考研復試《PLC入門》不知道怎么學？重要知識點抓不住？小編今天給大家?guī)�來的干貨一定會讓大家眼前一亮！我們自動化考研的小伙伴千萬不能錯過的PLC入門重點匯總！記得多多點贊收藏哦！

一.PLC入門

1.什么是PLC？

PLC（Programmable Logic Controller）可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲器，在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產過程。

從PLC的定義來看，可以總結出PLC的三個特點：

1）PLC直接應用于工業(yè)環(huán)境，所以必須具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應能力和應用范圍。

2）PLC是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，也是一種計算機，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的”工業(yè)計算機。

3）這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程更方便。他能完成邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的功能，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“實現(xiàn)其預期功能”。

2.PLC的基本結構

1）電源

電源用于將交流電轉換成PLC內部所需的直流電，大部分PLC采用開關式穩(wěn)壓電源供電。

2）中央處理單元

(CPU)是PLC的控制中樞，也是PLC的核心部件，其性能決定了PLC的性能。

中央處理器由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過地址總線、控制總線與存儲器的輸入/輸出接口電路相連。中央處理器的作用是處理和運行用戶程序，進行邏輯和數(shù)學運算，控制整個系統(tǒng)使之協(xié)調。

3）存儲器

存儲器是具有記憶功能的半導體電路，它的作用是存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。其中系統(tǒng)程序是控制PLC實現(xiàn)各種功能的程序，由PLC生產廠家編寫，并固化到只讀存儲器(ROM)中，用戶不能訪問。

4）輸入單元

輸入單元是PLC與被控設備相連的輸入接口，是信號進入PLC的橋梁，它的作用是接收主令元件、檢測元件傳來的信號。輸入的類型有直流輸入、交流輸入、交直流輸入。

5）輸出單元

輸出單元也是PLC與被控設備之間的連接部件，它的作用是把PLC的輸出信號傳送給被控設備，即將中央處理器送出的弱電信號轉換成電平信號，驅動被控設備的執(zhí)行元件。輸出的類型有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘門輸出。

3.PLC的工作原理

當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。

1）輸入采樣

在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

2）用戶程序執(zhí)行

在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。

即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

3）輸出刷新

當掃描用戶程序結束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。

二.PLC梯形圖編程入門

1.什么是梯形圖

1）梯形圖是一種PLC編程語言，也被稱為梯形邏輯（Ladder Logic）。之所以稱為梯形圖，是因為這種程序由一條條水平線構成，看起來很像梯子。

2）梯形圖是為電氣工程師發(fā)明的，它是一種圖形化的編程語言，這意味著編程的過程不是采用文本，而是組合各種不同的圖形符號，由于目標用戶是電氣工程師，因此采用的符號非常類似于電路符號，以便于電氣工程師理解。

3）梯形圖主要用于位邏輯操作，其規(guī)范有PLCOpen負責制定，因此梯形圖是標準化的PLC編程語言，該標準為IEC 61131-3。

2.如何閱讀梯形圖

梯形圖和電路圖的一個區(qū)別在于編制繪制方法不同。梯形圖通常從左到右、從上到下編制，原因在于：

1）更容易讀圖

我們的眼睛自然地從左向右讀圖，然后繼續(xù)到下一行，就像你閱讀的時候一樣。

2）易于在計算機上編制

當在計算機上編制梯形圖時，你可以一次編制一行。當繪制出越來越多的行時，它們將疊加在一起，看起來就像一個梯子。查看一個行數(shù)眾多的梯形圖的最佳方式，就是沿著屏幕上下滾動。

3）執(zhí)行的順序

最后一個原因在執(zhí)行的順序，也就是PLC運行梯形圖的先后順序，更確切的說，就是梯形圖中的指令如何依次執(zhí)行：PLC總是從梯形圖頂部開始，然后依次向下執(zhí)行。

