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在使用PLC之前，深入了解PLC内部继电器和寄存器的配置和功能，以及I/0分配情 况对使用者是至关重要的。下面介绍一般PLC产品的内部寄存器区的划分情况,每个区分配 一定数量的内存单元，并按不同的区命名编号。

1．I/0继电器区

I/0区的寄存器可直接与PLC外部的输入、输出端子传递信息。这些I/0寄存器在PLC 中具有“继电器”的功能，即它们有自己的“线圈”和“触点”。故在PLC中又常称这一寄存器区为“I/0继电器区”。每个I/0寄存器由一个字(16位)组成，每位对应PLC 的一个 外部端子，称作一个I/0点。I/0寄存器的个数乘以16等于PLC总的I/0点数。如某PLC

有10个I/0寄存器，则该PLC共有160个I/0点。在程序中，每个I/0点又都可以看成是一个“软继电器”，有常开触点，也有常闭触点。不同型号的PLC配置有不同数量的I/0 点，一般小型的PLC主机有十几至几十个I/0点。若一台PLC主机的I/0点数不够，可 进行I/0扩展。

2．内部通用继电器区

这个区的寄存器与I/0区结构相同，即能以字为单位使用，也能以位为单位使用。不 同之处在于它们只能在PLC内部使用，而不能直接进行输入输出控制。其作用与中间继电器 相似，在程序控制中可存放中间变量。

3．数据寄存器区 这个区的寄存器只能按字使用，不能按位使用。一般只用来存放各种数据。

4．特殊继电器、寄存器区 这两个区中的继电器和寄存器的结构并无特殊之处，也是以字或位为一个单元。但它们

都被系统内部占用，专门用于某些特殊目的www.，如存放各种标志、标准时钟脉冲、计数器和定 时器的设定值和经过值、自诊断的错误信息等等。这些区的继电器和寄存器一般不能由用户任意占用。

5．系统寄存器区 系统寄存器区一般用来存放各种重要信息和参数，如各种故障检测信息、各种特殊功能

的控制参数以及PLC产品出厂时的设定值。这些信息和参数保PLC的正常工作。这些信息 有的可以进行修改，有的是不能修改的。当需要修改系统寄存器时，必须使用特殊的命令，这些命令的使用方法见有关的使用手册。而通过用户程序，不能读取和修改系统寄存器的内 容。

上面介绍了PLC的内部寄存器及I/O点的概念，至于具体的寄存器及I/O编号和分配使用情况，将在第二章结合具体机型进行介绍

介绍plc的使用方法，plc的使用须知、注意事项。
PLC 是专门为工业生产服务的控制装置，通常不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。但是，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，都不能保证 PLC 的正常运行，因此在使用中应注意以下问题。

一、工作环境
1． 温度
PLC 要求环境温度在 0~55℃ ，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有 30mm 以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过 55℃ ，要安装电风扇强迫通风。
2． 湿度
为了保证 PLC 的绝缘性能，空气的相对湿度应小于 85% （无凝露）。
3． 震动
应使 PLC 远离强烈的震动源，防止振动频率为 10~55Hz 的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。
4． 空气
避免有腐蚀和易燃的气体，例如、等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将 PLC 安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。
5． 电源
PLC 供电电源为 50Hz 、 220 （ 1±10% ） V 的交流电，对于电源线来的干扰， PLC 本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1 的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接 LC 滤波电路。
FX 系列 PLC 有直流 24V 输出接线端，该接线端可为输入传感器（如光电开关或接近开关）提供直流 24V 电源。当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使 PLC 接收到错误信息。

二、安装与布线
1． 动力线、控制线以及 PLC 的电源线和 I/O 线应分别配线，隔离变压器与 PLC 和 I/O 之间应采用双胶线连接。
2． PLC 应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。
3． PLC 的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的 1/10 。
4． PLC 基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防止外界信号的干扰。
5． 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。

三、 I/O 端的接线
1． 输入接线
（ 1 ）输入接线一般不要超过 30 米。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。
（ 2 ）输入 / 输出线不能用同一根电缆，输入 / 输出线要分开。
（ 3 ）尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。

