可编程控制器PLC期末考试整理知识点

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，用来在内部存储执行逻辑运、顺序运算、计时、计数和算数运算等操作的指令，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按照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。

1968年，美国通用汽车公司为适应汽车型号的不断更新和生产工艺的不断变化，提出来十项设计标准：1编程简单，可在现场修改程序。 2维护方便，最好是插件式。 3可靠性高于继电器控制。 4体积小于继电器控制。

5可将数据直接送入管理计算机。 6成本上可与继电器控制柜竞争。

7输入可以是交流115V(即用美国的电网电压)

8输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀。 9在扩展时，原有系统只需要很小的变更。 10用户程序存储容量小至少能扩展道4KB.

美国通用汽车公司（GM）从用户角度提出了研究上述新型控制器的条件后立即引起了开发热潮。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程控制器，并应用于通用汽车公司的生产上。当时叫可编程逻辑控制器PLC（Prongammable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序看控制功能。早期控制其满足了最初的要求，并打开了新的控制计数的发展的大门。 （早期可完成简单的逻辑控制及定时、计数功能）

可编程控制器的发展方向：可编程控制器在工业控制器领域的应用越来越宽广，即可有单机作为继电器逻辑电路的替代品，又有作为设备控制的核心部件的，而且随着自动化程度的提高，可编程控制器既可作为现场控制的部件，又可作为更高一级的管理控制部件。而且随着网络技术的发展，它又衍生出了网络功能。所有这一切，不仅要求可编程控制器具有相应的硬件功能，而且要求它的软件技术也要获得相应的发展。 PLC在功能和技术指标方面的发展

PLC的发展也是与计算机技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，正是这些高新技术的发展推动力可编程控制器的发展。

从控制功能来看，PLC的发展大致经历了4个阶段： （1） 初级阶段：从第一台PLC问世到20世纪70年代中期，由于第一代PLC

是为了取代继电器的，因此，主要功能是逻辑运算和计时、计数功能。CPU有中小型规模数字集成电路构成。主要产品有：MODICON公司的084，AB公司的PDQ-IL,DEC公司的PDP-14,日立公司的SCY-022等。

第一阶段只采用了梯形图语言作为编辑方式，尽管有些枯燥，但却形成了工厂的编程标准。 （2） 扩展阶段：从20世纪70年代中期到70年代末期，这一阶段PLC产品

的控制功能得到很大扩展。扩展的功能包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。这一阶段的产品有MODICON的184,284,384，西门子公司的SIMATIC S3系列，富士电机公司的SC系列产品等。

（3） 通信阶段：20世纪70年代末期到80年代中期，这一阶段产品与计算

机通信的发展有关，形成了分布式通信网络。但是，由于各制造商各自为政，通信系统也是各有各的规范。由于在很短的时间内，PLC就已经从汽车行业迅速扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、和造纸等多个行业。其次，产品功能也得到了很大的发展，同时，可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的SIMATIC S6系列，GOULD公司的M84，884等，富士电机的MICRO和TI公司的TI530。 （4） 开放阶段：从20世纪80年代中期开始，由于国际标准化组织提出了开放系统互连的参考模型OSI,使PLC在开放功能上取得较大发展。主要表现在通信系统的开放，使用户得益。此外，PLC开始采用标准化软件系统，增加高级语言编程，并完成了编程语言的标准化工作。这一阶段的产品主要有西门子公司的S7系列，AB公司的PLC-5，SLC500、德维森的V80和PPC11，加拿大ONLINE CONTROL公司与和控电气公司所开发的OPENPL等。 新的PLC的技术进展包括：更好的操作员界面，图形用户界面（GUI），人机界面；也包括与设备、硬件和软件的接口；并支持人工智能，比如逻辑I/O系统等。

