plc编程教学课件

编程教学课件PLC工业自动化核心技术入门与实战第一章基础概述PLC本章将介绍PLC的基本概念、发展历史、硬件组成及工作原理，帮助您建立对PLC系统的整体认识什么是PLC了解可编程逻辑控制器的定义及应用场景发展历史探索PLC从诞生到现代的演变过程硬件组成掌握PLC系统的核心硬件结构工作原理什么是？PLC可编程逻辑控制器（Programmable LogicController，简称PLC）是工业自动化控制系统的大脑，专为工业环境设计的数字计算机控制装置PLC成功替代了传统的继电器控制系统，具有更高的灵活性和可靠性主要应用场景•工厂生产线自动控制•电梯运行控制系统•交通信号灯控制•智能建筑管理•水处理设施自动化的发展历史与优势PLC年11968通用汽车公司工程师迪克·莫利提出PLC概念，旨在替代复杂的继电器控制系统2年1969美国数字设备公司Modicon推出第一台商用PLC年代31970-1980PLC技术快速发展，西门子、AB等品牌崛起，功能不断增强4年代至今1990网络通信功能增强，向工业

4.0方向发展的优势PLC灵活编程易于维护无需改变硬件，只需修改程序即可实现不同控制功能故障诊断简单，程序可备份，硬件模块化设计便于更换抗干扰强节省成本专为恶劣工业环境设计，具有强大的抗电磁干扰能力减少布线工作，降低施工难度，节省空间和材料成本的硬件组成PLC中央处理单元CPUPLC的大脑，负责执行用户程序，处理输入信号，控制输出动作，监控系统运行状态根据处理能力分为不同等级，决定了PLC的性能上限存储器系统程序存储器存储PLC操作系统用户程序存储器存储用户编写的控制程序数据存储器存储输入输出数据、内部变量等输入输出模块/输入模块接收开关、传感器等外部信号输出模块控制电机、指示灯等执行器模拟量/数字量模块满足不同信号类型需求电源模块将外部电源转换为PLC内部所需的工作电压提供稳定可靠的电源保障系统正常运行的工作原理PLCPLC采用循环扫描的工作方式，不断重复执行以下过程扫描周期完成一次循环所需的时间，通常为几毫秒到几十毫秒，保证了PLC对工业过程的实时控制能力这种工作方式使PLC能够持续监控生产过程并及时做出响应，是工业自动化控制的基础输入采样读取所有输入点的状态，将外部传感器、开关等信号存入输入映像寄存器程序执行按顺序执行用户程序，根据输入状态和程序逻辑计算输出结果第二章编程语言与PLC结构本章将介绍PLC的主要编程语言、程序结构及基本编程元素，帮助您掌握PLC编程的基础知识常用编程语言介绍PLC国际电工委员会IEC61131-3标准定义了五种PLC编程语言，每种语言各有特点和适用场景梯形图功能块图结构化文本指令列表LD FBDST IL最直观的图形化语言，模拟继电器控制电路图，广泛应用于离散控使用功能块连接构建程序，适合复杂的过程控制和数据处理，便于类似高级编程语言的文本形式，支持复杂算法实现，适合数学计算类似汇编语言的文本形式，执行效率高但可读性较差，适合简单逻制，适合电气工程师使用模块化设计和复杂逻辑辑和资源受限场景程序结构与组织块西门子PLC采用结构化的程序组织方式，通过不同类型的程序块实现功能模块化与层次化组织块OB程序的入口点，由操作系统调用如主循环OB

1、启动OB

100、定时中断OB35决定程序执行的时间和条件功能块FB带有静态数据的可调用程序单元包含自己的数据块DB，支持数据保持适合需要记忆状态的重复功能功能FC不带静态数据的可调用程序单元执行结束后不保留内部变量值程序结构优化建议适合纯计算功能的实现•按功能模块化，提高代码重用性•合理分层，主程序简洁明了数据块DB•使用注释说明程序功能和逻辑存储用户数据的内存区域•统一命名规范，便于维护全局DB可被所有程序访问•关键功能独立封装，降低耦合度实例DB与特定FB关联输入输出模块编程输入模块编程输出模块编程I Q输入模块连接各类传感器和控制开关，将外部信号转换为PLC可识别的电信号输出模块连接各类执行器，将PLC的控制信号转化为实际的物理动作•数字量输入接收开关量信号ON/OFF•数字量输出控制继电器、指示灯、电磁阀等•模拟量输入接收连续变化的信号温度、压力等•模拟量输出控制变频器、调节阀等需要精确控制的设备梯形图中以常开/常闭触点表示，如I

0.

