第一章PLC概述

一、可編程控制器的產生及定義

①1969年美國數字設備公司（DEC）研制出世界第一臺可編程控制器，并成功地應用在美國通用汽車

公司（GM）的生產線上。但當時只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC（programmablelogic

controller）?

②70年代后期，隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發展，使PLC從開關量的邏輯控制擴展到數字控制

及生產過程控制域，真正成為一種電子計算機工業控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱PC（programmable

controller）?但由于PC容易與個人計算機（personalcomputer）相混淆，故人們仍習慣地用PLC作為可編程控制器

的縮寫。

③1985年國際電工委員會（IEC）對PLC的定義如下：可編程控制器是一種進行數字運算的電子系統，是

專為在工業環境下的應用而設計的工業控制器，它采用了可以編程序的存儲器，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，并通過數字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產過

程。

④PLC是由繼電器邏輯控制系統發展而來，所以它在數學處理、順序控制方面具有一定優勢。繼電器在控

制系統中主要起兩種作用：（1）邏輯運算（2）弱電控制強電。

⑤PLC是集自動控制技術、計算機技術和通訊技術于一體的一種新型工業控制裝置，已躍居工業自動化三

大支柱（PLC、ROBOT>CAD/CAM）的首位。

二、可編程控制器的分類及特點

（-）分類

（1）從組成結構形式分

①一體化整體式PLC

②模塊式結構化PLC

（2）按I/0點數及內存容量分

①超小型PLC

②小型PLC

③中型PLC

④大型PLC

⑤超大型PLC

（3）按輸出形式分

①繼電器輸出

為有觸點輸出方式，適用于低頻大功率直流或交流負載

內

部

電

路

出

繼

電

器

輸

型

出

②

晶

體

管

輸

無

點

方

用

功

流

載

為

觸

輸

出

式

，

適

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高

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負

L

:

負

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載

L:負載

內

部

電

路

晶閘管輸出型

（-）特點

①可靠性高、抗干擾能力強

②編程簡單、使用方便

③設計、安裝容易，維護工作量少

④功能完善、通用性好，可實現三電一體化

PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）利電結（運

動控制）這三電集于一體。

⑤體積小、能耗低

⑥性能價格比高

三、可編程控制器的應用

①開關量的邏輯控制

②位置控制

③過程控制

④數據處理

⑤通信聯網

⑥CIMS的應用

四、PLC控制系統的分類

（一）、集中式控制系統

集中式控制系統是用一個PLC控制一臺或多個被控設備。主要用于輸入、輸出點數較少，各被控設備

所處的位置比較近，且相互間的動作有一定聯系的場合。其特點是控制結構筒單。

一.輸入/輸出

.AvB__C

控制對象I［控制對象II控制對彖

（二）、遠程式控制系統

遠程式控制系統是指控制單元遠離控制現場，PLC通過通信電纜與被捽設備進行信息傳遞。該系統一

般用于被控設備十分分散，或工作環境比較惡劣的場合。其特點是需要采用遠程通信模塊，提高了系統的成本和復

雜性。

（三）分布式控制系統

分布式控制系統即采用幾臺小型PLC分別獨立控制某些被控設備，然后再用通信線將幾臺PLC連接

起來，并用上位機進行管理。該系統多用于有多臺被控設備的大型控制系統，其各被控設備之間有數據信息傳送的

場合。其特點是系統靈活性強、控制范圍大，但需要增加用于通信的硬件和軟件，系統的復雜性也更大。

上位機

VV

第二章可編程控制器原理

2.1PLC的組成與基本結構

2.1.1PLC的基本組成

PLC主要由中央處理單元、輸入接口、輸出接口、通信接口等部分組成，其中CPU是PLC的核心,

I/0部件是連接現場設備與cPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器和上位機連接。對于整體式PLC,

