南京航空航天大學(xué)《PLC原理與應(yīng)用》知識(shí)點(diǎn)筆記

南京航空航天大學(xué)《PLC原理與應(yīng)用》知識(shí)點(diǎn)筆記第一章概述與基礎(chǔ)知識(shí)1.1PLC的定義與發(fā)展PLC（ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器）：

一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專用數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專門設(shè)計(jì)用于控制制造過程中的機(jī)器設(shè)備。

它的主要功能是通過采集輸入信號(hào)（如按鈕、開關(guān)、傳感器），根據(jù)預(yù)編程的邏輯處理這些信號(hào)，然后輸出控制指令（如繼電器動(dòng)作、馬達(dá)啟動(dòng)）。發(fā)展歷史：第一代（20世紀(jì)60年代）：

繼電器邏輯控制是最早的自動(dòng)化控制形式，使用繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯操作，可靠性較低，靈活性差。第二代（20世紀(jì)70年代）：

PLC正式問世，以取代繼電器系統(tǒng)。最初的PLC只能完成簡(jiǎn)單邏輯控制，主要用于汽車制造行業(yè)。第三代（20世紀(jì)80年代）：

功能逐漸模塊化，支持更多功能，如模擬信號(hào)處理、數(shù)據(jù)通信，網(wǎng)絡(luò)化初見端倪。第四代（現(xiàn)代）：

智能化、開放式架構(gòu)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，廣泛支持各種通信協(xié)議，成為工業(yè)4.0的重要工具。1.2PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用特點(diǎn)：高可靠性：設(shè)計(jì)適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，具有抗干擾能力和長(zhǎng)壽命。靈活性：可通過軟件修改控制邏輯，適應(yīng)不同場(chǎng)景的快速調(diào)整。易維護(hù)：使用友好的編程接口，支持故障診斷功能，便于維護(hù)和故障排除。模塊化擴(kuò)展：可根據(jù)需要增加I/O模塊、通信模塊等功能模塊，適應(yīng)復(fù)雜控制需求。實(shí)時(shí)性：掃描周期短，響應(yīng)迅速，適應(yīng)高實(shí)時(shí)性的控制場(chǎng)景。應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線：

如汽車制造流水線中的焊接控制、裝配工位控制，電子工業(yè)中的貼片機(jī)控制等。工程設(shè)備：

數(shù)控機(jī)床、注塑機(jī)、包裝機(jī)等都大量使用PLC進(jìn)行邏輯控制和狀態(tài)監(jiān)控。公共設(shè)施：

電梯控制、城市交通信號(hào)燈、水處理系統(tǒng)、污水處理設(shè)備等均采用PLC。能源行業(yè)：

發(fā)電廠、配電系統(tǒng)、風(fēng)電控制、光伏發(fā)電控制中，PLC用于采集數(shù)據(jù)和執(zhí)行邏輯操作。1.3PLC的優(yōu)點(diǎn)與局限性優(yōu)點(diǎn)：高集成度：PLC集成了多種控制功能，如邏輯控制、順序控制、定時(shí)計(jì)數(shù)等。便于組網(wǎng)：可與SCADA、MES等工業(yè)系統(tǒng)無縫銜接。經(jīng)濟(jì)高效：大幅減少傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的布線和維護(hù)成本。局限性：對(duì)高精度的復(fù)雜控制（如飛行器控制）支持有限。高成本的高端PLC在小型項(xiàng)目中性價(jià)比不高。第二章PLC的硬件組成2.1基本結(jié)構(gòu)PLC的硬件系統(tǒng)由以下幾個(gè)主要部分組成：中央處理單元（CPU）：功能：

CPU是PLC的核心，負(fù)責(zé)解釋用戶編程邏輯并控制外部設(shè)備動(dòng)作。它包含以下組件：處理器：處理所有邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理。存儲(chǔ)器：ROM：存儲(chǔ)系統(tǒng)程序和初始化數(shù)據(jù)。RAM：存儲(chǔ)用戶程序和臨時(shí)數(shù)據(jù)。看門狗定時(shí)器：確保程序運(yùn)行正常，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)死循環(huán)時(shí)自動(dòng)復(fù)位。性能指標(biāo)：