2． 输出连接
（ 1 ）输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。
（ 2 ）由于 PLC 的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。
（ 3 ）采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时选择继电器工作寿命要长。
（ 4 ） PLC 的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。

四、外部安全电路
为了确保整个系统能在安全状态下可靠工作，避免由于外部电源发生故障、 PLC 出现异常、误操作以及误输出造成的重大经济损失和人身伤亡事故， PLC 外部应安装必要的保护电路。

（ 1 ）急停电路。对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得 PLC 发生故障时，能将引起伤害的负载电源可靠切断。
（ 2 ）保护电路。正反向运转等可逆操作的控制系统，要设置外部电器互锁保护；往复运行及升降移动的控制系统，要设置外部限位保护电路。
（ 3 ）可编程控制器有监视定时器等自检功能，检查出异常时，输出全部关闭。但当可编程控制器 CPU 故障时就不能控制输出，因此，对于能使用户造成伤害的危险负载，为确保设备在安全状态下运行，需设计外电路加以防护。
（ 4 ）电源过负荷的防护www.。如果 PLC 电源发生故障，中断时间少于 10 秒， PLC 工作不受影响，若电源中断超过 10 秒或电源下降超过允许值，则 PLC 停止工作，所有的输出点均同时断开；当电源恢复时，若 RUN 输入接通，则操作自动进行。因此，对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路。
（ 5 ）重大故障的报警及防护。对于易发生重大事故的场所，为了确保控制系统在重大事故发生时仍可靠的报警及防护，应将与重大故障有联系的信号通过外电路输出，以使控制系统在安全状况下运行。

五、 PLC 的接地
良好的接地是保 PLC 可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。 PLC 的接地线与机器的接地端相接，接地线的截面积应不小于 2mm2 ，接地电阻小于 100Ω ；如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给 PLC 接上专用地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开；若达不到这种要求，也必须做到与其它设备公共接地，禁止与其它设备串连接地。接地点应尽可能靠近 PLC 。

六、冗余系统与热备用系统
在石油、化工、冶金等行业的某些系统中，要求控制装置有极高的可靠性。如果控制系统发生故障，将会造成停产、原料大量浪费或设备损坏，给企业造成极大的经济损失。但是仅靠提高控制系统硬件的可靠性来满足上述要求是远远不够的，因为 PLC 本身可靠性的提高是有一定的限度。使用冗余系统或热备用系统就能够比较有效地解决上述问题。
1． 冗余控制系统
在冗余控制系统中，整个 PLC 控制系统（或系统中最重要的部分，如 CPU 模块）由两套完全相同的系统组成。两块 CPU 模块使用相同的用户程序并行工作，其中一块是主 CPU ，另一块是备用 CPU ；主 CPU 工作，而备用 CPU 的输出是被禁止的，当主 CPU 发生故障时，备用 CPU 自动投入运行。这一切换过程是由冗余处理单元 RPU 控制的，切换时间在 1~3 个扫描周期， I/O 系统的切换也是由 RPU 完成的。
2． 热备用系统
在热备用系统中，两台 CPU 用通讯接口连接在一起，均处于通电状态。当系统出现故障时，由主 CPU 通知备用 CPU ，使备用 CPU 投入运行。这一切换过程一般不太快，但它的结构有比冗余系统简单

