可編程序控制器可編程控制器概述

可編程控制器的產生和定義可編程控制器的特點和應用可編程控制器的分類和發展可編程控制器的產生因為繼電器邏輯電路配線復雜可編程控制器的產生1968年美國通用汽車公司（GM），為了適應汽車型號的不斷更新，生產工藝不斷變化的需要，實現小批量、多品種生產，希望能有一種新型工業控制器，它能做到盡可能減少重新設計和更換繼電器控制系統及接線，以降低成本，縮短周期。

1968年，GM公司提出十項設計標準：編程簡單，可在現場修改程序；維護方便，采用插件式結構；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；成本可與繼電器控制柜競爭；可將數據直接送入計算機；可直接使用115V交流輸入電壓；輸出采用115V交流電壓，能直接驅動電磁閥、交流接觸器等；通用性強，擴展方便;能存儲程序，存儲器容量可以擴展到4KB。可編程控制器的產生1969年，美國數字設備公司研制第一臺可編程控制器，并應用于GM汽車自動裝配線上；日本立石（OMRON）的C系列；日本三菱（MITSUBISHI）的F、F1、F2、FX2系列；日本松下（PANASONIC）的FP1系列；美國通用電氣（GE）的GE系列；美國艾論—布拉德利（AB）的PLC-5系列；德國西門子（SIEMENS）的S5、S7系列。可編程控制器的產生什么是PLC？可編程控制器的定義是一種工業控制裝置是在電器控制技術和計算機技術的基礎上開發出來的，并逐漸發展成為以微處理器為核心，將自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業控制裝置。通用叫法中文名稱為可編程控制器；英文名稱為ProgrammableLogicController，簡稱PLC。可編程控制器的定義1987年，國際電工委員會（IEC）定義：

“可編程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指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外圍設備，都應按易于與工業系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。可編程控制器的特點無觸點免配線，可靠性高，抗干擾能力強通用性強，控制程序可變，使用方便硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強編程簡單，容易掌握系統的設計、安裝、調試工作量少維修工作量小，維護方便體積小，能耗低.可編程控制器的應用領域按I/O點數分小型PLCI/O點數為256點以下的為小型PLC

（其中I/O點數小于64點的為超小型或微型PLC）中型PLCI/O點數為256點以上、2048點以下的為中型PLC大型PLCI/O點數為2048以上的為大型PLC

（其中I/O點數超過8192點的為超大型PLC）可編程控制器的類型按結構形式分整體式PLC

將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內，具有結構緊湊、體積小、價格低等特點。西門子公司的S7-200系列,松下FP1系列等可編程控制器的類型模塊式PLC

將PLC各組成部分分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。西門子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列,OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H等。

按功能分低檔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。中檔PLC

具有低檔PLC功能外，增加模擬量輸入/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。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。可編程控制器的類型可編程控制器的發展高性能、高速度、大容量發展為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應速度和更大的存儲容量。目前，有的PLC的掃描速度可達0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個性能指標。在存儲容量方面，有的PLC最高可達幾十兆字節。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。向小型化和大型化兩個方向發展小型PLC由整體結構向小型模塊化結構發展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發了各種簡易、經濟的超小型微型PLC，最小配置的I/O點數為8～16點，以適應單機及小型自動控制的需要。大型化是指大中型PLC向大容量、智能化和網絡化發展，使之能與計算機組成集成控制系統，對大規模、復雜系統進行綜合性的自動控制。現已有I/O點數達14336點的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲器，功能強。可編程控制器的發展大力開發智能模塊，加強聯網與通信能力為滿足各種控制系統的要求，不斷開發出許多功能模塊，如高速計數模塊、溫度控制模塊、遠程I/O模塊、通信和人機接口模塊等。PLC的聯網與通信有兩類：①PLC之間聯網通信，各PLC生產廠家都有自己的專有聯網手段；②PLC與計算機之間的聯網通信。為了加強聯網與和通信能力，PLC生產廠家也在協商制訂通用的通信標準，以構成更大的網絡系統。

