可編程控制器PLC期末考試整理知識點

1、可編程控制器簡稱PLC雖然剛剛具有40年的歷史，但其發(fā)展極為迅速。為了確 定它的性質(zhì)，國際電工委員會曾多次發(fā)布及修訂有關(guān)PLC的文件。在1987年頒布的可編程控制器標準草案中對 PLC乍如下定義：可編程控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝 置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運、順序運算、 計時、計數(shù)和算數(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬 控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè) 控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。佃68年，美國通用汽車公司為適應(yīng)汽車型號的不斷更新和生產(chǎn)工藝的不斷變化，提出來十項設(shè)

2、計標準:1編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序。2維護方便，最好是插件式。3可靠性高于繼電器控制。4體積小于繼電器控制。5可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機。6成本上可與繼電器控制柜競爭。7輸入可以是交流115V（即用美國的電網(wǎng)電壓）8輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥。9在擴展時，原有系統(tǒng)只需要很小的變更。10用戶程序存儲容量小至少能擴展道 4KB.美國通用汽車公司（GM）從用戶角度提出了研究上述新型控制器的條件后立即 引起了開發(fā)熱潮。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC研制出了世界上第一臺可 編程控制器，并應(yīng)用于通用汽車公司的生產(chǎn)上。當時叫可編程邏輯控制器PLC（Prongammable Log

3、ic Controller目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序看控制功能。早期控制其滿足了最初的要求，并打開了新的 控制計數(shù)的發(fā)展的大門。 （早期可完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能）可編程控制器的發(fā)展方向：可編程控制器在工業(yè)控制器領(lǐng)域的應(yīng)用越來越寬廣， 即可有單機作為繼電器邏輯電路的替代品，又有作為設(shè)備控制的核心部件的， 而且隨著自動化程度的提高，可編程控制器既可作為現(xiàn)場控制的部件，又可作 為更高一級的管理控制部件。而且隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，它又衍生出了網(wǎng)絡(luò) 能。所有這一切，不僅要求可編程控制器具有相應(yīng)的硬件功能，而且要求它的 軟件技術(shù)也要獲得相應(yīng)的發(fā)展。PLC在功能和技術(shù)指

4、標方面的發(fā)展PLC的發(fā)展也是與計算機技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新 技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，正是這些高新技術(shù)的發(fā)展推動力可編程控制器的發(fā)展。從控制功能來看，PLC的發(fā)展大致經(jīng)歷了 4個階段：（1）初級階段：從第一臺PLC'可世到20世紀70年代中期,由于第一代PLC 是為了取代繼電器的,因此，主要功能是邏輯運算和計時、 計數(shù)功能。CPU有中小型規(guī)模數(shù)字集成電路構(gòu)成。主要產(chǎn)品有: MODICON公司 的084, AB公司的PDQ-IL,DE（公司的PDP-14日立公司的SCY-022等。第一階段只采用了梯形圖語言作為編輯方式，盡管有些枯燥，但卻形成了工 = 廠的編程標準。（2）

5、 擴展階段：從20世紀70年代中期到70年代末期，這一階段PLC產(chǎn)品的控制功能得到很大擴展。擴展的功能包括數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的比較 和運算、模擬量的運算等功能。這一階段的產(chǎn)品有MODICON的184,284,384,西門子公司的SIMATIC S3系列，富士電機公司的 SC系 列產(chǎn)品等。(3) 通信階段：20世紀70年代末期到80年代中期,這一階段產(chǎn)品與計算機通信的發(fā)展有關(guān)，形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)。但是，由于各制造商各 自為政，通信系統(tǒng)也是各有各的規(guī)范。由于在很短的時間內(nèi),PLC就已經(jīng)從汽車行業(yè)迅速擴展到其它行業(yè)，作為繼電器的替代品進入了食 = 品、飲料、金屬加工、和造紙等多個行業(yè)。其次，產(chǎn)品功能

6、也得至U了 很大的發(fā)展，同時，可靠性進一步提高。這一階段的產(chǎn)品有西門子公 司的SIMATIC S6系列，GOULD公司的M84,884等，富士電機的 MICRO 和TI公司的TI530。(4) 開放階段：從20世紀80年代中期開始，由于國際標準化組織提出了開放系統(tǒng)互連的參考模型 OSI使PLC在開放功能上取得較大發(fā)展。主 要表現(xiàn)在PLc開始采用標準化軟件系統(tǒng)，增加高級語言編程，并完成了編程語言的標準化工作。這 一階段的產(chǎn)品主要有西門子公司的 S7系列，AB公司的PLC-5SLC500 德維森的 V80和PPC11加拿大 ONLINE CONTROLS司與和控電氣公 司所開發(fā)的OPENPL等。新

