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第11章可编程控制器及其应用第7章可编程控制器(PLC)本章要求：1.了解可编程控制器的结构和工作原理;2.了解可编程控制器的几种基本编程方法;3.熟悉常用的编程指令;4.学会使用梯形图编制简单的程序。可编

程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术发展起来的一种工业控制器。专门用于工业现场的自动控制装置。PLC具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单以及功耗低、体积小等优点。但它存储容量小，价格高。本

章只为初学者提供PLC基础知识,重点是简单程序编制，重在应用。继电接触控制系统在生产中得到广泛应用。但由于它的机械触点多、接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性差，因此已不能满足现代化生产过程复杂多变的控制要求。第7章可编程控制器(PLC)PLC的类型种类繁多，功能和指令系统

也不尽相同虽然多种多样，但其结构和工作方式则大同小异，一般由主机、输入/输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几个主要部分构成。7.1可编程控制器的基本概念7.1.1可编程控制器的结构PLC可看作一个系统，外部的各种开关信号或模拟信号均为输入量，它们经输入接口寄存到PLC内部的数据

存储器中，而后按用户程序要求进行逻辑运算和数据处理，最后以输出变量的形式送到输出接口，从而控制输出设备。PLC硬件系统结构图电源I/O扩展单元输入设备输出设备输出接口外部设备接口输入接口I/O扩展接口主机PLC编程器打印机磁带机计算机扫描仪CPU存储器用户程

序系统程序数据按钮行程开关触点电磁阀电磁线圈指示灯1.主机CPU是PLC的核心，主要用来运行用户程序，监控输入/输出接口状态。主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器PLC内部存储器系统程序存储器用户程序及数据存储器系统程序存储器：主要存放系

统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。2.输入/输出(I/O)接口输入接口用于接收输入设备(如：按钮、行程开

关、传感器等）的控制信号。输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备(如:接触器、电磁阀、指示灯等)。3.电源PLC电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源I/O接口是PLC与输入/输出设备联接的部件。I/O接口一般

采用光电耦合电路,以减少电磁干扰。4.编程器编程器是PLC重要的外部设备，用于手持编程。利用编程器可输入、检查、修改、调试用户程序或在线监视PLC工作状况。除手持编程器外，目前，使用较多的是利用通信电缆将PLC和计算机联接，并利用专

用的工具软件进行编程或监控。6.外部设备接口I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数扩展单元与基本单元(即主机)联接在一起。5.输入输出扩展接口此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等外部设备与主机相连。7.1.2可编程控制器的工作原理

PLC是在功用上，可以看做替代继电接触器，应用于控制电路，是一个执行逻辑功能的工业控制装置。它可以用一等效电路表示。该等效电路可以分为输入部分，内部控制电路，输出部分。1.输入部分作用：收集被控设备的信息或操作命令，传送给

输入继电器。输入继电器由接到的输入端的外部信号驱动，驱动电源由PLC的电源组件供给（多为24V）。注意：PLC的一个输入点（I**），就相当于一个输入继电器，对应等效电路一个输入端子及其输入电路。输入电路由驱动电

源，按钮或开关和输入端子组成。2.内部控制电路：其作用是按用户程序的控制要求对输入信息进行运算处理，判断哪些信号需要输出，并将得到的输出结果输出给负载。注意：这部分由用户根据控制要求编制的程序组成。程序的编写有两种途径，一种是梯形

图，一种是语句表。后面会详细介绍。3.输出部分：其作用是驱动外部负载。注意：输出端子是PLC向外部负载输出信号的端子。PLC的一个输出点（通常为Q**），就相当于一个输出继电器，对应一个输出端子及其输出电路。输出电路由电源，输出端子和外部负载组成。等效电路上一页返回下一页上一节图电动机的正反转控

制PLC等效电路~输入接口单元输出接口单元逻辑运算单元电源输入接线端子输出接线端子I0.0I0.0I0.1I0.1I0.2I0.2I0.3I0.3COMI0.0I0.3I0.2I0.2I0.3I0.1Q0.

