《PLC编程技术》课件

编程技术PLC可编程逻辑控制器（PLC）编程技术是现代工业自动化控制领域的核心技术本课程将系统介绍PLC的基础理论、硬件结构、编程方法以及实际应用案例，帮助学员掌握工业控制系统的设计与实现技能通过学习本课程，您将深入了解PLC的工作原理、编程语言、指令系统以及各种典型应用实例，为从事工业自动化控制工作打下坚实的技术基础课程概述12PLC基础理论与发展历程硬件组成与工作原理深入学习可编程逻辑控制器的基本概念、技术特点以及从详细掌握PLC的硬件架构、各功能模块的作用以及系统的诞生至今的发展演变过程工作机制和扫描周期34编程语言与指令系统编程软件应用学习多种PLC编程语言的特点、适用场合以及基本指令和熟练掌握主流PLC编程软件的使用技巧，包括硬件组态、高级指令的使用方法程序编辑和在线调试第一章基础知识PLCPLC定义与特点发展历史与现状工作原理与扫描周期可编程逻辑控制器是专为工业环境设计从1969年第一台PLC诞生到现在，PLC技PLC采用循环扫描的工作方式，依次完成的数字电子设备，具有可靠性高、编程术经历了四个发展阶段，功能不断完输入采样、程序执行、输出刷新三个阶灵活、扩展性强等特点它能够存储和善，应用领域日益广泛，已成为现代工段，通过这种周期性的工作过程实现对执行控制指令，实现各种复杂的逻辑控业自动化的核心设备工业过程的实时控制制功能的定义PLC专业定义核心特征可编程逻辑控制器PLC具有编程简单、功能强大、（Programmable Logic可靠性高、维护方便等特点它Controller）是一种专为工业环境能够在恶劣的工业环境中稳定工设计的数字电子设备，使用可编作，适应各种复杂的控制要求，程存储器存储控制指令，执行逻是现代工业自动化系统的重要组辑运算、顺序控制、定时计数等成部分多种功能应用领域广泛应用于机械制造、化工、电力、交通、建筑等行业的自动化控制系统中，承担着设备控制、过程监视、数据处理等重要任务，是工业

4.0时代的关键技术设备的产生背景PLC11960年代工业需求美国通用汽车公司面临传统继电器控制系统难以适应生产线频繁变更的问题，迫切需要一种灵活可编程的控制设备2技术突破契机随着集成电路技术的发展，数字电子技术逐渐成熟，为开发可编程控制器提供了技术基础和可能性31969年里程碑第一台可编程逻辑控制器诞生，成功解决了继电器系统布线复杂、修改困难、维护成本高等关键问题的发展历程PLC第一代简单逻辑运算（1969-1980）主要功能局限于基本的逻辑运算和简单的控制任务，替代传统继电器控制系统硬件结构相对简单，编程语言以梯形图为主，存储容量较小第二代增加数据处理能力（1980-1990）增加了数据处理、运算和通信功能，支持模拟量输入输出，可处理更复杂的控制算法编程语言更加丰富，开始支持功能块和结构化编程第三代网络通信与模块化（1990-2000）实现了网络通信功能，支持现场总线技术，采用模块化设计系统集成能力大大增强，可以构建分布式控制系统，适应大型自动化工程需求第四代集成功能与智能化（2000至今）集成了更多智能化功能，支持工业以太网、无线通信、云计算等先进技术具备强大的数据处理能力和人工智能算法，向智能制造方向发展的分类方法PLC按规模分类按I/O点数分类小型PLC适用于单机控制；中型小于128点的微型PLC，128-PLC用于工艺过程控制；大型512点的中型PLC，大于512点按结构分类PLC承担复杂的系统级控制任的大型PLC，满足不同规模的应按应用场合分类务用需求整体式PLC结构紧凑，适合小型通用型PLC适用于各种工业场应用；模块式PLC灵活配置，便合；专用型PLC针对特定行业优于扩展；机架式PLC用于大型系化设计，如运动控制、过程控制统等专业领域的主要厂商PLC美国品牌日本品牌欧洲品牌中国品牌Allen Bradley（罗克韦三菱电机的FX和Q系列西门子的S7系列是全球信捷、台达、汇川等国尔）以其ControlLogix