7、的PLC的技術(shù)進展包括：更好的操作員界面，圖形用戶界面( GUI),人機 界面；也包括與設(shè)備、硬件和軟件的接口；并支持人工智能，比如邏輯I/O系統(tǒng)等。軟件軟件進展將采用廣泛使用的通訊標準提供不同的設(shè)備的連接，新的_ PLC指令將立足于增加 PLC的智能性，基于知識的學習型的指令也將逐步別 引入，以增加系統(tǒng)的能力。用戶對于柔性制造系統(tǒng)的需求將決定未來的控制哲學。可以肯定的是， 未來的工廠自動化中，PLC將肯定占據(jù)重要的地位，控制策略將被智能地分 不出來，而不是集中，超級 PLC將在需要復(fù)雜運算、網(wǎng)絡(luò)通信和對小型 PLC 和機器控制器的監(jiān)控應(yīng)用中獲得使用。所有上述發(fā)展，都取決于一個因素.：PLC的

8、開放性。只有開放了, PLC 才能與其它控制器控制系統(tǒng)集成，PLC才能與CIM、機器人、CAD/CAM 個人計算機、MIS結(jié)合起來，在工廠的未來發(fā)展中占有重要地位.，才可能發(fā)展 更好的人機界面，與其它設(shè)備具備更靈活的接口，才能適應(yīng)更多的通訊標準， 才能采用更多、更復(fù)雜的控制策略。2.PLC在經(jīng)濟指標與產(chǎn)品類型方面的發(fā)展PLC在經(jīng)濟指標與產(chǎn)品類型方向可概括為以下三方面：(1) 研制大型PLC大型PLC的特點是系數(shù)龐大，技術(shù)完善、功能強、價格昂貴、需求量?。?2) 大力發(fā)展簡易、經(jīng)濟的小型、微型 PLC簡易、小型與微型的PLC適應(yīng)單機及小型自動控制的需要，其特點是品種規(guī)格多、 應(yīng)用面廣、需求量大、

9、價格便宜。(3) 致力于提高功能價格比PLC的特占：1可靠性高、抗干擾能力強：硬件方面：PLC在微處理處與I/O接口之間加入了光電隔離措施，器件本身用可 靠性高的工業(yè)級元件和先進的電子加工工藝制造，采用了存儲器內(nèi)容保護、看 門狗和自診斷、屏蔽、隔離和濾波等措施，因為抗干擾能力極強；軟件方面：PLC不但設(shè)置了故障檢測、自診斷程序、狀態(tài)信息保存功能和自恢復(fù) 等功能，而且內(nèi)部軟繼電器和軟接線也都是由程序設(shè)計的，由此大大減少了電 子元件及硬接線。由于PLC在硬件和軟件兩個方面都采取很多措施，因此確保了 它工作的高可靠性。2編程簡單，易于掌握PLC有多種程序設(shè)計語言可以使用，對現(xiàn)場電氣技術(shù)人員來說,采用

10、梯形圖編程， 由于與電氣原理圖相似，很容易理解和掌握；采用語句表 編程，由于編程語句是功能的縮寫，且與梯形圖有一一對應(yīng)關(guān)系，因此便于記憶，有利于編程人員 的編程操作；還有 功能圖表編程語言，以其過程流程進展為主線，十分適合于 設(shè)計人員與工藝專用人員設(shè)計思想的溝通，因此編程簡單，易于掌握。PLC的操作包括程序的輸入和程序的更改兩種操作,多數(shù)PLC采用編程器進行程 序輸入和程序更改操作，部分PLC可以在電腦上直接進行程序輸入，更改程序可 根據(jù)所需地址編碼、繼電器編號或接點號直接在電腦上進行搜索或按照順序?qū)?找，然后可在線更改或離線更改，十分易于掌握。3設(shè)計、安裝容易、維護工作量少PLC的面板和結(jié)構(gòu)

11、設(shè)計充分考慮了安裝和維護的方便。例如，信號燈設(shè)置易于觀察的位置，接線端子采用便于接線和更換的類型，需要維修的部件設(shè)置在便 于維修的位置等等。這些設(shè)計安裝容易、維修工作能方便地進行，大大縮短了 安裝與維護時間?！坑捎赑LC實現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化、標準化和通用化，使得PLC實現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化、標準化和通用化,使得PLC組成的控制系統(tǒng) 在安裝、調(diào)試、 和維護等方面充分顯示了其優(yōu)越性。PLC具有自診斷功能，當系統(tǒng)發(fā)牛故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員 根據(jù)有關(guān)故障代碼的顯實和故障信號燈的提示等，可直接找出故障所在的部分， 為便于維修,有些PLC制造商提供維修用的專用儀表或設(shè)備或維修用的智能或插 件板

