西安工程大学本科毕业设计（论文）
计算机为基础，综合了控制技术、通信技术等现代科技，形成了一种全新的工业自动控制装置。随着科学技术的发展，可编程逻辑控制器的功能也不断的强大，远远超出了逻辑控制的范围，还具有了数据处理等功能。于是，美国电器制造商协会（National Electronic Manufacture Association,即NEMA）,将其命名为可编程控制器（Programmable Controller,即PC）。
国际电工委员会（IEC）对PLC定义如下：PLC是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种机械或生产过程。 2.1.3 PLC的种类
到目前为止，PLC有较多的种类，规格性能也不一样，尤其在功能、外形、
控制规模、内存容量等方面存在着较大的差异，而且没有统一的分类标准。通常通过以控制规模、结构形式、功能为参照进行分类。
1. 按控制规模进行分类
为了适应各种工业生产要求，PLC能够处理的I/O（输入/输出）信号数是不一样的。我们一般定义一个信号为一个点，把输入点和输出点个数综合称之为PLC的I/O总点数。根据I/O总点数的多少将PLC分之为小型机、中型机和大型机。
（1） 小型机
PLC的I/O总点数少于256的称为小型机，如S7-200系列PLC。小型PLC用于替代传统的继电-接触器控制，在生产使用过程中，可以执行各种应用指令。I/O总数少于或等于64的PLC称为微型PLC。
（2） 中型机
I/O总数在256～1024的PLC称为中型机，例如S7-300系列PLC。中型PLC采用模块化结构，根据工业需要，可以将相应的具有特殊功能的模块组合在一起，它能执行具有强的功能，例如：数字计算、PID调节、查表等，同时相应的辅助功能也增加，应用范围更广，功能更强，扫描速度更快，适用于各种复杂环境。
（3） 大型机
I/O总数在1024以上的称为大型机，例如S7-400系列PLC，其中I/O口总
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数超过8192的PLC称为超大型机。大型机轿中小型机而言，具有更多的功能，包含逻辑和数字计算、联网通信、打印、记录、模拟调节、监视、远程控制、中断控制及智能控制等。目前相当大一部分大型机使用32位处理器，多CPU并行工作，存储容量更大，扫描更快。
2. 按结构形式进行分类
随着电子产品的日益更新，PLC的发展也很快，目前，全世界共有几百个PLC生产厂家，有几千种不同型号。为了方便现场安装，便于扩展，方便接线，PLC与普通计算机在结构方面有很大的区别。更具硬件结构，可将PLC氛围以下三类。
（1）整体式PLC
将电源、I/O口、CPU等部件集中配置装在一个箱体内，形成一个整体,这样的PLC称为整体式PLC。这样的PLC体积小、结构紧凑、价格便宜、重量轻、安装方便等特点，但是主机I/O固定，不方便拓展，因此不太灵活。一般采用这种结构的是小型或超小型PLC。
（2）模块式PLC
模块式结构PLC又称为积木式结构PLC，它是将PLC各组成部分以独立模块的形式分开，如CPU模块、电源模块、输出模块、输入模块，有各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成，将模块插入在带有插槽的基板上，组装在一个机架内。采用这种结构的PLC配置灵活、装配方便、便于扩展和维修。中大型PLC一般采用模块式结构。
（3）混合式PLC
混合式结构PLC是将整体式的结构紧凑、体积小、安装方便和模块式的配置灵活、装配方便等优点结合起来的一种新型结构PLC。例如S7-200系列的PLC，它由西门子公司生产，就采用了这种小型模式，S7-300系列就是采用了这种模式的中型PLC。
3. 按功能进行分类
根据PLC的功能强弱，可将PLC分为低、中、高三档。 （1）抵挡PLC
抵挡PLC具有基本控制和一般逻辑运算、计时、计数等基本功能，有的还
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具有少量模拟量I/O、算数运算、数据传送和比较、通信等功能。这类PLC只适合于小规模的简单控制，在联网中一般作为从机使用。
（2）中档PLC
中档PLC有较强的控制功能和运算能力，它不仅能完成一般的逻辑运算，也能完成比较复杂的三角函数、指数和PID运算，工作速度比较快，能控制多个I/O模块。中档PLC可完成小型和较大规模的控制任务，在联网中不仅可作从机，也可作主机，如S7-300就属于中档PLC。
（3）高档PLC
高档PLC有强大的控制运算和运算能力，不仅能完成逻辑运算、三角函数、指数PID运算，还能进行复杂的矩阵运算、制表和表格传送操作。高档PLC可完成中型和大规模的控制任务，在联网中一般坐主机，如S7-400系列。
2.2 PLC的特点
PLC发展能如此迅速，除了工业自动化的客观需求外，还因为其许多独特的有点。它能较好地解决工业控制领域中用户普遍关心的可靠、安全、灵活、方便经济等问题。它具有以下主要特点：