软件软件进展将采用广泛使用的通讯标准提供不同的设备的连接，新的PLC指令将立足于增加PLC的智能性，基于知识的学习型的指令也将逐步别引入，以增加系统的能力。 用户对于柔性制造系统的需求将决定未来的控制哲学。可以肯定的是，未来的工厂自动化中，PLC将肯定占据重要的地位，控制策略将被智能地分不出来，而不是集中，超级PLC将在需要复杂运算、网络通信和对小型PLC和机器控制器的监控应用中获得使用。

所有上述发展，都取决于一个因素：PLC的开放性。只有开放了，PLC．．才能与其它控制器控制系统集成，PLC才能与CIM、机器人、CAD/CAM、个人计算机、MIS结合起来，在工厂的未来发展中占有重要地位，才可能发展．．．．更好的人机界面，与其它设备具备更灵活的接口，才能适应更多的通讯标准，才能采用更多、更复杂的控制策略。

2.PLC在经济指标与产品类型方面的发展

PLC在经济指标与产品类型方向可概括为以下三方面： （1） 研制大型PLC

大型PLC的特点是系数庞大，技术完善、功能强、价格昂贵、需求量小； （2） 大力发展简易、经济的小型、微型PLC 简易、小型与微型的PLC适应单机及小型自动控制的需要，其特点是品种规格多、应用面广、需求量大、价格便宜。 （3） 致力于提高功能价格比

PLC的特点：

1可靠性高、抗干扰能力强：

硬件方面：PLC在微处理处与I/O接口之间加入了光电隔离措施，器件本身用可靠性高的工业级元件和先进的电子加工工艺制造，采用了存储器内容保护、看门狗和自诊断、屏蔽、隔离和滤波等措施，因为抗干扰能力极强； 软件方面：PLC不但设置了故障检测、自诊断程序、状态信息保存功能和自恢复等功能，而且内部软继电器和软接线也都是由程序设计的，由此大大减少了电子元件及硬接线。由于PLC在硬件和软件两个方面都采取很多措施，因此确保了它工作的高可靠性。

2编程简单，易于掌握

PLC有多种程序设计语言可以使用，对现场电气技术人员来说，采用梯形图编程，．．．．．．由于与电气原理图相似，很容易理解和掌握；采用语句表编程，由于编程语句．．．．．是功能的缩写，且与梯形图有一一对应关系，因此便于记忆，有利于编程人员的编程操作；还有功能图表编程语言，以其过程流程进展为主线，十分适合于．．．．．．．设计人员与工艺专用人员设计思想的沟通，因此编程简单，易于掌握。 PLC的操作包括程序的输入和程序的更改两种操作，多数PLC采用编程器进行程序输入和程序更改操作，部分PLC可以在电脑上直接进行程序输入，更改程序可根据所需地址编码、继电器编号或接点号直接在电脑上进行搜索或按照顺序寻找，然后可在线更改或离线更改，十分易于掌握。 3设计、安装容易、维护工作量少

PLC的面板和结构设计充分考虑了安装和维护的方便。【例如，信号灯设置易于观察的位置，接线端子采用便于接线和更换的类型，需要维修的部件设置在便于维修的位置等等。这些设计安装容易、维修工作能方便地进行，大大缩短了安装与维护时间。】由于PLC实现了产品的系列化、标准化和通用化，使得PLC实现了产品的系列化、标准化和通用化，使得PLC组成的控制系统在安装、调试、．．．．．．．．．．和维护等方面充分显示了其优越性。 PLC具有自诊断功能，当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员根据有关故障代码的显实和故障信号灯的提示等，可直接找出故障所在的部分，为便于维修，有些PLC制造商提供维修用的专用仪表或设备或维修用的智能或插件板，是维修工作更为方便，大大减少了维修工作量。 4功能强、通用性好

PLC运用了计算机、电子技术和集成工艺的最新技术，在硬件和软件两方面不断发展，使其具备很强的信息处理能力和输出控制能力，适应各种控制需要的智能I/O功能模块不断涌现；与上位计算机的通信与连网功能不断提高，使PLC不仅具备有逻辑运算、定时、计数、不进等功能，而且还能完成数/模和模/数转换、数字运算和数字处理以及通信连网、生产过程监控等。 PLC的编程语言多样化，以软件取代硬件控制的可编程序使得PLC成为工业控制中的应用最广泛的一种通用标准化、系列控制器。同一台PLC可适应与不同对象的不同控制要求。同一档次，不同机型的功能也能方便地转换。 5开发周期短、成功率高：

