可编程序控制器

可编程序控制器可编程控制器概述

可编程控制器的产生和定义可编程控制器的特点和应用可编程控制器的分类和发展可编程控制器的产生因为继电器逻辑电路配线复杂可编程控制器的产生1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。

1968年，GM公司提出十项设计标准：编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；可直接使用115V交流输入电压；输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；通用性强，扩展方便;能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。可编程控制器的产生1969年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，并应用于GM汽车自动装配线上；日本立石（OMRON）的C系列；日本三菱（MITSUBISHI）的F、F1、F2、FX2系列；日本松下（PANASONIC）的FP1系列；美国通用电气（GE）的GE系列；美国艾论—布拉德利（AB）的PLC-5系列；德国西门子（SIEMENS）的S5、S7系列。可编程控制器的产生什么是PLC？可编程控制器的定义是一种工业控制装置是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。通用叫法中文名称为可编程控制器；英文名称为ProgrammableLogicController，简称PLC。可编程控制器的定义1987年，国际电工委员会（IEC）定义：

“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，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围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。可编程控制器的特点无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强通用性强，控制程序可变，使用方便硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强编程简单，容易掌握系统的设计、安装、调试工作量少维修工作量小，维护方便体积小，能耗低.可编程控制器的应用领域按I/O点数分小型PLCI/O点数为256点以下的为小型PLC

（其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）中型PLCI/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC大型PLCI/O点数为2048以上的为大型PLC

（其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）可编程控制器的类型按结构形式分整体式PLC

将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。西门子公司的S7-200系列,松下FP1系列等可编程控制器的类型模块式PLC

将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。西门子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列,OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H等。

按功能分低档PLC

具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。中档PLC

具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。高档PLC

具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。可编程控制器的类型可编程控制器的发展高性能、高速度、大容量发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。向小型化和大型化两个方向发展小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要。大型化是指大中型PLC向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。可编程控制器的发展大力开发智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。PLC的联网与通信有两类：①PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；②PLC与计算机之间的联网通信。为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。

可编程控制器的发展增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理。而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。

可编程控制器的发展编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。可编程控制器的发展可编程序控制器的结构和工作原理

可编程控制器的组成与基本结构可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的组成与基本结构PLC由硬件系统和软件系统两大部分组成。

PLC的硬件系统由主机系统、输入/输出扩展环节及外部设备组成。

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。

PLC硬件结构系统程序 系统程序由PLC的制造企业编制，固化在PROM或EPROM中，安装在PLC上，随产品提供给用户。系统程序包括系统管理程序、用户指令解释程序和供系统调用的标准程序模块等。2.用户程序用户程序是根据生产过程控制的要求由用户使用制造企业提供的编程语言自行编制的应用程序。用户程序包括开关量逻辑控制程序、模拟量运算程序、闭环控制程序等。软件系统可编程序控制器的工作原理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。一个扫描周期（工作周期）主要分为以下几个阶段：1.输入采样扫描阶段2.执行用户程序扫描阶段3.输出刷新扫描阶段

可编程序控制器的编程语言梯形图(LAD,LadderDiagram)2.语句表(STL,StatementList)3.功能块图(FBD,FunctionBlockDiagram)I0.0()()I0.1Q0.0Q0.0Q0.1()M0.1I0.5I0.3I0.4()Q0.2M0.1(a)(b)LDOA=LD=A=LDNAN=I0.0Q0.0I0.1Q0.0I0.5Q0.1I0.3M0.1I0.4M0.1Q0.2梯形图和指令表功能块图S7-200系列可编程控制器

西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型（超小型）可编程控制器系统。

S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。西门子S7-200CPU模块

CPU技术性能指标7个模块主机及I/O特性输入输出扩展模块当主机单元模板上的I/O点数不够时,或者涉及到模拟量控制时,除了CPU221以外,都可以通过增加扩展单元模板的方法,对输入/输出点数进行扩展.数据存储器输入映像寄存器I（输入继电器）输入继电器是PLC用来接收用户设备输入信号的接口输出映像寄存器Q（输出继电器）输出继电器是用来将输出信号传送到负载的接口变量存储器V变量存储器主要用于存储变量，CPU224/226为V0.0～V5119.7共5KB存储容量内部标志位存储器（中间继电器）M内部标志位存储器，用来保存控制继电器的中间操作状态，其作用相当于继电器控制中的中间继电器特殊标志位存储器SM特殊标志位存储器位提供大量的状态和控制功能定时器T定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用

