考研復(fù)試《PLC入門》不知道怎么學(xué)？重要知識點(diǎn)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(diǎn)匯總！記得多多點(diǎn)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(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。

從PLC的定義來看，可以總結(jié)出PLC的三個特點(diǎn)：

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

2）PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，也是一種計(jì)算機(jī)，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。

3）這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程更方便。他能完成邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(shí)現(xiàn)其預(yù)期功能”。

2.PLC的基本結(jié)構(gòu)

1）電源

電源用于將交流電轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部所需的直流電，大部分PLC采用開關(guān)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(yùn)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(yùn)行用戶程序，進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，控制整個系統(tǒng)使之協(xié)調(diào)。

3）存儲器

存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)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(shí)現(xiàn)各種功能的程序，由PLC生產(chǎn)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(shè)備相連的輸入接口，是信號進(jìn)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(shè)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(shè)備，即將中央處理器送出的弱電信號轉(zhuǎn)換成電平信號，驅(qū)動被控設(shè)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(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)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(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)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(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)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(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)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(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)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(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)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(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)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(jù)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(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，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?yàn)檫@種程序由一條條水平線構(gòu)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(biāo)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(fù)責(zé)制定，因此梯形圖是標(biāo)準(zhǔn)化的PLC編程語言，該標(biāo)準(zhǔn)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(shí)候一樣。

2）易于在計(jì)算機(jī)上編制

當(dāng)在計(jì)算機(jī)上編制梯形圖時(shí)，你可以一次編制一行。當(dāng)繪制出越來越多的行時(shí)，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(yùn)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(xué)習(xí)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(shí)激活

3.梯形圖基礎(chǔ)

創(chuàng)建梯形圖時(shí)，你首先看到的就是兩條豎線，就是在這兩條豎線之間進(jìn)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(biāo)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(shí)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(shè)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(shí)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(dāng)令人困惑。但是別擔(dān)心，我將用簡單的例子加以解釋。讓我給你一個簡單的實(shí)例，在這個例子當(dāng)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(xì)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(jù)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(nèi)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(diǎn)，因此可以對應(yīng)于一個點(diǎn)動開關(guān)。

需要指出的是，每個閉路檢查指令必須要設(shè)置PLC中的一個地址。

輸入和輸出都是PLC中的內(nèi)存點(diǎn)位。在上面的示例中，閉路判斷指令設(shè)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(dāng)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(nèi)存中，如果輸入是LOW，那么對應(yīng)的內(nèi)存位置位0，如果輸入是HIGH，則對應(yīng)的內(nèi)存位置為1.

6.輸出線圈指令

每個指令本身在PLC內(nèi)存中也有個位置，PLC會將指令的結(jié)果存入。要了解PLC使用結(jié)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(guān)閉一個數(shù)據(jù)位。

正如你看到的，該符號位于水平線的右側(cè)，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(jié)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(jié)果

最后，讓我們看這條線的輸出：

XiC結(jié)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(jié)果作為條件。這被稱為RLO（邏輯操作結(jié)果）。邏輯操作結(jié)果保存在PLC內(nèi)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(shù)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(jié)果設(shè)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(nèi)存地址。我們將其稱為輸出位，因此地址Q0對應(yīng)Q0.0 - Q0.7.輸出線圈指令的結(jié)果將被寫入內(nèi)存位Q0.0。

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

掃描周期這個概念非常重要，當(dāng)你在編制梯形邏輯時(shí)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(diǎn)，同時(shí)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(xué)會了如何讀取數(shù)字輸入的狀態(tài)，并將數(shù)字輸出設(shè)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?yàn)樗鼉?nèi)部有個彈簧，這意味著按鈕只有在你一直按下時(shí)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(shí)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(fēng)系統(tǒng)里的風(fēng)機(jī)，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(jīng)釋放了按鈕。

在梯形邏輯中，有兩種辦法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：

 

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(dāng)PLC第一次運(yùn)行這個梯形邏輯程序時(shí)（按下按鈕時(shí)），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(yùn)行邏輯的時(shí)候。因?yàn)檫@是一個暫態(tài)按鈕，它不會一直激活。依賴于PLC程序的運(yùn)行總時(shí)長，按鈕可能在第二次、第三次或第四次運(yùn)行時(shí)不再激活。

