plc第四章总结

第四章
1.PLC 的定义
答：1969年诞生时被称为可编程序逻辑控制器，简称PLC (Programmable Logic Controller)。

70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，称其为可编程序控制器，简称 PC (Programmable Controller)但由于PC容易和个人计算机相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。

可编程序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。

它采用了可编程序的存储器，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，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

2.可编程控制器的特点
答：通用性、灵活性强，控制系统具有良好的柔性和可扩展;
编程简单，使用方便，控制系统易于实现，开发工作量少，周期短;
接线简单，安装、调试工作量少;
抗干扰能力强、可靠性高，维修方便;
性能价格比高、体积小、重量轻、能耗低、成本低、容量大、功能强;
3.PLC与其他工业控制系统的比较
答：PLC与继电器比较：
继电器控制采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的功能。

PLC控制只要改变程序并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的改变。

从适应性、可靠性及设计、安装、维护等各方面进行比较。

传统的继电器控制大多数将被PLC所取代。

与工业计算机比较
工业控制要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力。

PLC采用了工厂技术人员熟悉的梯形图语言编程，易学易懂，便于推广应用。

PLC是专为工业现场应用而设计的，具有更高的可靠性。

在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境中，工业控制机则更能发挥其专长。

4.可编程控制器的分类
答：按I/O点数分和存储器容量分小型PLC，中型PLC，大型PLC；按结构形式分整体式PLC；模块式PLC；叠装式PLC；按功能分低档PLC，中档PLC，高档PLC
5.可编程控制器的性能指标
答：I/O点数；存储器容量；扫描速度；内部寄存器；指令系统；特殊功能及模块；工作环境
6.可编程序控制器的应用
答：开关逻辑和顺序控制；模拟控制；数据采集与监控；运动控制；过程控制；数据处理；
通信联网及集散控制；应用例子：工厂自动化；包裹运输；停车场；农场；
7.PLC技术发展动向
答：1）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。

2）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，有的公司已使用了硬盘。

3）编程语言多样化向、标准化靠拢：
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。

4）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。

5）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。

6）控制与管理功能一体化
在一台控制器上同时实现控制功能和信息处
理功能。

PLC产品广泛采用计算机信息处理技术、网
络通信技术和图形显示技术，使得PLC系统
的生产控制功能和信息管理功能融为一体，
进一步提高了PLC的功能，更好地满足了现
代化大生产的控制与管理的需要。

美国A-B公司的新产品PYRAMID
INTEGRAT OR，首次将PLC、机器视觉和信
息处理器结合在一起，具有基础自动化、过
程自动化以及信息管理等多层次功能，适用
于工业自动化系统。

8.可编程控制器由哪几部分组成？
答：硬件和软件
硬件有CPU，存储器，I/O口，编程器，电
源；软件有系统程序，用户程序；
9.中央处理单元（CPU）
答：中央处理单元是PLC的核心部件，采用
8位、16位或更高级的单片机或通用微处理
器，负责完成逻辑运算、数字运算以及协调
系统内各部分的工作。

它在系统程序的管理
下运行，主要功能有：接受并存储由编程器
键入的用户程序和数据；诊断电源故障以及
用户程序的语法错误；读取输入状态和数据
并存储到相应的存储区；读取用户程序指令，
解释执行用户程序，完成逻辑运算、数字运
算、数据传递等任务，刷新输出映像，将输
出映像内容送至输出单元。

10.存储器单元
答：PLC的存储器单元分成两个部分：系统
程序存储器（ROM）；用于存放PLC生产厂
家编写的系统程序，系统程序在出厂时已经
被固化在PROM或EPROM中。

用户程序
存储器（RAM）。

可分为程序存储区和数据
存储区，程序存储器用于存放用户编写的控
制程序，数据存储区存放的是程序执行过程
中所需要的或者所产生的中间数据。

这类存
储器一般由低功耗的CMOS-RAM构成，其
中的存储内容可读出并更改。

掉电会丢失存
储的内容，一般用锂电池来保持。

注意： PLC产品手册中给出的“存储器类型”
和“程序容量”是针对用户程序存储器而言
的。

11.电源单元
答：电源单元将外界提供的电源转换成PLC
的工作电源后，提供给PLC。

PLC一般采用
AC220V 电源，经整流、滤波、稳压后可变
换成供PLC 的CPU 、存储器等电路工作
所需的直流电压，有的 PLC 也采用 DC24V
电源供电。