梯形圖看起來非常像電路圖。大多數(shù)人也是這樣開始學習編制梯形邏輯圖的。

但是還是有一些不同之處，主要的差異在于：

• PLC每次執(zhí)行梯形圖的一行，然后才繼續(xù)下一行
• 電氣系統(tǒng)則是許多回路同時激活

3.梯形圖基礎

創(chuàng)建梯形圖時，你首先看到的就是兩條豎線，就是在這兩條豎線之間進行梯形圖的編制，其中每一條水平線被稱為一個Rung（橫線）：

 

梯形邏輯符號就放置在這些水平線上，正如你在上圖中看到的，我在每一個水平線上標記了數(shù)字，以便于理解PLC是如何執(zhí)行梯形邏輯的。你可能聽說過PLC掃描時間或掃描周期，簡單地說，PLC首先掃描其輸入，然后執(zhí)行程序，最后設置輸出。

但是PLC如何執(zhí)行我們的梯形邏輯？

一次一條水平線。

這可能是梯形邏輯的最重要的一條規(guī)則：PLC一次只能執(zhí)行一條水平線，然后才是下一條。實際上，PLC只能一次執(zhí)行一個邏輯符號。

4.編寫梯形邏輯

梯形邏輯中的每個符號都是一個指令，初看起來這相當令人困惑。但是別擔心，我將用簡單的例子加以解釋。讓我給你一個簡單的實例，在這個例子當中將引入兩個梯形邏輯符號。

1）那么，這些符號或指令到底是什么？

它們是基本的邏輯指令，讓你可以創(chuàng)建一小段邏輯，也就是你的PLC程序。如果你仔細看下面的示例，可以看到兩個指令（符號）：

 

5.閉路檢查指令

第一個指令被稱為閉路檢查，指令的符號看起來是這樣：

這是一個條件指令，意思是說這個指令用來檢查某個條件是否滿足，例如檢查某個數(shù)據位是否處于ON的狀態(tài)。

閉路檢查指令用來檢查某個地址的特定位，在上圖中指的是一個數(shù)字輸入的特定位，它也可以是內存位，甚至是輸出位。

閉路檢查指令也被稱為常開指令，基本上它類似于電路中的常開觸點，因此可以對應于一個點動開關。

需要指出的是，每個閉路檢查指令必須要設置PLC中的一個地址。

輸入和輸出都是PLC中的內存點位。在上面的示例中，閉路判斷指令設置地址I0.0作為條件，這個地址屬于PLC的第一個輸入。

其工作原理如下：

當PLC掃描周期開始，PLC將首先檢查所有輸入的狀態(tài)，然后將輸入狀態(tài)（0或1）寫入內存中，如果輸入是LOW，那么對應的內存位置位0，如果輸入是HIGH，則對應的內存位置為1.

6.輸出線圈指令

每個指令本身在PLC內存中也有個位置，PLC會將指令的結果存入。要了解PLC使用結果做什么，讓我們看下一個指令：

 

輸出線圈指令用來打開或關閉一個數(shù)據位。

正如你看到的，該符號位于水平線的右側，意思是（同一水平線上）之前的指令作為該指令的條件。

在我們的示例中，之前的指令就是閉路檢查指令。

讓我們檢查下該指令的最終結果，來了解其工作過程：

1）PLC 掃描 | 輸入 -> I0 字節(jié)

2）程序執(zhí)行 | I0.0 -> Xic結果

最后，讓我們看這條線的輸出：

XiC結果 -> 輸出線圈

輸出線圈 -> 輸出字節(jié)

現(xiàn)在，輸出線圈指令使用了前序指令的結果作為條件。這被稱為RLO（邏輯操作結果）。邏輯操作結果保存在PLC內存中的特定位置。在西門子S7系列PLC中，這個位置被稱為狀態(tài)字。