介绍PLC特殊功能的应用。

一、传统仪器设计过程
回顾现代化的自动仪器设备均具有如下几方面的性能和特点：
的信号检测，适时数据采集，数据处理，实现其功能的光机电一体化的自动装置，以及人机操作界面，除此之外还必须有完备的上下位机的控制程序软件包。为实现以上几个方面的性能，以高性能的微处理器为基础的嵌入式单板机就似乎成为迄今仪器设计的唯一选择。从而，在仪器具体的性能要求确定以后，单板机的软硬件设计制造工作就进入议事日程。
二、新设计方案的提出和可行性分析
与单板机方案比较所谓的新方案的概念源于个人的专业技术经历和接触不同的技术领域，笔者分别从事过精密仪器设计和工业自动化领域的工作，PLC技术，特别是国产HOLLiAS LM 系列小型PLC的性能给我一个在精密仪器设计方案上重新审视的技术空间。
从设计方法学的角度来看待设计问题，全世界没有谁规定自动仪器一定要以单板机为核心，只要能够实现倾向用户使用要求的仪器设计就是成功的产品，换句话说用户和使用者不关心仪器的设计过程和内部构造，他们只关心仪器的性能价格比。而作为设计人员，我们所要考虑的是所有可以实现预期性能的设计方案和手段以及技术途径，这样较为符合设计方法学的思想方法和设计规程。
考虑技术可行性，先来看一下电子控制的硬件要求，一般地，系统需要有高性能的CPU，一定数量的内存，DI，DO，AI，AO，与人机界面的通讯端口，以及根据具体运行要求所编制的程序。这些工作对一个单板机或DSP系统来说，无异于编制一套专用小型操作系统。在硬件上甚至往往需要设计单板机或DSP的PCB板，在SMT技术的今天设计完善这样的系统也非易事，调试的问题不用说，甚至一两个DI的扩展，都需要重新设计改动PCB板。
再看一下PLC的性能，PLC是可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）的英文缩写。对有工业自动化控制经验的人来说，一点也不陌生，但对于那些仅从事仪器设计的人来说，也许不甚了解或者从未涉足使用。PLC通常具有高性能的CPU，相当规模的内存，可任意扩展的DI，DO，AI，AO接口，其中AI的分辨率为16 BIT 以上，其DO接口可以直接驱动1A电流的功率器件或继电器, 因此PLC在硬件上完全可以代替单板机。
再从软件编程和运行的方面比较，单板机或DSP，即使借助于C语言或其他专门的开发环境，其工作也是相当厄繁的，而且不使用汇编语言，指令对硬件的直观控制效果不易观察，调试困难。对于仪器控制的特殊应用，运行时子程序调用比较多，在线调试困难。而对于PLC来说，其自身的功能块，指令组，就此类系统控制应用而言，比C语言完备得多，如各种微电机控制，定时，记数，脉宽调制，脉冲输出等等。另外PLC程序在运行时是实时重复扫描，可以根据逻辑计算结果的要求实时任意取舍子程序或功能块的运行，对于一个接近120K内存的较长程序,一次扫描仅需几十毫秒,就绝大多数应用而言,速度足够快。就编程而言，PLC的指令系统容易学，容易使用，调试方便。PLC 较之嵌入式的程序，具有更好的可读性和易读性，它可以使得更多公司和更多工程技术人员从事开发工作.
考察性能价格比，显然在开发阶段，PLC的成本很低，它是工控市场化批量生产的产品，只需要设计少量外围专用电路，软件环境也容易在PC上设置，经常是PLC厂家免费提供的。在生产阶段，PLC与单板机的成本相差不悬殊。况且PLC较单板机的用户面宽，产品成熟，质量稳定可靠，从而在生产订购上也节省时间。
综上所述，PLC的功能和实时运行能力以及系统开发的简易性超过一般意义上的单板机。甚至具备单板机所不具备的实时在线能。因此，从理论到实践上看PLC作为仪器核心都是具有更多优越性。

