plc课程综述

可编程控制课程综述

0705076002 李凤年07自动化2班

一.可编程序控制器的简述

1可编程序控制器的定义

可编程控制器简称PC（英文全称：Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。

1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC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，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

2.可编程控制器的趋势与动向

1）当代PLC技术的发展趋势

发展迅速，产品更新换代；开发各种智能化模块，不断增强过程功能；PLC与个人计算机（PC）结合；通信联网功能不断增强；发展新的编程语言，增强容错功能。

2）当代PLC技术的发展动向

美国通用汽车以用户身份提出新一代控制器应具备十大条件，这十大条件是：

1. 编程方便，可在现场修改程序；

2. 维修方便，最好是插件式；

3. 可靠性高于继电器控制柜；

4. 体积小于继电器控制柜；

5. 可将数据直接送入管理计算机；

6. 在成本上可与继电器控制竞争；

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；

9. 在扩展时，原有系统只要很小变更；

10. 用户程序存储容量至少能扩展到4K字节。

1969年美国数字设备公司成功研制世界第一台可编程序控制器

PDP-14，并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。接着美国MODICON公司也研制出084控制，从此，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。1971年日本从美国引进这项技术，很快研制出第一台可编程序控制器DSC-18。1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。进入20世纪70年代，随着微电子技术的发展，尤其是PLC采用通讯微处理器之后，这种控制器就

不在不局限于当初的逻辑运算了，功能得到更进一步增强。进入20世纪80年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC，使PLC的功能增强，工作速度快，体积减小，可靠性提高，成本下降，编程和故障检测更为灵活，方便。

3.PLC的特点

1）可靠性高，抗干扰能力强

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC 的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3）易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4）容易改造

系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的

是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

5）体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm ，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。它的重量小于150g ，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

二．PLC 的内容

PLC 的软件系统由系统程序(

又称系统软件)和用户程序(又称应用软件)两大部分组成。

1、可编程序控制器的原理

PLC 是采用周期循环扫描的工作方式，CPU 连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU 对用户程序的执行过程是CPU 的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。

2．S7-200的基本指令

一）重点是掌握S7-200的基本指令。

1）位操作类指令：逻辑取（装载）指令 LD/LDN ,触点串联指令 A/AN

,触点并联指令 O/ON ,电路块的串联指令 ALD,电路块的并联指令 OLD,置位/复位指令 S/R 和边沿触发指令 EU/ED

2）定时器指令

1.1定时器指令工作方式：3种定时指令分别为TON、TONR和TOF。

1.2定时器的工作原理：使能输入有效后，当前值PT对PLC内部的时基脉冲增1计数，当计数值大于或等于定时器的预置值后，状态位置1。时基：按脉冲分，有1ms、10ms、100ms 三种定时器。

a）接通延时定时器

用于单一间隔的定时。上电周期或首次扫描，定时器状态位OFF(0)，当前值为0。使能输入接通时，定时器位为OFF(0)，当前值从0开始计数时间，当前值达到预置值时，定时器位ON(1)，当前值最大到32767并保持。使能输入断开，定时器自动复位，即定时器状态位OFF（0），当前值为0。指令格式：TON Txxx，PT

b）有记忆接通延时定时器

用于对许多间隔的累计定时。上电周期或首次扫描，定时器状态位OFF（0），当前值保持。使能输入接通时，定时器位为OFF，当前值从0开始计数时间。使能输入断开，定时器位和当前值保持最后状态。使能输入再次接通时，当前值从上次的保持值继续计数，当累计当前值达到预设值时，定时器状态位ON（1），当前值连续计数最大到32767。指令格式：TONR Txxx，PT

C）断电延时延时定时器

断电延时型定时器用来在输入断开，延时一段时间后，才断开输出。使能端（IN）输入有效时，定时器输出状态位立即置1，当前值复位为0。使能端（IN）断开时，定时器开始计时，当前值从0递增，当前值达到预置值时，定时器状态位复位为0，并停止计时，当前值保持。指令格式：TOF Txxx，PT 3）计时器指令：