所有部件都裝在同一機殼內；對于模塊式PLC,各功能部件獨立封裝，稱為模塊或模板，各模塊通過總線連接,

安裝在機架或導軌上。不同廠商生產的不同系列產品在每個機架上可插放的模塊數是不同的，一般為3—10塊。

可擴展的機架數也不同，一般為2—8個機架。基本機架與擴展機架之間的距離不宜太長，一般不超過10M.。

HJC便件結構圖

2.1.2PLC各組成部分

1、中央處理單元CPU

cPU通過輸入裝置讀入外設的狀態，由用戶程序去處理，并根據處理結果通過輸出裝置去控制外設。一

般的中型可編程控制器多為雙微處理器系統，一個是字處理器，它是主處理器，由它處理字節操作指令，控制系統

總線，內部計數器，內部定時器，監視掃描時間，統一管理編程接口，同時協調位處理器及輸入輸出。另一個為位

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器操作系統的管理下實現PLC

編程語言向機器語言轉換。

CPU處理速度是指PLC執行1000條基本指令所花費的時間。

2、存儲器

存儲器主要存放系統程序，用戶程序及工作數據。

PLC所用的存儲器基本上由PROM,EPROM,EEPR0M及RAM等組成。

3、輸入/輸出部件

輸入/輸出部件又稱I/0模塊。PLC通過I/。接口可以檢測被控對象或被控生產過程的各種參數，

以這些現場數據作為PLC對控對象進行控制的信息依據。同時PLC又通過I/。接口將處理結果送給被控設備

或工業生產過程，以實現控制。

4、編程裝置和編程軟件

PLC是以順序執行存儲器中的程序來完成其控制功能的。

5、電源部件

2.2PLC的基本工作原理

2.2.1PLC的循環掃描工作過程

(-)PLC的循環掃描

PLC的CPU是采用分時操作的原理，每一時刻執行一個操作，隨著時間的延伸一個動作接一個動作順

序地進行，這種分時操作進程稱為CPU對程序的掃描。PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按

序號順序排列。CPU從第條指令開始，順序逐條地執行用戶程序，直到用戶程序結束，然后返回第條指令開

始新的一輪掃描。

(-)PLC工作過程

1、公共操作

公共操作是在每次掃描程序前進行的自檢。

2、數據I/。操作

數據I/。操作也稱為I/。狀態刷新。它包括兩種操作:

①采樣輸入信號，即刷新輸入狀態表的內容

②送出處理結果，即用輸出狀態表的內容刷新輸出電路

3、執行用戶程序操作

4、處理外設請求操作

外設的請求命令包括操作人員的介入和硬件設備的中斷

用

戶

一K*

----/山

iS

a

2.2.2PLC的I/O滯后現象

造成I/。響應滯后的原因：

①掃描方式

②電路慣性

輸入濾波時間常數和輸出繼電器觸點的機械滯后

③與程序設計安排有關

按鈕

行程開關

PLC的等效電路示意圖

2.3PLC的編程語言

2.3.1梯形圖編程

(一)PLC的編程特點

1、程序的執行順序

"1S1""1Y1"

----------II——-----------()—I

"1Y2”

------------------C)-I

PLC梯形圖

"嚼"nlYl"

---------——.................1

"1Y2"

----------

繼電器梯形圖

兩圖實現相同的功能。當IS1閉合時，1Y1、1Y2輸出。系統上電之后，當1S1閉合時，繼電器梯形圖中

的1Y1、1Y2會同時得電，若不考慮繼電器觸點的延時，則1Y1、1Y2會同時輸出。但在PLC梯形圖中，因為

PLC的程序是順序掃描執行的，PLC的指令按從上向下，從左向右的掃描順序執行，整個PLC的程序不斷循

環往復。PLC的“繼電器”的動作順序由PLC的掃描順序和在梯形圖中的位置決定，因此，當1S1閉合時，

1Y1先輸出而1Y2后輸出。即繼電器采用并行的執行方式，而PLC則采用串行的執行方式。

1Y1、1Y2在同一個周期內動作

1Y1、1Y2同時動作

”isir,

ft]Y]rt

________1_________I___I1___I1

,rr,

lSl“1Y2r,

_________II___I

71____11

1Y1、1Y2不同時動作

傳統的繼電器的觸點在線圈得電后動作時有?個微小的延時，并且常開和常閉觸點的動作之間有一微小的

時間差。而PLC中的繼電器都為軟繼電器，不會有延時效應，當然，這里忽略了PLC的掃描時間。

3、PLC中的軟繼電器

每個繼電器有無數個常開和常閉觸點。

(二)PLC編程的基本原則

(1)每個梯形圖網絡由多個梯級組成，每個輸出元素可構成一個梯級，每個梯級可山多個支

路組成。

(2)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，輸入觸點不能放在輸出線

圈的右邊。

(3)輸出線圈不能直接與左母線連接。

(4)多個的輸出線圈可以并聯輸出。

(5)在一個程序中各輸出處同?編號的輸出線圈若使用兩次稱為“雙線圈輸出雙線圈輸出

容易引起誤動作，禁止使用.

(6)PLC梯形圖中，外部輸入/輸出繼電器、內部繼電器、定時器、計數器等器件的觸點

可多次重復使用。

(7)梯形圖中串聯或并聯的觸點的個數沒有限制，可無限次的使用。

(8)在用梯形圖編程時，只有在?個梯級編制完整后才能繼續后面的程序編制。

(9)梯形圖程序運行時其執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”

