PLC的工作原理

PLC概念（基本組成、工作原理）

PLC的數(shù)據(jù)類(lèi)型&&尋址方式 (這個(gè)地方要分清楚，PLC的存儲(chǔ)空間大?。ㄎ蛔止?jié)字雙字BIT BYTE WORD DWORD）、儲(chǔ)存器類(lèi)型（西門(mén)子DIDQAIAQMSMVLTCHTHC區(qū)；三菱XYMDTCRVZ區(qū)）、

數(shù)據(jù)類(lèi)型(INT16 DINT32 REAL STRING WORD16 DWORD32 BOOL TIME DATE CHAR8 BYTE8 ))

PLC的儲(chǔ)存器類(lèi)型（S7-200）

PLC系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程

PLC STEP7中常數(shù)的表達(dá)方式（K10,H16,O8,BCD）

三菱中的D0是16位的，兩個(gè)字節(jié)。M0是1位。

西門(mén)子1200中的則全是M區(qū)，用MB/MW /MD來(lái)表示8位16位32位

西門(mén)子200smart和200中全是V區(qū)

01 PLC概念 ? ?

PLC（Programmable Logic Controller），可編程邏輯控制器。工業(yè)控制用的計(jì)算機(jī)。

PLC的基本構(gòu)成

其基本構(gòu)成有電源、CPU、儲(chǔ)存器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口。

（1）電源：PLC供電，可以是220VAC或者24VDC，CPU處理單元所需要的電源為5VDC。

（2）CPU（中央處理單元），包含了控制器、運(yùn)算器、寄存器。

（3）存儲(chǔ)器是之具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，可以存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量。分為ROM（Read Only Memory 系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)）和RAM（Random Access Memory）。

i.ROM存儲(chǔ)區(qū)分為系統(tǒng)管理程序、用戶程序編輯以及指令解釋程序、子程序調(diào)用及管理程序

ii.RAM存儲(chǔ)區(qū)包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，分別用來(lái)放置用戶程序和程序執(zhí)行過(guò)程中各點(diǎn)的ON/OFF狀態(tài)量。用戶存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)可讀可寫(xiě)執(zhí)行。采用的材質(zhì)為CMOS RAM或者EPRAM和EEPRAM。容量一般以“字”為單位（16個(gè)位為1字，8個(gè)位為1字節(jié)）。所以我認(rèn)為建議編程的時(shí)候使用偶數(shù)編程。

（4）￥輸入單元是指接收信號(hào)的單元，檢測(cè)信號(hào)傳來(lái)的信息并且將其轉(zhuǎn)化為高低電平的數(shù)字量信號(hào)。（分為開(kāi)關(guān)量和模擬量，模擬量通常采用A/D轉(zhuǎn)換電路，把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。數(shù)字量采用的接口電路比較多，分為內(nèi)部直流輸入（12V或者24V）、外部交流輸入（100-120V、200-240V）、外部交直流輸入、與信號(hào)輸出相連的輸入電路。）（交流輸入、直流輸入、源型漏型、共陰極共陽(yáng)極、外界信號(hào)輸出接PLC輸入單元（PNP,NPN））

（5）輸出單元指將CPU處理之后的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)化為電平信號(hào)。（電平信號(hào)是指設(shè)備輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的功率比然后取對(duì)數(shù)值，通常用P表示，P=lgP2/P1。）（輸出接口分為開(kāi)關(guān)量和模擬量。模擬量接口通常通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換電路，數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，數(shù)字量輸出電路形式比較多，有繼電器輸出、晶體管輸出（PNP，NPN）、晶體閘輸出。）

（6）通信接口，和監(jiān)視器、打印機(jī)、其他PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通訊。

（7）擴(kuò)展接口，給PLC增加一些專用功能模塊，比如高速計(jì)數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、中斷控制模塊。

PLC的工作原理

PLC通電→內(nèi)部處理→通信處理→自診斷→輸入采樣→用戶程序執(zhí)行→輸出刷新

PLC采用周期循環(huán)掃描的方式，集中輸入集中輸出。

優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是：響應(yīng)速度慢、響應(yīng)滯后。PLC會(huì)采用WDT（看門(mén)狗）來(lái)監(jiān)視掃描是否超過(guò)預(yù)定時(shí)間。