计数器指令有3种：增计数CTU、增减计数CTUD和减计数CTD。

指令操作数有4方面：编号、预设值、脉冲输入和复位输入。

3.运算指令1）算术运算指令：整数与双整数加减法指令(INT /DINT) ，整

数乘除法指令，.实数加减乘除指令，数学函数变换指令2）逻辑运算指令：

逻辑与指令（WAND），逻辑或运算（WOR），逻辑异或指令（WXOR），取反指

令（INV）3）递增、递减指令：字节增和字节减字增和字减，双字增和双

字减

4）数据处理指令：数据传送指令和移位指令

5）比较指令：字节比较 LDB、AB、OB，整数比较 LDW、AW、OW，双

字整数比较 LDD 、AD 、OD 和实数比较 LDR AR OR。

6）运算指令

A算术运算指令：整数与双整数加减法指令(INT /DINT)，整数乘除法

指令，实数加减乘除指令和数学函数变换指令。

B逻辑运算指令：逻辑与指令（WAND），逻辑或运算（WOR），逻辑异或

指令（WXOR）和取反指令（INV）。

C递增、递减指令：字节增和字节减，字增和字减和双字增和双字减

7）移位指令：左移位和右移位，循环左移位、循环右移位和寄存器移位

8）转换指令：数据类型转换指令，编码和译码指令，七段译码指令，字符串转换指令

9）表功能指令：读表指令，表取数指令和表查找指令

重点内容：定时器/计数器指令、运算指令、数据处理指令的功能和应用3.S7-200的功能指令用法

1）系统控制类指令：结束指令END和MEND，停止指令STOP，看门狗复位指令WDR。

2）跳转、循环指令：（1）跳转指令JMP，跳转指令。使能输入有效时，使程序流程跳到同一程序中的指定标号n处执行。（2）标号指LBL，标号指令。标记程序段，作为跳转指令执行时跳转到的目的位置。操作数n为0~255的字型数据。循环指令：由FOR和NEXT指令构成程序的循环体。FOR指令标记循环的开始，NEXT指令为循环体的结束指令。

3）子程序调用指令：建立子程序，子程序调用，带参数的子程序调用

4）顺序控制指令：顺序步开始指令(LSCR)，顺序步结束指令(SCRE)，顺序步转移指令(SCRT)。

重点内容是S7-200功能指令的作用及使用方法，程序控制类指令：系统控制类指令，跳转、循环指令，子程序调用指令，顺序控制指令。

4.可编程控制器应用系统设计

重点内容是PLC应用程序设计的方法，程序设计的方法是指用什么方法和编程语言来编写用户程序。程序设计方法：经验设计法，继电器控制电路转换为梯形图法，逻辑设计法，顺序控制设计法。

结构形式：（1）顺序结构（2）分支结构：选择性分支，并发性分支（3）循环结构

功能流程图，简称功能图，又叫状态流程图或状态转移图，它是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能说明性语言，能完整地描述控制系统的工作过程、功能和特性，是分析、设计电气控制系统控制程序的重要工具。

5.可编程控制器联网通信

重点内容是S7-200的通信方式及自由口通信。

1．通信方式

1）基本通信方式：并行通信，串行通信，串行通信分类2）异步串行通信3）通信接口：RS232接口，RS485接口，RS422接口

2．S7-200通信及自由口通信

1）字符数据格式：10位字符数据:传送数据由1个起始位、8个数据位、无校验位、一个停止位组成。

2)网络层次结构

3)通信类型及协议分类

连接方式：单主站和多主站

通信协议分:通用协议,公司专用协议(PPI协议,MPI协议,Profibus协议,自由口协议)

4)通信设备

（1）通信口(2）网络连接器（3）通信电缆（4）网络中继器（5）调制解调器

以上就是全书的主要内容了，仅减少到此了。

三．总结

PLC是一门非常有用的学科，它已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。它需要我们的长期学习。掌握基本及功能指令是基础，学会设计和应用是重点。