PLC学习的基础笔记

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1、PLC 的作用PLC（Programmable Logic Controller 可编程序控制器 ）是一种数字运算的电子系统，专门为在 工业环境下应用而设计，主要用于控制各类机械和生产过程。顾名思义，可编程序控制器， 即它是用户可以根据控制上具体的要求， 编写或是改写一部分程序来实现相关的控制要求的 控制器，是以计算机为基础的专用控制装置。PLC 的发展史1968 年，美国 GM （通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，1969 年，美国数据设备公司（DEC）成功研制出第一台可编程序控制器。1980年，美国电气制造商协会（NEMA ）给它起了个名字：“Programmable Contr

2、oller ”，简称PC。我国已经把个人计算机称为PC,为了避免混淆，定义可编程控制器为： Programmable Logic Controller ，简称“ PLC”。随着集成电路技术和计算机技术的发展， PLC 得到迅速发展，大体可以划分为三个阶段：一. 早期的 PLC（20 世纪 60 年代末 70 年代中期 ）该阶段 PLC 一般称为可编程逻辑控制器。这个阶段的 PLC 有继电器控制装置的替代物的含 义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、 逻辑运算、定时、计数等控制功能。 在硬件上，它以准计算机的形式出现，为适应工业控制现场的要求，在I/O接口电路上作了改进， 装置中的器

3、件主要采用分立元件和中小规模集成电路， 存储器采用磁芯存储器。 并且 采取了一些措施， 以提高其抗干扰的能力。 在软件编程上， 采用电气工程技术人员所熟悉的 继电器控制线路的方式梯形图。因此，相对于继电器控制装置，早期的 PLC 的优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能 耗低，能重复使用等。二. 中期的 PLC（20 世纪 70 年代中期 80 年代初、中期 ）20 世纪在 70 年代，微处理器的出现使 PLC 功能大大增强。美国，日本，德国等一些厂家 先后开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元 （CPU） 。 硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O 模块

4、、各种特殊功能模块。 扩大了存储器的容量， 使各种逻辑线圈的数量增加， 还提供了一定数量的数据 寄存器，使 PLC 的应用范围得以扩大。软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时和计 数等功能以外，又增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。20 世纪 70 年代未至 80 年代初，可编程序控制器的处理速度大大提高，不仅可以进行逻辑 控制，而且可以对模拟量进行控制。美国电器制造协会（ NEMA ）将可编程序控制器命名为 PC（ Programmable Controller ）。三. 近期的 PLC（20 世纪 80 年代中、后期至今 ）80 年代中、 后期，超大规模集成电路技术的迅速

5、发展， 使微处理器的市场价格大幅度下跌， 各种类型的 PLC 所采用的微处理器的级别普遍提高。同时，为了进一步提高PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC 软、硬件功能都发生了巨大变化。PLC 应用与未来展望PLC 应用在工业生产的各个领域中，例如在大型控制系统的数据采集、开关量的顺序 控制、 模拟量的反馈控制、数字量的智能可能告知、集散型的网络控制和通信。在数据 采集方面， PLC 安装在大象控制系统的生产现场， 采集来自生产过程中的数据和信息， 进行分析和监视。在开关量的顺序控制方面， PLC 广泛的应用在该领域，例如电梯的 运行、机械手的控制等等。可

6、编程序控制器诞生不久后， 显示了其在工业控制中的重要地位。 目前的计算机集散控 制系统 DCS（ Distributed Control System ）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着 计算机网络的发展， 可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；产品规模上会进一步向超小型及超大型方向发展； 产品的品种会更丰富、 规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各 种工业控制场合的需求；它总发展趋势具体表现

7、在以下几个方面：（1）PLC的小型化、专用化、低成本低档PLC向微型、简易、价廉的方向发展，使之能以更优异的性能、更低廉的价格、 更广泛地取代继电器控制系统。（2）PLC的大容量、高速度、多功能中、高档PLC向大容量、高速、多功能方向发展，使之能取代工业控制微机的部分功 能，对大规模、复杂控制系统进行综合控制。（3）模块化各种功能明确的专用扩展模块开发，使各种复杂功能由各种专门模块来完成，主机仅仅通过通讯设备向模块发布命令和测试状态即可，使用户更加方便系统根据自己的要求构建需要的控制系统。（4）PLC产品多样化、标准化PLC产品向着多样化方向发展，出现了欧、美、日等多种流派。为了推动技术标准化

8、 的进程，一些国际性组织，如国际电工委员会（IEC）不断为PLC的发展制定一些新的标准，如对各种类型的产品作一定的归纳或定义。（5）增强网络与通讯能力各个PLC之间以及计算机与 PLC之间的联网和通讯的能力增强，使用工业网络有效地节省资源、降低成本、提高系统可靠性和灵活性。（6）工业软件发展迅速可编程序控制器硬件技术的发展的同时，工业软件的发展非常迅速，它使系统应用更加简单易行，大大方便了 PLC系统的开发人员和操作使用人员的使用。PLC的控制原理、控制过程分类1. 控制原理：从控制信息来看，PLC是一种数字电子操作系统，也是一种数字化的信息装置。这种数 字化的信息装置，要将受控器件受控后的状

9、态信息，如接点的断开或接通， 线圈的失电或得电，以及程序决定的它们应受到的逻辑控制信息（一般采用“1”和“ 0”构成的控制编码），予以输入和储存，调用和处理，以及暂存和输出。PLC的工作是在硬件的支持下，在软件的控制下，以循环扫描的方式、信号采集、集中输入、经映像存储、逻辑 处理、对应暂存、集中输出、执行控制任务。在软件的控制方面，系统程序和用户程序按照控制要求，以一定的顺序存放在程序存储器中，PLC以循环扫描的方式，由系统内部时钟和控制器共同发出控制信号，从第1条指令开始，以严格的时序执行成寻中的每一条指令，以及组成指令的每一个信号，顺序执行程序，直到遇到程序结束指令， 才有返回第1条指令。