0、I

0.1梯形图中以线圈符号表示，如Q

0.

0、Q

0.1计时器与计数器的应用计时器计数器Timer Counter计时器用于实现时间相关的控制功能，是PLC中最常用的功能之一计数器用于统计事件发生的次数，广泛应用于生产计数、批次控制等场景延时接通向上计数器TON CTU输入信号ON后延时设定时间再输出ON每次触发计数值增加1，达到预设值输出ON应用电机延时启动、预热控制应用产品计数、包装控制延时断开向下计数器TOF CTD输入信号OFF后延时设定时间再输出OFF从预设值开始递减，计数到0输出ON应用照明延时关闭、冷却控制应用材料消耗控制、倒计时脉冲定时器双向计数器TP CTUD输入信号ON后输出固定时间的脉冲可同时向上和向下计数的复合计数器应用警报器控制、周期性操作应用双向传送带、出入口计数第三章西门子指令PLC系统详解本章将详细介绍西门子PLC的指令系统，包括逻辑运算、数据操作、计时器/计数器等各类指令的使用方法指令分类总览西门子PLC拥有丰富的指令集，可满足各种自动化控制需求了解这些指令的分类和功能，是掌握PLC编程的基础逻辑运算指令数据移动指令AND、OR、NOT等MOV、BLKMOV、COP等实现条件判断和逻辑控制实现数据传输和交换程序控制指令算术运算指令JMP、CALL、FOR、WHILE等ADD、SUB、MUL、DIV等实现程序流程控制实现数值计算功能比较指令计时器计数器指令/EQ、LT、GT、LE、GE等TON、TOF、CTU、CTD等实现数值大小比较实现时间和次数控制特殊功能指令•PID控制指令•通信指令•脉冲输出指令•字符串处理指令•高速计数指令•数据记录指令逻辑运算指令示例逻辑运算指令是PLC编程的基础，用于处理布尔逻辑关系，实现条件判断和逻辑控制功能指令AND功能逻辑与运算，多个条件同时满足时输出为真梯形图表示多个常开触点串联应用安全联锁、多条件启动指令OR功能逻辑或运算，任一条件满足时输出为真梯形图表示多个常开触点并联应用多点控制、备用启动案例安全启动控制电机启动条件指令NOT启动按钮按下AND功能逻辑非运算，输入为假时输出为真安全门关闭AND无过载报警AND梯形图表示常闭触点自动模式OR维护模式应用取反操作、异常检测数据操作指令示例指令（数据传送）指令（加减运算）MOV ADD/SUB功能将源操作数的值传送到目标操作数功能执行两个操作数的加法或减法运算语法MOV IN,OUT语法ADD IN1,IN2,OUT示例MOV100,MW10（将常数100传送到MW10内存区）示例ADD MW20,MW30,MW40（MW20+MW30的结果存入MW40）应用设定参数、数据初始化应用累计计数、温度补偿指令（数据比较）CMP功能比较两个操作数的大小关系语法CMP==,IN1,IN2（其他比较,,=,=,）示例CMP,MW50,1000（如MW501000则输出为真）应用上下限检测、范围控制实际应用案例水位控制系统温度调节系统•使用MOV指令设定水位上下限•使用MOV指令设定目标温度•使用ADD计算当前水位与目标值的偏差•使用SUB计算温差•使用CMP比较水位是否超过警戒线•使用CMP指令判断是否需要加热或制冷计时器与计数器指令示例计时器指令计数器指令（定时器开启延时）（计数器向上计数）TON CTU功能输入信号ON后，延时预设时间后输出变为功能每次CU输入从0到1变化时计数值加1，达到ON预设值PV时Q输出变为ON参数IN触发信号、PT预设时间、Q输出、参数CU计数输入、R复位、PV预设值、Q输ET经过时间出、CV当前值应用场景电机延时启动、设备预热控制应用场景产品计数、批次控制（定时器关闭延时）（计数器向下计数）TOF CTD功能输入信号OFF后，延时预设时间后输出变为功能每次CD输入从0到1变化时计数值减1，计数OFF到0时Q输出变为ON参数IN触发信号、PT预设时间、Q输出、参数CD计数输入、LD加载、PV预设值、ET经过时间Q输出、CV当前值应用场景照明延时关闭、风机延时停止应用场景材料消耗计数、库存控制第四章编程实战案PLC例本章将通过实际案例展示PLC编程的应用，从简单控制到复杂系统，帮助您掌握实战技能简单灯光控制程序控制需求梯形图程序实现一个简单的开关控制灯的程序，这是PLC编程的Hello World级入门案例•输入设备按钮开关，连接到I