1.可靠性高，抗干扰能力强
继电-接触器控制系统使用大量的机械触点，连接西路比较复杂，且触点通断时有可能产生电弧和机械磨损，影响寿命，可靠性差。PLC中采用现代大规模集成电路，比机械触点继电器的可靠性要高。在硬件和软件设计中都采用了先进技术以提高可靠性和抗干扰能力。比如，用软件替代传统的继电-接触器控制系统中的中间继电器盒时间继电器，只剩下少量的I/O硬件，接触点因接触不良造成的故障大大减少，提高了可靠性；所有I/O接口电路都采用光隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路进行电气隔离；增加自诊断、纠错等功能，使其在恶劣工业现场的可靠性、抗干扰能力提高了。
2.灵活性好，扩展性强
继电-接触器控制系统有继电器等低压电器采用硬件接线实现，连接线路比较繁杂，而且每个继电器的触点数目有限，当控制系统功能改变时，需改变线路的连线，所以继电-接触器控制系统的灵活性、扩展性差；而由PLC构成的控制
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系统，只需要在PLC的端子上接入相应的控制线即可，减少了接线，当控制系统功能改变时，有事只需编程器在线或离线修改程序，就能实现其控制要求。PLC内部有现成大量的编程元件，能进行逻辑判断、数据处理、PID调节和数据通信功能，可以实现非常复杂的控制功能，若元件不够时，只需加上相应的扩展单元即可，因此PLC控制系统的灵活性好，扩展能力强。
3.控制速度快，稳定性强
继电-接触器控制系统 是依靠触点的机械动作来实现控制的，其触点的动断速度一般在几十毫秒，影响控制速度，有时还会出现抖动现象。PLC控制系统由程序指令控制半导体电路来实现，响应速度快，一般执行一条用户指令只需几微秒，PLC内部有严格的同步，不会出现抖动现象。
4.延时调整方便，精度较高
继电-接触器控制系统的延时控制是通过时间继电器来完成的，而时间继电器的延时调整不方便，而易受环境温度和湿度影响，延时精度不高。PLC控制系统的延时是通过内部时间元件来完成的，不受环境温度和湿度的影响，定时元件的延时时间只需要改变定时参数即可调整，因此其定时精度较高。
5.系统设计安装快，维修方便
继电-接触器实现一项控制工程，其设计、施工、调试、必须与此进行，周期长，维修比较麻烦。PLC使用软件编程取代继电-控制器中的硬件接线而实现相应功能，是安装接线工作量减少，现场施工与控制程序的设计还可以同时进行，周期短、调试快。PLC具有完善的自诊断、数据存储及监视功能，对于其内部工作状态、通信状态、异常状态和I/O点的状态均有显示，若控制系统有故障时，工作人员通过它即可迅速查出故障原因，及时排除故障。
2.3 PLC的组成及工作原理
2.3.1 PLC的组成
用PLC实施控制，其实质是按一定算法进行I/O交换，并将这个变换予以物理实现。I/O变换、物理变换是PLC实施控制的两个基本点。而I/O变换实际上是信息处理，信息处理通常采用计算机技术。物理实现要求PLC的输入应当排除干扰信号适应于工业现场。输出应放大到工业控制水平，能为实现控制系统
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方便使用。而通用计算机只考虑信息本身，别的不多考虑。因此PLC是微型计算机技术与机电控制技术相结合的产物，是一种以微处理器为核心，用于电气控制的特殊计算机，它采用典型计算机结构，主要由中央处理器（CPU）、存储器、I/O口、电源、通信接口、扩展接口等单元组成，这些单元部件都是通过内部总线进行连接的，如图所示2-1和2-2所示。
开关或传感器
继电器接点
行程开关
模拟量输入
地址总线 控制总线
地址总线 控制总线 输 入 接 口 中 央 处 理 器 单 元 存 储 器 I/O 数据存储器 输出接口 照明 电磁装置 电动机 其他执行装 置或接触器
编程单元 数据总线
图2-1 PLC的硬件系统结构图 1.CPU
PLC和CPU与一般的计算机控制系统一样，由运算器和控制器构成，是整个系统的核心，类似于人类的大脑和神经中枢。它是PLC的运算、控制中心，用来实现逻辑和算术运算，并对全机进行控制，按PLC中系统程序赋予的功能，有条不紊地指挥PLC进行工作，主要完成以下任务。
① 控制从编程器、上位计算机和其他外部设备键入的用户程序数据的接受和存储。
② 用扫描方式通过输入单元接受现场输入信号，并存入指定的映像寄存器或数据寄存器。
③ 诊断电源和PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误。
④ PLC进入运行状态后，执行相应工作：从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号去启闭控制电路，通俗讲
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