考研復試《PLC入門》不知道怎么學？重要知識點抓不住？小編今天給大家帶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入門重點匯總！記得多多點贊收藏哦！

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環境下應用而設計的數字運算操作電子系統。它采用一種可編程的存儲器，在其內部存儲執行邏輯運算、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。

從PLC的定義來看，可以總結出PLC的三個特點：

1）PLC直接應用于工業環境，所以必須具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應能力和應用范圍。

2）PLC是“數字運算操作的電子系統”，也是一種計算機，它是“專為在工業環境下應用而設計的”工業計算機。

3）這種工業計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程更方便。他能完成邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作，它還具有“數字量和模擬量輸入和輸出”的功能，并且非常容易與“工業控制系統聯成一體”，易于“實現其預期功能”。

2.PLC的基本結構

1）電源

電源用于將交流電轉換成PLC內部所需的直流電，大部分PLC采用開關式穩壓電源供電。

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行用戶程序，進行邏輯和數學運算，控制整個系統使之協調。

3）存儲器

存儲器是具有記憶功能的半導體電路，它的作用是存放系統程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。其中系統程序是控制PLC實現各種功能的程序，由PLC生產廠家編寫，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與被控設備相連的輸入接口，是信號進入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備，即將中央處理器送出的弱電信號轉換成電平信號，驅動被控設備的執行元件。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

當可編程邏輯控制器投入運行后，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。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。

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和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。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）用戶程序執行

在用戶程序執行階段，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，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。

即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據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

當掃描用戶程序結束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，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，是因為這種程序由一條條水平線構成，看起來很像梯子。

2）梯形圖是為電氣工程師發明的，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，其規范有PLCOpen負責制定，因此梯形圖是標準化的PLC編程語言，該標準為IEC 61131-3。

2.如何閱讀梯形圖

梯形圖和電路圖的一個區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，然后繼續到下一行，就像你閱讀的時候一樣。

2）易于在計算機上編制

當在計算機上編制梯形圖時，你可以一次編制一行。當繪制出越來越多的行時，它們將疊加在一起，看起來就像一個梯子。查看一個行數眾多的梯形圖的最佳方式，就是沿著屏幕上下滾動。

3）執行的順序

最后一個原因在執行的順序，也就是PLC運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行：PLC總是從梯形圖頂部開始，然后依次向下執行。

梯形圖看起來非常像電路圖。大多數人也是這樣開始學習編制梯形邏輯圖的。

但是還是有一些不同之處，主要的差異在于：

• PLC每次執行梯形圖的一行，然后才繼續下一行
• 電氣系統則是許多回路同時激活

3.梯形圖基礎

創建梯形圖時，你首先看到的就是兩條豎線，就是在這兩條豎線之間進行梯形圖的編制，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記了數字，以便于理解PLC是如何執行梯形邏輯的。你可能聽說過PLC掃描時間或掃描周期，簡單地說，PLC首先掃描其輸入，然后執行程序，最后設置輸出。

但是PLC如何執行我們的梯形邏輯？

一次一條水平線。

這可能是梯形邏輯的最重要的一條規則：PLC一次只能執行一條水平線，然后才是下一條。實際上，PLC只能一次執行一個邏輯符號。

4.編寫梯形邏輯

梯形邏輯中的每個符號都是一個指令，初看起來這相當令人困惑。但是別擔心，我將用簡單的例子加以解釋。讓我給你一個簡單的實例，在這個例子當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，讓你可以創建一小段邏輯，也就是你的PLC程序。如果你仔細看下面的示例，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，例如檢查某個數據位是否處于ON的狀態。

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字輸入的特定位，它也可以是內存位，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，因此可以對應于一個點動開關。

需要指出的是，每個閉路檢查指令必須要設置PLC中的一個地址。

輸入和輸出都是PLC中的內存點位。在上面的示例中，閉路判斷指令設置地址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PLC掃描周期開始，PLC將首先檢查所有輸入的狀態，然后將輸入狀態（0或1）寫入內存中，如果輸入是LOW，那么對應的內存位置位0，如果輸入是HIGH，則對應的內存位置為1.

6.輸出線圈指令

每個指令本身在PLC內存中也有個位置，PLC會將指令的結果存入。要了解PLC使用結果做什么，讓我們看下一個指令：

 

輸出線圈指令用來打開或關閉一個數據位。

正如你看到的，該符號位于水平線的右側，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果，來了解其工作過程：

1）PLC 掃描 | 輸入 -> I0 字節

2）程序執行 | I0.0 -> Xic結果

最后，讓我們看這條線的輸出：

XiC結果 -> 輸出線圈

輸出線圈 -> 輸出字節

現在，輸出線圈指令使用了前序指令的結果作為條件。這被稱為RLO（邏輯操作結果）。邏輯操作結果保存在PLC內存中的特定位置。在西門子S7系列PLC中，這個位置被稱為狀態字。