三、设计过程详实（以自动生化分析仪为例）
自动生化分析仪是用于医院临床检验血液生化指标的复杂仪器。生化分析仪的基本功能是按照各自不同的生化方法要求设定测试参数，然后自动机构取样并按照设定对各样品及同一样品的不同测试加入所需的试剂，按所需特定比例进行稀释。进而分别注入比色杯对反应液进行保温和延时（经稀释后的样品称为反应液），下一步对反应液按照所需编排好的测试方法和时间进行测试，最后计算并储存和打印测试结果。 从而得到生化分析仪对电子系统的软硬件要求,并据此选择PLC的软硬件配置。
1) 硬件要求
120K程序内存
3 AI输入
24 DI输入
16 DO输出，包括2 -PTO，1-PWM输出
2 AO 输出
RS232（及485）串行口
如有必要可以选择2个或更多PLC CPU模块联合控制。
2) 软件功能及内部函数要求
输入高速记数
高速脉冲输出
步进电机脉冲控制模块
PID 控制功能块
自由通讯功能块
基于ST文本的数据处理子程序
多种逻辑和计算结果判断指令。
3)总控制程序，自动机构微电机控制，数据采集及数据计算处理软硬件安排
仪器的PLC控制软件由主控制程序，初始化复位子程序，自动机构动作算法子程序，自动机构运动执行子程序，数据读取控制子程序，及数据计算处理子程序组成。
主控制程序完成各子程序的选择执行以及与人机界面的通讯，为梯形图程序。
初始化复位子程序完成自动机构的回位和数据初始化，为梯形图程序。
自动机构动作算法子程序完成安排自动机构的动作顺序判断，为梯形图程序。
自动机构运动执行子程序驱动自动机构完成要求的动作，为梯形图程序。
数据读取控制子程序执行检测数据的读取和机构为读取数据的配合动作，为梯形图程序。
数据计算处理子程序完成生化分析所需的分析计算，由ST语言编写子程序。
4) 硬件的安排
自动机构的运动和控制(包括比色用不同波长光源的自动选择转换)由高速脉冲输出端口配合普通DO端口选择控制多个微型步进电机来实现，其中机构的运动定位由 DI，高速DI以及AI接受运动和位置反馈信号用以控制步进电机来实现。
恒温槽的温度由AI接收温度传感器，经PLC的PID结合脉宽调制驱动电热元件实现。控制精度最高可达±0.05°C，典型值达到±0.1°C。
数据的读入由对数运算放大器接入AI实现。由于PLC可设置数字滤波参数。所以数据采集完全可以保持所需的精度要求。
PLC与人机界面的通讯由PLC的RS232串行口实现，可以采用PLC自身的MODBUS协议，也可以采用PLC提供的自由协议功能块，这样编程更方便。本系统采用自由通讯协议。
四、结论和展望
近年来工控市场上新的PLC品牌不乏高性价比的小型PLC，比如禾川PLC，使其设想成为可能。而且，仪器设计者如果更多采用PLC产品，必将促使PLC制造商不断提高PLC的性能，以及向单板机容合，那样设计人员将有更多便利的设计手段和软硬件可选择。从而缩短新产品的开发周期，增加产品品种，使用户、仪器开发商和PLC生产商都得到好处。

PLC控制柜简介

PLC，programmable logic controller (PLC)，可编程控制柜，控制柜指成套的控制柜,可实现电机,开关的控制的电气柜。

  

PLC控制柜

PLC控制柜组成部分一般有:

1：空开：一个总的空气开关，这个是整个柜体的电源控制。相信每个柜子都必须要有的一个东西。

2：PLC：这个要根据工程需要选择。打个比方如果工程小可以直接就是一个一体化的PLC 但如果工程比较大 可能就需要模块、卡件式的，同时还可能需要冗余（也就是两套交替使用）。

3：24VDC的电源：一个24VDC的开关电源，大多数的PLC都是自带24VDC的电源，根据是否确实需要来定是否要这个开关电源。

4：继电器：一般PLC是可以直接将指令发到控制回路里，但也可能先由继电器中转。打个比方，如果你PLC的输出口带电是24VDC的，但是你的控制回路里画的图 需要PLC供的节点却是220VAC的，那么你就必须在PLC输出口加上一个继电器，即指令发出时 继电器动作，但后让控制回路的节点接到继电器的常开或常闭点上。也是根据情况选择是否使用继电器。

5：接线端子：这个肯定是每个柜子都的东西 根据信号数量可以配置。如果只是一个单纯的PLC控制柜 基本就是需要这些玩意，如果你的控制柜内还需要有其他的东西 就看情况增加。比方说你有可能要对某些现场的仪表或者小控制箱供电，可能你就得要增加空开数量。或者你要PLC接至上位机，可能就需要增加交换机什么的。视情况而定。