为保证 PLC 工作可靠，大都采
用开关型稳压电源。

有的 PLC 还向外部提
供24V 直流电源。

电源单元还提供掉电保护电路和后备电池电
源，以维持部分RAM存储器的内容在外界
电源断电后不会丢失。

在面板上通常有发光
二极管（LCD）指示电源的工作状态，便于
判断电源工作是否正常。

12.输入输出单元与接口单元
答：PLC的输入、输出单元也叫I/O单元，
对于模块式的PLC来说，I/O单元以模块形
式出现，所以又称为I/O模块。

I/O单元是
PLC与工业现场的接口，现场信号与PLC之
间的联系通过I/O单元实现。

工业现场的输入和输出信号包括数字量和模
拟量两类，因此I/O单元也有数字I/O和模
拟I/O两种，前者又称为DI/DO，后者又称
为AI/AO。

PLC的输入、输出单元还应包括
一些功能模块，所谓功能模块就是一些智能
化了的输入和输出模块。

13.输入单元——带光电隔离电路
答：多种辅助电源类型：AC电源DC24V输
入；DC电源DC24V输入；DC电源DC12V
输
入
接收开关量及数字量信号（数字量输入单
元）；
接收模拟量信号（模拟量输入单元）；
接收按钮或开关命令（数字量输入单元）；
接收传感器输出信号。

14.输入接口电路：
答：作用：是把现场的开关量信号变成PLC
内部处理的标准信号。

接口接受的外信号电
源有直流输入、交流输入和交流/直流输入。

如图所示：下面
输入接口中都有滤波电路及光耦合隔离电
路，滤波有抗干扰的作用，耦合有抗干扰及
产生标准信号的作用。

15.输出接口电路
答：作用：将PLC内部标准信号转换成现场
执行机构所需的开关量信号。

⑴继电器型：可用于交流及直流两种电源，
但接通断开的频率低。

⑵晶体管型：输出接口有较高的接通断开频
率，但只适用于直流驱动的场合。

⑶晶闸管型：仅适用于交流驱动场合。

①各类输出接口中也都具有隔离耦合电路。

②特别注意：输出接口本身都不带电源，而
且在考虑外驱动电源时，还需考虑输出器件
的类型。

16.输入/输出（I/O ）点数：
答：● PLC 的I / O 点数是指PLC 的I/O 接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数的总和。

● I/O 点数是选择PLC 的重要依据之一●当I/O 点数不够时，可通过PLC 的I/O 扩展接口对系统进行扩展。

17.模拟量输入接口
答：作用：把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合PLC 内部处理的由若干位二进制数字表示的信号。

模拟量输入接口只接受
标准模拟信号。

18.模拟量输出接口
答：作用：将PLC 运算处理后的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出。

模拟量输出接口一般由光电隔离、D/A 转换和信号驱动等环节组成。

19.外部设备
答：外部设备接口是在主机外壳上与外部设备配接的插座，通过电缆线可配接编程器、计算机、打印机、 EPROM 写入器、触摸屏等。

PLC 的外部设备种类很多，可以概括为以下四类：
编程设备；有简易编程器和智能图形编程器两种，用于编程、对系统作一些设定及监控 PLC 和 PLC 所控制系统的工作状况等。

是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。

监控设备；将现场数据动态实时显示出来，以便操作人员随时掌握系统运行的情况。

存储设备；用于保存用户数据，避免程序丢失。

输入输出设备：用于接受信号和输出信号的专用设备。

20.I/O 扩展接口——采用并行通讯方式 答：扩展I/O 模块；扩展位置控制模块（如F2-30GM ）；扩展通讯模块（如FX-232A W 等）；扩展模拟量控制模块（如FX-2DA 、FX-4AD 等）。

21.I/O 扩展接口：用来扩展输入、输出点数。

当用户输入、输出点数超过主机的范围时，可通过 I/O 扩展接口与 I/O 扩展单元相接，以扩充 I/O 点数。

智能输入输出接口① PID 控制单元② 高速计数器工作单元③ 温度控制单元等 特点：① 大多是独立的工作单元。

② 一般带有单独的CPU 。

③ 有专门的处理能力。

通讯及编程接口——采用RS-485或RS-422串行总线。

连接专用编程器（FX-20P 、FX-10P ）；
连接个人电脑（PC ），实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设。