0.0•输出设备指示灯，连接到Q

0.0•控制逻辑按下开关，灯亮；松开开关，灯灭程序说明

1.左侧电源轨代表恒为1的信号源

2.I

0.0表示按钮输入点，采用常开触点符号

3.Q

0.0表示灯光输出点，采用线圈符号

4.当I

0.0触点闭合（按钮按下）时，Q

0.0线圈得电（灯亮）

5.当I

0.0触点断开（按钮松开）时，Q

0.0线圈失电（灯灭）这个简单的例子展示了PLC程序的基本结构和逻辑关系，是理解更复杂程序的基础交通信号灯控制案例控制需求梯形图程序框架设计一个十字路口交通信号灯控制系统，按照预定时序循环切换信号灯输出设备•东西方向红灯Q

0.0•东西方向黄灯Q

0.1•东西方向绿灯Q

0.2•南北方向红灯Q

0.3•南北方向黄灯Q

0.4•南北方向绿灯Q

0.5时序要求•东西绿灯30秒，黄灯5秒•南北绿灯25秒，黄灯5秒传送带自动控制控制需求设计一个装箱生产线传送带控制系统，实现产品检测、计数和分拣功能硬件配置控制逻辑•传送带电机Q

0.0•启动后传送带运行•分拣气缸Q

0.1•起始传感器检测到产品时计数器+1•报警指示灯Q

0.2•质量传感器检测不合格品时触发分拣气缸•起始光电传感器I

0.0•末端传感器统计出箱产品数量•质量检测传感器I

0.1•每达到100个产品暂停传送带5秒•末端光电传感器I

0.2•急停按钮可随时停止系统•急停按钮I

0.3程序实现要点传感器信号处理计数与控制故障报警•使用上升沿检测避免重复计数•使用CTU计数器统计产品数量•监控传感器状态判断异常•设置滤波延时消除干扰信号•使用TON定时器控制暂停时间•设置报警闪烁指示灯电路第五章程序调试与PLC故障排除本章将介绍PLC程序的调试方法、常见故障的排查技巧以及调试工具的使用，帮助您快速解决实际应用中的问题调试方法在线监控变量状态逐步执行程序在线监控是最基本的调试方法，通过观察变量的实时状态了解程序运行情况在复杂逻辑分析中，逐步执行可以帮助理解程序的每一步操作•监控输入输出点的状态变化•设置断点，使程序在特定位置暂停•观察内部继电器、数据寄存器的值•单步执行，观察每条指令的效果•跟踪计时器、计数器的当前值•跟踪数据流，了解变量值的变化过程•使用强制功能临时改变变量状态使用模拟输入输出测试在线监控可以直观地展示程序的执行流程，是排查问题的第一步在正式投入使用前，可以使用模拟测试验证程序的正确性•使用模拟器软件测试逻辑•使用信号发生器模拟输入信号•通过指示灯观察输出状态•模拟各种异常情况测试程序鲁棒性常见故障及排查硬件连接错误检查•检查输入输出设备是否正确连接到对应端子•排查接线松动、短路或断路问题•确认电源电压是否正常，接地是否良好•验证传感器供电及信号输出是否正常排查方法使用万用表测量电压、电阻，检查信号连续性输入输出模块状态异常•检查模块指示灯状态是否与预期一致•排查模块是否损坏或接触不良•检查模块配置参数是否正确•验证信号类型（如NPN/PNP）是否匹配排查方法观察LED状态，进行模块替换测试，检查配置数据计时器计数器不工作•检查触发条件是否满足•排查时间或计数预设值设置问题•确认复位信号是否意外触发•验证触发信号是否过快或存在抖动排查方法监控相关变量状态，使用示波器观察触发信号程序逻辑错误定位•检查逻辑条件是否正确•排查程序执行顺序问题•查找可能的死循环或竞争条件•确认数据类型转换是否正确排查方法逐段分析程序，使用临时变量监控中间结果故障排除流程现象观察详细记录故障表现和发生条件原因分析根据现象推断可能的故障原因测试验证通过针对性测试验证推断调试工具介绍西门子调试功能Step7/TIA