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传统的生产机械自动控制装置→继电器控制系统优点→结构简单、价格低廉、容易操作。缺点→体积庞大、生产周期长、接线复杂、故障率高、可靠性及灵活性差。应用→比较适用于工作模式固定，控制逻辑简单等工业应用场合。⒈PLC的产生背景四、PLC的发展与应用用户迫切需要一种先进的自动控制装置继电器控制系统先进自动控制系统对先进自动控制装置提出设想：把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置。把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程。工业控制单板机（计算机）继电器控制系统先进控制装置背景：1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。1968年，GM公司提出十项设计标准：①编程简单，可在现场修改程序；②维护方便，采用插件式结构；③可靠性高于继电器控制柜；④体积小于继电器控制柜；⑤成本可与继电器控制柜竞争；⑥可将数据直接送入计算机；⑦可直接使用115V交流输入电压；⑧输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；⑨通用性强，扩展方便;⑩能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。可编程序逻辑控制器的产生美国数字设备公司（DEC）根据这一设想，于1969年研制成功了第一台可编程序控制器(型号为PDP-14),并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功。由于当时主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）。PLC的发展接着，美国MODICON公司也开发出可编程序控制器084。1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台可编程序控制器DSC-8。1973年，西欧国家也研制出了他们的第一台可编程序控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业应用。返回2.PLC的定义和分类PLC的定义经历：可编程逻辑控制器（PLC）→可编程控制器（PC）通用叫法：可编程序控制器（ProgrammableController，PC），是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，所以人们还沿用PLC作为可编程控制器的英文缩写。国际电工委员会（IEC）对可编程控制器的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”PLC的基本结构BUS中央处理单元（CPU）系统程序存储器RAM输入单元输出单元I/O扩展接口设备通讯接口电源适配器PLC接触器电磁阀指示灯-+I/O扩展单元交流电源编程器计算机其他设备PLC的分类一体化紧凑型PLC：电源、CPU中央处理系统、I/O接口都集成在一个机壳内。如西门子S7-200系列。CPU（基本单元）+扩展模块标准模块式结构化PLC：各种模块相互独立，并安装在固定的机架（导轨）上，构成一个完整的PLC应用系统。如：西门子S7-300、S7-400系列。PS(电源模块)CPUIM(接口模块)SM:DISM:DOSM:AISM:AOCP:-点-到-点-PROFIBUS-工业以太网返回五.PLC的硬件结构根据硬件结构，PLC可分为整体式和模块式。整体式PLC的输入模块PLC的输出模块——继电器输出电路六.PLC的I/O模块PLC的输出模块——场效应管输出电路返回继电器的线圈通电时，其常开触点接通，常闭触点断开；线圈断电时，其常开触点断开，常闭触点闭合。梯形图中的位元件的触点和线圈也有类似的关系。七.PLC的工作原理①用触点和线圈实现逻辑运算RUN模式：执行用户程序。STOP模式：不执行用户程序，可以编辑、修改、检查用户程序。1）用PLC上的模式开关来手动切换，模式开关有3个档位（RUN/TERM/STOP）。2）用编程软件，应首先把主机的模式开关置于TERM或RUN位置，然后在此软件平台用鼠标单击STOP和RUN模式按钮即可。3）在用户程序中用指令由RUN模式转换到STOP模式，前提是程序逻辑允许中断程序的执行。②PLC的工作模式③PLC的工作原理PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：输入扫描、用户程序执行、与编程器等的通信处理、CPU自诊断测试、输出处理。PLC执行的五个阶段，称为一个扫描周期，PLC完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。④PLC的工作过程举例信号输入端子输入映像寄存器I0.0Q4.1Q4.1Q4.2I0.1M10.0I0.1Q4.2M10.0输出映像寄存器输出锁存器输出端子驱动输入刷新输出刷新程序执行扫描周期输入刷新阶段输出刷新阶段返回八.PLC的编程环境PLC编程语言的国际标准IEC在1994年5月公布了PLC标准—IEC61131其中第三部分IEC61131-3是PLC的编程语言标准规定PLC的标准编程语言有五种:1)顺序功能图SFC2)梯形图LAD3)功能块图FBD4)指令表/语句表STL5)结构文本ST①顺序功能图（SFC）SFC是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。也可以用SFC来描述系统的功能，从而很容易地写出LAD程序。步、转换和动作是顺序功能图中的三种主要元件。S1S2S8S3T0SST8T3T2T1ST9②梯形图（LAD）LAD是使用最广泛的PLC编程语言，与KA-KM系统的电路图很相似，直观易懂，特别适用于数字量逻辑控制。