计数器C计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。高速计数器HC累加器AC顺序控制继电器S（状态元件）模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ）编址方式位编址的指定方式为：（区域标志符）字节号·位号如I0.0；Q0.0；I1.2。字节编址的指定方式为：（区域标志符）B（字节号）如IB0表示由I0.0～I0.7这8位组成的字节。字编址的指定方式为：（区域标志符）W（起始字节号）例如VW0表示由VB0和VB1这2字节组成的字。字编址的指定方式为:（区域标志符）D（起始字节号）例如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字。

寻址方式直接寻址直接寻址是在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称（区域标志）和地址编号，直接到指定的区域读取或写入数据。有按位、字节、字、双字的寻址方式间接寻址间接寻址时操作数并不提供直接数据位置，而是通过使用地址指针来存取存储器中的数据。在S7-200中允许使用指针对I、Q、M、V、S、T、C（仅当前值）存储区进行间接寻址（1）使用间接寻址前，要先创建一个指向该位置的指针。（2）指针建立好后，利用指针存取数据。直接寻址

S7-200的基本指令

位操作类指令

运算指令

数据处理指令

转换指令

表功能指令位操作类指令

1.逻辑取（装载）指令LD/LDN2.触点串联指令A/AN3.触点并联指令O/ON4.置位/复位指令S/R5.边沿触发指令EU/ED

逻辑取（装载）及线圈驱动指令

LD（load）：常开触点逻辑运算的开始。

LDN（loadnot）：常闭触点逻辑运算的开始

=（OUT）：线圈驱动指令。

触点串联指令A/AN指令

A(And)：与操作，表示串联连接单个常开触点。

AN(Andnot)：与非操作，表示串联连接单个常闭触点。

触点并联指令：O（Or）/ON（Ornot）

O：或操作，表示并联连接一个常开触点。

ON：或非操作，表示并联连接一个常闭触点。

网络1LDI0.0OI0.1ONM0.0=Q0.0网络2LDNQ0.0AI0.2OM0.1ANI0.3OM0.2=M0.1注意输出线圈不能串联起动保持停止电路LDI0.0起动I0.0停止I0.1Q0.0OQ0.0ANI0.1=Q0.0010111

置位/复位指令S/R

置位指令S：使能输入有效后从起始位S-bit开始的N个位置“1”并保持。复位指令R：使能输入有效后从起始位R-bit开始的N个位清“0”并保持。网络1LDI0.0SQ0.0,1

网络2LDI0.1RQ0.0,1……边沿触发指令EU/ED上升沿触发指令:EU在EU指令前有一个上升沿时（由OFF→ON）产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲，驱动后面的输出线圈。下降沿触发指令:ED在ED指令前有一个下降沿时（由ON→OFF）产生一个宽度为一个扫描周期的脉冲，驱动其后线圈。

基本位操作指令应用举例

抢答器程序设计

控制任务：有3个抢答席和1个主持人席，每个抢答席上各有1个抢答按钮和一盏抢答指示灯。参赛者在允许抢答时，第一个按下抢答按钮的抢答席上的指示灯将会亮，且释放抢答按钮后，指示灯仍然亮；此后另外两个抢答席上即使在按各自的抢答按钮，其指示灯也不会亮。这样主持人就可以轻易的知道谁是第一个按下抢答器的。该题抢答结束后，主持人按下主持席上的复位按钮（常闭按钮），则指示灯熄灭，又可以进行下一题的抢答比赛。

I/O分配表输入I0.0S0//主持席上的复位按钮I0.1S1//抢答席1上的抢答按钮I0.2S2//抢答席2上的抢答按钮I0.3S3//抢答席3上的抢答按钮输出Q0.1H1//抢答席1上的指示灯Q0.2H2//抢答席2上的指示灯Q0.3H3//抢答席3上的指示灯程序设计

定时器指令

时基按脉冲分，有1ms、10ms、100ms三种定时器。

1ms定时器每隔1ms刷新一次，当扫描周期较长时，在一个周期内可能被多次刷新，其当前值在一个扫描周期内不一定保持一致。

10ms定时器则由系统在每个扫描周期开始自动刷新。由于每个扫描周期内只刷新一次，故而每次程序处理期间，其当前值为常数。

100ms定时器则在该定时器指令执行时刷新。下一条执行的指令，即可使用刷新后的结果，非常符合正常的思路，使用方便可靠。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。

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，PT4.1位操作类指令

有记忆接通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断电延时延时定时器闪烁电路I0.0的常开触点接通后，T37的IN输入端为1状态，T37开始定时。2S后定时时间到，T37的常开触点接通，使Q0.0变为ON，同时T38开始计时。3s后T38的定时时间到，它的常闭触点断开，使T37的IN输入端变为0状态，T37的常开触点断开，Q0.0变为OFF，同时使T38的IN输入端变为0状态，其常闭触点接通，T37又开始定时，以后Q0.0的线圈将这样周期性地“通电”和“断电”，直到I0.0变为OFF，Q0.0线圈“通电”时间等于T38的设定值，“断电”时间等于T37的设定值。

