第一章 ?可編程控制器簡介

可編程序控制器，英文稱Programmable Controller，簡稱PC。但由于PC容易和個人計算機（Personal Computer）混淆，故人們仍習慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統裝置，專為在工業現場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時/計數和算術運算等操作指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。PLC是微機技術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點，又照顧到現場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于生產實踐。

一、PLC的結構及各部分的作用

????PLC的類型繁多，功能和指令系統也不盡相同，但結構與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入/輸出接口、電源擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。PLC的硬件系統結構如下圖所示：

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ?圖1-1-1

1、主機

主機部分包括中央處理器（CPU）、系統程序存儲器和用戶程序及數據存儲器。CPU是PLC的核心，它用以運行用戶程序、監控輸入/輸出接口狀態、作出邏輯判斷和進行數據處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規定的各種操作，將結果送到輸出端，并響應外部設備（如電腦、打印機等）的請求以及進行各種內部判斷等。PLC的內部存儲器有兩類，一類是系統程序存儲器，主要存放系統管理和監控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數據存儲器，主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數據和中間結果。

2、輸入/輸出（I/O）接口

I/O接口是PLC與輸入/輸出設備連接的部件。輸入接口接受輸入設備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關等）的控制信號。輸出接口是將主機經處理后的結果通過功放電路去驅動輸出設備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。I/O點數即輸入/輸出端子數是PLC的一項主要技術指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千點。

3、電源

????圖中電源是指為CPU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配置的直流開關穩壓電源，通常也為輸入設備提供直流電源。

4、編程

????編程是PLC利用外部設備，用戶用來輸入、檢查、修改、調試程序或監示PLC的工作情況。通過專用的PC/PPI電纜線將PLC與電腦聯接，并利用專用的軟件進行電腦編程和監控。

5、輸入/輸出擴展單元

I/O擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數的擴展單元與基本單元（即主機）連接在一起。

6、外部設備接口

此接口可將打印機、條碼掃描儀,變頻器等外部設備與主機相聯，以完成相應的操作。

實驗裝置提供的主機型號有西門子S7-200系列的CPU224(AC/DC/RELAY)。輸入點數為14，輸出點數為10；CPU226(AC/DC/RELAY)，輸入點數為26，輸出點數為14。

二、PLC的工作原理

PLC是采用“順序掃描，不斷循環”的方式進行工作的。即在PLC運行時，CPU根據用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執行用戶程序，直至程序結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態的刷新等工作。

PLC的一個掃描周期必經輸入采樣、程序執行和輸出刷新三個階段。

PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序將所有暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態或輸入數據讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態寄存器中，即刷新輸入。隨即關閉輸入端口，進入程序執行階段。

PLC在程序執行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執行每條指令，經相應的運算和處理后，其結果再寫入輸出狀態寄存器中，輸出狀態寄存器中所有的內容隨著程序的執行而改變。

輸出刷新階段：當所有指令執行完畢，輸出狀態寄存器的通斷狀態在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅動相應輸出設備工作。

三、PLC的程序編制

編程元件

????PLC是采用軟件編制程序來實現控制要求的。編程時要使用到各種編程元件，它們可提供無數個動合和動斷觸點。編程元件是指輸入寄存器、輸出寄存器、位存儲器、定時器、計數器、通用寄存器、數據寄存器及特殊功能存儲器等。

?PLC內部這些存儲器的作用和繼電接觸控制系統中使用的繼電器十分相似，也有“線圈”與“觸點”，但它們不是“硬”繼電器，而是PLC存儲器的存儲單元。當寫入該單元的邏輯狀態為“1”時，則表示相應繼電器線圈得電，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。所以，內部的這些繼電器稱之為“軟”繼電器。

S7-200系列CPU224、CPU226部分編程元件的編號范圍與功能說明如下表所示

表1-1-1

2、編程語言

????所謂程序編制，就是用戶根據控制對象的要求，利用PLC廠家提供的程序編制語言，將一個控制要求描述出來的過程。PLC最常用的編程語言是梯形圖語言和指令語句表語言，且兩者常常聯合使用。

梯形圖（語言）

梯形圖是一種從繼電接觸控制電路圖演變而來的圖形語言。它是借助類似于繼電器的動合、動斷觸點、線圈以及串、并聯等術語和符號，根據控制要求聯接而成的表示PLC輸入和輸出之間邏輯關系的圖形，直觀易懂。

梯形圖中常用?圖形符號分別表示PLC編程元件的動合和動斷觸點；

用 （ ） 表示它們的線圈。梯形圖中編程元件的種類用圖形符號及標注的字母或數加以區別。觸點和線圈等組成的獨立電路稱為網絡，用編程軟件生成的梯形圖和語句表程序中有網絡編號，允許以網絡為單位給梯形圖加注釋。

????梯形圖的設計應注意到以下三點：

????①梯形圖按從左到右、自上而下地順序排列。每一邏輯行（或稱梯級）起始于左母線，然后是觸點的串、并聯接，最后是線圈。

????②梯形圖中每個梯級流過的不是物理電流，而是“概念電流”，從左流向右，其兩端沒有電源。這個“概念電流”只是用來形象地描述用戶程序執行中應滿足線圈接通的條件。

????③輸入寄存器用于接收外部輸入信號，而不能由PLC內部其它繼電器的觸點來驅動。因此，梯形圖中只出現輸入寄存器的觸點，而不出現其線圈。輸出寄存器則輸出程序執行結果給外部輸出設備，當梯形圖中的輸出寄存器線圈得電時，就有信號輸出，但不是直接驅動輸出設備，而要通過輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實現。輸出寄存器的觸點也可供內部編程使用。

