PLC的基本类型

可编程控制器类型很多，可从不同的角度进行分类：

4.1按控制规模分

控制规模主要指控制开关量的入、出点数及控制模拟量的模入、模出，或两者兼而有之（闭路系统）的路数。但主要以开关量计。模拟量的路数可折算成开关量的点，大致一路相当于8～16点。

依这个点数，PLC大致可分为微型机、小型机、中型机及大型机、超大型机。

微型机控制点仅几十点，如德维森公司的V80系列PLC本体从16点到40点，OMRON公司的CPM1A系列PLC，西门子的Logo仅10点。

小型机控制点可达100多点。如如德维森公司的V80系列PLC可扩展到256点，OMRON公司的C60P可达148点，CQM1达256点。德国西门子公司的S7-200机可达64点。

中型机控制点数可达近500点，以至于千点。如德维森公司的PPC11系列可扩展到1024点，OMRON公司C200H机普通配置**多可达700多点，C200Ha机则可达1000多点。德国西门子公司的S7300机**多可达512点。

大型机：控制点数一般在1000点以上。如如德维森公司的PPC22系列可扩展到2048点，OMRON公司的C1000H、CV1000，当地配置可达1024点。C2000H、CV2000当地配置可达2048点。

超大型机：控制点数可达万点，以至于几万点。如美国GE公司的90－70机，其点数可达24000点，另外还可有8000路的模拟量。再如美国莫迪康公司的PC－E984--785机，其开关量具总数为32k（32768），模拟量有2048路。西门子的SS－115U－CPU945，其开关量总点数可达8k，另外还可有512路模拟量。等等。

以上这种划分是不严格的，只是大致的，目的是便于系统的配置及使用。

一般讲，根据实际的I/O点数，凡落在上述不同范围者，选用相应的机型，性能价格比必然要高；相反，肯定要差些。

自然，也有特殊情况。如控制点数不是非常之多，不是非用大型机不可，但因大型机的特殊控制单元多，可进行热备配置，因而采用了大型机。

4.2按结构划分

PLC可分为箱体式及模块式两大类。微型机、小型机多为箱体式的，但从发展趋势看，小型机也逐渐发展成模块式的了。如OMRON公司，原来小型机都是箱体式，现在的CQM1则为模块式的。

箱体的PLC把电源、CPU、内存、I/O系统都集成在一个小箱体内。一个主机箱体就是一台完整的PLC，就可用以实现控制。控制点数不符需要，可再接扩展箱体，由主箱体及若干扩展箱体组成较大的系统，以实现对较多点数的控制。

模块式的PLC是按功能分成若干模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等等。大型机的模块功能更单一一些，因而模块的种类也相对多些。这也可说是趋势。目前一些中型机，其模块的功能也趋于单一，种类也在增乡。如同样OMRON公司C20系列PLC，H机的CPU单元就含有电源，而Ha机则把电源分出，有单独的电源模块。

模块功能更单一、品种更多，可便于系统配置，使PLC更能物尽其用，达到更高的使用效益。

由模块联结成系统有三种方法：

①无底板，靠模块间接口直接相联，然后再固定到相应导轨上。德维森公司的V80系列PLC就是这种结构，比较紧凑。

②有底板，所有模块都固定在底板上。如德维森公司的PPC11、PPC22和PPC31系列PLC，OMRON公司的C200Ha机，CV2000等中、大型机就是这种结构。它比较牢固，但底板的槽数是固定的，如3、5、8、10槽等等。槽数与实际的模块数不一定相等，配置时难免有空槽。这既浪费，又多占空间，还得占空单元把多余的槽作填补。

③用机架代替底板，所有模块都固定在机架上。这种结构比底板式的复杂，但更牢靠。一些特大型的PLC用的多为这种结构。

4.3按生产厂家分

目前生产PLC的厂家较多。但能配套生产，大、中、小、微型均能生产的不算太多。较有影响的，在中国市场占有较大份额的公司有：

德国西门子公司：它有S5系列的产品。有S5－95U、100U、115U、135U及155U。135U、155U为大型机，控制点数可达6000多点，模拟量可达300多路。**近还推出S7系列机，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400机（大型）。性能比S5大有提高。

