第1章 施耐德PLC概述

PLC主要有以下特点： 1．可靠性高 PLC用软件代替继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器，接线 可以减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了触点接触不良的可能 性。 2．抗干扰能力强 I/O设计具有完善的通道保护和多种形式的滤波电路，以抑止高频干扰， 削弱各模块之间的干扰影响。在系统的输入/输出回路中，采用光电隔离等措 施可有效防止回路间的信号干扰。 3．编程简单、系统设计修改调试方便 PLC采用软件方法取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、 计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线大大简化。 4．模块化结构、通用性强，维护简单、维修方便 PLC产品系列化、标准化、模块化，用户可根据实际需求灵活选择，无需 用户自己再进行设计和制作硬件装置。
常用的PLC性能指标包含下列几个方面： 1．工作速度 工作速度是指CPU执行指令的速度以及对急需处理的输入信号的响应速度。 2．输入/输出点数 输入/输出点数表示PLC组成控制系统时的最大规模，代表PLC的控制能力。 3．内存容量 PLC内部所使用的存储器，按其用途一般可以分为系统程序存储器、用户程 序存储器、内部数据存储器。 4．指令系统 PLC有多少条指令，各条指令又具有什么功能，是了解与使用PLC的重要方 面。 5．支持软件 PLC的控制软件根据生产厂家、型号的不同有所区别，但总体上来说，可以 分为系统程序和应用程序2大部分。 （1）系统程序 系统程序是指控制PLC系统自身运行的控制程序，它是不向用户开放的。 （2）应用程序 应用程序是指PLC用户根据各种控制要求和控制条件而编写的用户控制程序。
2．按功能分类 根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。 （1）低档PLC 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。 （2）中档PLC 中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/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。 （3）高档PLC 高档PLC除具有中低档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、 位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。
3．I/O部件 I/O部件是CPU与现场仪表、执行机构和其他智能设备之间的连接部件。I/O 部件包括输入模块和输出模块。 而且与内部计算机电路通过光耦元件隔离，如图1-1所示。
4．电源 PLC使用交流220V电源（AC220V）或直流24V电源（DC24V）。PLC内部电 源主要是向其内部的TTL集成电路与运算放大器等部件提供工作电源，将外部输 入转换为DC5V、DC±12V、DC±15V、DC24V等不同电压。 PLC基本结构框图如图1-2所示。
Unity系列PLC是统一的、互补的PLC平台的系列标志，如图1-6所示。
Unity系列主要包括以下4个软件： （1）Unity Pro是贯穿整个产品周期的一体化软件，包括从编程到调试，从 操作到维护的各个阶段。 （2）Unity Studio为多种应用的项目管理量身定做，使用图形编辑器 Microsoft Visio，Unity Studio可以形象的描述功能过程。 （3）Unity Application Generator（UAG）是用于过程应用程序设计的专用软 件。 （4）Unity Developer’S Editor（UDE）是使用VBA、VB或C++语言的专用软 件。
3．按I/O点数分类 根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型3类。 （1）小型PLC 小型PLC一般I/O点数小于256点，单CPU，8位或16位处理器，用户存储器 容量4KB以下，适合于单机控制或小型系统的控制。 （2）中型PLC 中型PLC一般I/O点数256~2048点，双CPU，用户存储器容量2~8KB。它可 用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的PLC进行监控，适合于中型或 大型控制系统。 （3）大型PLC 大型PLC一般I/O大于2048点，多CPU，16位或者32位处理器，用户存储器 容量8~16KB。它不仅能完成较复杂的算术运算，还能进行复杂的矩阵运算等。