可编程控制器产品采用模块化形式，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。可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、计数器等器件，硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，不改变硬件，方便快速地适应工艺条件的变化，具有很好的柔性，开发周期段，成功率高。 6体积小、重量轻、功耗低： 由于PLC采用了半导体集成电路，因此产品体积小、重量轻、结构经凑、能耗低。这些突出特点，使PLC成为当今“机电一体化”特有的产品。

可编程的控制器的应用邻域：农业、交通、食品工业、制造业、娱乐业、健康

和医疗、建筑环境等。

支持设备自动化和节能的PLC：自动装配机、传输带、注入/填充工具、x-y平台

控制、机械手、自动测试装置、原件供给机、成型品取出机、切割机、旋转台

提供必要的保护和支持的PLC：医用灭菌装置、取放机械（医务用）、医用洗净

装置、医用自动床、步行机、电驱动轮椅、敬老院的沐浴设备、家用电梯

食品工业中的PLC:自动售货机、比萨饼烤炉、切肉机、冷藏冰淇淋用传输带、

洗碗碟机、烤面包机、自动烤炉、制面机

在娱乐场合的PLC:滑雪场升降机门的控制、人造降雪机、体育场坐椅调整装置、

霓虹灯广告、舞台装置（窗帘的上下）、在娱乐场所的摇摆椅、发光喷泉、录像CD租货用自动分检架、活动人偶的控制、抓人偶游戏

在零售业中提高效率的PLC：纽扣装订机、捆扎机、洗衣店的装袋机、贴标机、

工业洗衣机、婚礼用舞台装置、展览会演示装置、餐馆里的通风设备、在农业和渔业中提高生产力的PLC

在农业和渔业中提高生产力的PLC：自动给饵机、捡蛋机、窗户的打开/关闭、

莴苣包装机、青椒装袋机、西瓜分检机、苹果分检机、杜蛎打开机、空制

车载或相关设备中的PLC：洗车机、轮胎清洗机、垃圾车、列车坐椅调整装置、

立体停车库、车站平台显示、停车场大门、车辆称重仪、小汽车搬运车辆、柴油机控制

用于建筑和环境的PLC：空气调节系统、房屋建造用垂直升降机、自动照明系统、

自动门、叉式升降机、钢筋焊接机、钢筋切割机、窗户清洗机

时时活跃在人们身边的PLC:换钞机、工业缝纫机、书本装订机、织布机、屋顶

铺瓦机、邮局盖章机、灯塔远程监控系统、教堂钟

PLC使用情况大致可归为如下几类：（详细见书P5-P6）

1开关逻辑控制 2运动控制 3闭环过程控制 4数据处理 5网络应用 在未来，工业控制软件将继续向标准化、网络化、智能化和开放性发展方向。

可编程控制器硬件组成：处理器(CPU)、存储器(RAM、 ROM)、输入输出器

件(I/O接口)、电源及编程设备几大部分组成。 软件组成：系统程序和用户程序 一处理器(CPU)

CPU的功能：处理器CPU在系统监控程序控制线工作，通过扫描法式，将外部输入信号的状态写入输入映象寄存器区域，PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，按指令规定的任务进行数据的传送、逻辑运算、算术运算等，然后将结果送到输出映像寄存区域 二储存器：只读储存（ROM）、和随机读写储存（RAM）两大类 三、输入输出接口（用来连接PLC与工业控制现场各类信号。）