10、当发生系统规定的中断时间 时，相关部件向CPU发出中断请求，在CPU的统一控制下，进行中断排队，在每一个扫描周期末尾的某一时刻， 按照中断优先级，有顺序的集中处理中断。 在每一个扫描周期 以及中断处理时都要I/O 口进行刷新，以确保控制数据的正确性。2. 控制过程PLC的整个控制过程由多个扫描控制周期组成。在每一个扫描周期内，PLC都依次执行自诊断、初始化、执行用户程序、通信服务等任务。自诊断：自诊断功能相当于诊断自己是否正常，自己给自己看病。PLC启动后，监视程序就从首地址开始，逐区主单元地进行监测。 同时，调用开机处理程序和内部管理程 序，监视电源、I/O通道、存储器、总线等硬件的状态，诊

11、断软件是否存在语法错 误、逻辑错误。初始化：初始化可以恢复系统中各个元器件的原始状态，来适应运行方式的需要。执行用户程序执行用户程序一般分为三个阶段，采样输入、程序处理、I/O 口刷新。在采样输入过程中，PLC采用循环扫描，集中输入，对输入端进行采样。采样方式可以分为实 时采样或定时采样，采用何种采样方式有机型决定。程序处理就是执行用户程序， 用程序中的指令调用映像区中的信息，对系统的逻辑部件进行组合并且进行相关的算术、逻辑运算。为了保证输入/输出信号的实时性和正确性，在每一扫描周期内要对输入/输出（I/O ）进行刷新。3. 通信服务通信服务是PLC实现其控制功能必不可少的环节，在编程、运行用

12、户程序、本地控制、 远程控制中，都离不开通信服务。PLC的技术1. PLC与继电器比较PLC是在继电器控制理论基础上发展起来的，与继电器控制电路相比较，PLC的梯形图有很多相似的地方，也有很多技术上的改进。 突破了继电器的同一个触点在同一个系统 中只能使用一次的限制，PLC梯形图中的触点是可以使用任意次的数据信息，可以储存 和刷新。继电器的控制电路是通过硬件（导线）的连接来实现它的逻辑控制，PLC则通过控制程序和硬件支持下实现逻辑控制，前者控制功能专一，一旦形成后就不可以改变，后者通过控制程序，可以根据控制对象的改变而变化。2. PLC与PC（个人计算机）比较两者都是数字电子设备，都可以对数字

13、信息能够存储、判断和处理。在数字控制系统中， PC是通用的，PLC是专门为工业场合提供的，工业控制计算机。两者的工作控制方式不同，PC机可以同时执行几种操作，而不互相干扰，发生中断请求时，PC机可以马上进行中断处理。PLC采用的循环扫描的方式工作，CPU发出扫描脉冲，循环地激活系统程序，系统程序按照固定的顺序来控制用户程序。发生中断请求时，PLC对中断进行排队候，在每一个扫描周期末尾集中处理中断。即PLC在同一个时间只能执行一种操作。PC机的输出响应速度快于 PLC3. PLC的技术指标PLC的技术指标主要指的是I/O点数、内存容量、扫描速度、编程语言、系统软件和扩 展功能模块。I/O点数PL

14、C机型的分类一般可以根据 I/O点数不同，进行机型的划分。 I/O点数越多，输 人 输出能力越强，即对逻辑控制的处理能力越强。注意，I/O点数应满足需要且留有余地。内存容量内存容量的大小直接关系到存放信息数据的能力。PLC中的存储器主要用于两个方面，ROM（只读存储器）仅用于存放系统程序和所需要的数据，一般有PLC生产商在出厂时设定，用户无权访问ROM RAM（随机存储器）用于存放用户程序，根据机型大小的不同，配置的容量也不同。 扫描速度PLC主机CPU的扫描速度由其内部的石英晶体时钟的震荡频率决定，CPU随晶体频率发送控制脉冲。频率越高，单位时间内发出的脉冲次数越多，PLC的扫描速度越快，

15、I/O 信号变换的速度越快，控制精度越高，控制的能力越强。扫描的单位一般 为毫秒 / 千步、微秒 / 步或是纳秒 / 步。编程语言现在，PLC使用的编程语言有梯形图、功能块图、语句表。其中，美国的产品多采 用梯形图， 日本的产品多采用梯形图和语句表， 德国的产品则对三种语言都可以应 用。系统软件这里的系统软件是 PLC生产厂家为其产品配备的系统程序。系统程序存储在ROM中，用户无法看到，通过 PLC运行，我们可以知道它的存在。配置扩展功能模块 扩展功能模块都具有特定的功能，比如， 温度控制模块、 位置控制模块等。 扩展功 能模块都自身带有 CPU具有智能性。主机的 CPU与扩展功能模块的 CPU构成主从 的关系，有主机CPU统一指挥，协调工作，定期通信。所以说，配置扩展功能模块 种类越多，块数越多，PLC的功能越全面，控制能力越强。4. PLC 的分类按照结构分类有两种型式，即整体式结构和组合式结构。在整体式结构中，CPU存储器、输入/输出单元的集成电路装在同一个机箱中。微 型PLC多采用整体式结构。整体结构的特点是： I/O点数比较少，控制功能固定， 多应用于开关量控制系统和执行开关量的逻辑控制。在整体结构式不能满足控制领域的需要的时候， 组合式机