PLC控制柜可完成设备自动化和过程自动化控制，实现完美的网络功能，性能稳定、可扩展、抗干扰强等特点，是现代工业的核心和灵魂。可以根据用户需求量身设计PLC控制柜、变频柜等，满足用户要求，并可搭配人机界面触摸屏，达到轻松操作的目的。设备更可与DCS总线上位机 modbus、profibus等通讯协议的；www.工控机、以太网等实现的控制和监控。

PLC应用领域

典型应用：恒压供水、空压机、风机水泵、中央空调、港口机械、机床、锅炉、造纸机械、食品机械等等。

PLC控制柜概述

PLC综合控制柜具有过载、短路、缺相保护等保护功能。它具有结构紧凑、工作稳定、功能齐全。可以根据实际控制规摸大小，进行组合，既可以实现单柜自动控制，也可以实现多柜通过工业以太网或工业现场总线网络组成集散（DSC）控制系统。 PLC控制柜能适应各种大小规模的工业自动化控制场合。广泛应用在电力、冶金、化工、造纸、环保污水处理等行业中。

PLC控制柜使用条件

供电电源：DC直流24V，两相交流220v，（-10%，+15%），50HZ

防护等级：IP41或IP20

环境条件：环境温度在0℃-55℃，防止太阳光直接照射；空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。远离强烈的震动源，防止震动频率为10-55HZ的频繁或连续震动。避免有腐蚀和易燃的气体

● PLC控制系统与继电器控制系统的区别 ：

    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。

1.3   PLC可编程控制器的基本组成

    PLC种类繁多，功能虽然多种多样，但其组成结构和工作原理基本相同。PLC的控制系统由硬件和软件两大部分组成，硬件指PLC本身及其外围设备，软件是指管理PLC的系统软件和PLC的应用程序

   1.3.1   PLC的硬件系统组成

    PLC实质上是一种工业控制计算机，PLC与计算机的组成十分相似。只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口，以及更直接的适应控制要求的编程语言。从硬件结构看，它由CPU、存储器、输入/输出接口、电源等组成。

 1）、中央处理器（CPU）
    一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。

    与一般的计算机一样，CPU是整个PLC的控制中枢，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊的进行工作。CPU主要完成下述工作：

    （1）接收、存储用户通过编程器等输入设备输入的程序和数据。

    （2）用扫描的方式通过I/O部件接收现场信号的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据存储器中。

    （3）诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。

    （4） PLC进入运行状态后，执行用户程序，完成各种数据的处理、传输和存储相应的内部控制信号，以完成用户指令规定的各种操作。

    （5）响应各种外围设备(如编程器、打印机等）的请求。

    PLC采用的CPU随机型不同而不同， 目前，小型PLC为单CPU系统，中型及大型则采用双CPU甚至多CPU系统。目前，PLC通常采用的微处理器有三种：通用微处理器、单片微处理器（即单片机）、位片式微处理器。

    2）、 存储器

    PLC系统中的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作状态数据。PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器。

    （1）系统存储器

    系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏很大程度上决定了PLC的性能。

    （2）用户存储器

    用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务采用PLC编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同（可以是RAM、EPROM或EEPROM存储器），其内容可以由用户修改或增删。用户数据存储器可以用来存放（记忆）用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数据等。用户存储器的大小关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。
    为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在只读存储器EPROM中。现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。
    工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。存放在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。
    由于系统程序及工作数据与用户无直接联系，所以在PLC 产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。当PLC提供的用户存储器容量不够用，许多PLC还提供有存储器扩展功能。

    存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器或可擦除可编程的只读存储器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。

    3）、输入/输出接口

    输入/输出接口是PLC与现场I/O设备或其它外部设备之间的连接部件。PLC通过输入接口把外部设备(如开关、按钮、传感器)的状态或信息读入CPU，通过用户程序的运算与操作，把通过输出接口传递给执行机构（如电磁阀、继电器、接触器等）。

    在输入/输出接口电路中，一般均配有电子变换、光耦合器和阻容滤波等电路，以实现外部现场的各种信号与系统内部统一信号的匹配和信号的正确传递，PLC正是通过了这种接口实现了信号电平的转换。发光二极管(LED)用来显示某一路输入端子是否有信号输入。当系统的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。