2）指令語句表

????指令語句表是一種用指令助記符來編制PLC程序的語言，它類似于計算機的匯編語言，但比匯編語言易懂易學，若干條指令組成的程序就是指令語句表。一條指令語句是由步序、指令語和作用器件編號三部分組成。

下例為PLC實現三相鼠籠電動機起/停控制的兩種編程語言的表示方法：

?KM ?I0.0?I0.1 Q0.0 ?步序 ??指令語 ???器件號

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第二章 ?基本指令簡介

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S7-200的SIMATIC基本指令簡表：

?????(其他指令見附表)

一、標準觸點指令

LD動合觸點指令，表示一個與輸入母線相連的動合觸點指令，即動合觸點邏輯運算起始。

LDN動斷觸點指令，表示一個與輸入母線相連的動斷觸點指令，即動斷觸點邏輯運算起始。

A 與動合觸點指令，用于單個動合觸點的串聯。

AX 與非動斷觸點指令，用于單個動斷觸點的串聯。

O 或動合觸點指令，用于單個動合觸點的并聯。

ON 或非動斷觸點指令，用于單個動斷觸點的并聯。

LD、LDN、A、AN、O、ON觸點指令中變量的數據類型為布爾(BOOC)型。LD、LDN兩條指令用于將接點接到母線上，A、AN、O、ON指令均可多次重復使用，但當需要對兩個以上接點串聯連接電路塊的并聯連接時，要用后述的OLD指令。

例子：

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二、串聯電路塊的并聯連接指令OLD

兩個或兩個以上的接點串聯連接的電路叫串聯電路塊。串聯電路塊并聯連接時，分支開始用LD、LDN指令，分支結束用OLD指令。OLD指令與后述的ALD指令均為無目標元件指令，而兩條無目標元件指令的步長都為一個程序步。OLD有時也簡稱或塊指令。

三、并聯電路的串聯連接指令ALD

兩個或兩個以上接點并聯電路稱為并聯電路塊，分支電路并聯電路塊與前面電路串聯連接時，使用ALD指令。分支的起點用LD、LDN指令，并聯電路結束后，使用ALD指令與前面電路串聯。ALD指令也簡稱與塊指令，ALD也是無操作目標元件，是一個程序步指令。

四、輸出指令 =

1、= 輸出指令是將繼電器、定時器、計數器等的線圈與梯形圖右邊的母線直接連接，線圈的右邊不允許有觸點，在編程中，觸點以重復使用，且類型和數量不受限制。

五、置位與復位指令S、R

S為置位指令，使動作保持；R為復位指令，使操作保持復位。從指定的位置開始的N個點的寄存器都被置位或復位,N=1～255如果被指定復位的是定時器位或計數器位,將清除定時器或計數器的當前值。

六、跳變觸點EU,ED

正跳變觸點檢測到一次正跳變(觸點的入信號由0到1)時,或負跳變觸點檢測到一次負跳變(觸點的入信號由1到0)時,觸點接通到一個掃描周期.正/負跳變的符號為EU和ED,他們沒有操作數,觸點符號中間的”P”和”N”分別表示正跳變和負跳變

七、空操作指令NOP

NOP指令是一條無動作、無目標元件的一個序步指令。空操作指令使該步序為空操作。用NOP指令可替代已寫入指令，可以改變電路。在程序中加入NOP指令，在改動或追加程序時可以減少步序號的改變。

八、程序結束指令END

END是一條無目標元件的一序步指令。PLC反復進行輸入處理、程序運算、輸出處理，在程序的最后寫入END指令，表示程序結束，直接進行輸出處理。在程序調試過程中，可以按段插入END指令，可以按順序擴大對各程序段動作的檢查。采用END指令將程序劃分為若干段，在確認處于前面電路塊的動作正確無誤之后，依次刪去END指令。要注意的是在執行END指令時，也刷新監視時鐘。

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第三章 ?可編程控制器梯形圖編程規則

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一、編程的幾個步驟

（一）決定系統所需的動作及次序。

????當使用可編程控制器時，最重要的一環是決定系統所需的輸入及輸出。輸入及輸出要求：

第一步是設定系統輸入及輸出數目。

第二步是決定控制先后、各器件相應關系以及作出何種反應。

（二）對輸入及輸出器件編號

????每一輸入和輸出，包括定時器、計數器、內置寄存器等都有一個唯一的對應編號，不能混用。

（三）畫出梯形圖。

????根據控制系統的動作要求，畫出梯形圖。

????梯形圖設計規則

（1）觸點應畫在水平線上，并且根據自左至右、自上而下的原則和對輸出線圈的控制路徑來畫。

（2）不包含觸點的分支應放在垂直方向，以便于識別觸點的組合和對輸出線圈的控制路徑。

（3）在有幾個串聯回路相并聯時，應將觸頭多的那個串聯回路放在梯形圖的最上面。在有幾個并聯回路相串聯時，應將觸點最多的并聯回路放在梯形圖的最左面。這種安排，所編制的程序簡潔明了，語句較少。

（4）不能將觸點畫在線圈的右邊。

（四）將梯形圖轉化為程序

????把繼電器梯形圖轉變為可編程控制器的編碼，當完成梯形圖以后，下一步是把它的編碼編譯成可編程控制器能識別的程序。

????這種程序語言是由序號（即地址）、指令（控制語句）、器件號（即數據）組成。地址是控制語句及數據所存儲或擺放的位置，指令告訴可編程控制器怎樣利用器件作出相應的動作。

（五）在編程方式下用鍵盤輸入程序。

（六）編程及設計控制程序。

（七）測試控制程序的錯誤并修改。

（八）保存完整的控制程序。