PLC可編程邏輯控制器的知識大全
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、計數和算術運算等操作的指令，通過數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。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。
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一、PLC的基本工作原理
PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式
1．每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進行刷新。
2．輸入刷新過程，當輸入端口關閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。
3．一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。
4．元件映象寄存器的內容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。
5．掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數，現在的PLC掃描速度都是非?？斓?。
6．由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現象，即輸入/輸出響應延遲。
二、PLC的選型
據了解， 選擇適當型號的PLC 機是設計中至關重要的一步。目前，國內外 PLC 生產廠家生產的 PLC 品種已達數百個，其性能各有特點，價格也不盡相同。所以，在設計時，首先要根據機型統(tǒng)一的原則來考慮，盡可能考慮采用與本企業(yè)正在使用的同系列的 PLC 機，以便于學習、掌握、維護的方便性，備品配件的通用性，且可減少編程的投資。在此基礎上還要充分考慮下面因素，以便選擇最佳型號的 PLC 機：
1 、 I ／Ｏ設備的數量和性質
在選擇PLC 時，首先應對系統(tǒng)要求的輸入、輸出有詳細的了解，即輸入量有多少，輸出量有多少，哪些是開關 ( 或數字 ) 量，哪些是模擬量，對于數字型輸出量還應了解負載的性質，以選擇合適的輸出形式 ( 繼電器型、晶體管型、雙向可控硅型 ) 。在確定了 PLC 機的控制規(guī)模后，還要考慮一定的余量，以適應工藝流程的變動及系統(tǒng)功能的擴充，一般可按 10 ～ 15 ％的余量來考慮。另外，還要考慮 PLC 的結構，從Ｉ／Ｏ點數的搭配上加以分析，決定選擇整體式還是模塊式的 PLC 。
據了解， 在確定了PLC 的輸入量和輸出量的點數及性質后，就可以進一步確定各種Ｉ／Ｏ模板的型號和數量。開關量Ｉ／Ｏ模板的規(guī)格標準有 4 、 8 、 16 、 32 、 64 點，點數多的模板，每點平均價格相對較低。對開關量Ｉ／Ｏ模板的外部接線方式可分為隔離式和匯點式，隔離式的每點平均價格較高。如果信號之間不需要隔離，應選用匯點式的Ｉ／Ｏ模板。在整體式 PLC 機中，各個Ｉ／Ｏ端子也有隔離式和匯點式之分，以滿足不同電壓等級的輸入／輸出器件的需要。
2 、 PLC 的功能
要根據該系統(tǒng)的控制過程和控制規(guī)律，確定PLC 機應具有的功能。各個系列不同規(guī)格的 PLC 機所具有的功能并不完全相同。如有些小型 PLC 只有開關量的邏輯控制功能，而不具備數據處理和模擬量處理功能。當某個系統(tǒng)還要求進行位置控制、溫度控制、 PID 控制等閉環(huán)控制時，應考慮采用模板式 PLC ，并選擇相應的特殊功能的Ｉ／Ｏ模塊，否則這些算法都用 PLC 的梯形圖設計，一方面編程困難，另一方面也占用了大量的程序空間。
另外，還應考慮PLC 的運算速度，特別是當使用模擬量控制和高速計數器等功能時，應弄清 PLC 機的最高工作頻率是否滿足要求。
3 、用戶程序存儲器的容量
據了解， 合理確定PLC 的用戶程序存儲器的容量，是 PLC 應用設計及選型中不可缺少的環(huán)節(jié)。一般說來，用戶程序存儲器的內存容量與內存利用率、開關量Ｉ／Ｏ總數、模擬量Ｉ／Ｏ點數及設計者的編程水平有關。
簡單的估算公式：
內存字數＝( 開關量Ｉ／Ｏ總點數＋模擬量Ｉ／Ｏ點數 X 16) X 10
式中：每個模擬量通道( 或Ｉ／Ｏ點 ) 相當 16 個開關量Ｉ／Ｏ點。在此基礎上，可考慮留有 20 ～ 25 ％的裕量。對于工藝比較復雜的系統(tǒng)，應適當增加存儲器的容量，否則，當控制較復雜、數據處理量大時，可能出現存儲器容量不夠的問題。
三、PLC的七個基本特點
1．編程方法簡單易學
梯形圖是使用得最多的PLC的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員只需花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制數字量控制系統(tǒng)的用戶程序。