    （1）输入接口电路

    各种PLC的输入接口电路结构大都相同，按其接口接受的外信号电源划分有两种类型：直流输入接口电路、交流输入接口电路。其作用是把现场的开关量信号变成PLC内部处理的标准信号。

    在输入接口电路中，每一个输入端子可接收一个来自用户设备的离散信号，即外部输入器件可以是无源触点，如按钮、开关、形程开关等，也可以是有源器件，如各类传感器、接近开关、光电开关等。在PLC内部电源容量允许条件下，有源输入器件可以采用PLC输出电源（24V），否则必须外设电源。

直流输入接口电路中，当输入开关闭合时，光敏晶体管接收到光信号，并将接受的信号送入内部状态寄存器。即当现场开关闭合时，对应的输入映像寄存器为“1”状态，同时该输入端的发光二极管(LED)点亮；当现场开关断开时，对应的输入映像寄存器为“0”状态。光电耦合器隔离了输入电路与PLC内部电路的电气连接，使外部信号通过光电耦合变成内部电路能接收的标准信号。
    交流输入接口电路中，当输入开关闭合时，经双向光电耦合器，将该信号送至PLC内部电路，供CPU处理，同时发光二极管（LED）点亮。

    （2）输出接口电路

    为适应不同负载需要，各类PLC的输出都有三种类型的接口电路，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。其作用是把PLC内部的标淮信号转换成现场执行机构所需的开关量信号，驱动负载。发光二极管(LED)用来显示某一路输出端子是否有信号输出。

继电器输出型接口电路中，当CPU根据用户程序的运算把输出信号送入PLC的输出映像区后，通过内部总线把输出信号送到锁存器中。当输出锁存器的对应位为“1”时，其对应的发光二极管（LED）导通发光，继电器的线圈带电，其触点则把负载和电源连通起来，使得负载获得电流；当输出锁存器的对应位为“0”时,其对应的发光二极管（LED）不导通，线圈不带电，其触点则把负载L和电源隔断，使得负载不会获得电流。
    晶体管输出型接口电路中，当输出锁存器的对应位为“1”时，其对应的晶体管导通，把负载和电源连通起来，使得负载获得电流，发光二极管（LED）导通；当输出锁存器的对应为“0”时，其对应的晶体管截止，把负载和电源隔断，使得负载不会获得电流，发光二极管（LED）不导通。
   晶闸管输出型接口电路中，当输出锁存器的对应位为“1”时，其对应的光耦合器导通，把负载和电源连通起来，使得负载获得电流，发光二极管（LED）发光。当输出锁存器的对应位为“0”时，由于负载电源过零，其对应的光耦合器截止，把负载和电源隔断，使得负载不会获得电流，发光二极管（LED）不导通。
上述三种类型的输出接口电路中，继电器输出型最常用，它适用于交、直流负载，其特点是带负载能力强，但动作频率与相应速度慢。晶体管输出型适用于直流负载，其特点是动作频，相应速度块，但带负载能力小。晶闸管输出型适用于交流负载，相应速度快，带带负载能力不强。

    在输出接口电路中，外部负载直接与PLC输出端子相连，负载电源由用户根据负载要求自行配备。在实际应用中，在考虑外驱动电源时，需考虑输出器件的类型，同时PLC输出端子的输出电流不能超出其额定值。

4）、电源部分

    PLC内部配有一个专用开关型稳压电源，它将交流／直流供电电源变换成系统内部各单元所需的电源，即为PLC各模块的集成电路提供工作电源。
    PLC一般使用220V的交流供电电源。PLC内部的开关电源对电网提供的电源要求不高，与普通电源相比，PLC电源稳定性好、抗干扰能力强。许多PLC都向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。
    对于整体式结构的PLC，通常电源封装在机壳内部；对于模块式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与PLC封装到一个模块中。