日本OMRON公司：它有CPM1A型机，P型机，H型机，CQM1、CVM、CV型机，Ha型、F型机等，大、中、小、微均有，特别在中、小、微方面更具特长，在中国及**市场，都占有相当的份额。

日本三菱公司的PLC也是较早推到我国来的。其小型机F1前期在国内用得很多，后又推出FX2机，性能有很大提高。它的中、大型机为A系列。AIS、AZC、A3A等。

日本日立公司也生产PLC，其E系列为箱体式的。基本箱体有E-20、E-28、E－40、E－64。其I/O点数分别为12/8、16/12、24/16及40/24。另外，还有扩展箱体，规格与主箱体相同其EM系列为模块式的，可在16～160之间组合。

日本东芝公司也生产PLC，其EX小型机及EX－PLUS小型机在国内也用得很多。它的编程语言是梯形图，其专用的编程器用梯形图语言编程。另外，还有EX100系列模块式PLC，点数较多，也是用梯形图语言编程。

日本松下公司也生产PLC。FP1系列为小型机，结构也是箱体式的，尺寸紧凑。FP3为模块式的，控制规模也较大，工作速度也很快，执行基本指令仅0?l微秒。

日本富士公司也有PLC。其NB系列为箱体式的，小型机。NS系列为模块式。

美国GE公司、日本FANAC合资的GE－FANAC的90－70机也是很吸引人的。据介绍。它具有25个特点。诸如，用软设定代硬设定，结构化编程，多种编程语言，等等。它有914、781／782、771／772、731／732等多种型号。另外，还有中型机90－30系列，其型号有344、331、323、321多种；还有90－20系列小型机，型号为211。

美国施奈德公司(莫迪康)的984机也是很有名的。其中E984－785可安31个远程站点，总控制规模可达63535点。小的为紧凑型的，如984-120，控制点数为256点，在**与**小之间，共20多个型号。**近又推出Twido系列PLC，有10、16、20、24、40点几种规格。

美国AB（Alien－Bradley）公司创建于1903年，在**各地有20多个附属机构，10多个生产基地。可编程控制器也是它的重要产品。它的PLC－5系列是很有名的，其下有PLC－5/10，PLC－5/11，……PLC－5/250多种型号。另外，它也有微型PLC，有ControLgix系列和SLC－500系列。有三种配置，20、30及40I/O配置选择，I/O点数分别为12/8、18/12及24/16三种。

美国IPM公司的IP1612系列机，由于自带模拟量控制功能，自带通讯口，集成度又非常之高，虽点数不多，仅16入，12出，但性价比还是高的，很适合于系统不大，但又有模拟量需控制的场合。新出的lP3416机，I/O点数扩大到34入、12出，而且还自带一个简易小编程器，性能又有改进。

国内PLC厂家近年来发展较快，目前有几家国产PLC厂商则是齐头并进，但大多规模不大。比较有影响的有：深圳德维森、深圳艾默生、无锡光洋、无锡信捷、北京和利时、北京凯迪恩、北京安控、黄石科威、洛阳易达、浙大中控、浙大中自、南京冠德、兰州全志等。如，德维森公司自主研发生产了多种型号与规格的PLC，有V80、PPC11、PPC22和PPC31等几个系列，产品种类齐全，性能稳定可靠，在性价比上有较大的优势。和利时公司的FOPLC系列和自主研发的G3系列，凭借公司在工程领域的实力，已逐步向工控中多个领域迈进。国产PLC从技术方面来讲，差距已逐步缩小，市场方面则要一点一点去争，相信国产PLC凭借其自身的技术实力和本地化的技术服务能力以一个合格的挑战者身份与国际品牌同场竞技。