2．功能強，性能價格比高
一臺PLC內有成千上萬個可供用戶使用的編程元件，可以實現非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯網，實現分散控制，集中管理。
3．硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強
PLC產品已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可以直接驅動大多數電磁閥和中小型交流接觸器。
硬件配置確定后，通過修改用戶程序，就可以方便快速地適應工藝條件的變化。
4．可靠性高，抗干擾能力強
傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現故障。PLC用軟件代替中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的十分之一以下，大大減少了因觸點接觸不良造成的故障。
PLC使用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產現場，PLC被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設備之一。
5．系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少
PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。
PLC的梯形圖程序可以用順序控制設計法來設計。這種設計方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，用這種方法設計程序的時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。
可以用仿真軟件PLCSIM來模擬S7-300/400的CPU模塊的功能，用它來調試用戶程序。在現場調試過程中，一般通過修改程序就可以解決發(fā)現的問題，系統(tǒng)的調試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。
6．維修工作量小，維修方便
PLC的故障率很低，并且有完善的故障診斷功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構發(fā)生故障時，可以根據信號模塊上的發(fā)光二極管或編程軟件提供的信息，方便快速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。
7．體積小，能耗低
復雜的控制系統(tǒng)使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積僅相當于幾個繼電器的大小，因此可以將開關柜的體積縮小到原來的1/2～1/10。
PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)相比，配線用量少，安裝接線工時短，加上開關柜體積的縮小，因此可以節(jié)省大量的費用。
四、PLC控制柜的相關知識
在如今工業(yè)生產中，只要涉及控制的地方，都離不開PLC，PLC柜的布置與設計，是制作PLC柜的基礎與關鍵。
1、柜型的選擇 適用于裝PLC的柜型，通常選用固定柜，且門板為整門的柜型，如KB柜、九折柜和十六折柜等，不宜選GGD柜、固定分割柜、抽屜柜。因為PLC柜內元件基本上為整板安裝，如果采用了柜門分割的柜型，不便于安裝和調試。對于GGD柜如果必須選用時，需做一下非標設計，將儀表門、前門和下通風門合并成一個整門，且柜體框架上取消前后橫梁，以便于安裝和維護。
2、柜體通風系統(tǒng)設計 柜體通風方案，采用前門下進風上出風的形式，后門不加進出風孔。進、出風口分別裝1個通風過濾器來防塵，外形尺寸320mm×320mm，進出風面積約008平米。由于PLC柜內的元件發(fā)出的熱量較少，采用自然對流的方式即可，如果要加快風速，可在門板上半部的出口過濾器上，加裝1個軸流風機，向外排風，柜體的頂蓋沒有通風孔，裝無孔頂蓋。
3、行線槽規(guī)格的選擇 行線槽的規(guī)格有很多，常用的行線槽寬度為25mm、40mm、60mm、80mm、100mm，高度為40mm、60mm、80mm、100mm，顏色首選灰色。 選擇行線槽的原則通常是根據經過此線槽的線的體積之和（含絕緣層）為線槽容量的80%左右，來選擇線槽的規(guī)格，余下的空間便于線的散熱。計算時可以用截面的關系，即線的截面之和（含絕緣層）為線槽截面的80%左右。 通常大于6平方的線纜，不宜用行線槽來管理線束，但有時為了柜內布置整齊美觀，對于特殊的線纜，如網線、元器件的預制電纜等，也放進了行線槽，在裝配設計時要特殊考慮，根據線徑以及彎曲半徑來選擇線槽，將電纜整齊的放進線槽內。