內(nèi)部自處理：包括硬件初始化、I/O模塊配置檢查、停電保護(hù)范圍設(shè)定等等。在自診斷測(cè)試階段，CPU檢測(cè)PLC各模塊的狀態(tài)，若出現(xiàn)異常立即進(jìn)行診斷和處理，同時(shí)給出故障信號(hào)，點(diǎn)亮CPU面板上的LED指示燈。當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，CPU被強(qiáng)制為STOP方式，停止執(zhí)行程序。CPU的自診斷測(cè)試將有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報(bào)系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。

通信處理階段：PLC和自身帶有CPU的智能模塊以及其他外部設(shè)備進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，響應(yīng)編程器的命令，更新編程器顯示的內(nèi)容，更新時(shí)鐘以及特殊寄存器的內(nèi)容。在通信處理階段，CPU檢查有無(wú)通信任務(wù)，如果有則調(diào)用相應(yīng)進(jìn)程，完成與其他設(shè)備（例如，帶微處理器的智能模塊、遠(yuǎn)程I/O接口、編程器、HMI裝置等）的通信處理，并對(duì)通信數(shù)據(jù)做相應(yīng)處理。

（自診斷→輸入采樣→用戶程序執(zhí)行→輸出刷新→）為一個(gè)掃描周期

輸入采樣階段：掃描所有的輸入端子并且將其的狀態(tài)（0/1）存放到輸入寄存器（PII）中。然后關(guān)閉輸入通道，進(jìn)行下一步程序。這種方式可靠性高，但是會(huì)有一定的時(shí)間延遲，在大型的項(xiàng)目中，由于時(shí)間的關(guān)系，可能會(huì)采取定期輸入取樣、直接輸入取樣、中斷輸入取樣、智能I/O接口模塊取樣，用來(lái)提高速度。

用戶程序執(zhí)行階段：此階段中，數(shù)據(jù)從輸入寄存器（PIQ）和內(nèi)部元件寄存器（內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器）中，將有關(guān)元件的狀態(tài)和數(shù)據(jù)取出，按照程序中的邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算，將結(jié)果寫(xiě)到輸出映像寄存器和相關(guān)存儲(chǔ)器中。所以，在PLC內(nèi)部，內(nèi)部元件寄存器的狀態(tài)是一直在改變的。

輸出處理階段：程序執(zhí)行完成后，把內(nèi)部元件寄存器中的所有輸出繼電器狀態(tài)在輸出階段一次性轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，經(jīng)過(guò)隔離、驅(qū)動(dòng)功率放大電路輸送到輸出端，并且外部PLC接線驅(qū)動(dòng)實(shí)際負(fù)載。

輸入輸出滯后時(shí)間：該時(shí)間又稱為系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，包括輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路滯后時(shí)間、因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間。PLC的響應(yīng)延遲一般是幾毫秒-幾十毫秒，對(duì)于一般的系統(tǒng)沒(méi)有影響。如果需要時(shí)間短的系統(tǒng)，我們可以采用掃描速度快的PLC或者采取中斷等措施。

（1）輸入電路濾波時(shí)間。主要是由于外部傳入的信號(hào)可能存在噪音干擾、尖峰電壓、外部抖動(dòng)會(huì)影響我們的輸入信號(hào)。所以使用RC濾波電路（利用電壓源和電流源驅(qū)動(dòng)電容和電阻組成的電路）和光耦合器（在輸入側(cè)采用光耦來(lái)切斷內(nèi)部與外部線路電氣上的聯(lián)系）來(lái)消除這些影響。濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了濾波時(shí)間的長(zhǎng)短。

（2）輸出模塊電路滯后時(shí)間：與類(lèi)型有關(guān)，繼電器輸出模塊的滯后時(shí)間一般為10ms，雙向晶閘管的滯后時(shí)間為1ms-10ms，晶體管的滯后時(shí)間為1ms以下。

（3）由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間：最長(zhǎng)可以達(dá)到2-3個(gè)掃描周期。

02?PLC的數(shù)據(jù)類(lèi)型 ? ?

03?二進(jìn)制（BIN: BINARY NUMBER） ? ?

硬件內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理是按照二進(jìn)制進(jìn)行的

負(fù)數(shù)的處理，也是以二進(jìn)制的補(bǔ)碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的

用途：內(nèi)部處理

04?八進(jìn)制（OCT:OCTAL NUMBER） ? ?