22.可编程控制器的软件基础
答：PLC 是一种通用的、商业化的工业控制计算机，与个人计算机相仿，用户程序必须在系统程序的管理下才能运行。

23
24.系统监控程序
答：系统管理程序：是监控程序中最重要的部分，它管理了可编程控制器的运行。

它包括：
1、运行管理：控制PLC 的运行时间管理，如何时输入、输出、运算、自检和通信等；
2、存储空间管理，即生成用户元件：它规定各种参数、程序的存放地址、将用户使用的数据参数地址转化为实际的数据格式及物理存放地址。

它将有限的资源变为用户可以很方便地、实际使用的元件，例如，它可以将有限个数的时钟计数器扩展为几十上百个用户时钟和计数器。

通过这部分程序，用户看到的就不是实际机器的存储地址、输入输出端口和时钟了。

3、内部自检程序：包括系统出错检验、用户语法、句法检验、看门狗的监控和复位等。

用户指令解释程序：PLC 一般采用梯形图或语句表来编程，再通过用户指令解释程序，将简单易懂的梯形图程序转变为机器能懂的语言，如机器语言，继而执行。

这样就大大地降低了PLC 用户的进入门槛，使得不懂计算机编程语言，但又熟悉电气控制的人可以迅速掌握PLC 的编程。

标准模块和系统调用：这部分由许多独立的程序模块组成，各自完成不同的功能，如输入、输出，特殊运算等。

PLC 的各种具体工作都是由这部分程序完成，它决定了PLC 的性能。

25：用户应用程序
答：用户程序：是由用户根据具体生产任务的要求二编写的，能够完成系统控制任务的指令序列。

它存放于监控程序指定的存储区域，其最大容量由所使用的PLC 设备的具体型号，即监控程序所限 :
26：PLC 的几种编程语言与国际标准
答：PLC 的设计和生产至今尚无国际统一标准，不同厂家的PLC 所用指令集和符号不尽相同，但它们的基本编程元件和功能、梯形图语言的基本结构和编程形式有许多共同之处，大同小异。

1994年5月，IEC 颁布了可编程序控制器标准(IECll31) ，包括：通用信息、设备与测试要求、编程语言、用户指南和通信等。

其中的第三部分(IECll31-3) 为编程语言标准，标准中规定了五种标准语言：(1) 梯形图(Ladder Diagram)(2) 指令表(Instrction List) (3) 顺序功能图(Sequential Function Chart)(4) 功能块图(Function Block
Diagram) (5) 结构文本(structured T ext) 。

27.梯形图语言(Ladder Diagram)
答：梯形图是在原继电器—接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。

由触点、线圈和用方框表示的功能块
所构成。

它是目前用得最多的PLC 编程语言。

注意：梯形图表示的并不是一个实际电路而只是一个控制程序，其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系，即所谓“软接线”。

特点：1）沿用继电器这一名称，但不是真实继电器，而是软件中编程元件。

所以称为“软器件”。

每个“软继电器”仅对应PLC 存储单元中的一位。

该位状态为“1”时，对应的继电器线圈接通，其常开触点闭合、常闭触点断开；状态为“0”时，对应的继电器线圈不通，其常开、常闭触点保持原态。

2）假想的“能流”(Power Flow)，从左向右流动。

3）逻辑解算从左至右，从上至下。

4）线圈放在
最右边，触点可无限次使用。

28.指令助记符语言(Instrction List)
答：助记符语言类似于计算机汇编语言。

用一些简洁易记的文字符号表达PLC 的各种指令。

同一厂家的PLC 产品，其助记符语言与梯形图语言是相互对应的，可互相转换。

助记符语言常用于手持编程器中，梯形图语言则多用于计算机编程环境中。

29.顺序功能图(SFC)
答：
30.结构文本(structured T ext)
答：结构文本(sT)是为IECll31—3标准创建的一种专用的高级编程语言。

与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。

31.可编程控制器的工作原理
答：扫描工作方式：当PLC 运行时，需要进行众多的操作而PLC 的CPU 不可能同时 去执行多个操作，每一刻只能执行一个操作 。

解决的办法：采用分时操作原理。

由于CPU 的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC 外部出现的结果似乎是同时完成的。

PLC 对许多需要处理的任务依次按规定顺序进行访问和处理的工作方式称为扫描工作方式。

扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行程序，直到程序结束。

然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。

可编程控制器是基于电子计算机的工业控制器，从PLC 产生的背景来看，PLC 系统与继电器控制系统有着极深的渊源，因此可以比照着继电器系统来学习PLC 的工作原理。

PLC 控制系统由输入部分、逻辑部分和输出部分组成，各部分的功能为：
输入部分：收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。