Portal程序状态显示直观显示程序执行状态，高亮显示当前执行的程序段实时显示信号流和数据流，帮助理解程序执行过程变量监视表创建自定义变量表，同时监控多个关键变量支持强制变量值，模拟特定条件下的程序行为逻辑分析功能记录变量随时间变化的趋势，类似示波器功能断点与单步执行分析时序相关问题，如触发时机、信号抖动等•在关键程序点设置断点暂停执行•使用单步执行逐条分析指令效果•可以跳过或跳入子程序执行诊断缓冲区•记录系统事件和错误信息•提供时间戳，便于故障分析•包含CPU状态变化和系统错误代码第六章高级功能与项目管理本章将探讨PLC的高级应用，包括网络通信、安全与维护以及项目实施的全流程管理网络与通信工业网络协议PROFIBUS西门子开发的工业现场总线标准速度最高12Mbps，最大距离可达10公里广泛应用于工厂自动化和过程控制PROFINET基于工业以太网的通信标准实时性能好，支持100Mbps传输速率支持标准IT技术，易于集成与上位系统连接PLC可以与多种上位系统进行数据交换Modbus HMI（人机界面）提供操作和监控界面广泛使用的工业通信协议SCADA（监控与数据采集）集中监控多个PLCMES（制造执行系统）生产管理和调度简单开放，硬件要求低ERP（企业资源计划）企业级资源管理支持多种物理层（串口、TCP/IP）远程监控与数据采集远程访问技术数据采集方式数据应用•VPN安全连接•定时轮询读取•实时监控与报警•Web服务器功能•事件触发传输•历史趋势分析•移动应用监控•高速数据记录•生产报表生成安全与维护程序备份与版本管理定期备份版本控制建立定期备份计划，每次修改后保存备份使用版本控制软件管理程序版本备份内容包括程序、配置、参数和注释记录每次修改的内容、原因和日期设备维护与故障预防文档管理定期检查维护完整的项目文档，包括I/O清单、接线图定期检查硬件连接和模块状态创建操作手册和维护指南，便于后续使用清洁散热器和通风口，防止过热权限控制与安全编程规范预防性维护•设置多级访问权限，限制程序修改权限•使用密码保护关键参数和程序监控电池状态，及时更换•遵循编程规范，增强代码可读性检查电源质量，确保电压稳定•添加详细注释，便于理解和维护•实施代码审查，确保程序质量和安全状态监测监控CPU负载和内存使用情况记录通信错误率和响应时间项目实施流程需求分析与方案设计•明确客户需求和技术规范•进行现场勘察和数据收集•选择合适的硬件平台和软件工具•设计控制方案和网络架构•制定I/O清单和设备清单程序开发与测试•根据控制逻辑编写PLC程序•开发HMI界面和报警系统•配置通信参数和网络连接•使用模拟器进行初步测试•进行代码审查和优化现场安装与调试•安装PLC硬件和外围设备•连接传感器和执行器•下载程序并进行I/O测试•调试控制逻辑和通信功能•进行系统联调和压力测试运行维护与优化•培训操作人员和维护人员•交付完整的技术文档•定期巡检和维护保养•根据运行情况进行优化•提供技术支持和故障处理课程总结与学习建议课程核心内容回顾学习建议基础知识PLC1了解PLC的定义、历史、硬件组成和工作原理编程语言与结构2掌握梯形图等编程语言和程序组织方法指令系统3熟悉常用指令的功能和使用方法实战案例4通过案例学习实际应用技巧调试与故障排除5掌握问题定位和解决方法高级应用6了解网络通信和项目管理知识理论与实践结合不仅要学习理论知识，更要动手操作实验使用模拟软件或小型实训设备进行练习循序渐进从简单程序开始，逐步挑战复杂项目多分析实际工程案例，了解行业应用持续学习致谢与问答感谢聆听感谢您完成本次PLC编程教学课程的学习希望这些内容能够帮助您在工业自动化领域打下坚实的基础，并在实际工作中灵活应用这些知识PLC技术是工业自动化的核心，掌握这项技能将为您的职业发展提供广阔的空间希望您能将所学知识应用到实践中，不断提升和完善欢迎提问现在是问答环节，欢迎就课程内容或PLC应用中的问题进行提问和交流后续学习资源推荐西门子官方文档与培训提供详细的技术手册和在线课程行业论坛与社区参与技术讨论，分享经验与问题视频教程平台提供大量实操演示和案例分析。