在三菱FX系列中，輸入繼電器、輸出繼電器的軟元件編號(hào)都是X0~X7 Y010~Y017

用途：輸出入繼電器軟元件編號(hào)

05?BCD碼（BCD: BINARY CODE DECIMAL） ? ?

BCD碼就是將10進(jìn)制的數(shù)字，用二進(jìn)制的形式表示出來(lái)，比方說(shuō)10的BCD碼就是 0001 0000

用途：BCD數(shù)字開(kāi)關(guān)，7段碼顯示器

06?實(shí)數(shù)（浮點(diǎn)數(shù)數(shù)據(jù)） ? ?

在三菱FX系列中，采用二進(jìn)制進(jìn)行實(shí)數(shù)運(yùn)算，采用10進(jìn)制進(jìn)行實(shí)數(shù)監(jiān)控

字符串常數(shù)最多32位

字符長(zhǎng)度位8位，所以 D100（16位）可以代表兩個(gè)字符

字符串的數(shù)據(jù)，從指定的位置開(kāi)始（D100或者M(jìn)100開(kāi)始都可以），當(dāng)碰到OOH代碼（也就是NULL代碼，需要16位）的時(shí)候，表示字符串結(jié)束，如果沒(méi)有碰到OOH或者只碰到一般，是不會(huì)檢測(cè)到字符串結(jié)束的。

三菱FX系列中位的位數(shù)的指定（KnX0 ………）

位軟元件的處理

像X Y S M 這些處理ON/OFF信息的軟元件是位軟元件

像T C D R 這些處理數(shù)值信息的軟元件是字軟元件

但是，我們的位軟元件經(jīng)過(guò)組合也可以當(dāng)做字來(lái)使用。以位數(shù)Kn和起始軟元件的編號(hào)的位數(shù)為4位單元，K1K4表示16位；K1k8表示32位

連續(xù)字的指定

子軟元件的位指定（D100.E）

（位（BOOL）→字節(jié)（BYTE）→字（WORD）/整數(shù)（INT）→雙字（DWORD）/雙整數(shù)（DINT）/浮點(diǎn)數(shù)（REAL））

ASCII/字符串(STRING)

1個(gè)ttl電平信號(hào)為1位；8個(gè)位為一個(gè)字節(jié)；2個(gè)字節(jié)為1個(gè)字；2個(gè)字為1個(gè)雙字。

位也就是BOOL，布爾型，范圍為 0 / 1

字節(jié)的范圍為 0—255；0-FF；相鄰的8個(gè)為（0-7）（IB1=I1.0~I1.7）

字的范圍為 0—65535；0000-FFFF；相鄰的兩個(gè)字節(jié)（IW2=IB2+IB3）

雙字的范圍為 0—2的32次方；00000000-FFFFFFFF；相鄰的兩個(gè)字（ID4=IW4+IW6=IB4+IB5+IB6+IB7）

尋址方式有按位尋址、按字節(jié)尋址、按字尋址、按雙字尋址

按位尋址：I0.0 I0.1 I0.2 I1.5 I2.7 I2.8(錯(cuò)誤)

按字節(jié)尋址：VB0 VB1 VB2 VB3… (間隔為1)

按字尋址：VW0 VW2 VW4 VW6 VW32…（間隔為2）

按雙字尋址：VD0 VD4 VD8 VD32….(間隔為4)

西門(mén)子的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類(lèi)型是高字低位，怎么理解？

MD100

MW100MW102

MB100MB101MB102MB103

M100.7/6/5/4/3/2/1/0M101.7/6/5/4/3/2/1/0M102.7/6/5/4/3/2/1/0 M103.7/6/5/4/3/2/1/0

其中，M103.0就是高字節(jié)的低位；M100.7就是低字節(jié)的高位

三菱的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類(lèi)型是高字高位，怎么理解？（存儲(chǔ)從右往左依次增大）

D100

D101D100

D101. F/E/D/C/B/A/9/8/7/6/5/4/3/2/1/0D100.F/E/D/C/B/A/9/8/7/6/5/4/3/2/1/0

其中，D101.F就是高字節(jié)的高位；D100.0就是低字節(jié)的低位

①

立即尋址

②

直接尋址

a)絕對(duì)地址

b)符號(hào)地址

③

間接尋址

a)存儲(chǔ)器間接尋址

i.16位指針（DB、T、C）

ii.32位指針（存儲(chǔ)器間接尋址）

b)寄存器間接尋址

i.32位指針存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)部尋址

ii.32位指針存儲(chǔ)器交叉尋址

07?PLC的儲(chǔ)存器類(lèi)型（S7-200） ? ?

