可编程控制器基础知识

可编程逻辑控制器（PLC）的应用与电路设计可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是一种专门用于工业自动化控制的电子设备。

它的出现极大地提高了工业生产效率和自动化程度。

本文将介绍PLC的基本原理、应用领域以及电路设计方面的知识。

一、PLC的基本原理可编程逻辑控制器是由微处理器、存储器和各种输入输出接口构成的。

它具备以下三个基本特点：1. 程序化控制：PLC通过内部的程序控制来实现自动化控制功能，它可以根据预先编写好的程序，控制设备的运行状态。

2. 变动性：PLC具有灵活性和可变性，它可以根据需求修改、更新控制程序，无需改变硬件配置。

3. 实时控制：PLC通过对输入信号的实时采集和处理，可以在极短的时间内做出反应，并输出相应的控制信号。

二、PLC的应用领域PLC广泛应用于各个行业的自动化控制系统中，常见的应用领域如下：1. 工业制造：PLC在工业制造中被广泛应用，用于控制传送带、机床、机械手等设备的运行状态，实现生产线的自动化控制。

2. 建筑工程：PLC可以用于控制大楼的照明、消防系统、电梯等设备，实现对建筑物的智能化管理。

3. 能源管理：PLC可用于控制电力系统、水处理系统、制冷系统等，实现对能源的高效管理和优化利用。

4. 交通运输：PLC可应用于交通信号灯、火车信号系统、地铁运行控制等方面，提高交通流畅度和安全性。

5. 医疗设备：PLC可以用于管理医疗设备、监控患者的生命体征，实现医疗过程的自动化和数字化。

三、PLC电路设计在PLC电路设计方面，需要考虑以下几个关键要素：1. 输入输出接口电路设计：PLC的输入输出接口电路是连接外部设备和PLC的关键部分。

在设计过程中，需要根据外部设备信号类型和电压范围，选择合适的电路保护和电平转换方案。

2. 电源电路设计：PLC需要稳定可靠的电源供电。

电源电路设计需要考虑电源的稳定性、过载保护和短路保护等因素，在设计过程中，可以采用电源滤波器、稳压模块等组件。

2 可编程控制器的基础知识1、简述PLC的定义、产生和本质答：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模块式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

由于继电器控制存在缺点，计算机技术对PLC产生起到了推动作用。

其本质是一台应用于工业控制环境的专用计算机。

2、简述PLC控制系统与继电控制系统的区别。

答：继电器控制逻辑采用硬接线，使用众多硬件分立元件（继电器、接触器、电子器件等）进行连接，结构复杂、接线繁多、体积大、功耗大，一旦系统形成后，想增加或改变控制功能很困难，所以灵活性、扩展性很差。

继电器控制依靠触点的机械动作实现控制，工作效率低，并且触点还会出现抖动问题，影响控制系统的稳定性。

另外，触点会受到电弧的损坏，机械磨损大，寿命短，所以，可靠性、可维护性差。

继电器控制的功能有限，例如不具备计数功能等。

利用继电器控制的实际工程，现场施工和控制逻辑的设计不能同时进行，所以，工程周期长，修改困难。

3、简述PLC的分类及特点答：分类：按控制规模（即点数）分类：小型机、中型机及大型机、超大型机；按结构分类：整体式及模块式；按用途分类：通用型和专用型；特点：功能强、容量大；使用方便、通用性好；工作可靠性高。

4、试比较PLC与计算机的异同答：PLC的工作思想与计算机的工作思想相同，即：程序存储、顺序执行。

但工作方式不同，PLC采用循环扫描的工作方式。

5、简述PLC的应用及发展方向。

答：应用：逻辑控制；数字量控制；模拟量控制；工业控制网络分级系统；方向：高速度、大容量；多品种，高可靠性；标准化、规范化；加强联网和通讯能力；开放化、模块化。

6、简述PLC的输入及输出接口电路的特点。

答：I/O接口的主要类型有：数字量（开关量）输入、数字量（开关量）输出、模拟量输入、模拟量输出。

可编程控制器（PLC）基础知识概述3.1 PLC的产生和定义3.1.1 PLC的产生20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，为了适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司（GM）公开招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：⏹（1）编程方便，可现场修改程序；⏹（2）维修方便，采用插件式结构；⏹（3）可靠性高于继电器控制装置；⏹（4）体积小于继电器控制盘；⏹（5）数据可直接送入管理计算机；⏹（6）成本可与继电器控制盘竞争；⏹（7）输入可以是交流市电（115V）（美国电压标准）⏹（8）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；⏹（9）扩展时原系统改变小；⏹（10）用户程序存储器至少能扩展到4KB。

