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1、考点1 可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作 的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能进行数字量或模拟量的 输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。计算机厂家在设计生产PLC时， 在硬件和软件方面做了大量的共性工作，这样用户在使用PLC组成某一控制系统 时，只需针对具体控制任务做少量的专门工作，从而大大简化了控制系统的设 计和生产。PLC除了具有工业控制微机的优点外，还具有自身的一些特点。在硬 件方面，PLC采用模块化结构，而且能方便地增加或更换模块，使PLC的功能扩 展和维修变得十分简单
2、。在软件方面，由于可采用通俗易懂的符号语言，用户 可方便灵活地编制和修改控制程序。正是由于这种软、硬件上的高度灵活性， 使PLC能适应各种控制对象，得到广泛的应用。1.可编程序控制器特点（1）软硬件功能强PLC的功能非常强大，其内部具备很多功能，如时序、计算器、主控继电器、 移位寄存器及中间寄存器等，能够方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制 I/O等功能。PLC不仅可进行逻辑运算、算术运算、数据转换以及顺序控制，还 可以实现模拟运算、显示、监控、打印及报表生成等功能，并具有完善的输入 输出系统。（2）使用维护方便PLC不需要像计算机控制系统那样在输入输出接口上做大量的工作。PLC输 入输出接
3、口是已经按不同需求做好的，可直接与控制现场的设备相连接的接口。（3）运行稳定可靠因为PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成， 同时还采用了屏蔽、滤波、隔离等抗干扰措施，所以其平均无故障时间在2万小 时以上。2.可编程序控制器的功能（1）开关量的开环控制开关量的开环控制是PLC的最基本的控制功能，包括时序、组合、延时、计 数、计时等。（2）模拟量的闭环控制对于模拟量的闭环控制系统，除了要有开关量的输入输出点以实现某种顺 序或逻辑控制外，还要有模拟量的输入输出点，以便采样输入和调节输出，实 现过程控制中的PID调节或模糊控制调节，形成闭环系统。这类PLC系统能实现 对温度
4、、流量、压力、位移、速度等参量的连续调节与控制。（3）数字量的智能控制利用PLC能实现接收和输出高速脉冲的功能，而这个功能在实际中用途很大。（4）数字采集与监控因为PLC在控制现场实现控制，所以把控制现场的数据采集下来，做进一步 分析研究是很重要的。PLC的另一个特点是自检信号多，利用这个特点，PLC控 制系统可实现自诊断式的监控，以减少系统的故障，提高平均累计无故障运行 时间，同时还可减少故障修复时间，提高系统的可靠性。（5）联网、通信及集散控制PLC的联网、通信能力很强，可实现PLC与PLC、PLC与上位计算机之间的联 网和通信，由上位计算机来实现对PLC的管理和编程。PLC也能与智能仪表
5、、智 能执行装置（如变频器等）进行联网和通信，互相交换数据并实施PLC对其的控 制。利用PLC的强大联网通信功能，把PLC分布到控制现场，实现各PLC控制站间 的通信以及上、下层间的通信，从而实现分散控制集中管理的目的。3.可编程序控制器的基本结构（1）PLC的基本结构可编程序控制器实质上是一种专用的计算机控制系统，它具有比一般计算 机更强的与工业过程相连的接口，具有更适用于控制要求的编程语言。所以， 可编程序控制器与一般的计算机控制系统一样，也具有中央处理单元（ CPU ） 、 存储器、输入/输出模块（I/O） 、通信接口和电源等部分。其结构框图如图2-6- 1所示。图2-6-1 PLC扫描