此外，韩国和**地区的一些公司目前在国内也占据不可忽视的市场份额，比如韩国LS（LG）公司的K80S、K120S、K200S、K300S和K1000S系列PLC，**永宏的F

西门子S7-200 CPU通信口引脚分配

S7-200CPU上的通信口是与RS-485兼容的9针D型连接器，符合欧洲标准EN 50170。下表给出了通信口的引脚分配。

表1  S7-200 CPU通信口引脚分配

使用通用指令编程的液压滑台系统梯形图举例

梯形图的编程方式是指根据功能表图设计出梯形图的方法。为了适应各厂家的PLC在编程元件、指令功能和表示方法上的差异，下面主要介绍使用通用指令的编程方式、以转换为中心的编程方式、使用STL指令的编程方式和仿STL指令的编程方式。

为了便于分析，我们假设刚开始执行用户程序时，系统已处于初始步（用初始化脉冲M8002将初始步置位），代表其余各步的编程元件均为OFF，为转换的实现做好了准备。

1．使用通用指令的编程方式

编程时用辅助继电器来代表步。某一步为活动步时，对应的辅助继电器为“1”状态，转换实现时，该转换的后续步变为活动步。由于转换条件大都是短信号，即它存在的时间比它激活的后续步为活动步的时间短，因此应使用有记忆（保持）功能的电路来控制代表步的辅助继电器。属于这类的电路有“起保停电路”和具有相同功能的使用SET、RST指令的电路。

如图5-27a所示M_i-1、M_i和M_i+l是功能表图中顺序相连的3步，X_i是步M_i之前的转换条件。

图5-27  使用通用指令的编程方式示意图

编程的关键是找出它的起动条件和停止条件。根据转换实现的基本规则，转换实现的条件是它的前级步为活动步，并且满足相应的转换条件，所以步M_i变为活动步的条件是M_i-1为活动步，并且转换条件X_i＝1，在梯形图中则应将M_i-1和X_i的常开触点串联后作为控制Mi的起动电路，如图5-27b所示。当M_i和X_i+1均为“l”状态时，步M_i+1变为活动步，这时步M_i应变为不活动步，因此可以将M_i+1=1作为使M_i变为“0”状态的条件，即将M_i+1的常闭触点与M_i的线圈串联。也可用SET、RST指令来代替“起保停电路”，如图5-27c所示。

这种编程方式仅仅使用与触点和线圈有关的指令，任何一种PLC的指令系统都有这一类指令，所以称为使用通用指令的编程方式，可以适用于任意型号的PLC。

如图5-28所示是根据液压滑台系统的功能表图（见图5-26b）使用通用指令编写的梯形图。开始运行时应将M300置为“1”状态，否则系统无法工作，故将M8002的常开触点作为M300置为“1”条件。M300的前级步为M303，后续步为M301。由于步是根据输出状态的变化来划分的，所以梯形图中输出部分的编程极为简单，可以分为两种情况来处理：

1）某一输出继电器仅在某一步中为“1”状态，如Y1和Y2就属于这种情况，可以将Y1线圈与M303线圈并联，Y2线圈与M302线圈并联。看起来用这些输出继电器来代表该步（如用Y1代替M303），可以节省一些编程元件，但PLC的辅助继电器数量是充足、够用的，且多用编程元件并不增加硬件费用，所以一般情况下全部用辅助继电器来代表各步，具有概念清楚、编程规范、梯形图易于阅读和容易查错的优点。

2）某一输出继电器在几步中都为“1”状态，应将代表各有关步的辅助继电器的常开触点并联后，驱动该输出继电器的线圈。如Y0在快进、工进步均为“1”状态，所以将M301和M302的常开触点并联后控制Y0的线圈。注意，为了避免出现双线圈现象，不能将Y0线圈分别与M301和M302的线圈并联。