(1)梯形圖應把串聯觸點較多的電路放在梯形圖上方

(2)梯形圖應把并聯觸點較多的電路放在梯形圖最左邊

(3)為了輸入程序方便操作，可以把一些梯形圖的形式作適當變換

圖4-9是一段“左大右小”的梯形圖，圖(a)和圖(b)僅相差一步,實際上執行步

數差了25%。

(b)符合左火右小的電玷，共4步

圖49

2.3.2語句表編程

PLC的語句：操作碼+操作數

操作碼用來指定要執行的功能，告訴CPU該進行什么操作；操作數內包含為執行該操作所必需的信息,

告訴CPU用什么地方的數據來執行此操作。操作數的分配原則：

(1)為了讓CPU區別不同的編程元素，每個獨立的元素應指定一個互不重復的地址

(2)所指定的地址必須在該型機器允許的范圍之內。

2.3.3其它編程語言

功能圖編程.高級編程語言(C語言.Pascal語言等)

編程語言用戶類應用

語句表(STL)愿意用類似于機器碼語言編程序在運行時間和存貯空

程的用戶間要求上最優

梯形圖(LAD)習慣電路圖的用戶編寫邏輯控制程序

功能圖(FBD)熟悉布爾代數邏輯圖的用戶編寫邏輯控制程序

SCL(結構捽制用高級語言。如PASCAL或數據處理任務程序

語言)可選軟件C語言編程的用戶

包

S7Graph(順序有技術背景，沒有PLC編程以順序過程的描述很方便

控制)可選軟件經驗的用戶

包

S7HiGraph（狀有技術背景，沒有PLC編程以異步非順序過程的描述

態圖形）可選軟經驗的用戶很方便

件包

CFC（連續功能有技術背景，沒有PLC編程適用于連續過程的描述

圖）可選軟件包經驗的用戶

第三章SIMATICS7-300PLC系統特性及硬件構成

3.1S7-300PLC系統結構

3.1.1S7-300PLC的組成

主要組成部分有導軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元CPU模塊、接口模塊（IM）、信號模

塊（SM）、功能模塊（FM）等，通過MPI網的接口直接與編程器PG、操作員面板0P和其它S7PLe相

連。

3.1.2S7-300的擴展能力

CPU314一個機架上最多只能再安裝八個信號模塊或功能模塊，最多可以擴展為四個機架。中央處理單元總是

在0機架的2號槽位上，1號槽安裝電源模塊，3號槽總是安裝接口模塊，槽號4至11,可自由分配信號模塊、

功能塊。

3.1.3S7-300模塊地址的確定

數字I/。模塊每個槽劃分為4Byte（等于32個I/0點），模擬I/0模塊每個槽劃分為16Byte（等于

8個模擬量通道），每個模擬量輸入或輸出通道的地址總是一個字地址.

模板槽號

機架起始1234567891011

地址

數字0481216202428

量256272288304320336352368

0PSCPUIM

模擬

量

數字3236404448525660

量384400416432448464480496

1IM

模擬

量

數字6468727680848892

量512528544560576592608624

2IM

模擬

里

數字96100104108112116120124

3IM

量640656672688704720736752

模擬

量

怎樣確定信號模板的地址

(-)確定數字量模板的地址

一個數字量模板的輸入或輸出地址由字節地址和位地址組成。字節地址取決于其模板起始地址。

例如：如果一塊數字量模板插在第4槽里，其地址分配如下：

輸入地址

o-——I0.0

o-———I0.1

o-—I0.2

o-—I0.3

o-——I0.4

o-I0.5

o-—I0.6

o-I0.7

PSCPUIM輸由地址

o-—Q0.0

o-——Q0.1

o-—Q0.2

o-Q0.3

o-Q0.4

o-—Q0.5

o-—Q0.6

o-Q0.7

(二)確定模擬量模板的地址

模擬量輸入或輸出通道的地址總是一個字地址。通道地址取決于模板的起始地址。例如：如果第一塊

模擬量模板插在第4號槽，其地址分配如下：

輸入地址

cPIW256

c-rlnzbo

C-rlWzuO

CkJ-PIW262

JcPIW264

c一

PIW266

kcJPIW268

kCJ-PIW270

PSCPUIM輸出地址

C-rPHwInDzOo^oR

JcPQ1D9RQ

JcPrDWUTTI9ZAiOAU

c

Jci

cPQW266

cJPQW268

cPQW2Y0

3.2S7-300PLC存儲區簡介

3.2.1S7-300編程方式簡介

S7-300PLC的編程軟件是STEP7。

用戶程序由組織塊(OB)、功能塊(FB,FC)、數據塊(DB)構成。

0B是系統操作程序與用戶應用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運行。0B1是主程序循環塊,

在任何情況下，它都是需要的。

功能塊(FB,FC)實際上是用戶子程序，分為帶“記憶”的功能塊FB和不帶“記憶”的功能塊FC。前者有一

個數據結構與該功能塊的參數表完全相同的數據塊(DB)附屬于該功能塊，并隨著功能塊的調用而打開，隨著功

能塊的結束而關閉。該附屬數據塊(DB)叫做背景數據塊，存在背景數據塊中的數據在FB塊結束時繼續保持，

也