5）、编程器

    编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件。它是PLC的外部设备，是人机交互的窗口。可用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。编程器可以是专用编程器，也可以是配有编程软件包的通用计算机系统。专用编程器是由PLC生产厂家，该厂家生产的某些PLC产品使用，使用范围有限，价格较高。目前，大多是使用个人计算机为基础的编程器，用户只要购买PLC厂家提供的编程软件和相应的硬件接口装置，就可以得到高性能的PLC程序开发系统。

6）、扩展接口和外设通信接口

    (1）外设通信接口

    PLC配有多种通信接口，PLC通过这些通信接口可与编程器、打印机、其它PLC、计算机等设备实现通信。可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。

    (2）扩展接口

    用于连接I/O扩展单元和特殊功能单元。 通过扩展接口可以扩充开关量 I/O 点数和增加模拟量的I/0端子，也可配接智能单元完成特定的功能，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。I/0扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。

    工业控制中，除了用数字量信号来控制外，有时还要用模拟量信号来进行控制。模拟量模块有三种：模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量输入/输出模块。

    (Ⅰ) 模拟量输入模块

    模拟量输入模块又称A/D模块，将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC的CPU可以接收的数字量，一般多为12位二进制数，数字量位数越多的模块，分辨率就越高。

    (Ⅱ) 模拟量输出模块

    模拟量输出模块又称为D/A模块，把PLC的CPU送往模拟量输出模块的数字量转换成外部设备可以接收的模拟量（电压或电流）。模拟量输出模块所接收的数字信号一般多为12位二进制数，数字量位数越多的模块，分辨率就越高。

1.3.2  PLC的软件组成

    PLC控制系统的软件主要包括系统软件和用户程序。系统软件由PLC厂家固化在存储器中，用于控制PLC的运作。用户程序由使用者编制录入，保存在用户存储器中，用于控制外部对象的运行。

    1）、系统软件

    系统软件包括系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块及系统调用。整个系统软件是一个整体，它的质量很大程度上影响了PLC的性能。通常情况下，进一步改进和完善系统软件就可以在不增加任何设备条件下大大改善PLC的性能，使其功能越来越强。

2）用户程序
    PLC的程序一般由三个部分构成：用户程序、数据块和参数块。用户程序是必选项，数据块和参数块是可选部分。
用户程序即应用程序，是用户针对具体控制对象编制的程序。PLC是通过在RUN方式下，循环扫描执行用户程序来完成控制任务的，用户程序决定了一个控制系统的功能。
    一个完整的用户程序应当包含一个主程序、若干子程序和若干中断程序三大部分。

1.4   PLC的工作原理

    PLC是一种工业控制计算机，它的工作原理建立在计算机工作原理之上，即通过执行反映控制要求的用户程序来完成。

1.4.1   PLC可编程控制器的基本工作原理

    PLC以微处理器为核心，具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。

微机一般采用等待命令的工作方式工作。

    PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。每一次循环扫描所用的时间称为一个扫描周期。
    对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按顺序逐条地执行指令做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至结束又返回第一条指令，如此周而复始不断循环。
    PLC在每次扫描工作过程中除了执行用户程序外，还要完成内部处理、输入采样、通信服务、程序执行、自诊断、输出刷新等工作。PLC工作的全过程包括三个部分，即上电处理、扫描过程和出错处理。PLC工作的全过程可用图4所示的运行框图来表示。
    在图4中，PLC通电后，CPU在系统程序的控制下先进行内部处理，包括硬件初始化、I/O模块配置检查、停电保持范围设定及其他初始化处理等工作。
    PLC有很强的自诊断功能，PLC每扫描一次执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如电源检测、内部硬件是否正常、程序语法是否有错等。如检查出异常时，CPU面板的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码；CPU能根据错误类型和程度发出信号，甚至进行相应的出错处理，使PLC停止扫描或强制变成STOP状态。

    PLC运行正常时，扫描周期的长短与用户应用程序的长短、CPU的运算速度、I/O点的情况等有关。通常用PLC执行1KB指令所需时间来说明其扫描速度（一般1-10ms/KB）。值得注意的是，不同指令执行时间是不同的，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。若用于高速系统要缩短扫描周期时，可从软硬件上同时考虑。PLC周期性循环扫描工作方式的显著特点是：可靠性高、抗干扰能力强，但响应滞后、速度慢。