可編程控制器的發展增強外部故障的檢測與處理能力據統計資料表明：在PLC控制系統的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設備占45%，輸出設備占30%，線路占5%。前二項共20%故障屬于PLC的內部故障，它可通過PLC本身的軟、硬件實現檢測、處理。而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。PLC生產廠家都致力于研制、發展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進一步提高系統的可靠性。

可編程控制器的發展編程語言多樣化在PLC系統結構不斷發展的同時，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數PLC使用的梯形圖、語句表語言外，為了適應各種控制要求，出現了面向順序控制的步進編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言并存、互補與發展是PLC進步的一種趨勢。可編程控制器的發展可編程序控制器的結構和工作原理

可編程控制器的組成與基本結構可編程序控制器的工作原理可編程序控制器的編程語言可編程序控制器的組成與基本結構PLC由硬件系統和軟件系統兩大部分組成。

PLC的硬件系統由主機系統、輸入/輸出擴展環節及外部設備組成。

PLC的軟件系統由系統程序(又稱系統軟件)和用戶程序(又稱應用軟件)兩大部分組成。

PLC硬件結構系統程序 系統程序由PLC的制造企業編制，固化在PROM或EPROM中，安裝在PLC上，隨產品提供給用戶。系統程序包括系統管理程序、用戶指令解釋程序和供系統調用的標準程序模塊等。2.用戶程序用戶程序是根據生產過程控制的要求由用戶使用制造企業提供的編程語言自行編制的應用程序。用戶程序包括開關量邏輯控制程序、模擬量運算程序、閉環控制程序等。軟件系統可編程序控制器的工作原理PLC是采用周期循環掃描的工作方式，CPU連續執行用戶程序和任務的循環序列稱為掃描。CPU對用戶程序的執行過程是CPU的循環掃描，并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的。一個掃描周期（工作周期）主要分為以下幾個階段：1.輸入采樣掃描階段2.執行用戶程序掃描階段3.輸出刷新掃描階段

可編程序控制器的編程語言梯形圖(LAD,LadderDiagram)2.語句表(STL,StatementList)3.功能塊圖(FBD,FunctionBlockDiagram)I0.0()()I0.1Q0.0Q0.0Q0.1()M0.1I0.5I0.3I0.4()Q0.2M0.1(a)(b)LDOA=LD=A=LDNAN=I0.0Q0.0I0.1Q0.0I0.5Q0.1I0.3M0.1I0.4M0.1Q0.2梯形圖和指令表功能塊圖S7-200系列可編程控制器

西門子S7系列可編程控制器分為S7-400、S7-300、S7-200三個系列，分別為S7系列的大、中、小型（超小型）可編程控制器系統。

S7-200系列可編程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可編程控制器提供了4個不同的基本型號，常見的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四種基本型號。西門子S7-200CPU模塊

CPU技術性能指標7個模塊主機及I/O特性輸入輸出擴展模塊當主機單元模板上的I/O點數不夠時,或者涉及到模擬量控制時,除了CPU221以外,都可以通過增加擴展單元模板的方法,對輸入/輸出點數進行擴展.數據存儲器輸入映像寄存器I（輸入繼電器）輸入繼電器是PLC用來接收用戶設備輸入信號的接口輸出映像寄存器Q（輸出繼電器）輸出繼電器是用來將輸出信號傳送到負載的接口變量存儲器V變量存儲器主要用于存儲變量，CPU224/226為V0.0～V5119.7共5KB存儲容量內部標志位存儲器（中間繼電器）M內部標志位存儲器，用來保存控制繼電器的中間操作狀態，其作用相當于繼電器控制中的中間繼電器特殊標志位存儲器SM特殊標志位存儲器位提供大量的狀態和控制功能定時器T定時器作用相當于繼電器控制系統中的時間繼電器。每個定時器可提供無數對常開和常閉觸點供編程使用