1开关量输入接口:（把现场开关量信号转成PLC内部处理标准信号）

2开关量输出接口：PLC输出器件类型可分为继电器型、晶体管型、晶闸管型 3模拟量的输入输出接口 4通信接口及扩展接口

PLC的软件的分类及公用

根据生产厂家及型号有所区别，但大体上可分为系统软件及应用软件两大部分。两者对立。 1系统软件ROM：含有系统的管理程序，用户指令的另外还包括 一些供系统调用的专用标准程序块等。 2应用软件RAM:也叫用户程序，是PLC用户为达到某种控制目的，采用专用编程语言自主编制的程序。下载到PLC中因此有了工业控制现场专用的控制功能改变了PLC的应用程序即改变了PLC控制功能，也即所谓的“可编程。”

应用程序常用的编程语言

为了在一定程度上规范PLC的生产及使用，国际电工委员会(IEC)1994年5月发布PLC标准有关文件，将梯形图、指令表、功能块图、顺序功能图及结构文本等五中编程语言作为推荐编程语言。

1梯形图：简称LAD，是一种以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言。 梯形图的结构规则：

1梯形图的各种符号要以左母线为起点，右母线为终点（通常省略右母线）从左向右分行绘出。每一行的开始是触点群组成的“工作条件”最右边是线圈表达的“工作结果”。一行写完，自上而下依次再写下一行。注意，触点不能接在线圈的右边，如图3-22(a)所示；线圈也不能直接与左母线相连，必须要通过触点连接。 2触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。 3不包含触点的分支应放在垂直方向，不可放在水平位置，以便识别触点组合及时对输出 线圈的控制路径。 4如果有几个电路块并联时，应将触点最多的支路块放在最上面。在有几个并联回路相串联时，应将并联支路多的尽可能靠近母线。这样可以使编制的程序简洁明了，语句较少。

5遇到不可编程的梯形图时，可根据型号的路径对原梯形图重新编排，以便于正确应用PLC指令来编程。 2指令表：也叫做语句表。它和单片机程序中的汇编语言有点类似，由语句指令依一定的顺序排列而成。一天指令一般可分成两个部分，写在前部的为助记符，多为指令功能的英文缩写，后部的为操作数，多为存储数据的存储器地址，也有立即数。指令也有只有助记符的，称为无操作指令。 扫描的要点是分时处理及串行工作

1计算机内部各工作单元的调度、监控。 2计算机与外部设备间的通信。 3应用程序所要完成的工作。（工作都是分时完成，每项工作包含许多具体的工作但计算机的每个小动作都占用时间，因而这些工作完有序地、一个接一个，这就是扫描的含义，或者说PLC的工作是分时及串行进行的）

PLC的工作过程

1输入处理阶段：也叫输入采样 （在这个阶段中，PLC一次性读写输入口的全部信号，并将它们存放在输入映像寄存器中） 2程序执行阶段 （从左到右，从下到上）

3输出处理阶段：也叫输出刷新阶段：

目前技术水平扫描周期的典型值为毫秒级，为数毫秒到数十毫秒。

按硬件的结构类型分类： 1）单元式结构 单元式又叫整体式。早期的PLC是把CPU、存储器、输入输出端子及其它接口、电源等装配在一起的整体装置，一个箱体就是一个完整的PLC，叫做一个单元。它的特点是结构紧凑，体积小、成本低、安装方便。缺点是装配的输入、输出接线端子数量是固定的，不一定适合具体的控制现场的需要。为了区分这两种装置，人们把前者叫做基本单元，而把后者叫做扩展单元。 整体式PLC通常都有不同I/O点数的基本单元及扩展单元，单元的品种越多，其配置就越灵活。如高速计数单元、位控单元、温控单元等，通常都是智能单元，内部一般都有自己专用的CPU，它们可以和基本单元的CPU协同工作，构成一些专用的控制系统。鉴于构成扩展系统时的情况，整体式PLC也叫作基本单元加扩展型PLC。 2）模块式结构 模块式结构又叫积木式。这种结构的特点是吧PLC的每个工作单元都制成的模块，如CPU模块、输入模块、输入模块、通信模块等。 这些结构的PLC的特点是系统构成非常灵活，安装、扩展、维修都很方便；缺点是体积比较大。模块式机一般为大、中型PLC。 17.可编程控制器的主要性能指标（p18） 一、输入输出点数 二、应用程序的存储容量 三、扫描速度 四、编程语言及及指令功能