1.4.2   PLC的扫描工作过程

    PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段，

    （1）输入采样阶段。在这一阶段中，PLC以扫描方式读入所有输入端子上的输入信号，并将各输入状态存入对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷断。在程序执行阶段和输出刷新阶段中，输入映像存储器与外界隔离，其内容保持不变，直至下一个扫描周期的输入扫描阶段，才被重新读入的输入信号刷新。可见，PLC在执行程序和处理数据时，不直接使用现场当时的输入信号，而使用本次采样时输入到映像区中的数据。一般来说，输入信号的宽度要大于一个扫描周期，否则可能造成信号的丢失。

   （2）程序执行阶段。在执行用户程序过程中，PLC按照梯形图程序扫描原则，一般来说，PLC按从左至右、从上到下的步骤逐个执行程序。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序跳转地址。程序执行过程中，当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从输出映像寄存器“读入”对应元件（“软继电器”）的当前状态。然后进行相应的运算，运算再存入输出映像寄存器中。对输出映像寄存器来说，每一个元件（“软继电器”）的状态会随着程序执行过程而变化。

（3）输出刷新阶段。程序执行阶段的运算被存入输出映像区，而不送到输出端口上。在输出刷新阶段，PLC将输出映像区中的输出变量送入输出锁存器，然后由锁存器通过输出模块产生本周期的控制输出。如果内部输出继电器的状态为“1”，则输出继电器触点闭合，经过输出端子驱动外部负载。全部输出设备的状态要保持一个扫描周期。

● 输入/输出滞后问题：

    当PLC的输入端输入信号发生变化PLC输出端对该输入变化做出反应需要一段时间，这种现象称为PLC输入/输出响应滞后。

    由上述分析可知，扫描周期的长短主要取决于程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输人、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输人、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，PLC的输入/输出响应滞后，对一般的工业控制要求，是完全允许的，还可以起到增强系统的抗干扰能力。

    但是，对于控制时间要求严格、响应速度要求较快的系统，就要采取措施减小输入/输出滞后的不利影响。

1.5   PLC的编程语言

    PLC的编程语言与一般计算机语言相比具有明显的特点，它既不同于一般高级语言，也不同于一般汇编语言，它既要易于编写又要易于调试。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。

    目前，PLC为用户提供了多种编程语言，以适应编制用户程序的需要，PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、指令表、顺序功能图和功能块图

    1、梯形图

    梯形图编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。PLC的梯形图与继电器控制系统梯形图的基本思想是一致的，但是在使用符号和表达式等方面有一定区别。
    梯形图具有形象、直观、简单明了，易于理解的特点，特别适合开关量逻辑控制，是PLC最基本、最普遍的编程语言。

    2、语句表（STL）

语句表是用助记符来表达PLC的各种功能。它类似计算机的汇编语言，但比汇编语言通俗易懂，也是较为广泛应用的一种编程语言。使用语句表编程时，编程设备简单，逻辑紧凑、系统化，连接范围不受限制，但比较抽象。一般可以与梯形图互相转化，互为补充。目前，大多数PLC都有语句表编程功能。

    3、顺序功能图(SFC)

    顺序功能图编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。它的编程方式采用画工艺流程图的方法编程，只要在每个工艺方框的输入和输出端，标上特定的符号即可。采用顺序功能图编程，可以使具有并发、选择等复杂结构的系统控制程序大为简化。许多PLC都提供了用于SFC编程的指令，它是一种效果显著、深受欢迎的编程语言，目前国际电工委员会（IEC）也正在实施并发展这种语言的编程标准。

    4、 功能块图（FBD）

 逻辑功能图是一种由逻辑功能符号组成的功能块来表达命令的图形语言，这种编程语言基本上沿用了半导体逻辑电路的逻辑方块图。对每一种功能都使用一个运算方块，其运算功能由方块内的符号确定。对于熟悉逻辑电路和具有逻辑代数基础的来说，使用非常方便。

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