12、，是維修工作更為方便，大大減少了維修工作量。4功能強、通用性好PLC運用了計算機、電子技術(shù)和集成工藝的最新技術(shù)，在硬件和軟件兩方面不斷 發(fā)展，使其具備很強的信息處理能力和輸出控制能力，適應(yīng)各種控制需要的智 能I/O功能模塊不斷涌現(xiàn);與上位計算機的通信與連網(wǎng)功能不斷提高，使PLC不僅具備有邏輯運算、定時、計數(shù)、不進等功能，而且還能完成數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換、 數(shù)字運算和數(shù)字處理以及通信連網(wǎng)、生產(chǎn)過程監(jiān)控等。PLC的編程語言多樣化,以軟件取代硬件控制的可編稈序使得 PLC成為工業(yè)控制 中的應(yīng)用最廣泛的一種通用標準化、 系列控制器。同一臺PLC可適應(yīng)與不同對象 的不同控制要求。同一檔次，不同機型的功能也

13、能方便地轉(zhuǎn)換。5開發(fā)周期短、成功率高：可編程控制器產(chǎn)品采用模塊化形式，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選 用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删?程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、計數(shù)器等 器件，硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，不改變硬件，方便快速地適 應(yīng)工藝條件的變化，具有很好的柔性，開發(fā)周期段，成功率高。 6體積小、重量輕、功耗低：由于PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，因此產(chǎn)品體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)經(jīng)湊、能耗低。 這些突出特點，可編程的控制器的應(yīng)用鄰域：農(nóng)業(yè)、交通、食品工業(yè)、制造業(yè)、娛樂業(yè)、健康 和醫(yī)療、建筑環(huán)境等。支持設(shè)備自動化和節(jié)

14、能的PLC自動裝配機、傳輸帶、注入/填充工具、x-y平臺 控制、機械手、自動測試裝置、原件供給機、成 型品取出機、切割機、旋轉(zhuǎn)臺提供必要的保護和支持的 PLC醫(yī)用滅菌裝置、取放機械（醫(yī)務(wù)用）、醫(yī)用洗凈 裝置、醫(yī)用自動床、步行機、電驅(qū)動輪椅、敬老 院的沐浴設(shè)備、家用電梯食品工業(yè)中的PLC自動售貨機、比薩餅烤爐、切肉機、冷藏冰淇淋用傳輸帶、 洗碗碟機、烤面包機、自動烤爐、制面機在娛樂場合的PLC滑雪場升降機門的控制、人造降雪機、體育場坐椅調(diào)整裝置、 霓虹燈廣告、舞臺裝置（窗簾的上下）、在娛樂場所的搖擺椅、 發(fā)光噴泉、錄像CD租貨用自動分檢架、活動人偶的控制、抓 人偶游戲在零售業(yè)中提高效率的PLC紐

15、扣裝訂機、捆扎機、洗衣店的裝袋機、貼標機、 工業(yè)洗衣機、婚禮用舞臺裝置、展覽會演示裝置、餐 館里的通風設(shè)備、在農(nóng)業(yè)和漁業(yè)中提高生產(chǎn)力的PLC在農(nóng)業(yè)和漁業(yè)中提高生產(chǎn)力的 PLC自動給餌機、撿蛋機、窗戶的打開/關(guān)閉、 萬苣包裝機、青椒裝袋機、西瓜分檢機、 蘋果分檢機、杜蠣打開機、空調(diào)控制 車載或相關(guān)設(shè)備中的PLC洗車機、輪胎清洗機、垃圾車、列車坐椅調(diào)整裝置、 立體停車庫、車站平臺顯示、停車場大門、車輛稱重 儀、小汽車搬運車輛、柴油機控制用于建筑和環(huán)境的PLC空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、房屋建造用垂直升降機、自動照明系統(tǒng)、 自動門、叉式升降機、鋼筋焊接機、鋼筋切割機、窗戶 清洗機時時活躍在人們身邊的 PLC換鈔機

16、、工業(yè)縫紉機、書本裝訂機、織布機、屋頂 鋪瓦機、郵局蓋章機、燈塔遠程監(jiān)控系統(tǒng)、教堂鐘PLC使用情況大致可歸為如下幾類：（詳細見書P5-P6）1開關(guān)邏輯控制 2運動控制3閉環(huán)過程控制4數(shù)據(jù)處理5網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在未來，工業(yè)控制軟件將繼續(xù)向標準化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和開放性發(fā)展方向?？删幊炭刂破饔布M成：中央處理器（CPU、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出器 件（I/O接口）、電源及編程設(shè)備幾大部分組成。軟件組成：系統(tǒng)程序和用戶程序 一中央處理器（CPU）CPU的功能：中央處理器CPU在系統(tǒng)監(jiān)控程序控制線工作，通過掃描法式，將 外部輸入信號的狀態(tài)寫入輸入映象寄存器區(qū)域，PLC進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取