在PLC術語中，一個WORD是16位，或2個字節(jié)。

輸出線圈指令很簡單，它只是將其結果設置為與條件相同的值。

在PLC中所有的數(shù)字輸出也映射到內存地址。我們將其稱為輸出位，因此地址Q0對應Q0.0 - Q0.7.輸出線圈指令的結果將被寫入內存位Q0.0。

當PLC執(zhí)行完整個程序，它將設置輸出。每個輸出被設置為與輸出內存位一致的狀態(tài)。

掃描周期這個概念非常重要，當你在編制梯形邏輯時一定要記住。否則你的程序可能會有奇怪的行為。我們將在下一個示例中展示這一點，同時引入3個新的梯形邏輯指令。

7.輸出鎖存

在前面的示例中，我們學會了如何讀取數(shù)字輸入的狀態(tài)，并將數(shù)字輸出設置為同樣的狀態(tài)。需要指出數(shù)字輸入是一個暫態(tài)按鈕，因為它內部有個彈簧，這意味著按鈕只有在你一直按下時才會保持激活。

上面的梯形圖可以正常工作，不過你可能注意到，只有輸入激活時輸出才會激活。因此你不得不用手指一直按住按鈕，才能讓輸出保持激活。但是想一下，如果輸出控制的是一個通風系統(tǒng)里的風機，那么要求操作員一直按著按鈕就很不合理了。我們需要一個辦法來保持輸出激活，即使操作員已經釋放了按鈕。

在梯形邏輯中，有兩種辦法實現(xiàn)這一點：

 

如果你熟悉電路，就會發(fā)現(xiàn)這很類似，這杯稱為鎖存（Latching）或者自我保持（self holding）。

1）這個名稱揭示了其工作原理：線圈簡單的維持自己前一個掃描周期的狀態(tài)。讓我們單步分析一下：

當PLC第一次運行這個梯形邏輯程序時（按下按鈕時），輸出將被激活，就像前一個例子一樣。

有趣的事情發(fā)生在后續(xù)運行邏輯的時候。因為這是一個暫態(tài)按鈕，它不會一直激活。依賴于PLC程序的運行總時長，按鈕可能在第二次、第三次或第四次運行時不再激活。

2）讓我們進入按鈕釋放之后的第一個掃描周期。

輸出還處于激活狀態(tài)，因為上一個掃描周期按鈕被按下。這時PLC將再次讀取輸入并存入對應的內存位。內存位I0.0”這次將存入“0”。因此I0.0的閉路判斷指令結果為false或“0”。

但是你可以看到，還有另一個并行的閉路判斷指令，不過該指令的條件是輸出內存位，因此其結果為true或“1”，因為這是輸出還處于激活狀態(tài)。只要輸出內存位是“1”，輸出就會激活，它就像自己的條件一樣。

自保持指令與其他指令并聯(lián)的原因在于構造一個OR條件，在這個示例當中，I0.0或Q0.0中的一個為true都會激活輸出。

8.開路檢查指令

你剛學習了如何編制一個有用的PLC梯形圖程序。一個激活輸出的按鈕。在我們的示例中，這個可能是連接到一個風機的觸點，輸出可以自保持。

1）但是這個程序有個問題，怎么關掉風機？

我們希望能夠再次關掉風機。最簡單的方法是添加一個停機按鈕，該按鈕將連接到PLC的第二個輸入，因此其內存地址為I0.1。

問題是，我們?yōu)橥�機按鈕使用什么指令？更重要的，我們應當將其放在梯形圖的哪里？

第一個問題的答案是另一個梯形邏輯指令：開路檢查指令，它看起來如下：

 

這個指令和閉路檢查指令的工作方式恰恰相反，其結果是條件的反轉。這意味著，如果條件為“0”，那么結果為“1”，反之亦然。

如果你考慮一下，就會發(fā)現(xiàn)這恰恰就是我們希望停機按鈕做的事情。要關閉輸出線圈，我們必須給出條件“0”。

現(xiàn)在是第二個問題，在哪里放置這個指令？

我們需要將其放在自鎖指令之后，或者說，串聯(lián)起來。否則當停機按鈕按下時，還是會輸出“1”。

現(xiàn)在，梯形邏輯如下：

 