PLC在亚洲市场占有率市场的领导者，技术创产品牌快速发展，在性系列闻名，GE Fanuc高，欧姆龙的CP和CJ新能力强ABB在过程价比和本土化服务方面在过程控制领域有重要系列以稳定性著称，松自动化领域有显著优具有优势，产品质量不地位这些品牌在大型下的FP系列在包装机械势，产品线完整断提升，市场份额逐年工业项目中应用广泛，领域应用较多增长技术先进的基本结构PLC中央处理单元系统的控制核心存储系统程序和数据存储输入输出接口与外部设备连接电源模块系统供电保障通信接口网络连接功能PLC的基本结构体现了其作为工业控制计算机的特点，各个模块协调工作，共同完成控制任务CPU是整个系统的大脑，存储系统保存程序和数据，I/O接口实现与现场设备的连接，电源模块提供稳定的电力供应，通信接口则实现与其他设备的信息交换模块功能CPU执行用户程序解释并执行用户编写的控制程序系统监控与诊断监控系统状态并进行故障诊断扫描I/O与更新周期性读取输入信号并更新输出通信管理处理网络通信和数据交换CPU模块是PLC系统的核心，负责协调整个系统的运行它不仅要执行用户编写的控制逻辑，还要承担系统管理、故障诊断、通信处理等多种任务现代PLC的CPU通常采用32位或64位处理器，具有强大的运算能力和丰富的指令集存储系统系统ROM用户RAM存储操作系统和基本指令集，掉电不丢存储用户程序和运行数据，执行速度失，确保系统正常启动和运行快，但需要电池备份保护扩展存储EEPROM存储支持存储卡扩展，满足大容量数据存储提供掉电保护功能，永久保存重要程序和程序备份需求和参数配置输入模块数字量输入处理开关、按钮、传感器等开关量信号，进行电平转换和光电隔离，确保信号准确可靠地传输到CPU模拟量输入接收电压、电流等连续信号，通过A/D转换器将模拟信号转换为数字量，用于温度、压力、流量等参数监测特殊输入功能提供高速计数、编码器接口、温度测量等专用功能，满足特殊应用场合的信号处理需求信号调理与隔离通过光电隔离电路保护PLC内部电路，进行信号滤波和电平匹配，提高系统的抗干扰能力输出模块10A继电器输出适用于大电流负载控制，接触容量大，但开关速度较慢

0.5A晶体管输出高速开关应用，响应时间微秒级，适合步进电机控制2A可控硅输出交流负载控制专用，无触点开关，使用寿命长20mA模拟量输出控制变频器、比例阀等设备，提供4-20mA或0-10V信号的工作原理PLC循环扫描机制扫描周期特点执行方式多样PLC采用循环扫描的工作方式，按照固定典型的扫描周期时间在1-100毫秒之间，除了基本的循环扫描外，PLC还支持中断的顺序依次执行输入采样、程序运行、具体时间取决于程序长度和CPU处理速处理方式，可以响应紧急事件或高速信输出刷新三个基本阶段这种工作方式度较短的扫描周期能够提供更好的实号，满足不同应用场合的实时性要求确保了控制的实时性和可靠性时响应性能扫描周期PLC输入采样阶段PLC读取所有输入端子的状态，将外部信号存储到输入映像区，为程序执行提供数据基础程序执行阶段CPU按照程序逻辑顺序执行用户程序，进行逻辑运算和数据处理，将结果存储到输出映像区输出刷新阶段将输出映像区的数据传送到输出端子，驱动外部负载设备，完成一个完整的控制周期系统服务阶段执行内部诊断、通信处理、看门狗检测等系统级任务，确保PLC稳定可靠运行第二章编程基础PLC编程语言类型地址分配与数据类型掌握梯形图、功能块图、指令学习PLC内部地址分配方法，了表、结构化文本、顺序功能图等解不同数据区域的功能和用途，五种标准编程语言的特点和应用掌握各种数据类型的定义和使用场合，为不同的控制需求选择合规则适的编程方式基本指令系统熟练掌握位逻辑指令、定时器、计数器、数据处理等基本指令的使用方法，构建完整的控制程序编程语言PLC国际电工委员会（IEC）制定的IEC61131-3标准定义