V存儲(chǔ)器（變量存儲(chǔ)器），一般用來(lái)存放邏輯的中間結(jié)果，很常見(jiàn)。

M存儲(chǔ)器（標(biāo)志存儲(chǔ)器），一般用來(lái)標(biāo)志。不常用。MB0-MB13 這14個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)

在EEPROM中永久保存，斷電永久保持。

SM存儲(chǔ)器（系統(tǒng)存儲(chǔ)器）：在F1幫助中可以查看，或WIN中符號(hào)表中有S7-200指令

SM0.0：該位總是打開(kāi)

SM0.1：首次掃描的時(shí)候打開(kāi)，用于初始化程序。

SM0.5：時(shí)鐘脈沖，0.5s閉合，0.5s打開(kāi)。

L存儲(chǔ)區(qū)（局部存儲(chǔ)區(qū)）：V存儲(chǔ)區(qū)為全局有效，而L存儲(chǔ)區(qū)只是在局部有效。局部存儲(chǔ)區(qū)需要CPU進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，當(dāng)中斷程序或者調(diào)用一個(gè)子程序的時(shí)候，CPU會(huì)分配局部存儲(chǔ)器給中斷程序或者子程序。另外，局部存儲(chǔ)區(qū)在分配的時(shí)候需要進(jìn)行初始化，因?yàn)榻o的數(shù)據(jù)是隨機(jī)的。

AC寄存器（累加寄存器）：可以向子程序傳遞參數(shù)，儲(chǔ)存計(jì)算的中間結(jié)果。S7-200中提供了4個(gè)32位累加器（AC0 AC1 AC2 AC3）。

話外：S7-300中的寄存器有：ACCUx累加寄存器 、 AR1/AR2地址寄存器、 數(shù)據(jù)塊寄存器、狀態(tài)字

S7-300中的存儲(chǔ)區(qū)有：I/Q 輸入輸出過(guò)程映象區(qū)、M（位存儲(chǔ)區(qū)）、T定時(shí)器、C計(jì)時(shí)器、PQ/PI 立即訪問(wèn)輸出輸入模塊、 DB共享數(shù)據(jù)塊、 DI 背景數(shù)據(jù)塊、 L局部數(shù)據(jù)

08?PLC系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程（距離實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)） ? ?

（1）明確系統(tǒng)的控制要求

系統(tǒng)要求3個(gè)按鈕控制正反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)，并且要求對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，另外正反轉(zhuǎn) 自鎖和互鎖

（2）確定輸入輸出設(shè)備，并且為其分配相應(yīng)的I/O端子

（3）繪制系統(tǒng)控制線路圖

主電路、控制電路

（4）編寫(xiě)PLC控制程序

正轉(zhuǎn)控制、反轉(zhuǎn)控制、停轉(zhuǎn)控制、過(guò)載保護(hù)

（5）程序調(diào)試

（6）安裝系統(tǒng)控制線路，并且進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

程序調(diào)試好之后，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。（硬件問(wèn)題&&軟件問(wèn)題）

（7）系統(tǒng)投入運(yùn)行

試用一段時(shí)間

09?STEP7中常數(shù)的表達(dá)方式 ? ?

STEP7中常數(shù)值可以是字節(jié)、字、雙字，CPU是使用二進(jìn)制方式儲(chǔ)存常數(shù)的。在STEP7中，常數(shù)也可以使用十進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCII碼、浮點(diǎn)數(shù)等格式進(jìn)行表示。

B#W16、W#16#、DW#16# 表示 16進(jìn)制字節(jié)常數(shù)、16進(jìn)制字常數(shù)、 16進(jìn)制雙字常數(shù)

2#表示二進(jìn)制常數(shù)

L#表示32位雙整數(shù)常數(shù)

P#表示地址指針常數(shù)

S5T#表示16位S5時(shí)間常數(shù)

T#表示帶符號(hào)的32位IEC時(shí)間常數(shù)

DATE是ITC的時(shí)間常數(shù)

C#表示16位計(jì)數(shù)器常數(shù)（BCD碼）

ASCII字符使用單引號(hào)’’表示，每個(gè)ASCII碼占用一個(gè)字節(jié)

輸入常數(shù)的時(shí)候一定要使用英語(yǔ)的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。

審核編輯：湯梓紅