計數器C計數器用于累計計數輸入端接收到的由斷開到接通的脈沖個數。高速計數器HC累加器AC順序控制繼電器S（狀態元件）模擬量輸入/輸出映像寄存器（AI/AQ）編址方式位編址的指定方式為：（區域標志符）字節號·位號如I0.0；Q0.0；I1.2。字節編址的指定方式為：（區域標志符）B（字節號）如IB0表示由I0.0～I0.7這8位組成的字節。字編址的指定方式為：（區域標志符）W（起始字節號）例如VW0表示由VB0和VB1這2字節組成的字。字編址的指定方式為:（區域標志符）D（起始字節號）例如VD0表示由VB0到VB3這4字節組成的雙字。

尋址方式直接尋址直接尋址是在指令中直接使用存儲器或寄存器的元件名稱（區域標志）和地址編號，直接到指定的區域讀取或寫入數據。有按位、字節、字、雙字的尋址方式間接尋址間接尋址時操作數并不提供直接數據位置，而是通過使用地址指針來存取存儲器中的數據。在S7-200中允許使用指針對I、Q、M、V、S、T、C（僅當前值）存儲區進行間接尋址（1）使用間接尋址前，要先創建一個指向該位置的指針。（2）指針建立好后，利用指針存取數據。直接尋址

S7-200的基本指令

位操作類指令

運算指令

數據處理指令

轉換指令

表功能指令位操作類指令

1.邏輯取（裝載）指令LD/LDN2.觸點串聯指令A/AN3.觸點并聯指令O/ON4.置位/復位指令S/R5.邊沿觸發指令EU/ED

邏輯取（裝載）及線圈驅動指令

LD（load）：常開觸點邏輯運算的開始。

LDN（loadnot）：常閉觸點邏輯運算的開始

=（OUT）：線圈驅動指令。

觸點串聯指令A/AN指令

A(And)：與操作，表示串聯連接單個常開觸點。

AN(Andnot)：與非操作，表示串聯連接單個常閉觸點。

觸點并聯指令：O（Or）/ON（Ornot）

O：或操作，表示并聯連接一個常開觸點。

ON：或非操作，表示并聯連接一個常閉觸點。

網絡1LDI0.0OI0.1ONM0.0=Q0.0網絡2LDNQ0.0AI0.2OM0.1ANI0.3OM0.2=M0.1注意輸出線圈不能串聯起動保持停止電路LDI0.0起動I0.0停止I0.1Q0.0OQ0.0ANI0.1=Q0.0010111

置位/復位指令S/R

置位指令S：使能輸入有效后從起始位S-bit開始的N個位置“1”并保持。復位指令R：使能輸入有效后從起始位R-bit開始的N個位清“0”并保持。網絡1LDI0.0SQ0.0,1

網絡2LDI0.1RQ0.0,1……邊沿觸發指令EU/ED上升沿觸發指令:EU在EU指令前有一個上升沿時（由OFF→ON）產生一個寬度為一個掃描周期的脈沖，驅動后面的輸出線圈。下降沿觸發指令:ED在ED指令前有一個下降沿時（由ON→OFF）產生一個寬度為一個掃描周期的脈沖，驅動其后線圈。

基本位操作指令應用舉例

搶答器程序設計

控制任務：有3個搶答席和1個主持人席，每個搶答席上各有1個搶答按鈕和一盞搶答指示燈。參賽者在允許搶答時，第一個按下搶答按鈕的搶答席上的指示燈將會亮，且釋放搶答按鈕后，指示燈仍然亮；此后另外兩個搶答席上即使在按各自的搶答按鈕，其指示燈也不會亮。這樣主持人就可以輕易的知道誰是第一個按下搶答器的。該題搶答結束后，主持人按下主持席上的復位按鈕（常閉按鈕），則指示燈熄滅，又可以進行下一題的搶答比賽。

I/O分配表輸入I0.0S0//主持席上的復位按鈕I0.1S1//搶答席1上的搶答按鈕I0.2S2//搶答席2上的搶答按鈕I0.3S3//搶答席3上的搶答按鈕輸出Q0.1H1//搶答席1上的指示燈Q0.2H2//搶答席2上的指示燈Q0.3H3//搶答席3上的指示燈程序設計