了五种PLC编程语言，每种语言都有其独特的优势和适用场合梯形图直观易懂，适合逻辑控制；功能块图便于模块化设计；指令表执行效率高；结构化文本支持复杂算法；顺序功能图擅长状态控制梯形图语言特点直观易懂标准格式编程便利类似传统继电器控制电路左侧为电源线，右侧为地支持拖拽式编程，提供丰的图形表示方法，电气工线，横线表示电路连接，富的图形元素库，可以快程师容易理解和掌握，降纵线表示节点连接这种速构建复杂的控制逻辑低了学习门槛，便于程序标准化的表示方法确保了调试时能够实时显示触点的阅读和维护程序的规范性和一致性状态，便于故障诊断易于交流程序逻辑清晰明了，便于不同技术人员之间的沟通协作项目文档化程度高，有利于技术传承和知识共享指令表语言特点类汇编格式执行效率高复杂算法适用采用类似汇编语言的文本格式，每行包直接对应PLC内部机器指令，执行速度支持复杂的数学运算和逻辑处理，便于含一个操作指令和操作数程序结构紧快，占用存储空间小特别适合对实时实现高级控制算法可以精确控制程序凑，代码密度高，适合有编程经验的工性要求很高的控制场合，如高速计数和执行流程，满足特殊控制需求程师使用运动控制功能块图语言特点图形化表示基于逻辑框图的可视化编程方式模块化设计支持功能封装和代码重用复杂算法适合处理复杂功能和数学运算标准函数库丰富的预定义功能块可重复使用功能块图编程语言将复杂的控制逻辑分解为多个功能模块，每个模块具有明确的输入输出接口这种编程方式特别适合团队协作开发，不同工程师可以分别开发不同的功能模块，最后组合成完整的控制系统地址分配与数据类型I区输入映像Q区输出映像存储输入信号状态控制输出设备状态C区计数器M区中间继电器计数功能和数量累计内部逻辑运算存储T区定时器D/DB区数据存储定时功能和时间控制数值数据和参数存储第三章基本指令系统程序控制指令跳转、调用、返回等流程控制数据处理指令传送、运算、比较、转换功能定时器与计数器时间控制和计数功能实现位逻辑指令基本的逻辑运算和触点操作PLC基本指令系统是编程的核心基础，包含了实现各种控制功能所需的基本操作从最基础的位逻辑指令开始，逐步扩展到定时计数、数据处理和程序控制，形成了完整的指令体系掌握这些基本指令的使用方法和组合技巧，是编写高质量PLC程序的关键位逻辑指令触点指令常开触点（LD）和常闭触点（LDI）是最基本的输入指令，用于检测输入信号状态线圈指令输出线圈（OUT）用于驱动输出设备，是梯形图中最基本的输出指令沿检测指令上升沿（P）和下降沿（N）检测信号变化瞬间，用于触发一次性动作逻辑运算与（AND）、或（OR）、非（NOT）逻辑运算实现复杂的逻辑组合定时器指令ON延时定时器（TON）当输入信号为真时开始计时，到达设定时间后输出为真广泛应用于启动延时、保护延时等场合，是最常用的定时器类型OFF延时定时器（TOF）当输入信号变为假时开始计时，到达设定时间后输出为假常用于电机停止延时、灯光延时关闭等应用场合脉冲定时器（TP）输入信号的上升沿触发，输出固定宽度的脉冲信号适用于产生标准脉冲、控制脉冲宽度等特殊应用参数设置方法包括定时器编号选择、时间常数设置、时间单位配置等正确的参数设置是确保定时器功能正常的关键计数器指令加计数器（CTU）减计数器（CTD）每次输入脉冲使计数值加1，达到设定每次输入脉冲使计数值减1，计数值为值时输出为真常用于产品计数、信号零时输出为真适用于倒计数控制和库累计等场合存管理复位功能加减计数器（CTUD）通过复位信号将计数值清零，重新开始同时具备加计数和减计数功能，可以双计数复位功能确保计数器能够重复使向计数适合往返运动计数和双向流量用统计数据处理指令数据传送指令算术运算指令比较指令MOV指令实现数据在不同存储区域之间的包括加法（ADD）、减法（SUB）、乘法CMP指令用于比较两个数值的大小关系，传送，是数据处理的基础操作支持字（MUL）、除法（DIV）等基本运算，用于产