4、元器件布置的原則 柜內元器件布置，一般是從上到下，從左向右。便于操作與維護，經常操作或維護的元器件應安裝在較容易觸及到的位置，從高度上講，盡量安裝在離地面400mm至1800mm的高度范圍內。如果元器件較多，可考慮將不常操作的元器件（如直流電源）安裝在柜體高度2000mm左右的位置上，底部元件安裝位置不能低于離地面200mm，否則現場無法接線。布置時避免線在線槽內反復繞，注意節(jié)約成本。
4.1穩(wěn)壓電源布置 穩(wěn)壓電源不需要經常維護，且是發(fā)熱器件，布置在柜內最上部，便于散熱。接線少，線槽選用40mm寬即可，線槽深度要整柜考慮，與走線量最大的線槽統(tǒng)一（線槽深度選擇下同）。穩(wěn)壓電源邊緣與線槽之間的凈距是30mm左右。
4.2PLC及各單元布置 與CPU單元相鄰的單元，最好是特殊單元和輸入單元等干擾產生少的單元。外部電路的電磁接觸器及繼電器類，其線圈及接點即干擾發(fā)生源，因此應與PLC分開配置。（大致在100mm以上） 此外模塊是PLC系統(tǒng)的主要部件，需經常進行調試維護，應安裝在方便操作的位置。安裝模塊時自左向右排布，便于擴展。信號線較多，通常選用80mm寬的線槽，機架上端與線槽的凈距在30mm左右，機架下端與線槽的凈距在80mm左右。
4.3斷路器的布置 安裝高度以方便操作為宜，周圍不要有妨礙操作的器件。通常選用60mm寬的線槽，斷路器的上下邊緣與線槽的凈距在40mm左右。安裝時自左側開始排布，便于擴展。
4.4繼電器、端子排的布置 繼電器和端子排一般布置在柜前下部或柜后，端子排優(yōu)先采用縱向排列，內部線和外部線的線槽要盡量分開，如圖2所示。考慮到接線習慣（左手持線，右手拿工具），一般端子左側的線槽留給客戶，便于外部線接入，右側的線槽用于內部線管理。如果空間緊張，也可以兩列端子共用一個內部槽或共用一個外部槽，盡量不要內外部共用一個線槽（有串線情況除外），否則不便管理。線槽的寬度根據繼電器和端子的數量合理選擇，對于外部線，由于現場的進線一般含有備用 芯、屏蔽層等，線徑較粗，外部走線槽要選的盡量大
4.5交換機和光纖盒的布置 交換機和光纖盒一般布置在柜體下部，預留的走線空間，應充分考慮網線和光纖的打彎半徑，盡量大些，方便現場網線和光纖的接入。
4.6柜內照明 柜內頂部裝照明燈，由門控開關控制。單面布置的裝1套，前后雙面布置的裝2套。開門時燈亮，關門時燈滅。
4.7接地系統(tǒng)
4.7.1接地母排 在PLC系統(tǒng)內，所有裝有PLC設備的控制柜，均應設置PE保護接地母排和TE防干擾接地母排。PE保護接地母排用于連接機架、電源等設備的PE接地點，與柜體直接連接。TE防干擾接地母排與柜體絕緣安裝，用于外部信號電纜的屏蔽接地。
4.7.2柜體接地 安裝元器件的安裝板等結構件與柜體框架要可靠固定，所用連接件要墊上爪型彈墊，從安裝板底部用黃綠導線引至PE排上。柜體旋轉部件的接地，應使用銅編織帶連接到柜體框架上。
4.7.3機架的接地 機架上有專門用于連接PE的接地螺栓，將機架連接到PE母排上。連接PE母排導線的最小截面為2mm2。
5、柜內布置及結構設計 根據以上布置原則，結合原理圖和分柜清單，繪制柜內布置圖。無論是柜體、元器件還是線槽等輔料，都必須采用最大外形尺寸，按照1∶1的比例進行繪制。布置圖繪制完成后，根據元器件的位置及安裝方式，進行安裝板的結構設計，安裝板的材質通常選用敷鋁鋅板，厚度在2.0mm～3.0mm。
6、結語 電氣控制柜在設計的過程中，必須結合實際使用需求，在進行電氣控制柜設計時，技術操作必須嚴格規(guī)范，為了讓電氣實現自動控制，提高電氣控制柜的制造和設計具有重要意義。
五、PLC應用概況
開關量的開環(huán)控制
開關量的開環(huán)控制是PLC的最基本控制功能。PLC的指令系統(tǒng)具有強大的邏輯運算能力，很容易實現定時、計數、順序(步進)等各種邏輯控制方式。大部分PLC就是用來取代傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)。
模擬量閉環(huán)控制
對于模擬量的閉環(huán)控制系統(tǒng)，除了要有開關量的輸入輸出外，還要有模擬量的輸入輸出點，以便采樣輸入和調節(jié)輸出實現對溫度、流量、壓力、位移、速度等參數的連續(xù)調節(jié)與控制。目前的PLC不但大型、中型機具有這種功能外，還有些小型機也具有這種功能。
數字量的智能控制
控制系統(tǒng)具有旋轉編碼器和脈沖伺服裝置(如步進電動機)時，可利用PLC實現接收和輸出高速脈沖的功能，實現數字量控制，較為先進的PLC還專門開發(fā)了數字控制模塊，可實現曲線插補功能，近來又推出了新型運動單元模塊，還能提供數字量控制技術的編程語言，使PLC實現數字量控制更加簡單。
數據采集與監(jiān)控
由于PLC主要用于現場控制，所以采集現場數據是十分必要的功能，在此基礎上將PLC與上位計算機或觸摸屏相連接，既可以觀察這些數據的當前值，又能及時進行統(tǒng)計分析，有的PLC具有數據記錄單元，可以用一般個人電腦的存儲卡插入到該單元中保存采集到的數據。PLC的另一個特點是自檢信號多．利用這個特點，PLC控制系統(tǒng)可以實現白診斷式監(jiān)控，減少系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。