实际的I/O点进行操作。 （2）整个程序执行阶段各输入继电器的状态是固定的，程序执行后再用输 出映像寄存器的值，更新所有的输出点，使得系统运行稳定。
（3）用户程序读写I/O映像寄存器比直接读写I/O点要快得多，这样可以提
高用户程序的运行速度。 （4）扫描工作方式具有较好的抗干扰能力，在一个扫描周期内，输入处理
4．PLC中断处理 在PLC中，中断源是通过输入点进入系统的，PLC扫描输入点是按照输入点 编号的先后顺序进行的。系统接到中断申请后，顺序扫描中断源，可能只有一 个中断源申请中断，也可能同时有多个中断源申请中断。 5．PLC集中处理方式 PLC在工作过程中，对输入信号执行过程、输出控制采取集中批处理方式。 这样不仅避免了继电器、接触器控制系统中触点竞争和时序失配的问题，而且 增强了系统的抗干扰能力，提高了工作稳定性。 6．PLC时间滞后现象 PLC对输入和输出信号的响应是有延时的，这就是滞后现象。PLC输入/输出 滞后时间又称为系统响应时间，是指从PLC的外部输入信号发生变化到其控制的 外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔。
1．工作过程 PLC作为一种特殊的工业控制计算机，其工作过程与通用的计算机有很大不 同。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。 PLC采用不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周 期或工作周期，PLC的工作过程如图1-3所示。

2．PLC扫描工作方式优点 PLC扫描工作方式的优点如下： （1）在执行程序时，读写的是输入/输出映像寄存器的值，而不是直接对
1.2.1 PLC基本组成 1．CPU CPU主要包含运算器、控制器、寄存器，它是PLC的核心部分。PLC的CPU芯 片其实就是微处理器或单片机。只是它是专用于PLC的，并且大部分是生产厂家 为实现PLC产品最佳性能而自行研制开发的 2．存储器 存储器按照存储方式可以分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。 PLC内部所使用的存储器，按其用途一般可以分为系统程序存储器、用户程序存 储器、内部数据存储器。
仅占用极少部分时间。在大部分时间内，干扰信号不会被采集到PLC系统。
3．过程映像 在每个扫描周期，CPU检查输入和输出的状态。有特定的存储器区保存模 块的二进制数据：PII和PIQ。处理程序访问这些寄存器，而不直接查询数字信 号模块的信号状态。这一特定的存储器区就是过程映像。 在用户程序检查输入（例如：AI 2.0）时，使用PII的最后状态。这样就保 证在一个扫描周期内使用相同的信号状态，如图1-4所示。
6．可靠性指标 PLC的可靠性是通过平均故障间隔时间（MTBF）衡量。提高MTBF以及其 MTBF数值的措施也成为了PLC性能的重要指标。 7．经济指标 经济指标最简单的就是看价格。一般讲，同样技术性能的PLC，价格低其 经济指标就好。此外，还要看供货情况、技术服务、配套资料等。
施耐德公司的PLC产品进入中国较早，在国内PLC市场有很高的占有率，如 图1-5所示。
PLC总的响应延迟时间一般只有几毫秒至几十毫秒，对于一般的系统是无所 谓的。 为了减少PLC的响应延迟时间，可以采用如下措施： （1）选用扫描速度快的PLC； （2）选用延迟时间短的输入/输出模块； （3）可以使用立即输入指令和立即输出指令，或者使用输入中断功能。
1.3.1 PLC的分类 1．按组成结构形式分类 根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式、模块式和叠装式3类。 （1）整体式PLC 整体式PLC是将电源、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、安装方便的特点。 （2）模块式PLC 模块式PLC是将PLC各组成部分，分别做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。 （3）叠装式PLC 将整体式的紧凑、体积小、安装方便和模块式的搭配灵活、安装整齐的优 点相结合，构成叠装式PLC。
施耐德PLC控制系统的概况如图1-7所示。
1.1 1.2ห้องสมุดไป่ตู้1.3
PLC主要功能和特点 PLC的工作原理
施耐德（Schneider）PLC
1.1.1 PLC主要功能 （1）逻辑控制功能。 （2）信号采集功能。 （3）输出控制功能。 （4）数据处理功能。 （5）定时计数功能。 （6）远程I/O功能。 （7）人机界面功能（HMI）。 （8）故障自诊断功能。 （9）通信联网功能。 （10）实时通信和冗余互备功能。