1Q0.0Q0.0Q0.1Q0.0Q0.1Q0.0Q0.1Q0.0COMSBstFSBstRSBstPFREKMFKMR220VQ0.17.1.3可编程控制器的工作方式PLC采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作。其工作过程分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，并

进行周期循环。输入端子输入锁存器输入状态寄存器输出锁存器输出状态寄存器输出端子程序执行读读写输入采样程序执行输出刷新一个扫描周期一条指令所需时间一般不超过100ms。1.输入采样阶段PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将

此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。2.程序执行阶段PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行程

序指令。其过程如下：从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。3.输出刷新阶段在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去控制

各物理继电器的通/断，这才是PLC的实际输出。由PLC的工作过程可见，在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态

寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。7

.1.3可编程控制器的主要技术性能1.I/O点数指PLC外部输入和输出端子数。通常小型机有几十点，中型机有几百个点，而大型机超过千点。2.用户程序存储容量用来衡量PLC所能存储用户程序的多少。在PLC中，程序

指令按“步”存储,一“步”占用一个地址单元,一条指令有的往往不止一“步”。一个地址单元一般占两个字节。3.扫描速度指扫描1000步用户程序所需的时间，以ms/千步为单位。有时也用扫描一步指令的时间计,如s/步。4.指令系统条数PLC具有基本指令和高级指令，指令的种类和数量越多，其软件功能越

强。5.编程元件的种类和数量编程元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用“字”寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等，其种类和数量的多少是衡量PLC硬件功能强弱的一个指标。PLC内部“继电器”是存储器的存储单元。当写入

该单元逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。所以PLC内部这些继电器称为“软”继电器。7.1.4可编程控制器的主要功能和特点1.主要功能(1)开关逻辑控制用PLC取代传统的继电接触器进行逻辑控制。(3)步进控制(4)数据处理(2)定时/计数控制用PLC的定时

/计数指令来实现定时和计数控制。用步进指令实现一道工序完成后，再进行下一道工序操作的控制。能进行数据传输、比较、移位数制转换、算术运算和逻辑运算等操作。(5)过程控制(6)运动控制(7)通信联网(8)监控(9)数字量与模拟量的转换可实现对温度、压力、速度、流量

等非电量参数进行自动调节通过高速计数模块和位置控制模块进行单轴和多种控制。如用于数控机床、机器人等控制。通过PLC之间的联网及与计算机的联接，实现远程控制或数据交换。能监视系统各部分的运行情况,并能在线修改控制程序

和设定值。能进行A/D和D/A转换，以适应对模拟量的控制。2.PLC的主要特点(1)可靠性高，抗干扰能力强。由于采用大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件的设计和制造的过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施

，使它能适应恶劣的工作环境，具有很高的可靠性。(2)编程简单，使用方便。(3)通用性好，具有在线修改能力。PLC硬件采用模块化结构，可以灵活地组态以适应不同的控制对象，控制规模和控制功能的要求。且可通过修改软件，来实现在线修改的能力，因此其功能易于扩展

，具有广泛的工业通用性。(4)缩短设计、施工、投产的周期，维护容量。目前PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计，同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减轻了接线工作，同时PLC还具有故障检测和显示功能，使故障处理

时间缩短。(5)体积小，易于实现机电一体化。7.2可编程控制器的程序编制7.2.1可编程控制器的编程语言可编程控制器的程序有系统程序和用户程序两种。系统程序用户不能修改。用户程序是用户根据控制要求，利用PLC厂家提供的程序编制

语言编写的应用程序。PLC的编程语言以梯形图语言和指令语句表语言最为常用，并且两者常常联合使用。1.梯形图是在继电控制系统电气原理图基础上开发出来的一种图形语言。它继承了继电器触点、线圈、串联、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形。1.

梯形图编程元件的种类用图形符号及字母或数字加以区别。梯形图中用表示PLC编程元件的动合触点表动断触点表线圈例:用PLC组成电机起停控制电路(1)继电接触控制图(ED)X2X1Y1Y1动合触点输出继电器线圈动合触点

PLC输入继电器动断触点(2)利用梯形图编制控制程序KM12SB1SB2KM(1)梯形图中的继电器不是物理继电器，是PLC存储器的一个存储单元。当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器的线圈接通，其动合触

点闭合，动断触点断开。几点说明(2)梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行(或称梯级)起始于左母线，然后是触点的串、并联连接，最后是线圈与右母线相联。(3)梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电

流”只是用来形象地描述用户程序执行中满足线圈接通的条件。线圈只能出现一次，触点可以多次引用。(4)输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其他继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备

。当梯形图中的输出继电器线圈接通时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点也可供内部编程使用。2.指令语句表指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC程序的语言，

它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言容易理解。若干条指令组成的程序就是指令语句表本章以S7-200系列PLC的指令为例，说明指令的含义、梯形图的编程方法及对应的语句表形式1.逻辑取和线圈驱动指令LD（Load）、LDN(LoadNot)、=（Out）LD：常开触点逻辑运算开始

LDN:常闭触点逻辑运算开始=：线圈驱动()Q0.0M0.0I0.0I0.1()()M0.1梯形图=M0.1=Q0.0LDNI0.1=M0.0LDI0.0语句表指令说明：（1）LD、LDN指令用于与输入公共线（输入母线）相连的触点，也可以与OLD、ALD指令配合使用“与”分支回路的开头。（2