2）讓我們進(jìn)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?yàn)樯弦粋�掃描周期按鈕被按下。這時(shí)PLC將再次讀取輸入并存入對應(yīng)的內(nèi)存位。內(nèi)存位I0.0”這次將存入“0”。因此I0.0的閉路判斷指令結(jié)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(nèi)存位，因此其結(jié)果為true或“1”，因?yàn)檫@是輸出還處于激活狀態(tài)。只要輸出內(nèi)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(gòu)造一個OR條件，在這個示例當(dāng)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(xué)習(xí)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(fēng)機(jī)的觸點(diǎn)，輸出可以自保持。

1）但是這個程序有個問題，怎么關(guān)掉風(fēng)機(jī)？

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

問題是，我們?yōu)橥�機(jī)按鈕使用什么指令？更重要的，我們應(yīng)當(dāng)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(jié)果是條件的反轉(zhuǎn)。這意味著，如果條件為“0”，那么結(jié)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(jī)按鈕做的事情。要關(guān)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(dāng)停機(jī)按鈕按下時(shí)，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(zhuǎn)結(jié)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(jī)按鈕。這不是好的實(shí)踐！

我們最終遵循最佳實(shí)踐，修改后的梯形圖如下：

 

雖然我們修改了指令，梯形圖的運(yùn)行沒有變化，這是因?yàn)槲覀兺瑯有薷牧宋锢硗�機(jī)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(diǎn)：

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

2）塊串、并；出；非運(yùn)算：

ANB、ORB、OUT、INV

3）上、下脈；推、彈、讀棧：

PLS、PLF、MPS、MPP、MRD

4）置；主；復(fù)位；空；結(jié)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(diǎn)指令。

LDI：取反指令。表示一個與輸入母線相連的常閉接點(diǎn)指令。

LD，LDI的目標(biāo)元件是X,Y,M,S,T,C。

OUT：輸出指令。

OUT指令的目標(biāo)元件是Y,M,S,T,C。

 

2.AND、ANI

AND：與指令。用于單個常開接點(diǎn)的串聯(lián)。

ANI ：與非指令。用于單個常閉接點(diǎn)的串聯(lián)。

這兩條指令的目標(biāo)元件為X,Y,M,S,T,C。

 

3.OR、ORI

OR：或指令。用于單個常開接點(diǎn)的并聯(lián)。

ORI：或非指令。用于單個常閉接點(diǎn)的并聯(lián)。

其目標(biāo)元件是X,Y,M,S,T,C。

 

4.LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF

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

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

 

5.SET、RST

SET：置位指令，使動作保持

RST：復(fù)位指令，使操作保持復(fù)位

 

6.PLS、PLF

PLS：輸入信號上升沿產(chǎn)生脈沖輸出

PLF：輸入信號下降沿產(chǎn)生脈沖輸出

其目標(biāo)元件為Y,M，但特殊輔助繼電器不能作為目標(biāo)元件。

 

7.INV

該指令用于運(yùn)算結(jié)果的取反。當(dāng)執(zhí)行該指令時(shí)，將INV指令

之前存在的如LD、LDI等指令的運(yùn)算結(jié)果反轉(zhuǎn)。

 

8.NOP、END

NOP為空操作指令，該指令是一條無動作、無目標(biāo)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(shí)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(nèi)容全部變?yōu)榭詹僮髦噶睢?/P>

END是一條無目標(biāo)元件占一個程序步的指令。PLC反復(fù)進(jìn)行輸入處理、程序運(yùn)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(jìn)行輸出處理。在程序調(diào)試過程中，按段插入END指令，可以順序擴(kuò)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(rèn)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(shí)，也刷新監(jiān)視時(shí)鐘。

 

編程的基本原則

1）水平不垂直

梯形圖的接點(diǎn)應(yīng)畫在水平線上，不能畫在垂直分支。

 

2）線圈右邊無接點(diǎn)

 

3）左大右小，上大下小

有串聯(lián)電路并聯(lián)時(shí)，應(yīng)將接點(diǎn)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(shí)，應(yīng)將接點(diǎn)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(shí)前面的輸出無效，只有最后一次才有效，一般不應(yīng)出現(xiàn)雙線圈輸出。

 

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