这就是著名的“GM十条”。

1969年美国数字设备公司（DEC）中标后，制造出世界上第一台可编程序控制器（Programmable Logic Controller, 简称PLC）。

3.1.2 PLC的定义PLC在飞速发展过程中，很长时间后才有了一个比较明确的定义，1987年，国际电工委员会（IEC）对PLC作出的定义如下：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种机械和生产过程。

而有关的外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

”⏹定义强调了PLC直接应用于工业环境。

⏹定义强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，即计算机。

⏹定义强调了PLC是用软件方式来实现“可编程”的。

3.2 PLC的基本工作原理PLC工作过程可用图3.1所示的运行框图来表示。

整个过程可分为三部分。

图3.1 PLC工作过程PLC的工作方式：第一部分是上电处理。

机器上电后对PLC系统进行一次初始化，包括硬件初始化，I/O模块配置检查，停电保持范围设定，系统通信参数配置及其他初始化处理等。

第一章 可编程控制器简介可编程序控制器,英文称Programmable Controller,简称PC.但由于PC 容易和个人计算机Personal Computer 混淆,故人们仍习惯地用PLC 作为可编程序控制器的缩写.它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程.PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是PLC 的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便.用户在购到所需的PLC 后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用户程序编制工作,就可灵活方便地将PLC 应用于生产实践.一、PLC 的结构及各部分的作用PLC 的类型繁多,功能和指令系统也不尽相同,但结构与工作原理则大同小异,通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成.PLC 的硬件系统结构如下图所示：接触器电磁阀指示灯电源电源 限位开关选择开关按钮图1-1-11、主机主机部分包括中央处理器CPU、系统程序存储器和用户程序及数据存储器.CPU是PLC的核心,它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理,即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作,将结果送到输出端,并响应外部设备如电脑、打印机等的请求以及进行各种内部判断等.PLC的内部存储器有两类,一类是系统程序存储器,主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序,系统程序已由厂家固定,用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器,主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果.2、输入/输出I/O接口I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件.输入接口接受输入设备如按钮、传感器、触点、行程开关等的控制信号.输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备如接触器、电磁阀、指示灯等.I/O接口一般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰,从而提高了可靠性.I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标,通常小型机有几十个点,中型机有几百个点,大型机将超过千点.3、电源图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源,通常也为输入设备提供直流电源.4、编程编程是PLC利用外部设备,用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况.通过专用的PC/PPI电缆线将PLC与电脑联接,并利用专用的软件进行电脑编程和监控.5、输入/输出扩展单元I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元即主机连接在一起.6、外部设备接口此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联,以完成相应的操作.实验装置提供的主机型号有西门子S7-200系列的CPU224AC/DC/RELAY.输入点数为14,输出点数为10；CPU226AC/DC/RELAY,输入点数为26,输出点数为14.二、PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的.即在PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号或地址号作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束.然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描.在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作.PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段.PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入,并将其写入各对应的输入状态寄存器中,即刷新输入.随即关闭输入端口,进入程序执行阶段.PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算和处理后,其结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变.输出刷新阶段：当所有指令执行完毕,输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中,并通过一定的方式继电器、晶体管或晶闸管输出,驱动相应输出设备工作.三、PLC的程序编制1、编程元件PLC是采用软件编制程序来实现控制要求的.编程时要使用到各种编程元件,它们可提供无数个动合和动断触点.编程元件是指输入寄存器、输出寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等.PLC内部这些存储器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似,也有“线圈”与“触点”,但它们不是“硬”继电器,而是PLC存储器的存储单元.