）并联的“=”指令可连续使用任意次。（3）继电器的编号如下表继电器类型继电器数量继电器编号输入继电器（I）24I0.0-I2.7输出继电器(Q)16Q0.0-Q1.7内部辅助继电器(M)256M0.0-M31.72.触点串联指令A（And）、AN(AndNot)

A：常开触点串联连接。AN：常闭触点串联连接。I0.0I0.1Q0.0Q0.1M0.0Q0.0()()()M0.1指令说明（1）A、AN是单个触点串联连接指令，可连续使用。（2）若要串联多个触点组合回

路时，需采用ALD指令。ANI0.1=Q0.0LDNQ0.0=M0.0=Q0.1LDI0.0AM0.13.触点并联指令O（Or）、ON（OrNot）O：常开触点并联连接。ON：常闭触点并联连接。指令说明：(1)O、ON指令可作为一个触点的并联连接指令，在LD、LDN指令之后用。(2)若将两个以上触

点的串联回路和其他回路并联时，需用OLD指令。LDI0.0OI0.1ONM0.0=Q0.0LDNQ0.0AI0.2OM0.1=M0.1()()I0.0I0.1M0.0Q0.0I0.2I0.3Q0.0M0.1M0.1M0.2ANI0.3OM0.2=M0.14.串联电路块的并

联指令OLD（OrLoad）OLD：用于串联电路块的并联连接I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5()Q0.0AI0.3LDI0.0AI0.1LDI0.2OLDLDNI0.4AI0.5OLD指令说明：(1)几个串联支路并联连接时，其支路的起点以LD、LDN

开始，并联结束后用OLD。(2)如需将多个支路并联，从第二条支路开始，在每一条支路后面加OLD指令。（3）OLD指令是无操作数指令OLDOLD=Q0.0５.并联电路块的串联指令ALD(AndLoad)ALD：用于并联电路块的串联连接。指令说明：

（1）分支电路（并联电路块）与前面电路串联连接时，使用ALD指令。分支的起点用LD、LDN指令，并联电路块结束后，使用ALD指令与前面电路串联。（2）如果有多个并联电路块串联，顺次以ALD指令与前面支路连接，支路数量没有限制。LDI0.0OI0.

1LDI0.2AI0.3AI0.5OLDOI0.6ALDOI0.3=Q0.0LDNI0.4I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5()Q0.0I0.6I0.36.定时器S7-200系列PLC按工作方式分有两大类定时器：TON（O

nDelayTimer）、TONR（RetentiveOnDelayTimer）（1）TON：延时接通定时器I00()Q0.0I0.0T33LDI0.0TONT33,100LDT33=Q0.0INPTTONT33(a)梯形图(b)语句表PTPTI0.0T33当前值T33Q0.0(c)时序图当I0

.0接通时，驱动T33开始计时；计时到设定值PT时，T33的状态变为1（ON），其常开触点接通驱动Q0.0输出，当计时值一直增加时，不影响定时器的状态值。但当I0.0断开时，T33复位，当前状态值为0。若I0.0接通时间未到设定值就断开，T33状态值仍

为0，Q0.0没有输出。（2）TONR：保持延时通定时器当输入I0.0接通时，定时器开始计数；当I0.0断开时，定时器保持当前值；下次I0.0再接通时，T3当前值开始往上加，将当前值与设定值PT做比较，当前值大于设定值时，T3的状态值为1（

ON）,驱动Q0.0有输出；此后即使输入I0.0再断开也不会使T3复位，要使其复位需使用复位指令。I0.0T33当前值T33Q0.0(C)时序图PTI0.1I00()Q0.0I0.0T33LDI0.0TONRT33,100LDT33=Q

0.0INPTTONRT33(a)梯形图(b)语句表7计数器计数器用来累计输入脉冲的次数，在实际应用中用来对产品进行计数或完成复杂的逻辑控制任务。S7-200系列PLC有三种计数器：CTU（ContUp）、CTD（ContDown）、CTU

D（ContUp/Down）（1）CTU：加计数器首次扫描时，计数器为OFF，当前值为零。在计数脉冲输入端CU的每个上升沿，计数器计数一次，当前值增加1个单位。当前值达到设定值时，计数位为ON。复位输入端有效时，计数器自动复位。(

a)梯形图(b)语句表LDI0.1LDI0.3CTUC20,4=Q0.0CUR4PVI0.3()Q0.0C20CTUI0.1C20LDC20（2）CTD：减计数器首次扫描时，计数器为OFF，当前值为PV。在CD输入端的每个上升沿计数器计数一次，当前值减