逻辑部分：处理输入部分取得的信息，并按照被控对象实际的动作要求作出反映。

输出部分：提供正在被控制的许多装置中，
哪几个设备需要实时操作处理。

32.PLC 的五个工作阶段 答
：
33.扫描周期
答：整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期。

T =自检时间+读入一点时间×输入点数+程序步数×运算速度+输出一点时间×输出点数。

扫描周期与CPU 运行速度、PLC 硬件配置及用户程序长短有关。

典型值为1～100ms ，现代高速PLC 可以达到0.1ms 或更高。

34.PLC 的五个工作阶段 答：内部服务包括：1、初始化程序：清零各标志接寄存器、输入/输出映像寄存器、各计数器，复位定时器等，为PLC 开始正常工作做好准备；2、CPU 自诊断：包括检查电源电压是否正常、I/O 单元的连接是否正常、用户程序是否存在语法错误、对监控定时器（看门狗WDT ）定期复位等； 通信信息处理：完成网络及总线上其它设备的通信，响应编程器的输入命令、更新编程器或显示器、以及监控设备的显示；
输入刷新；顺序读入所有输入端的状态，并将之存入输入映像寄存器（刷新），接着进入程序执行阶段。

在程序执行时，如果输入映像寄存器与外界隔离，即使输入信号发生改变，其映像寄存器的内容也不会不会，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段信息才能被读入，输入映像寄存器才被刷新；
用户程序执行；按照从左至右，从上至下的原则，逐句扫描，执行程序，期间需要用到输入映像寄存器、输出映像寄存器的相应状态。

；
输出刷新；程序执行完毕后，将输出映像寄存器的状态转存到输出锁存器，通过隔离电路驱动功率放大电路使输出端向外界输出控制信号，驱动外部负载。

我们常常将以上3个基本阶段称为PLC 处于运行状态时的运行周期。

35.信号传递过程(从输入到输出)
答：c. 紧接着的输出刷新阶段---将输出映像寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递输出端子，
从而控制外接器件动作。

36.PLC 扫描工作方式的特点(集中采样、集中输出的优点)
答：1）提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性
PLC 工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，串行工作避免了继电接触控制中的触点竞争和时序失配问题，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。

2）集中采样、集中输出的缺点 降低了系统的响应速度 PLC 输入／输出响应滞后：当PLC 输入端输入信号发生变化到PLC 输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间。

对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。

注意：这种响应滞后不仅是由于PLC 扫描工作方式造成，更主要是PLC 输入接口滤波环节对于小型PLC: I/O 点数较少、用户程序较
短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式；
带来的输入延迟和输出接口中驱动器件动作时间带来输出延迟，还与程序设计有关。

而对于大中型PLC: I/O 点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，采用定期采样、定期输出方式或中断输入、输出方式以及采用智能I/O 接口等多种方式 37.PLC 控制与继电器控制的区别 答：⑴ 组成器件不同：继电器控制线路是许多真正的硬件继电器组成，而梯形图则由许多所谓“软继电器”组成。

⑵ 触点数量不同：硬继电器的触点数量有限，用于控制的继电器的触点数一般只有4～8对；而梯形图中每个“软继电器”供编程使用的触点数有无限对。

⑶ 实施控制的方法不同：在继电器控制线路中，实现某种控制是通过各种继电器之间硬接线解决的。

而PLC 控制是通过梯形图即软件编程解决的。

⑷ 工作方式不同：在继电器控制线路中，采用并行工作方式；而在梯形图的控制线路中，采用串行工作方式。

38.PLC 的控制结果有一定的特殊性：
⑴ 输入/输出滞后现象：与PLC 的集中输入集中刷新、程序循环执行、输入滤波器造成的时间常数、输出继电器机械滞后以及程序设计不当的附加影响等有关。

⑵多重输出时的处理：关于步进梯形图多重输出的情况，将在后面具体讲述的PLC 指令时予以介绍。

39.I/O 滞后现象的原因
答：1）输入滤波器有时间常数 2）输出继电器有机械滞后 3）PC 循环操作时，进行公共处理、I/O 刷新和执行用户程序等产生扫描周期 4）程序语句的安排，也影响响应时间 40.PLC 输入输出响应时间
答：
说明:在第三个扫描周期的程序执行阶段，由于Ｙ１的接通使Ｙ０接通，可见从外部输入触点接通到Ｙ０驱动的负载接通，程序执行阶段，响应延迟达两个多扫描周期。

功能块图(FBD)
答：功能块图类似于数字电路中的逻辑电路
的图形表示。