17、用戶指令，按指令規(guī)定的任務(wù)進行數(shù)據(jù)的傳送、邏輯運算、算術(shù)運算 等，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存區(qū)域二儲存器：只讀儲存（ROM）、和隨機讀寫儲存（RAM）兩大類 三、輸入輸出接口（用來連接 PLC與工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號。） 1開關(guān)量輸入接口 ：（把現(xiàn)場開關(guān)量信號轉(zhuǎn)成PLC內(nèi)部處理標準信號） 2開關(guān)量輸出接口： PLC輸出器件類型可分為繼電器型、晶體管型、晶閘管型 3模擬量的輸入輸出接口4通信接口及擴展接口PLC的軟件的分類及公用 根據(jù)生產(chǎn)廠家及型號有所區(qū)別，但大體上可分為系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件兩大部分。 兩者對立。1系統(tǒng)軟件ROM:含有系統(tǒng)的管理程序，用戶指令的另外還包括 一些供系統(tǒng)調(diào)用的專用標準程序

18、塊等。2應(yīng)用軟件 RAM：也叫用戶程序，是 PLC用戶為達到某種控制目的，采用專用編 程語言自主編制的程序。下載到PLC中因此有了工業(yè)控制現(xiàn)場專用的控制功能改 變了 PLC的應(yīng)用程序即改變了 PLCg制功能，也即所謂的可編程?！睉?yīng)用程序常用的編程語言為了在一定程度上規(guī)范 PLC的生產(chǎn)及使用，國際電工委員會（IEC）1994年5月發(fā) 布PLC標準有關(guān)文件，將梯形圖、指令表、功能塊圖、順序功能圖及結(jié)構(gòu)文本等 五中編程語言作為推薦編程語言。1梯形圖：簡稱LAD.是一種以圖形符號及圖形符號在圖中的相互關(guān)系表示控制 關(guān)系的編程語言。梯形圖的結(jié)構(gòu)規(guī)則：1梯形圖的各種符號要以左母線為起點，右母線為終點（通常

19、省略右母線）從左 向右分行繪出。每一行的開始是觸點群組成的工作條件”最右邊是線圈表達的工作結(jié)果”。一行寫完，自上而下依次再寫下一行。注意，觸點不能接在線圈的 右邊，如圖3-22（a）所示：線圈也不能直接與左母線相連，必須要通過觸點連接。 2觸點應(yīng)畫在水平線上，不能畫在垂直分支上。3不包含觸點的分支應(yīng)放在垂直方向， 不可放在水平位置，以便識別觸點組合及 時對輸出線圈的控制路徑。4如果有幾個電路塊并聯(lián)時， 應(yīng)將觸點最多的支路塊放在最上面。 在有幾個并聯(lián) 回路相串聯(lián)時，應(yīng)將并聯(lián)支路多的盡可能靠近母線。這樣可以使編制的程序簡 潔明了，語句較少。5遇到不可編程的梯形圖時，可根據(jù)型號的路徑對原梯形圖重新編

20、排，以便于正 確應(yīng)用PLC指令來編程。2指令表：也叫做語句表。它和單片機程序中的匯編語言有點類似，由語句指令依一定的順序排列而成。一天指令一般可分成兩個部分，寫在前部的為助記符， 多為指令功能的英文縮寫，后部的為操作數(shù)，多為存儲數(shù)據(jù)的存儲器地址，也 有立即數(shù)。指令也有只有助記符的，稱為無操作指令。 掃描的要點是分時處理及串行工作1計算機內(nèi)部各工作單元的調(diào)度、監(jiān)控。2計算機與外部設(shè)備間的通信。3應(yīng)用程序所要完成的工作。（工作都是分時完成，每項工作包含許多具體的工 作但計算機的每個小動作都占用時間，因而這些工作完有序地、一個接一個， 這就是掃描的含義，或者說PLC的工作是分時及串行進行的5PLC的

