制功能PLC可軟件實現邏輯控制功能，用以取代電路連接的繼電器控制系統，實現邏輯控制和順序控制。在單機控制、多機群控和自動生產線控制方面都有很多成功的應用實例。例如：機床電氣控制、起重機、皮帶運輸機和包裝機械的控制、注塑機控制、電梯控制、飲料灌裝生產線、汽車、化工、造紙、軋鋼自動生產線控制等。2定時控制功能PLC中有許多可供用戶使用的定時器，功能類似于繼電器電路中的時間繼電器。定時器的設定值(定時時間)可以在編程時設定，也可以在運動過程中根據需要進行修改，使用方便靈活。同時PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，用于準確實時控制。

3計數控制功能

PLC為用戶提供許多計數器，計數器計數到某一數值時，產生一個狀態信號(計數值到)，利用該狀態信號可實現對某個操作的計數控制。計數器的設定值可以在編程時設定，也可以在運行過程中根據需要進行修改。傳感器旋轉編碼器變頻器等計數輸入輸入復位0000000001000024數據處理功能PLC一般都具有數據處理功能，可以實現算術運算、數據比較、數據傳送、數據移位、數制轉換譯碼編碼等操作。中、大型PLC數據處理功能更加齊全，可完成開方、PID運算、浮點運算等操作，還可以和CRT、打印機相聯，實現程序、數據的顯示和打印。5監控功能PLC設置了較強的監控功能。利用編程器或監視器，操作人員可以對PLC有關部分的運行狀態進行監視。利用編程器，可以調整定時器、計數器的設定值和當前值，并可以根據需要改變PLC內部邏輯信號的狀態及數據區的數據內容，為調整和維護提供了極大的方便。6斷電記憶功能PLC內部的部分存儲器所使用的RAM設置了停電保持器件（備用電池等），以保證斷電后這部分存儲器中的信息能夠長期保存。利用某些記憶指令，可以對工作狀態進行記憶，以保持PLC斷電后的數據內容不變。

PLC電源恢復后，可以在原工作基礎上繼續工作。7故障診斷功能PLC可以對系統構成、某些硬件狀態、指令的合法性等進行自診斷，發現異常情況，發出報警并顯示錯誤類型，如屬嚴重錯誤則自動中止運行。

PLC的故障自診斷功能，大大提高了PLC控制系統的安全和可維護性。8聯網通信功能

隨著被控對象規模的擴大和結構的復雜化，往往需要多臺PLC或PLC與其它控制設備協調工作，互相之間必須實現信息共享，PLC聯網通訊功能的需求越來越多。PLC與其他工業控制系統的比較PLC與繼電器控制系統比較繼電器控制采用硬接線方式裝配而成，只能完成既定的功能。PLC控制只要改變程序并改動少量的接線端子，就可適應生產工藝的改變。從適應性、可靠性及設計、安裝、維護等各方面進行比較。傳統的繼電器控制大多數將被PLC所取代。

與工業計算機比較工業控制機控制要求開發人員具有較高的計算機專業知識和微機軟件編程的能力。PLC采用了采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用，便于推廣應用。PLC是專為工業現場應用而設計的，具有更高的可靠性。在模型復雜、計算量大且較難、實時性要求較高的環境中，工業控制機則更能發揮其專長。PLC的輸入、輸出接口：

采用光電隔離，實現了PLC的內部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾，提高了系統的安全。2)輸出接口作用：將主機向外輸出的信號轉換成可以驅動外部執行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離。1)輸入接口作用：將按鈕、行程開關或傳感器等產生的信號，轉換成數字信號送入主機。各種接口、高功能模塊：小型機：有接口可擴展。

3、PLC工作過程工作方式：順序循環，不斷掃描掃描周期：從掃描過程的一點開始，順序掃描后，又回到該點的過程稱為一個掃描周期。典型的PLC在一個掃描周期內完成以下6個掃描過程：一個掃描周期1、自監視掃描過程2、與編程器進行信息交換3、與數字處理器DPU進行信息交換4、與網絡進行信息交換5、執行用戶程序6、輸入輸出刷新工作過程簡化示意輸入、輸出延遲因素①輸入電路濾波時間，它由RC濾波電路的時間常數決定。改變時間常數可調整輸入延遲時間。②輸出電路的滯后時間，它與輸出電路的輸出方式有關。繼電器輸出方式的滯后時間為10ms左右；雙向晶閘管輸出方式，在接通負載時滯后時間約為1ms，切斷負載時滯后時間小于