少1个单位。当前值减小到零时，计数位为ON。复位输入端有效时，计数器自动复位。CDLD5PVI0.3()Q0.0C40CTDLDI0.1LDI0.3=Q0.0(a)梯形图(b)语句表CTDC40,5I0.1C40LDC40(3)CTUD：加/减计数器CU（CD）为加计数脉冲输入端，R为

复位端，PV为设定值。当R端为0时，计数脉冲有效；当CU（CD）端有上升沿输入时，计数器当前值加1（减1）。当计数器当前值大于或等于设定值时，其常开触点闭合。R端为1时，计数器当前值清零。(a)梯形图(b)语句表I0.1(up)I0.2(down)I0.3(Reset)C48(current

)C48(bit)01234543450(c)时序图LDI0.1LDI0.2LDI0.3CTUDC50,4I0.1CUCDR4PVI0.2I0.3()Q0.0C50CTUD=Q0.0C50LDC50加减计数器实例7.2.2可编程控制器的编程原则和方法1.编程

原则(1)PLC编程元件的触点在编制程序时使用次数是无限的。每个继电器的线圈在梯形图中只能出现一次,它的触点可以使用无数次。(2)梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止于右母线。线圈总是处于最右边，且不能直接与左边母线相连。不正确正确(3)编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左重右轻”。不合理合理

(4)在梯形图中应避免触点画在垂直线上，因为它无法用指令语句编程。Y2X5X4X1Y1X2无法编程X4X2Y1X3X1X5X1Y2X3X2(5)应避免同一继电器线圈在程序中重复输出，否则将引起误操作。2.编程方法~KM

2SBFSB1FRSBRKM1KM2KM1KM2KM1QFRFUM3~KM1KM2笼型电动机正反转控制电路(1)确定I/O点数及分配2.编程方法输入输出SB1I0.0SBFI0.1SBRI0.2KMFQ0.0KMRQ0.1共需5个I/O点，即电动机正反转控制

外部接线图SBFSBREI0.2I0.1Q0.1COMPLCCOMKMRFRQ0.0KMFKMFKMRSB1I0.0(2)编制梯形图和指令语句表指令语句表指令地址0LDI0.11OQ0.02ANI0.03ANQ0.14=Q0.0

5LDI0.26OQ0.17ANI0.08ANQ0.09=Q0.110ED梯形图I0.1I0.0Q0.0Q0.0Q0.1I0.2I0.0Q0.1Q0.1Q0.0(ED)0LDI0.01OI0.12LDI0.23AI0.34LDI0.45ANI0.56OLD7OI0.68ALD9ONI0

.710=Q0.0指令地址例1：写出下图所示梯形图的指令语句表。I0.5I0.2I0.0Q0.0I0.1I0.3I0.4I0.6I0.7解：指令语句表如右图所示。加热炉自动上料控制1.系统要求系统启动时，先将炉门打开，当炉门打开到最大时，给料机

前进，送料入炉。给料后，给料机退回到原位，并将炉门关闭。SB1为停车按钮SB2为启动按钮SQa为炉门上限位开关SQb为给料机前限位开关SQc为给料机后限位开关SQd为炉门下限位开关KMF1为炉门开启接

触器KMR1为炉门闭合接触器KMF2为给料机前进接触器KMR2为给料机后退接触器7.3可编程控制器应用举例(1)I/O点分配7.3.2加热炉自动上料控制输入输出SB1I0.1KMF1Q0.1SB2I0.2KMR1Q0.2SQaI0.3KMF2Q0.3S

QbI0.4KMR2Q0.4SQcI0.5SQdI0.6(2)外部接线图SB2EI0.2Q0.3COMPLCCOMQ0.2SB1I0.1Q0.1SQaI0.3SQbI0.4SQdI0.6SQcI0.5Q0.4KMF1KMR1KMR1KMF1KMF2

KMR2KMR2KMF2(3)梯形图程序LDI0.6AI0.2OQ0.1ANI0.1ANI0.3ANQ0.2=Q0.1LDI0.3OQ0.3ANI0.1ANI0.4ANQ0.4=Q0.3LDI0.4OQ0.4ANI0.1ANI0.5ANQ0.3=Q0.4LDI0.5

OQ0.2ANI0.1ANI0.6ANQ0.1=Q0.2ED(4)指令语句表I0.6I0.2Q0.1Q0.1I0.3Q0.3Q0.3I0.4Q0.4Q0.4I0.5Q0.2Q0.2(ED)I0.1I0.3Q0.2I0.1I0.4Q0.4I0.1I0.5

Q0.3I0.1I0.6Q0.1