CPU性能主要由處理器速度、存儲(chǔ)容量和I/O處理能力決定。輸入/輸出接口（I/O模塊）：輸入模塊：連接傳感器、按鈕、開關(guān)等輸入設(shè)備，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部可處理的數(shù)字信號(hào)。輸入信號(hào)分為數(shù)字量輸入（如開關(guān)信號(hào)）和模擬量輸入（如電壓信號(hào)）。輸出模塊：控制繼電器、電磁閥、馬達(dá)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。輸出信號(hào)分為數(shù)字量輸出和模擬量輸出。電源模塊：提供PLC及其各模塊所需的直流電源。通常使用AC220V輸入，輸出DC24V。通信模塊：用于PLC與其他設(shè)備（如上位機(jī)、傳感器、HMI）之間的數(shù)據(jù)交換。通信接口包括RS-232、RS-485、以太網(wǎng)等。支持多種工業(yè)協(xié)議（如Modbus、Profibus）。擴(kuò)展模塊：擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)或增加功能，如運(yùn)動(dòng)控制模塊、溫度采集模塊等。2.2輸入/輸出信號(hào)類型數(shù)字量輸入（DI）與數(shù)字量輸出（DO）：典型設(shè)備：按鈕、限位開關(guān)（DI），指示燈、繼電器（DO）。信號(hào)類型：二進(jìn)制信號(hào)（0或1）。模擬量輸入（AI）與模擬量輸出（AO）：典型設(shè)備：溫度傳感器、壓力傳感器（AI），電動(dòng)機(jī)調(diào)速器（AO）。信號(hào)范圍：電壓（0-10V）或電流（4-20mA）。第三章PLC的工作原理與編程3.1工作原理PLC的工作基于循環(huán)掃描模式，其基本步驟包括：輸入采樣：PLC將所有外部輸入信號(hào)（如按鈕狀態(tài)、傳感器信號(hào)）采集并存儲(chǔ)在輸入映像區(qū)中。輸入映像區(qū)保存當(dāng)前掃描周期的所有輸入狀態(tài)。程序執(zhí)行：PLC根據(jù)存儲(chǔ)的用戶程序，從上到下依次執(zhí)行邏輯運(yùn)算，產(chǎn)生輸出結(jié)果并存儲(chǔ)在輸出映像區(qū)中。輸出刷新：將輸出映像區(qū)中的數(shù)據(jù)送至輸出端，更新外部設(shè)備狀態(tài)。3.2編程語言PLC支持多種編程語言，其中常用的有：梯形圖（LadderDiagram，LD）：模仿繼電器邏輯控制電路，直觀易學(xué)。常用符號(hào)：常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、輸出線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器。指令表（InstructionList，IL）：類似匯編語言，以指令代碼形式編寫程序。示例：LDX0（加載輸入X0），OUTY0（輸出到Y(jié)0）。功能塊圖（FunctionBlockDiagram，F(xiàn)BD）：使用功能模塊圖形化設(shè)計(jì)，適合復(fù)雜控制系統(tǒng)。順序功能圖（SequentialFunctionChart，SFC）：描述流程控制的順序結(jié)構(gòu)，適合分步控制邏輯。3.3程序設(shè)計(jì)流程明確控制需求：分析設(shè)備動(dòng)作邏輯。編寫邏輯：根據(jù)控制流程圖設(shè)計(jì)梯形圖或代碼。調(diào)試仿真：使用PLC編程軟件仿真程序?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試：上傳程序到PLC，進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。第四章PLC的常用指令4.1基本邏輯指令與（AND）：

多個(gè)條件需同時(shí)滿足時(shí)，使用邏輯與操作。

梯形圖示例：串聯(lián)多個(gè)常開觸點(diǎn)?；颍∣R）：

只需滿足任一條件，使用邏輯或操作。

梯形圖示例：并聯(lián)多個(gè)常開觸點(diǎn)。非（NOT）：

信號(hào)取反。

梯形圖示例：常閉觸點(diǎn)。4.2數(shù)據(jù)處理指令MOV（傳送指令）：將數(shù)據(jù)從一個(gè)寄存器傳送到另一個(gè)寄存器。CMP（比較指令）：比較兩個(gè)數(shù)值的大小。算術(shù)運(yùn)算：加法（ADD）：D0=D1+D2。減法（SUB）：D0=D1-D2。4.3定時(shí)器與計(jì)數(shù)器定時(shí)器：延遲執(zhí)行或間隔執(zhí)行邏輯。ON延時(shí)（T1）：延遲啟動(dòng)設(shè)備。計(jì)數(shù)器：記錄信號(hào)次數(shù)。向上計(jì)數(shù)（CTU）：累計(jì)計(jì)數(shù)。向下計(jì)數(shù)（CTD）：遞減計(jì)數(shù)。第五章PLC的典型應(yīng)用案例5.1自動(dòng)生產(chǎn)線控制任務(wù)：實(shí)現(xiàn)輸送帶啟動(dòng)與產(chǎn)品分類。

流程：?jiǎn)?dòng)按鈕輸入控制輸送帶運(yùn)行。通過光電傳感器檢測(cè)產(chǎn)品種類并分類。記錄分類數(shù)量并顯示在屏幕上。5.2電梯控制任務(wù)：多樓層電梯