生相应的比较结果，常用于条件判断和节、字、双字等不同数据长度的传送数值计算和参数处理阈值控制程序控制指令跳转指令（JMP/LBL）实现程序流程的条件跳转，JMP指令指定跳转条件，LBL指令标记跳转目标位置合理使用跳转指令可以优化程序结构，提高执行效率子程序调用（CALL）调用预先编写的子程序模块，实现程序的模块化设计子程序可以带参数传递，支持递归调用，提高代码重用性子程序返回（RET）子程序执行完毕后返回主程序的调用点继续执行RET指令可以带返回值，实现子程序与主程序之间的数据交换条件执行（CJ）根据指定条件决定是否执行某段程序代码条件执行指令可以减少不必要的程序执行，优化系统性能高级指令系统数据块操作通信指令提供批量数据处理功能，包括数据块传送、填充、搜索、排序等操作实现PLC与其他设备之间的数据通信，支持串行通信、以太网通信、现这些指令大大提高了数据处理的效率，特别适用于大量数据的批处理场总线通信等多种协议通信指令是构建分布式控制系统的重要工具PID控制指令特殊功能指令内置PID控制算法，用于实现闭环控制系统支持参数自整定、输出限包括高速计数、脉冲输出、中断处理、实时时钟等专用指令这些指令幅、积分饱和抑制等高级功能，简化了模拟量控制系统的设计扩展了PLC的应用范围，满足特殊控制需求第四章编程软件PLC西门子软件三菱软件欧姆龙软件台达软件STEP7是经典的编程平台，GX Works系列软件界面简洁CX-Programmer具有优秀的ISPSoft是免费的编程软件，TIA Portal是新一代集成开发直观，功能强大支持多种程序结构化功能，支持在线支持多种编程语言，具有良环境提供完整的工程解决PLC型号，提供丰富的仿真编程和监控与其他CX系列好的中文支持在中小型自方案，从硬件配置到程序调和调试功能，深受工程师喜软件集成度高，形成完整的动化项目中应用广泛，性价试一应俱全爱自动化解决方案比突出编程软件基本功能硬件组态程序编辑在线调试配置PLC硬件模提供多种编程语言实时监控程序执行块，设置参数和地的编辑器，支持语状态，设置断点进址分配硬件组态法检查和自动补行调试在线调试是项目开发的第一全强大的编辑功功能是发现和解决步，确保软件与硬能提高编程效率，程序问题的重要工件的正确匹配减少编程错误具文档生成自动生成项目文档和程序清单，便于项目管理和技术交流完善的文档是项目成功交付的重要保障西门子介绍TIA Portal集成开发环境统一的工程平台集成了PLC编程、HMI设计、驱动配置等功能，实现一站式开发体验多语言支持支持梯形图、功能块图、结构化文本等多种编程语言，满足不同工程师的编程习惯网络配置强大的网络配置功能，支持PROFINET、PROFIBUS等工业网络的设计和诊断仿真测试内置PLCSIM仿真器，可以在没有硬件的情况下测试程序逻辑，大大提高开发效率三菱特点GX Works简洁直观界面程序结构化功能采用清晰的界面设计，工具栏和菜单布局合理，新手容易上提供强大的程序结构化管理功能，支持主程序、子程序、中断手支持多窗口操作，可以同时编辑多个程序文件，提高工作程序的分层管理程序块可以独立编译和测试，便于大型项目效率的团队开发丰富标准库在线比较纠错内置大量标准功能块和应用实例，涵盖运动控制、过程控制、支持在线程序比较功能，可以对比不同版本的程序差异自动通信等各个领域标准库大大缩短了开发周期，提高了程序质纠错功能能够检测常见的编程错误，提醒工程师及时修正量第五章编程方法PLC数据处理技术高效的数据管理和处理方法状态机设计基于状态转换的控制逻辑设计模块化编程功能模块化和代码重用技术结构化程序设计系统化的程序组织和管理方法良好的编程方法是开发高质量PLC程序的关键结构化程序设计确保代码的可读性和可维护性，模块化编程提高代码重用率，状态机设计简化复杂控制逻辑，数据处理技术保证系统的稳定性和效率结构化程序设计程序分层设计功能模块划分将复