西门子PLC系统中数据表及其作用简介

数据表是用来存放字型数据的表格，如图1所示。表格的**个字地址即首地址，为表地址，首地址中的数值是表格的**长度（TL），即**填表数。表格的第二个字地址中的数值是表的实际长度（EC），指定表格中的实际填表数。每次向表格中增加新数据后，EC加1。从第三个字地址开始，存放数据（字）。表格**多可存放100个数据（字），不包括指定**填表数（TL）和实际填表数（EC）的参数。

图1 数据表

要建立表格，首先须确定表的**填表数。如图2所示。

图2  输入表格的**填表数

确定表格的**填表数后，可用表功能指令在表中存取字型数据。表功能指令包括填表指令，表取数指令，表查找指令，字填充指令。所有的表格读取和表格写入指令必须用边缘触发指令激活。

PLC控制系统的设计步骤

设计步骤框图

1．根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作(动作顺序、动作条件、必须的保护和连锁等)、操作方式(手动、自动、连续、单周期、单步等)。

    2．根据控制要求确定系统控制方案。

    3．根据系统构成方案和工艺要求确定系统运行方式。

    4．根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I／0点数。

    5．选择PLC。分配PLC的I／O点，设计I／O连接图

    6．进行PLC的程序设计，同时可进行控制台(柜)的设计和现场施工。

    7．联机调试。如不满足要求，再返回修改程序或检查接线，直到满足要求为止。

    8．编制技术文件。交付使用。

线性化编程；分部编程以及结构化编程（工业搅拌系统）。

被搅拌的对象要求如下：

1．当成分A（B）泵工作时要求：1）成分A（B）的进料阀已开，出料阀已开；2）搅拌桶未满，搅拌的出料阀关闭；3）泵的驱动电机无故障，没有紧急停止动作。

2．拌电机工作时的条件：1）搅拌桶未空，搅拌桶的出料阀关闭；2）搅拌马达无故障，紧急停止没有动作。

3．开排放阀的条件：搅拌马达停止，紧急停止没有动作。

系统中的液位开关让操作者了解搅拌桶内的液位情况，并且提供输送泵和搅拌电机之间的连锁关系。

一、线性化编程

线性化编程就是将用户程序连续放置在一个指令块内，即一个简单的程序块内包含系统的所有指令。线性化编程不带分支，通常是OB1程序按顺序执行每一条指令，软件管理的功能相对简单。

二、分部编程

分部式编程是把一项控制任务分成若干个独立的块，每个块用于控制一套设备或一系列工作的逻辑指令，而这些块的运行靠组织块OB内指令来调用。

三、结构化编程

结构化程序把过程要求的类似或相关的功能进行分类，并试图提供可以用于几个任务的通用解决方案。向指令块提供有关信息（以参数形式），结构化程序能够重复利用这些通用模块。

控制软件分为五个功能块：

FC10   功能块用于控制成分A的供料泵；

FC20   功能块用于控制成分B的供料泵；

FC30   功能块用于控制搅拌马达；

FC40   功能块用于控制排料电磁阀；

FC50   功能块用于控制操作站上的指示灯。

近几年来PLC新兴的应用领域

(1) 近年来，和利时矿用PLC产品的不断推陈出新，以其可靠性、高性能等优势得到了用户的广泛认可。和利时矿用PLC产品大量应用于低压馈电开关、高压配电装置、组合开关、负荷中心等产品，正逐步替代单片机保护器和普通PLC类产品，装备和利时矿用PLC开始成为一些矿用设备公司产品的卖点和优势。

(2) 利用PLC来开发新型的集热式太阳能热水器，可以克服传统的太阳能热水器存在受气候影响大、水温不稳定等缺陷，还可以对多个用户集中供水。采用西门子S7-200 系列PLC 进行控制操作，配合相应的温度、液位和流量传感器及PLC的模拟量输入扩展实现对集热式太阳能热水器中水温、水位和流量的控制。同时，PLC与西门子文本显示器T D400 集成，实现人机交互界面，对集热式热水器内部的水温和水位进行实时在线显示和设置。