六、老電工談維修電工如何學習PLC
我們是維修電工不是電氣工程師，找準了自己的位置，明確了方向。電氣工程師不會去現場進行PLC接線，但是維修電工不僅要現場給PLC接線，而且還要掌握如何修改程序，我們就知道自己應該掌握哪些知識，應該從怎么學習PLC，我談談自己的看法。
第一，作為維修電工我們要從硬件開始學習，必須掌握PLC的I/O輸入輸出點,PLC的每個部位起什么作用的。在日常維修工作中，PLC外部最容易出現問題就是I/O點的損壞，需要更換到PLC的備用輸入輸出點。外部接線更改完成后，還需要更改PLC內部的程序的I/O點的的定義，我還需要掌握軟件方面的知識。
第二點，作為維修電工我們要從軟件開始時學習，學習各種PLC編程軟件里的上載和下載在哪里操作。在維修的工作中，PLC的I/O輸入點外部更改后，內部的程序也需要修改，這個時候我們就需要把PLC的內部程序上載了，然后修改程序。修改完了，在下載到PLC的里。（每個品牌的PLC上傳和下載都不一樣，如果大家有興趣可以留言，我們以后再分享如何進行PLC的上傳和下載）。
第三點，作為維修電工我們要從PLC的硬件構造也要掌握，對我們以后維修工作中，PLC出現問題，需要簡單的維修PLC有幫助。
1）中央處理器（CPU） 一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片內。CPU通過數據總線、地址總線和控制總線與存儲單元、輸入/輸出接口電路相連接。 與一般的計算機一樣，CPU是整個PLC的控制中樞，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC有條不紊的進行工作。CPU主要完成下述工作： （1）接收、存儲用戶通過編程器等輸入設備輸入的程序和數據。 （2）用掃描的方式通過I/O部件接收現場信號的狀態(tài)或數據，并存入輸入映像寄存器或數據存儲器中。 （3）診斷PLC內部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等。 （4） PLC進入運行狀態(tài)后，執(zhí)行用戶程序，完成各種數據的處理、傳輸和存儲相應的內部控制信號，以完成用戶指令規(guī)定的各種操作。 （5）響應各種外圍設備(如編程器、打印機等）的請求。 PLC采用的CPU隨機型不同而不同， 目前，小型PLC為單CPU系統(tǒng)，中型及大型則采用雙CPU甚至多CPU系統(tǒng)。目前，PLC通常采用的微處理器有三種：通用微處理器、單片微處理器（即單片機）、位片式微處理器。
第四，作為維修電工我們要從PLC的編程語言也要掌握：
1、梯形圖語言（LD）與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性；電氣設計人員易于掌握，目前在小型PLC上應用廣泛！
2、指令表語言（IL）指令表編程語言是與匯編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣由操作碼和操作數組成。在無計算機的情況下，適合采用PLC手持編程器對用戶程序進行編制。目前基本上沒什么人使用，但是我們也應該了解！
3、功能模塊圖語言（FBD）功能模塊圖語言是與數字邏輯電路類似的一種PLC編程語言。 這是一種較新的編程方法，用方框圖的形式來表示操作功能，類似于數字邏輯門電路的編程語言。有數字電路基礎的人很容易掌握，由于功能模塊圖能夠清楚表達功能關系，使編程調試時間大大減少。目前，這種語言是發(fā)展趨勢，國際電工協(xié)會正在實施發(fā)展這種新式的編程標準，而且某些PLC制造廠家，已經在中型及大型PLC開始支持這種語言了！
4、順序功能流程圖語言（SFC），順序功能流程圖語言是為了滿足結構化和標準化而設計的編程語言。對于負責的控制系統(tǒng)，內部聯鎖、互鎖極其復雜的情況下，采用流程圖語言可以很直觀地看到設備的動作順序。比較容易讀懂程序，不同的人員都比較容易理解其他人編寫的程序，因為程序按照設備的動作順序進行編寫，規(guī)律性較強，不需要復雜的互鎖電路，更容易設計和維護系統(tǒng)。目前這種編程語言最適合從事工藝設計的工程技術人員，因此，它是一種效果顯著、深受歡迎、前途光明的編程語言。
5、結構化文本語言（ST）結構化文本語言是用結構化的描述文本來描述程序的一種編程語言。它是類似于高級語言的一種編程語言。在大中型的PLC系統(tǒng)中，常采用結構化文本來描述控制系統(tǒng)中各個變量的關系。主要用于其他編程語言較難實現的用戶程序編制。這五種編程語言，我們必須應該要掌握就是梯形圖，也是最容易掌握的編程語言。 從事維修工作十幾年，我也是從一名普通的電工開始的，一步一步的走過來，這些都是我們這些年的總結出來的學習方法。當然大家如果想看什么其他的內容請寫留言，我們會酌情考慮推出大家喜歡看的技術文章。有機會請不要干維修電工，維修電工一個需要不斷學習的工作行業(yè)，干到老學到的。