6、过程示意图中央处理单元（CPU)可编程序控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型微处 理器。通用微处理器如INTEL公司的8080、8086、80286、80386等，单片机如 8031、8096等等，位片式微处理器如AM2900、AM2901、AM2903等。可编程序控 制器的档次越高，CPU的位数越多，运算速度越快，功能指令也越强。可编程序控制器的CPU模块完成下述各项工作a接收用户从编程器输入的用户程序，并将它们存入用户存储区；b用扫描方式接收源自被控对象的状态信号，并存入相应的数据区；C用户程序的语法错误检查，并给出错误信息；d系统状态及电源系统的监测；e.执行用户程序
7、，完成各种数据的处理、传输和存储等功能；f.根据数据处理的结果，刷新输出状态表，以实现对各种外部设备的实时 控制和其他辅助工作（如显示和打印等)。存储器可编程序控制器的存储器分为两种：系统存储器和用户存储器。系统存储 器存放系统管理程序,用户存储器存储用户程序。输入/输出单元（I/O单元）实际生产过程中的信号电平多种多样，外部执行机构所需的电平也千差万 别，而可编程序控制器的CPU所处理的信号电平只能是标准电平，因此需要通过 输入输出单元实现这些电平的转换。I/O 单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。电源可编程序控制器的电源有的选用市电，也有很大一部分用直流24V供电。
8、PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电，而小型的PLC电源往 往和CPU合为一体，中大型PLC都有专门的电源模块。编程器编程器是PLC的最重要的外围设备。分为简易型和智能型。小型PLC常使用 简易型编程器，大中型PLC多用智能型。（2）可编程序控制器的工作原理PLC程序运行的基本方式是采用扫描原理，把用户程序从第一条语句到最末 一条语句逐次扫描处理，直到程序结束之处，然后再返回到第一条语句开始新 的一轮扫描处理。PLC就是这样周而复始地重复上述的扫描循环。除了执行用户 程序之外，在每次扫描过程中还要完成自诊断、与外设通信、读入现场信号、 执行用户程序和输出结果等。扫描一
9、次所需要的时间称为扫描周期，扫描周期 与用户程序的长短和扫描速度有关，扫描周期范围一般为1100 ms。图2-6-1的PLC扫描过程示意图。在系统软件的管理下，PLC按图中所画的扫 描顺序工作。合上电源后，它首先进行自诊断，包括检查PLC硬件本身是否正常， 将监控定时器复位等。在与外设通信阶段，CPU与其他带微处理器的智能装置通 信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。在读入现场信号阶段， CPU对全部的输入通道信号进行采样，并将采样结果贮存在内存的输入信息状态 区。在执行用户程序阶段，CPU逐条解释和处理用户程序，需要使用输入通道信 息时，则从内存的输入信息状态区读人。程序执行以后得
10、出的运算结果，立即 送至内存中输出信号状态缓冲区。当全部程序执行完毕，CPU才做向外输出结果 的工作，即把输出信号状态缓冲区的内容送至输出通道的对应端口上，经输出 模块隔离和功率放大后驱动外部负载。以上是PLC处于运行（RUN）状态时，CPU的扫描过程。若PLC处于停止运行 （STOP）状态，CPU就只执行自诊断及与外设通信两部分程序，并不断地进行循 环扫描过程。如果整个程序扫描一次所需要的时间超过监控定时器的设定值，则定时器 动作，发出CPU故障信号，并对系统采取应有的保护措施。考点2 1.可编程序控制器的编程语言1）梯形图编程语言梯形图编程语言是目前用得最多的PLC编程语言之一，习惯上简称
11、梯形图。 它沿用了继电接触器控制电路的符号，同时增加了一些继电接触器控制中没有 的符号。因此梯形图与继电接触器控制线路图在形式上和符号上有许多相似之 处。（1)梯形图的表达形式梯形图按照从左到右、从上而下的顺序排列，最左边的竖线称为起始母线 或左母线，或者简称母线。一般最右边还加上一条竖线，称为右母线。各个触 点及线圈按照控制要求和一定的规则连接起来。从左母线开始，从左到右依次 连接各个触点，最后以线圈结束（常常还要加上右母线)，称为一个逻辑行或一 个梯级，整个图形呈阶梯形。（2)梯形图语言的编程规则梯形图中的每个逻辑行，要以左母线为起点、右母线为终点（有时允许 省略右母线)。在一个逻辑行中，
