PLC安装编程指导.docx

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PLC安装编程指导

第二章PLC安装编程指导

可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

一.PLC的由来

在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。

当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。

随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。

为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：

1.编程方便，现场可修改程序；

2.维修方便，采用模块化结构；

3.可靠性高于继电器控制装置；

4.体积小于继电器控制装置；

5.数据可直接送入管理计算机；

6.成本可与继电器控制装置竞争；

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，接触器等；

9.在扩展时，原系统只要很小变更；

10.用户程序存储器容量至少能扩展到4K。

1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车

自动装配线上试用，获得了成功。

这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用

到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。

这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。

1971

日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。

1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。

我国从1974年开始研制。

于1977年开始工业应用。

二.PLC的定义

PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。

为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（NationalElectricalManufactoryAssociation）经

过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（ProgrammableController）,并给PC作了如下定义：

“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。

用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。

一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。

”

以后国际电工委员会（IEC）又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,

并在1987年2月通过了对它的定义：

“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,

顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

”

总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。

它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。

但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。

三.PLC的特点

一.PLC的主要特点

（一）高可靠性

（二）丰富的I/O接口模块

（三）采用模块化结构

（四）编程简单易学

（五）安装简单，维修方便

PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。

使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。

各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。

由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。

二.PLC的功能

（一）逻辑控制

（二）定时控制

（三）计数控制

（四）步进（顺序）控制

（五）PID控制

（六）数据控制

PLC具有数据处理能力。

（七）通信和联网

（八）其它

PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：

定位控制模块，CRT模块。

四.PLC的基本结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图所示：

一.中央处理单元（CPU）

中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。

它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当PLC投入运行时，首先它

以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

二.存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

（一）PLC常用的存储器类型

1.RAM（RandomAssessMemory）

这是一种读/写存储器（随机存储器），其存取速度最快，由锂电池支持。

2.EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory）

这是一种可擦除的只读存储器。

在断电情况下，存储器内的所有内容保

持不变。

（在紫外线连续照射下可擦除存储器内容）。

3.EEPROM（ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory）

这是一种电可擦除的只读存储器。

使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。

（二）PLC存储空间的分配

虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理

其存储空间一般包括以下三个区域：

Ø系统程序存储区

Ø系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）

Ø用户程序存储区

1.系统程序存储区

在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。

包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。

由制造

厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。

它和硬件一起决定了该PLC的性能。

2.系统RAM存储区

系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如：

Ø逻辑线圈

Ø数据寄存器

Ø计时器

Ø计数器

Ø变址寄存器

Ø累加器

等存储器。

（1）I/O映象区由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。

因此，它需要一定数量的存储单元（RAM）以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区。

一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit）。

因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：

Ø开关量I/O映象区

Ø模拟量I/O映象区

（2）系统软设备存储区

除了I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。

该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC断电时，数据被清零。

1）逻辑线圈

与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。

另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。

2）数据寄存器

与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字（16bits）。

另外，PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。

3）计时器

4）计数器

3.用户程序存储区

用户程序存储区存放用户编制的用户程序。

不同类型的PLC，其存储容量各不相同。

三.电源

PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。

如果没有一个良好的、

可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

五.PLC的工作原理

最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：

Ø继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。

ØPLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技

术。

这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。

一.扫描技术

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

（一）输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

（二）用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

（三