在PLC術語中，一個WORD是16位，或2個字節。

輸出線圈指令很簡單，它只是將其結果設置為與條件相同的值。

在PLC中所有的數字輸出也映射到內存地址。我們將其稱為輸出位，因此地址Q0對應Q0.0 - Q0.7.輸出線圈指令的結果將被寫入內存位Q0.0。

當PLC執行完整個程序，它將設置輸出。每個輸出被設置為與輸出內存位一致的狀態。

掃描周期這個概念非常重要，當你在編制梯形邏輯時一定要記住。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，同時引入3個新的梯形邏輯指令。

7.輸出鎖存

在前面的示例中，我們學會了如何讀取數字輸入的狀態，并將數字輸出設置為同樣的狀態。需要指出數字輸入是一個暫態按鈕，因為它內部有個彈簧，這意味著按鈕只有在你一直按下時才會保持激活。

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系統里的風機，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，即使操作員已經釋放了按鈕。

在梯形邏輯中，有兩種辦法實現這一點：

 

如果你熟悉電路，就會發現這很類似，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。讓我們單步分析一下：

當PLC第一次運行這個梯形邏輯程序時（按下按鈕時），輸出將被激活，就像前一個例子一樣。

有趣的事情發生在后續運行邏輯的時候。因為這是一個暫態按鈕，它不會一直激活。依賴于PLC程序的運行總時長，按鈕可能在第二次、第三次或第四次運行時不再激活。

2）讓我們進入按鈕釋放之后的第一個掃描周期。

輸出還處于激活狀態，因為上一個掃描周期按鈕被按下。這時PLC將再次讀取輸入并存入對應的內存位。內存位I0.0”這次將存入“0”。因此I0.0的閉路判斷指令結果為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存位，因此其結果為true或“1”，因為這是輸出還處于激活狀態。只要輸出內存位是“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的原因在于構造一個OR條件，在這個示例當中，I0.0或Q0.0中的一個為true都會激活輸出。

8.開路檢查指令

你剛學習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機的觸點，輸出可以自保持。

1）但是這個程序有個問題，怎么關掉風機？

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

問題是，我們為停機按鈕使用什么指令？更重要的，我們應當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，其結果是條件的反轉。這意味著，如果條件為“0”，那么結果為“1”，反之亦然。

如果你考慮一下，就會發現這恰恰就是我們希望停機按鈕做的事情。要關閉輸出線圈，我們必須給出條件“0”。

現在是第二個問題，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，串聯起來。否則當停機按鈕按下時，還是會輸出“1”。

現在，梯形邏輯如下：

 

你可以看到開路檢查指令將其條件的反轉結果傳遞給輸出線圈。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按鈕。這不是好的實踐！

我們最終遵循最佳實踐，修改后的梯形圖如下：

 

雖然我們修改了指令，梯形圖的運行沒有變化，這是因為我們同樣修改了物理停機按鈕的工作方式。

三.PLC基本邏輯指令

27條基本邏輯指令

1）取、與、或、反；脈沖點：

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

2）塊串、并；出；非運算：

ANB、ORB、OUT、INV

3）上、下脈；推、彈、讀棧：

PLS、PLF、MPS、MPP、MRD

4）置；主；復位；空；結束：

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指令。

LDI：取反指令。表示一個與輸入母線相連的常閉接點指令。

LD，LDI的目標元件是X,Y,M,S,T,C。

OUT：輸出指令。

OUT指令的目標元件是Y,M,S,T,C。

 

2.AND、ANI

AND：與指令。用于單個常開接點的串聯。

ANI ：與非指令。用于單個常閉接點的串聯。

這兩條指令的目標元件為X,Y,M,S,T,C。

 

3.OR、ORI

OR：或指令。用于單個常開接點的并聯。

ORI：或非指令。用于單個常閉接點的并聯。

其目標元件是X,Y,M,S,T,C。

 

4.LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF

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

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

 

5.SET、RST

SET：置位指令，使動作保持

RST：復位指令，使操作保持復位

 

6.PLS、PLF

PLS：輸入信號上升沿產生脈沖輸出

PLF：輸入信號下降沿產生脈沖輸出

其目標元件為Y,M，但特殊輔助繼電器不能作為目標元件。

 

7.INV

該指令用于運算結果的取反。當執行該指令時，將INV指令

之前存在的如LD、LDI等指令的運算結果反轉。

 

8.NOP、END

NOP為空操作指令，該指令是一條無動作、無目標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可以減少步序號的改變。執行完清除用戶存儲器的操作后，用戶存儲器的內容全部變為空操作指令。

END是一條無目標元件占一個程序步的指令。PLC反復進行輸入處理、程序運算、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行，直接進行輸出處理。在程序調試過程中，按段插入END指令，可以順序擴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。要注意的是在執行END指令時，也刷新監視時鐘。

 

編程的基本原則

1）水平不垂直

梯形圖的接點應畫在水平線上，不能畫在垂直分支。

 

2）線圈右邊無接點

 

3）左大右小，上大下小

有串聯電路并聯時，應將接點最多的那個串聯回路放在梯形圖最上面。

有并聯電路相串聯時，應將接點最多的并聯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。這時前面的輸出無效，只有最后一次才有效，一般不應出現雙線圈輸出。

 

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