定時器指令

時基按脈沖分，有1ms、10ms、100ms三種定時器。

1ms定時器每隔1ms刷新一次，當掃描周期較長時，在一個周期內可能被多次刷新，其當前值在一個掃描周期內不一定保持一致。

10ms定時器則由系統在每個掃描周期開始自動刷新。由于每個掃描周期內只刷新一次，故而每次程序處理期間，其當前值為常數。

100ms定時器則在該定時器指令執行時刷新。下一條執行的指令，即可使用刷新后的結果，非常符合正常的思路，使用方便可靠。定時器的工作原理：使能輸入有效后，當前值PT對PLC內部的時基脈沖增1計數，當計數值大于或等于定時器的預置值后，狀態位置1。

用于單一間隔的定時。上電周期或首次掃描，定時器狀態位OFF(0)，當前值為0。使能輸入接通時，定時器位為OFF(0)，當前值從0開始計數時間，當前值達到預置值時，定時器位ON(1)，當前值最大到32767并保持。使能輸入斷開，定時器自動復位，即定時器狀態位OFF（0），當前值為0。指令格式： TON Txxx，PT接通延時

定時器用于對許多間隔的累計定時。上電周期或首次掃描，定時器狀態位OFF（0），當前值保持。使能輸入接通時，定時器位為OFF，當前值從0開始計數時間。使能輸入斷開，定時器位和當前值保持最后狀態。使能輸入再次接通時，當前值從上次的保持值繼續計數，當累計當前值達到預設值時，定時器狀態位ON（1），當前值連續計數最大到32767。指令格式：TONR Txxx，PT4.1位操作類指令

有記憶接通延時定時器斷電延時型定時器用來在輸入斷開，延時一段時間后，才斷開輸出。使能端（IN）輸入有效時，定時器輸出狀態位立即置1，當前值復位為0。使能端（IN）斷開時，定時器開始計時，當前值從0遞增，當前值達到預置值時，定時器狀態位復位為0，并停止計時，當前值保持。指令格式：TOF Txxx，PT斷電延時延時定時器閃爍電路I0.0的常開觸點接通后，T37的IN輸入端為1狀態，T37開始定時。2S后定時時間到，T37的常開觸點接通，使Q0.0變為ON，同時T38開始計時。3s后T38的定時時間到，它的常閉觸點斷開，使T37的IN輸入端變為0狀態，T37的常開觸點斷開，Q0.0變為OFF，同時使T38的IN輸入端變為0狀態，其常閉觸點接通，T37又開始定時，以后Q0.0的線圈將這樣周期性地“通電”和“斷電”，直到I0.0變為OFF，Q0.0線圈“通電”時間等于T38的設定值，“斷電”時間等于T37的設定值。

閉

計數器用來累計輸入脈沖的次數。計數器也是由集成電路構成，是應用非常廣泛的編程元件，經常用來對產品進行計數。計數器指令有3種：增計數CTU、增減計數CTUD和減計數CTD。指令操作數有4方面：編號、預設值、脈沖輸入和復位輸入。計數器指令

比較指令

1.字節比較

LDB、AB、OB2.整數比較

LDW、AW、OW3.雙字整數比較

LDD、AD、OD

4、實數比較

LDRAR OR比較運算符：==等于、〈小于、〉大于、〈=小于等于、〉=大于等于、〈〉不等于

控制要求：一自動倉庫存放某種貨物，最多6000箱，需對所存的貨物進出計數。貨物多于1000箱，燈L1亮；貨物多于5000箱，燈L2亮。其中，L1和L2分別受Q0.0和Q0.1控制，數值1000和5000分別存儲在VW20和VW30字存儲單元中。程序舉例6000一、算術運算指令二、邏輯運算指令三、遞增、遞減指令運算指令LAD功能IN1+IN2=OUTIN1-IN2=OUTIN1+IN2=OUTIN1-IN2=OUT算術運算指令1.整數與雙整數加減法指令(INT/DINT)LAD功能IN1*IN2=OUTIN1/IN2=OUTIN1*IN2=OUTIN1/IN2=OUTIN1*IN2=OUTIN1/IN2=OUT整數乘除法指令