(3) 随着科技的发展和社会的进步，自动门在日常生活中也得到了广泛的应用。过去的自动门系统一般采用逻辑控制模块控制，因故障率高、可靠性低、维修不方便等原因而逐步被淘汰。在自动门控制系统中选用三菱PLC作为控制器，以一个发射的超声开关和一个接收的光电开关作为此系统的输入设备，两套不同的传感器输入控制信号给PLC，利用PLC对系统的编码表、I/O分配表和自动门的动作过程等实施控制，从而实现控制门的开放或关闭( 上升或下降) 。

其他还有很多新应用领域如：物联网，市政，新能源发电，智能楼宇电量采集，医疗系统配电电源等，就不一一列举了。

使用继电器电路或PLC的梯形图实现开关量的逻辑运算

 使用继电器电路或PLC的梯形图可以实现开关量的逻辑运算。图1—4的上面是PLC的梯形图，梯形图中某些编程元件(如输出继电器和辅助继电器)的线圈“通电”时，其常开触点闭合，常闭触点断开，称该编程元件为1状态。当它们的线圈“断电"时，其常开触点断开，常闭触点闭合，称该编程元件为0状态。

        图1—4中的A，B为输入逻辑变量，M为输出逻辑变量，它们之间的“与”、“或”、“非”逻辑运算关系如表1．1所示。用继电器电路或梯形图可以实现基本逻辑运算，触点的串联可实现“与”运算，触点的并联可实现“或”运算，用常闭触点控制线圈可实现“非”运算(见图1-4)。多个触点的串、并联电路可以实现复杂的逻辑运算，例如图l-3中的继电器电路实现的逻辑运算可用逻辑代数表达式表示为

KM=(SBI+KM)·SB2·FR

式中的加号表示逻辑或，乘号表示逻辑与，上画线表示“非”运算。

 PLC有两种基本的工作模式，即运行(RUN)模式与停止(STOP)模式。在运行模式，PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作模式。

除了执行用户程序外，在每次循环过程中， PLC还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段（见图1-5）。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。

在内部处理阶段，PLC检查CPU．模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些其它内部工作。

在通信服务阶段，PLC与其它的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。

  当PLC处于停止(STOP)模式时，只执行以上的操作。PLC处于运行(RUN)模式时，还要完成另外三个阶段的操作。

    在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。PLC梯形图中的其他编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。

   在输入处理阶段，PLC把所有外部输入电路的接通，断开状态读入输入映像寄存器。 外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为l状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外部输入触点电路断开时，对应的输入映像寄存器为0状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。

    某一编程元件对应的映像寄存器为l状态时，称该编程元件为ON，映像寄存器为0状态时，称该编程元件为OFF。

    在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。

   PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从**条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。在执行指令时，从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关编程元件的0／1状态读来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到对应的元件映像寄存器中，因此，各编程元件的映像寄存器(输入映像寄存器除外)的内容随着程序的执行而变化。

    在输出处理阶段，CP／7将输出映像寄存器的0／1状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。

    若梯形图中输出继电器的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器为0状态，在输出处理阶段之后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。

西门子PLC字节交换指令及实例

字节交换指令用来交换输入字IN的**高位字节和**位字节。指令格式如表1所示。表1字节交换指令使用格式及功能

ENO = 0的错误条件：0006（间接寻址错误），SM4.3（运行时间）

【例1】字节交换指令应用举例。如图1所示。

程序执行结果：

指令执行之前VW50中的字为：D6 C3

指令执行之后VW50中的字为：C3 D6

字节立即读指令（MOV-BIR）读取实际输入端IN给出的1个字节的数值，并将结果写入OUT所指定的存储单元，但输入映像寄存器未更新。

字节立即写指令从输入IN所指定的存储单元中读取1个字节的数值并写入（以字节为单位）实际输出OUT端的物理输出点，同时刷新对应的输出映像寄存器。指令格式及功能如表1所示。

表1字节立即读写指令格式

使ENO = 0的错误条件：0006（间接寻址错误），SM4.3（运行时间）。注意：字节立即读写指令无法存取扩展模块。