PLC按规模分类： 变小型 小型 中型 大型 超大型 点以下 ~256点 256~1024点 1024~8192点 8192点以上

美国的PLC产品

A- B公司可编程控制器产品是PLC-5系列 Micrologix可编程控制器 SLc500可编程控制器 欧洲的PLC的产品

西门子S7-200（小型机）、S7-300（中型）、S-400（大型）系列PLC 日本的PLC产品

三菱Q系列PLC、三菱FX2n系列PLC、欧姆龙C200H系列PLC、欧姆龙CPM系列PLC

FX2n系列产品的规格及结构特点：

FX2n系列PLC产品有基本单元、扩展单元、扩展模块、特殊功能模块、编程环境设备软件、专用人机界面设备及其他系统配件组成。 基本单元是完整的控制装置（含CPU及存储器），可完成一点规模的控制任务

FX2n系列可编程控制器编程原件（继电器）及功能P31

可编程控制器用于工业控制，其实质是用程序表达控制过程中事物间的逻辑或控制关系。而就程序来说，这种关系必须借助机内器件来表达，这就要求在可编程控制其内部设置各有各样功能的，能方便地代表控制过程中各种事物的元器件。这就是编程元件。

可编程控制气的编程元件从物理实质上来说是计算机的存储单元。具有不同使用目的的编程元件由系统程序赋予了不同的功能。考虑工程技术人员的习惯，用继电器命名，称为输入继电器、输出继电器、辅助（中间）继电器、定时器、计时器等。为了明确他们的物理属性。称为“软继电器”。从编程的角度出发，可以不管这些器件的物理实现，只注重它们的功能，像在继电器电路中一样使用它们。

在PLC中，这种：“元件”的数量往往是巨大的。为了区分它们的功能，也为了不重复选用，元件编上了号码。这些号码也是计算机存储单元地址。

“X”“Y”输出继电器的序号为八进制(0-7)，其余器件（TMCS）的序列为十进制。 〔数据寄存器是字节元件，一个字节16位，用于存储数字数据。编程使用中一般可以认为位编程元件和继电器的功能相似。某个元件被选中代表这个元件的存储位置1〕

FX2n系列PLC基本编程元件及使用

1输入继电器（X）输入继电器的编号范围：X000~267 2输出继电器（Y）

输入继电器的编号范围：Y000~Y267。输出继电器是PLC唯一具有外部触点的继

电器。

3辅助继电器（M）不能直接驱动外部负载 [1]通用型辅助继电器 M0~M499（500点） [2]具有掉电保持的通用型继电器

M500～1023（524点）及M1024～M3071（2048点）掉电保持是指PLC外部电源停电后，由机内电池为部分存储单元供电，可以记忆它能在掉电前的状态。其中M1024~M3071为固定停电保持区域，M500～1023出厂时设定为停电保持区。

[3]特殊辅助继电器

M8000~M8255（256点） （1）触点利用型特殊辅助继电器：M8000为运行标志（PLC运行中接通）；M8002为初始脉冲（只在PLC开始运行的第一个扫描周期接通）；M8012为100ms时钟脉冲；M8013为1s时钟脉冲等 （2）线圈驱动型特殊继电器：M8030为锂电池欠压指示灯（BATT LED）熄灭命令；M8033为PLC停止工作时存储器保持；M8034为禁止全部输出；M8039为定周期扫描命令等 4定时器（T）通电延迟型 定时器相当于继电器电路的时间继电电器，可在程序中做延时控制。FX2n系列PLC定时器具有一下四种类型。 100ms定时器： T0～T199 200点 10ms定时器： T200~T245 46点 1ms定时器： T246~T249 4点（中断动作） 100ms积算定时器：T250~T255 6点 5计数器（C）

设定值K0与K1意思相同，均在第一次时，其触点动作。

计数的方向（增计数或减计数）由特殊辅助继电器M8200~M8234设定。