当写入该单元的逻辑状态为“1”时,则表示相应继电器线圈得电,其动合触点闭合,动断触点断开.所以,内部的这些继电器称之为“软”继电器.S7-200系列CPU224、CPU226部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示读AC AC0～AC3用来存放计算的中间值累加寄存器2、编程语言所谓程序编制,就是用户根据控制对象的要求,利用PLC 厂家提供的程序编制语言,将一个控制要求描述出来的过程.PLC最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言,且两者常常联合使用.1）梯形图语言梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言.它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号,根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形,直观易懂.梯形图中常用图形符号分别表示PLC编程元件的动合和动断触点；用表示它们的线圈.梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别.触点和线圈等组成的独立电路称为网络,用编程软件生成的梯形图和语句表程序中有网络编号,允许以网络为单位给梯形图加注释.梯形图的设计应注意到以下三点：①梯形图按从左到右、自上而下地顺序排列.每一逻辑行或称梯级起始于左母线,然后是触点的串、并联接,最后是线圈.②梯形图中每个梯级流过的不是物理电流,而是“概念电流”,从左流向右,其两端没有电源.这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件.③输入寄存器用于接收外部输入信号,而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动.因此,梯形图中只出现输入寄存器的触点,而不出现其线圈.输出寄存器则输出程序执行结果给外部输出设备,当梯形图中的输出寄存器线圈得电时,就有信号输出,但不是直接驱动输出设备,而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现.输出寄存器的触点也可供内部编程使用.2指令语句表指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC 程序的语言,它类似于计算机的语言,但比语言易懂易学,若干条指令组成的程序就是指令语句表.一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成.下例为PLC 实现三相鼠笼电动机起/停控制的两种编程语言的表示方法：步序 指令语 器件号SS ST 0 LD KM 1 2 AN1继电接触控制线路图 2梯形图 3 =4END图1-1-2第二章基本指令简介其他指令见附表一、标准触点指令LD动合触点指令,表示一个与输入母线相连的动合触点指令,即动合触点逻辑运算起始.LDN动断触点指令,表示一个与输入母线相连的动断触点指令,即动断触点逻辑运算起始.A 与动合触点指令,用于单个动合触点的串联.AX 与非动断触点指令,用于单个动断触点的串联.O 或动合触点指令,用于单个动合触点的并联.ON 或非动断触点指令,用于单个动断触点的并联.LD、LDN、A、AN、O、ON触点指令中变量的数据类型为布尔BOOC型.LD、LDN两条指令用于将接点接到母线上,A、AN、O、ON指令均可多次重复使用,但当需要对两个以上接点串联连接电路块的并联连接时,要用后述的OLD指令.例子：IIII二、串联电路块的并联连接指令OLD两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块.串联电路块并联连接时,分支开始用LD、LDN指令,分支结束用OLD指令.OLD指令与后述的ALD指令均为无目标元件指令,而两条无目标元件指令的步长都为一个程序步.OLD有时也简称或块指令.三、并联电路的串联连接指令ALD两个或两个以上接点并联电路称为并联电路块,分支电路并联电路块与前面电路串联连接时,使用ALD指令.分支的起点用LD、LDN指令,并联电路结束后,使用ALD指令与前面电路串联.ALD指令也简称与块指令,ALD也是无操作目标元件,是一个程序步指令.四、输出指令 =1、= 输出指令是将继电器、定时器、计数器等的线圈与梯形图右边的母线直接连接,线圈的右边不允许有触点,在编程中,触点以重复使用,且类型和数量不受限制.五、置位与复位指令S、RS为置位指令,使动作保持；R为复位指令,使操作保持复位.从指定的位置开始的N个点的寄存器都被置位或复位,N=1～255如果被指定复位的是定时器位或计数器位,将清除定时器或计数器的当前值.六、跳变触点EU,ED正跳变触点检测到一次正跳变触点的入信号由0到1时,或负跳变触点检测到一次负跳变触点的入信号由1到0时,触点接通到一个扫描周期.正/负跳变的符号为EU和ED,他们没有操作数,触点符号中间的”P”和”N”分别表示正跳变和负跳变七、空操作指令NOPNOP指令是一条无动作、无目标元件的一个序步指令.空操作指令使该步序为空操作.用NOP指令可替代已写入指令,可以改变电路.在程序中加入NOP指令,在改动或追加程序时可以减少步序号的改变.八、程序结束指令ENDEND是一条无目标元件的一序步指令.PLC反复进行输入处理、程序运算、输出处理,在程序的最后写入END指令,表示程序结束,直接进行输出处理.在程序调试过程中,可以按段插入END指令,可以按顺序扩大对各程序段动作的检查.采用END指令将程序划分为若干段,在确认处于前面电路块的动作正确无误之后,依次删去END指令.要注意的是在执行END指令时,也刷新监视时钟.第三章可编程控制器梯形图编程规则一、编程的几个步骤一决定系统所需的动作及次序.当使用可编程控制器时,最重要的一环是决定系统所需的输入及输出.输入及输出要求：(1)第一步是设定系统输入及输出数目.(2)第二步是决定控制先后、各器件相应关系以及作出何种反应.二对输入及输出器件编号每一输入和输出,包括定时器、计数器、内置寄存器等都有一个唯一的对应编号,不能混用.三画出梯形图.根据控制系统的动作要求,画出梯形图.梯形图设计规则1触点应画在水平线上,并且根据自左至右、自上而下的原则和对输出线圈的控制路径来画.2不包含触点的分支应放在垂直方向,以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径.3在有几个串联回路相并联时,应将触头多的那个串联回路放在梯形图的最上面.在有几个并联回路相串联时,应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面.这种安排,所编制的程序简洁明了,语句较少.4不能将触点画在线圈的右边.四将梯形图转化为程序把继电器梯形图转变为可编程控制器的编码,当完成梯形图以后,下一步是把它的编码编译成可编程控制器能识别的程序.这种程序语言是由序号即地址、指令控制语句、器件号即数据组成.地址是控制语句及数据所存储或摆放的位置,指令告诉可编程控制器怎样利用器件作出相应的动作.五在编程方式下用键盘输入程序.六编程及设计控制程序.七测试控制程序的错误并修改.八保存完整的控制程序.。