你可以看到開路檢查指令將其條件的反轉結果傳遞給輸出線圈。要再次激活輸出，就需要再次按下啟動按鈕。

在上面的示例中，我使用了一個開路判斷指令作為停機按鈕。這不是好的實踐！

我們最終遵循最佳實踐，修改后的梯形圖如下：

 

雖然我們修改了指令，梯形圖的運行沒有變化，這是因為我們同樣修改了物理停機按鈕的工作方式。

三.PLC基本邏輯指令

27條基本邏輯指令

1）取、與、或、反；脈沖點：

LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF

2）塊串、并；出；非運算：

ANB、ORB、OUT、INV

3）上、下脈；推、彈、讀棧：

PLS、PLF、MPS、MPP、MRD

4）置；主；復位；空；結束：

SET、MC、RST、MCR、NOP、END

1.LD、LDI、OUT

LD：取指令。表示一個與輸入母線相連的常開接點指令。

LDI：取反指令。表示一個與輸入母線相連的常閉接點指令。

LD，LDI的目標元件是X,Y,M,S,T,C。

OUT：輸出指令。

OUT指令的目標元件是Y,M,S,T,C。

 

2.AND、ANI

AND：與指令。用于單個常開接點的串聯(lián)。

ANI ：與非指令。用于單個常閉接點的串聯(lián)。

這兩條指令的目標元件為X,Y,M,S,T,C。

 

3.OR、ORI

OR：或指令。用于單個常開接點的并聯(lián)。

ORI：或非指令。用于單個常閉接點的并聯(lián)。

其目標元件是X,Y,M,S,T,C。

 

4.LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF

LDP、ANDP、ORP指令是進行上升沿檢出的觸點指令，僅在指定位元件的上升沿時(OFF→ON變化時)接通一個掃描周期；

LDF、ANDF、ORF指令是進行下降沿檢出的觸點指令，僅在指定位元件的下降沿時(ON→OFF變化時)接通一個掃描周期。

 

5.SET、RST

SET：置位指令，使動作保持

RST：復位指令，使操作保持復位

 

6.PLS、PLF

PLS：輸入信號上升沿產生脈沖輸出

PLF：輸入信號下降沿產生脈沖輸出

其目標元件為Y,M，但特殊輔助繼電器不能作為目標元件。

 

7.INV

該指令用于運算結果的取反。當執(zhí)行該指令時，將INV指令

之前存在的如LD、LDI等指令的運算結果反轉。

 

8.NOP、END

NOP為空操作指令，該指令是一條無動作、無目標元件占一個程序步的指令。空操作指令使該步序作空操作。用NOP指令替代已寫入指令，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。執(zhí)行完清除用戶存儲器的操作后，用戶存儲器的內容全部變?yōu)榭詹僮髦噶睢?/P>

END是一條無目標元件占一個程序步的指令。PLC反復進行輸入處理、程序運算、輸出處理，若在程序最后寫入END指令，則END以后的程序步就不再執(zhí)行，直接進行輸出處理。在程序調試過程中，按段插入END指令，可以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(zhí)行END指令時，也刷新監(jiān)視時鐘。

 

編程的基本原則

1）水平不垂直

梯形圖的接點應畫在水平線上，不能畫在垂直分支。

 

2）線圈右邊無接點

 

3）左大右小，上大下小

有串聯(lián)電路并聯(lián)時，應將接點最多的那個串聯(lián)回路放在梯形圖最上面。

有并聯(lián)電路相串聯(lián)時，應將接點最多的并聯(lián)回路放在梯形圖的最左邊。

4）雙線圈輸出不可用

如果在同一程序中同一元件的線圈使用兩次或多次，則稱為雙線圈輸出。這時前面的輸出無效，只有最后一次才有效，一般不應出現(xiàn)雙線圈輸出。

 

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