LAD功能IN1+IN2=OUTIN1-IN2=OUTIN1*IN2=OUTIN1/IN2=OUT實數加減乘除指令

（1）平方根（SQRT）指令（2）自然對數（LN）指令（3）自然指數（EXP）指令（4）三角函數指令(SIN、COS、TAN)數學函數變換指令注意：SINCOSTAN的操作數為弧度值。邏輯運算指令

1.邏輯與指令（WAND）

2.邏輯或運算（WOR）3.邏輯異或指令（WXOR）4.取反指令（INV）運算規則：與或異或取反遞增、遞減指令

字節增和字節減

字增和字減

雙字增和雙字減

原理：用于使能輸入有效時，輸入數IN加1或減1,得到的結果通過OUT指定的存儲器單元輸出。食品加工廠對飲料生產線上的盒裝飲料進行計數，每24盒為一箱，要求能記錄生產的箱數。增減指令的應用

數據傳送指令

移位指令

數據處理指令數據傳送指令

1.單一傳送

MOV2.塊傳送

BLKMOV單一傳送

MOV指令可用用來傳送單個數據，數據類型可以是字節、字、雙字、實數。塊傳送

BLKMOV指令可用來進行一次多個（最多255個）數據的傳送，數據塊類型可以是字節塊、字塊、雙字塊。N的范圍為1至255

舉例：移位指令

左移位和右移位

循環左移位、循環右移位

寄存器移位

左移位和右移位（1）左移位指令（SHL）原理：使能輸入有效時，將輸入IN的無符號數字節、字或雙字中的各位向左移N位后（右端補0），將結果輸出到OUT所指定的存儲單元中，如果移位次數大于0，最后一次移出位保存在“溢出”存儲器位SM1.1（2）右移位指令(SHR)

原理：使能輸入有效時，將輸入IN的無符號數字節、字或雙字中的各位向右移N位后，將結果輸出到OUT所指定的存儲單元中，移出位補0，最后一移出位保存在SM1.1循環左移位、循環右移位循環左移（ROL）和循環右移（ROR）移位特點：移位數據存儲單元的移出端與另一端相連，同時又與SM1.1（溢出）相連，所以最后被移出的位被移到另一端的同時，也被放到SM1.1位存儲單元。例如在循環右移時，移位數據的最右端位移入最左端，同時又進入SM1.1。SM1.1始終存放最后一次被移出的位。字循環右移3次舉例：轉換指令

1、數據類型轉換指令

2、編碼和譯碼指令

3、七段譯碼指令

4、字符串轉換指令

數據類型轉換字節型數據與字整數之間轉換的指令

字整數與雙字整數之間的轉換

BCD碼與整數之間的轉換的指令格式

編碼和譯碼指令

1.編碼ENCO，編碼指令。使能輸入有效時，將字型輸入數據IN的最低有效位（值為1的位）的位號輸出到OUT所指定的字節單元的低4位。指令格式：

ENCO IN,OUT譯碼DECO，譯碼指令。使能輸入有效時，將字節型輸入數據IN的低4位所表示的位號對OUT所指定的字單元的對應位置1，其他位置0。指令格式：

DECO IN,OUT七段譯碼指令

SEG，七段碼指令。使能輸入有效時，將字節型輸入數據IN的低4位有效數字產生相應的七段碼，并將其輸出到OUT所指定的字節單元。IN:0、1、2、。。。。。。。15（F）字節：16#0016#01

16#0F結果：2#01111000abcdefg字符串轉換指令

（1）ASCII碼轉換16進制指令

ATH（2）16進制到ASCII碼

HTAS7-200編程軟件的使用

STEP7-Micro/WIN32安裝與啟動

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系統塊的配置

程序編輯、調試及運行

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