闭

计数器用来累计输入脉冲的次数。计数器也是由集成电路构成，是应用非常广泛的编程元件，经常用来对产品进行计数。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。计数器指令

比较指令

1.字节比较

LDB、AB、OB2.整数比较

LDW、AW、OW3.双字整数比较

LDD、AD、OD

4、实数比较

LDRAR OR比较运算符：==等于、〈小于、〉大于、〈=小于等于、〉=大于等于、〈〉不等于

控制要求：一自动仓库存放某种货物，最多6000箱，需对所存的货物进出计数。货物多于1000箱，灯L1亮；货物多于5000箱，灯L2亮。其中，L1和L2分别受Q0.0和Q0.1控制，数值1000和5000分别存储在VW20和VW30字存储单元中。程序举例6000一、算术运算指令二、逻辑运算指令三、递增、递减指令运算指令LAD功能IN1+IN2=OUTIN1-IN2=OUTIN1+IN2=OUTIN1-IN2=OUT算术运算指令1.整数与双整数加减法指令(INT/DINT)LAD功能IN1*IN2=OUTIN1/IN2=OUTIN1*IN2=OUTIN1/IN2=OUTIN1*IN2=OUTIN1/IN2=OUT整数乘除法指令

LAD功能IN1+IN2=OUTIN1-IN2=OUTIN1*IN2=OUTIN1/IN2=OUT实数加减乘除指令

（1）平方根（SQRT）指令（2）自然对数（LN）指令（3）自然指数（EXP）指令（4）三角函数指令(SIN、COS、TAN)数学函数变换指令注意：SINCOSTAN的操作数为弧度值。逻辑运算指令

1.逻辑与指令（WAND）

2.逻辑或运算（WOR）3.逻辑异或指令（WXOR）4.取反指令（INV）运算规则：与或异或取反递增、递减指令

字节增和字节减

字增和字减

双字增和双字减

原理：用于使能输入有效时，输入数IN加1或减1,得到的结果通过OUT指定的存储器单元输出。食品加工厂对饮料生产线上的盒装饮料进行计数，每24盒为一箱，要求能记录生产的箱数。增减指令的应用

数据传送指令

移位指令

数据处理指令数据传送指令

1.单一传送

MOV2.块传送

BLKMOV单一传送

MOV指令可用用来传送单个数据，数据类型可以是字节、字、双字、实数。块传送

BLKMOV指令可用来进行一次多个（最多255个）数据的传送，数据块类型可以是字节块、字块、双字块。N的范围为1至255

举例：移位指令

左移位和右移位

循环左移位、循环右移位

寄存器移位

左移位和右移位（1）左移位指令（SHL）原理：使能输入有效时，将输入IN的无符号数字节、字或双字中的各位向左移N位后（右端补0），将结果输出到OUT所指定的存储单元中，如果移位次数大于0，最后一次移出位保存在“溢出”存储器位SM1.1（2）右移位指令(SHR)

原理：使能输入有效时，将输入IN的无符号数字节、字或双字中的各位向右移N位后，将结果输出到OUT所指定的存储单元中，移出位补0，最后一移出位保存在SM1.1循环左移位、循环右移位循环左移（ROL）和循环右移（ROR）移位特点：移位数据存储单元的移出端与另一端相连，同时又与SM1.1（溢出）相连，所以最后被移出的位被移到另一端的同时，也被放到SM1.1位存储单元。例如在循环右移时，移位数据的最右端位移入最左端，同时又进入SM1.1。SM1.1始终存放最后一次被移出的位。字循环右移3次举例：转换指令

1、数据类型转换指令

2、编码和译码指令

3、七段译码指令

4、字符串转换指令

数据类型转换字节型数据与字整数之间转换的指令

字整数与双字整数之间的转换

BCD码与整数之间的转换的指令格式

编码和译码指令

1.编码ENCO，编码指令。使能输入有效时，将字型输入数据IN的最低有效位（值为1的位）的位号输出到OUT所指定的字节单元的低4位。指令格式：

ENCO IN,OUT译码DECO，译码指令。使能输入有效时，将字节型输入数据IN的低4位所表示的位号对OUT所指定的字单元的对应位置1，其他位置0。指令格式：

DECO IN,OUT七段译码指令

SEG，七段码指令。使能输入有效时，将字节型输入数据IN的低4位有效数字产生相应的七段码，并将其输出到OUT所指定的字节单元。IN:0、1、2、。。。。。。。15（F）字节：16#0016#01

16#0F结果：2#01111000abcdefg字符串转换指令

（1）ASCII码转换16进制指令

ATH（2）16进制到ASCII码

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