LAD由触点、线圈和指令盒组成。触点代表逻辑输入条件，线圈通常代表逻辑输出结果，指令盒用来表示定时器、计数器或数学运算等功能指令。③语句表（STL）语句表（STL）语言类似于计算机的汇编语言，特别适合于来自计算机领域的工程人员。用指令助记符创建用户程序，属于面向机器硬件的语言，STEP7Micro/Win的语句表如下图所示。④功能块图（FBD）功能块图（FBD）的图形结构与数字电子电路的结构极为相似，如下图所示。⑤其他编程语言SIMATIC工业软件中的工程工具为大型或中型PLC提供了许多高级编程工具，以下简要列举其中的几种：1）S7-SLC和M7-ProC/C++2）S7-GRAPH3）S7-HiGraph4）CFCSIMATIC指令集和IEC61131-3指令集S7-200系列PLC主机中有两类基本指令集：SIMATIC指令集和IEC61131-3指令集，程序员可以任选一种。提供多种类型的指令以完成广泛的自动化任务。SIMATIC指令集：是专为S7-200系列PLC设计的，本指令通常执行时间短，支持LAD、STL和FBD三种编程语言。IEC61131-3指令集是不同PLC厂家的指令标准，不支持STL编程语言。如果编程使用的是手编器，主程序应安排到程序的最前面。其他部分的位置安排没有严格的顺序，但习惯上把子程序安排在中断程序的前面。如右图所示。程序结构示意图程序中断程序2子程序2主程序中断程序1子程序m子程序1中断程序n返回PLC的程序结构PLC在其系统软件的管理下，将用户程序存储器划分为若干个区，并将这些区赋予不同的功能，由此组成的内部器件，称之为PLC的编程元件。S7-200将编程元件统一归为存储器单元，存储单元按字节进行编址，无论所寻址的是何种数据类型，通常应指出它所在的存储区域和区域内的字节地址。每个存储单元都有惟一的地址，地址由元件名称和编号两部分组成，编程元件名称（区域地址符号）如下表所示。九.PLC的编程元件CPU的存储区（PLC的编程元件）1、输入映像寄存器（I）（I0.0~I15.7）2、输出映像寄存器（Q）（Q0.0~Q15.7）3、变量存储器（V）4、位存储器（M）（M0.0~M31.7）5、定时器（T）存储器6、计数器（C）存储器7、高速计数器（HC）8、累加器（AC）9、特殊存储器（SM）如SM0.0，SM0.1，SM0.4，SM0.510、局部存储器（L）11、模拟量输入映像寄存器（AI）12、模拟量输出映像寄存器（AQ）13、顺序控制继电器（S）返回十.位逻辑指令触点指令1、标准触点指令、输出（驱动）指令（1）LD：装入常开触点（LoaD）（2）LDN：装入常闭触点（LoaDNot）（3）A：与常开触点（And）（4）AN：与常闭触点（AndNot）。（5）O：或常开触点（Or）（6）ON：或常闭触点（OrNot）（7）NOT：触点取非（输出反相）（8）=：输出指令在语句表中，LD、LDN、A、AN、O、ON、NOT这几条指令的执行对逻辑堆栈的影响分别如下表所示。AI0.2的执行程序实例：本程序段用以介绍标准触点指令在梯形图、语句表这两种语言编程中的应用，仔细比较不同编程工具的区别与联系。其梯形图和语句表程序结构如右图所示。LDI0.0//装入常开触点OI0.1//或常开触点AI0.2//与常开触点=Q0.0//输出触点//如果本梯级中将I0.1的触点改//为Q0.0的常开触点，则成为电//机起动停止控制环节的梯形图。LDNI0.0//装入常闭触点ONI0.1//或常闭触点ANI0.2//与常闭触点=Q0.1//LDI0.0//OI0.1//AI0.2//NOT//取非，即输出反相=Q0.3//标准触点LAD和STL程序2.置位和复位指令置位即置1，复位即置0。置位和复位指令可以将位存储区的某一位开始的一个或多个（最多可达255个）同类存储器位置1或置0并保持。这两条指令在使用时需指明三点：操作性质、开始位和位的数量。各操作数类型及范围如下表所示。（1）S，置位指令将位存储区的指定位（位bit）开始的N个同类存储器位置位（置1）并保持。STL格式：Sbit,N例：SQ0.0,1（2）R，复位指令将位存储区的指定位（位bit）开始的N个同类存储器位复位（置0）并保持。当用复位指令时，如果是对定时器T位或计数器C位进行复位，则定时器位或计数器位被复位，同时，定时器或计数器的当前值被清零。STL格式：Rbit，N例：RQ0.2,3LDI0.0//装入常开触点AI0.1//与常开触点=Q1.0//输出触点LDI0.0//AI0.1//SQ0.0,1//将Q0.0开始的//1个触点置1RQ0.2,3//将Q0.2开始的//3个触点置0下图所示为置位和复位指令应用程序片断：本程序对应的时序图如下所示：时序图I0.0Q0.2-Q0.4Q0.0Q1.0I0.1(1)置位优先触发器指令SR当置位信号S1和复位信号R同时为“1”时，输出OUT信号为“1”。（2)复位优先触发器指令RS当置位信号S和复位信号R1同时为“1”时，输出OUT信号为“0”。3.RS触发器指令下图所示为触发器指令应用程序及时序图：5.跳变指令(1)正跳变指令EU（EdgeUp)当检测到一个正跳变触点(触点的输入信号由0变为1)时，接通一个扫描周期的脉冲，驱动其后的触点或功能指令。STL格式：EU（无操作数）（2)负跳变指令ED（EdgeDown)当检测到一个负跳变触点(触点的输入信号由1变为0)时，接通一个扫描周期的脉冲，驱动其后的触点或功能指令。STL格式：ED（无操作数）下图所示为跳变指令应用的一段程序及对应时序图：系统提供三种定时器指令：TON通电延时定时器TONR保持型通电延时定时器TOF断电延时定时器十一.定时器指令定时器指令定时器的精度等级S7-200定时器的精度，又称为时间增量、时间单位、分辨率。有3个等级：1ms、10ms和100ms。精度等级和定时器号关系如下表所示：定时器指令的操作数1）定时器编号T0~T2552）预设值P