可编程控制器的基础知识可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种电子设备，通过程序来控制工业自动化系统中的各种操作。

PLC广泛应用于工业生产中，具有高可靠性、稳定性和灵活性等优点。

一. PLC的基本构成PLC主要由以下几个部分构成：1.中央处理器（Central Processing Unit，CPU）：负责接收输入信号、执行用户程序，并生成输出信号。

2.输入模块：用于接收外部输入信号，如开关、传感器等。

3.输出模块：通过继电器、电磁阀等输出元件控制工业设备的运行。

4.存储器：用于存储用户程序、数据及系统参数。

5.编程装置：用于编写和修改PLC的程序。

二. PLC的工作原理PLC的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1.接收输入信号：PLC通过输入模块接收外部输入信号，如传感器检测到的温度、压力信号等。

2.执行用户程序：根据预先编写好的用户程序，CPU对输入信号进行处理和判断，并根据逻辑关系执行相应的控制逻辑。

3.生成输出信号：CPU根据程序的执行结果，在输出模块上产生相应的输出信号，从而控制外部设备的运行状态。

4.实时监控和反馈：PLC可实时监控外部设备和输入信号的状态，并通过输出信号反馈控制结果，实现对设备运行状态的控制和调整。

三. PLC的编程语言PLC的编程语言主要包括以下几种：1.梯形图（Ladder Diagram，LD）：类似于电路图的图形化表示方式，常用于描述逻辑关系和运算。

2.指令表（Instruction List，IL）：一种类似于汇编语言的代码表示方式，适用于较底层的编程需求。

3.功能块图（Function Block Diagram，FBD）：以块状元件和连接线的形式表示逻辑功能的有效组合。

4.结构化文本（Structured Text，ST）：类似于高级编程语言，有较高的灵活性，可实现复杂的算法。

四. PLC的应用领域PLC广泛应用于各个行业的自动化控制系统中，包括但不限于以下领域：1.制造业：PLC可用于控制生产线的自动化操作，如流水线的启停、物料输送的控制等。

第一讲：PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

一. PLC的由来在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。

当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。

随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。

为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：1.编程方便，现场可修改程序；2.维修方便，采用模块化结构；3.可靠性高于继电器控制装置；4.体积小于继电器控制装置；5.数据可直接送入管理计算机；6.成本可与继电器控制装置竞争；7.输入可以是交流115V；8.输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9.在扩展时，原系统只要很小变更；10.用户程序存储器容量至少能扩展到4K。

1969年，美国数字设备公司(DEC) 研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。

这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。

这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。

1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。

可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

以下是一些关于可编程控制器的基本知识：
结构：可编程控制器由微处理器、存储器、输入/输出接口、电源等部分组成。

其中，微处理器是控制器的核心部件，实现各种逻辑运算、算术运算，并对整个控制系统的各个部分的工作进行协调与控制。

存储器用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量、输入/输出状态的映像等数据信息。

输入/输出接口是与被控对象设备或周边其他控制器相互联系、交换信息与指令的通道。

电源为整个控制器的电力供给中心，包括内部电源和外部电源，分别用于控制器内部元件的工作用电和传送设备上各传感器信号、驱动设备的各种执行元件。

工作原理：以可编程控制器为核心加入各种辅助器件（传感器、驱动器件等）构成控制系统，以顺序+反馈的方式实现设备的自动化运转。

主要特点：抗干扰能力强，可靠性高；程序简单易学，系统的设计调试周期短；安装简单，维修方便；采用模块化结构，体积小，重量轻；丰富的I/O接口模块，扩展能力强。

应用范围：可编程控制器在工业控制领域应用广泛，包括顺序控制、计数和定时控制、位置控制、模拟量控制、数据处理、通信联网等方面。

总之，可编程控制器是一种功能强大的工业自动化控制器，其基本知识包括结构、工作原理、主要特点和应用范围等方面。

了解和掌握这些基本知识有助于更好地应用可编程控制器进行工业控制系统的设计和应用。