21、工作過程1輸入處理階段： 也叫輸入采樣（在這個階段中，PLC 次性讀寫輸入口的全部信號，并將它們存放在輸入映像 寄存器中）2程序執(zhí)行階段（從左到右，從下到上）3 輸出處理階段： 也叫輸出刷新階段：目前技術(shù)水平掃描周期的典型值為毫秒級，為數(shù)毫秒到數(shù)十毫秒。按硬件的結(jié)構(gòu)類型分類：1）單元式結(jié)構(gòu)單元式又叫整體式。早期的PLC是把CPU存儲器、輸入輸出端子及其它接口、 電源等裝配在一起的整體裝置，一個箱體就是一個完整的PLC叫做一個單元。它的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、成本低、安裝方便。缺點是裝配的輸入、輸出 接線端子數(shù)量是固定的，不一定適合具體的控制現(xiàn)場的需要。為了區(qū)分這兩種 裝置，人們把前者叫做基本單

22、元，而把后者叫做擴展單元。整體式PLC通常都有不同I/O點數(shù)的基本單元及擴展單元，單元的品種越多,其 配置就越靈活。如高速計數(shù)單元、位控單元、溫控單元等，通常都是智能單元， 內(nèi)部一般都有自己專用的 CPU_它們可以和基本單元的 CPU協(xié)同工作，構(gòu)成一 些專用的控制系統(tǒng)。鑒于構(gòu)成擴展系統(tǒng)時的情況，整體式PLC也叫作基本單元加 擴展型PLC2）模塊式結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)又叫積木式。這種結(jié)構(gòu)的特點是吧PLC的每個工作單元都制成獨立的 模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸入模塊、通信模塊等。這些結(jié)構(gòu)的PLC的特點是系統(tǒng)構(gòu)成非常靈活， 安裝、擴展、維修都很方便：缺點 是體積比較大。模塊式機一般為大、中型 PLC仃

23、.可編程控制器的主要性能指標（p18）一、輸入輸出點數(shù)二、應(yīng)用程序的存儲容量三、掃描速度四、編程語言及及指令功能PLC按規(guī)模分類：變小型小型中型大型超大型64點以下 64256點2561024點10248192點8佃2點以上美國的PLC產(chǎn)品A- B公司可編程控制器產(chǎn)品是PLC-5系列Micrologix可編程控制器SLc50C可編程控制器歐洲的PLC的產(chǎn)品西門子S7-200 （小型機）、S7-300 （中型）、S-400 （大型）系列PLC日本的PLC產(chǎn)品三菱Q系列PLC三菱FX2n系列PLC歐姆龍C200H系列PLC歐姆龍CPM系 列PLCFX2n系列產(chǎn)品的規(guī)格及結(jié)構(gòu)特點：FX2n系列PLC

24、產(chǎn)品有基本單元、擴展單元、擴展模塊、特殊功能模塊、編程環(huán) 境設(shè)備軟件、專用人機界面設(shè)備及其他系統(tǒng)配件組成?；締卧峭暾目刂蒲b置（含 CPU及存儲器），可獨立完成一點規(guī)模的控制任 務(wù)FX2n系列可編程控制器編程原件（繼電器）及功能 P31可編程控制器用于工業(yè)控制，其實質(zhì)是用程序表達控制過程中事物間的邏輯或 控制關(guān)系。而就程序來說，這種關(guān)系必須借助機內(nèi)器件來表達，這就要求在可 編程控制其內(nèi)部設(shè)置各有各樣功能的，能方便地代表控制過程中各種事物的元 器件。這就是編程元件。可編程控制氣的編程元件從物理實質(zhì)上來說是計算機的存儲單元。具有不同使 用目的的編程元件由系統(tǒng)程序賦予了不同的功能?？紤]工程技術(shù)人

25、員的習慣， 用繼電器命名，稱為輸入繼電器、輸出繼電器、輔助（中間）繼電器、定時器、 計時器等。為了明確他們的物理屬性。稱為“軟繼電器”。從編程的角度出發(fā)， 可以不管這些器件的物理實現(xiàn)，只注重它們的功能，像在繼電器電路中一樣使 用它們。在PLC中，這種：“元件”的數(shù)量往往是巨大的。為了區(qū)分它們的功能，也為了 不重復(fù)選用，元件編上了號碼。這些號碼也是計算機存儲單元地址?！癤”輸出繼電器的序號為八進制（0-7），其余器件（TMCS的序列為十進制。數(shù)據(jù)寄存器是字節(jié)元件，一個字節(jié) 16位，用于存儲數(shù)字數(shù)據(jù)。編程使用中一 般可以認為位編程元件和繼電器的功能相似。某個元件被選中代表這個元件的 存儲位置1FX2n系列PLC基本編程元件及使用1輸入繼電器（X）輸入繼電器的編號范圍：X0002672輸出繼電器（Y）輸入繼電器的編號范圍：Y