杂系统按功能分解为主程序、子程按照设备功能或工艺流程划分程序模1序和中断程序，形成清晰的层次结构，块，每个模块负责特定的控制任务，实便于理解和维护现功能的独立性规范化管理系统化测试建立编程规范和文档标准，统一命名规采用单元测试、集成测试、系统测试的则和注释格式，提高程序的可读性和可分级测试策略，确保程序质量和系统稳维护性定性模块化编程实例功能模块封装将常用的控制功能封装成标准功能块，定义清晰的输入输出接口封装后的模块可以在不同项目中重复使用，提高开发效率标准模块库建立建立企业或项目的标准功能块库，包括电机控制、阀门控制、PID调节等通用模块标准化的模块库是提高开发效率的重要资产接口定义与数据传递明确定义模块间的接口规范，包括输入输出参数、数据类型、调用方式等良好的接口设计确保模块间的正确协作代码重用与维护通过版本管理和变更控制，确保模块的一致性和可靠性建立模块更新机制，实现整个系统的统一升级和维护状态机编程方法5典型状态数量一般控制系统包含初始化、运行、暂停、故障、停止等基本状态3转换条件类型时间条件、事件条件、逻辑条件是状态转换的主要触发方式1当前状态变量使用单一状态变量记录系统当前状态，确保状态的唯一性2错误处理层级设置一般错误和严重错误两个层级的处理和恢复策略第六章通信与网络PLC串行通信传统的点对点通信方式，包括RS-

232、RS-485等标准虽然速度相对较慢，但在简单应用和远距离传输中仍有重要作用Modbus协议是最常用的串行通信协议工业以太网基于标准以太网技术的工业通信网络，具有高速、大容量、易扩展等优点PROFINET、EtherNet/IP等协议为工业以太网的主流标准现场总线专为工业现场设计的数字通信网络，具有实时性强、抗干扰能力好等特点PROFIBUS、DeviceNet、CANopen是典型的现场总线技术OPC UA技术新一代的工业通信标准，支持跨平台、跨厂商的设备互联具有安全性高、语义丰富、可扩展性强等优势，是工业

4.0的关键技术串行通信基础串行通信是PLC最基础的通信方式，通过串行端口实现设备间的数据交换RS-232适用于短距离点对点通信，RS-485支持多点网络和长距离传输Modbus协议作为开放标准，在工业自动化领域应用极为广泛，支持RTU和ASCII两种传输模式工业以太网应用PROFINET网络Modbus TCP实现西门子主导的工业以太网标准，支持实时通信和诊断功将传统Modbus协议移植到以太网平台，简单易用，在能，在欧洲市场占主导地位各种工业应用中普及度很高EtherNet/IP网络网络安全策略基于CIP协议的工业以太网，在北美市场应用广泛，与工业网络安全日益重要，需要采用防火墙、加密通信、DeviceNet和ControlNet兼容访问控制等安全措施现场总线技术PROFIBUS-DP系统DeviceNet网络CANopen应用分布式外设总线，专为快基于CAN技术的开放式现基于CAN总线的高层协速数据交换设计支持高场总线，特别适用于简单议，在嵌入式系统和机器速循环数据传输和非循环I/O设备的连接支持即插人控制中应用广泛具有参数设置，在汽车制造、即用功能，配置简单，成良好的实时性和可靠性，化工等行业应用广泛本较低支持复杂的设备配置总线选型配置根据应用需求选择合适的现场总线技术，包括传输速度、距离、设备数量、成本等因素的综合考虑第七章典型应用案例PLC电机控制系统温度控制系统传送带控制系统工艺流程控制包括电机的启停控制、变频调采用PID控制算法实现温度的精实现物料的自动输送、分拣、控制复杂的生产工艺流程，包速、软启动、制动控制等功确调节，广泛应用于加热炉、计数等功能通过多种传感器括配料、混合、反应、分离等能通过PLC实现电机的精确反应釜、烘干设备等工艺过程检测物料状态，PLC协调各部步骤确保工艺参数的稳定和控制，提高生产效率和设备寿中分的动作时序产品质量的一致性命。