12、各种符号应从左到右横向排列。一行结束，才 能自上而下再排列下一行。线圈及命令框必须位于一行的最右端（或与右母线连接)，在它们的右边 不允许再在任何触点存在。线圈接通后，才能使对应的触点动作。触点可以任意串联或并联，但线圈只能并联而不能串联。同一个触点的使用次数不受限制，而同一线圈则一般不能重复使用。触点应画在水平线上，而不应画在垂直分支上。梯形图中，每行串联的触点数目和沿垂直方向的并联触点数目，理论上 虽没有限制，但它们受所用编程器显示屏幕大小的限制，不同的编程器对此有 不同的限定。当有几个串联支路相并联时，宜将含有触点最多的那个串联支路画在梯 形图的最上面；当有几个并联电路相串联时，宜将含有
13、触点最多的并联支路画 在梯形图的最左面。程序结束时要有结束标志END。梯形图中的元件，特别是输入继电器的触点和输出继电器的线圈，是PLC 的内部的软元件而不是实际元件，用户程序执行时所依据的输入、输出状态， 是相应映象寄存器中的状态，而不是PLC外接的实际开关在当时的状态。PLC按照循环扫描方式沿梯形图从左到右、从上而下顺序执行程序。2）语句表编程语言（STL）为计算机汇编语言，采用助记符编程方式，用一系列操作指令组成的语句 表将控制流程描述出来，并通过编程器送到PLC中去。需要指出的是：不同厂家 的PLC指令语句表使用的助记符并不相同。3）控制系统流程图（CSF）它是用像逻辑功能图一样的控制
14、系统流程图表达一个控制过程。4）高级语言编程近几年推出的PLC，尤其是大型PLC，已开始使用高级语言编程。2.PLC的常见用模块及其功能目前，越来越多的PLC在硬件上采用积木式结构，由基板和功能模块构成， 即可编程序控制器的总线多为基板形式，并采用紧凑的无槽位限制的模块化结 构。1）电源模块通常电源模块将动力系统电压（120/230 VAC）转换为5 V、5.2 V和 24 VDC，它与CPU模块以及其他信号模块之间通过电缆连接，而不是通过背板 总线连接。 2）CPU模块CPU模块主要用来完成执行用户程序，同时还为系统背板总线提供5 V直流 电源并通过MPI多点接口与其他CPU或编程装置通信。
15、CPU是PLC的核心部件，它 不断地采集输入信号，执行用户程序，并不断地刷新系统的输出信号。同时， 它也不断地监测系统自身的工作情况，一旦发生故障，立即发出故障报警信号， 并让系统处于安全状态。3）I/O接口模块（1)数字量模块数字量输入模块数字量输入模块将现场过程数字信号电平转换成PLC内部信号电平。数字量输出模块数字量输出模块将PLC内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平，可 直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机起动器等。（2）PLC模拟量模块模拟量输入模块模拟量输入（简称模入）模块主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电 路、恒流源、光隔离部件、逻辑电路组成。A/D转
16、换部件是模块的核心，如转换 原理采用积分方法。 模拟量输出模块模拟量输出模块的转换时间包括内部存储器传送数字化输出值的时间和数 模转换（D /A）的时间。模拟量输出各通道的转换是顺序进行的。模块的循环 时间是所有活动的模拟量输出通道的转换时间的总和。4)通信智能模块实现“人-机-过程”或“机-机”之间的对话，通过通信接口可以与监视器、打 印机、其他可编程序控制器和计算机等相连。5)智能I/O模块为满足更加复杂控制功能的需要，可编程序控制器配有许多智能I/O接口。 为满足模拟量闭环控制的需要，配有闭环控制模板。为了对频率超过100Hz的脉 冲进行计数和处理，配有高速计数模板。还有其他一些智能模板。所有这些智 能模板都带有其自己的微处理器系统。D1. 可编程序控制器编程器的工作方式有（ ） 。 A编程 B监控 C自动 DABB2. 可编程序控制器的编程器可以对（ ）工作状态进行监视和跟踪。 A某一器件在不同时间的工作状态 B线圈或触点 C可编程序控制器的工作和编程状态进行监视和跟踪 DABA3.
