摘要：在稍大或一般規(guī)模的電氣系統(tǒng)中都可以見到PLC的身影，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，大部分的控制命令都是從它這里發(fā)出的，由此可見PLC的重要性以及從事自動(dòng)控制行業(yè)熟練掌握PLC的必要性。文章對(duì)工業(yè)PLC做了介紹，對(duì)于學(xué)習(xí)和在工業(yè)中運(yùn)用PLC進(jìn)行了探討并以實(shí)例形式講解。

關(guān)鍵詞：PLC；自動(dòng)化控制；CPU；工業(yè)流程

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）13-0152-03

1 PLC的介紹

PLC是現(xiàn)在工業(yè)普遍使用的一種自動(dòng)化控制裝置，它的英文原名為programable logic control，簡稱為PLC，中文名為“可編程邏輯控制器”。PLC的誕生是有其歷史的必然性的，在PLC出現(xiàn)之前離散控制中主要的電氣元件是控制繼電器，是一種機(jī)械式的元器件，它靠觸點(diǎn)開閉來實(shí)現(xiàn)接通與斷開。這種元件的缺點(diǎn)是：動(dòng)作慢；壽命短，可靠性差；邏輯修改費(fèi)時(shí)費(fèi)力等，隨著工業(yè)的發(fā)展這類控制元件在控制領(lǐng)域退到次要的位置是歷史的必然，而隨著集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展PLC應(yīng)運(yùn)而生。在稍大或一般規(guī)模的電氣系統(tǒng)中都可以見到PLC的身影，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，大部分的控制命令都是從它這里發(fā)出的，由此可見PLC的重要性以及從事自動(dòng)控制行業(yè)熟練掌握PLC的必要性。

目前我國PLC的生產(chǎn)廠家較多，型號(hào)更是數(shù)不可數(shù)，應(yīng)用較多的有西門子、三菱、AB、歐姆龍等。各廠家PLC的硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)都是封閉的，因此PLC之間的互換性很差，例如大部分廠家使用專用的控制總線和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，不同廠家PLC的編程語言在表達(dá)方式和程序語法上有所不同，雖然IEC專門為PLC制定了標(biāo)準(zhǔn)，但是很多PLC廠家是按照原來的指標(biāo)生產(chǎn)。由于非標(biāo)情況的普遍存在，所以對(duì)于PLC學(xué)習(xí)在品牌方面是要有選擇的，關(guān)于這個(gè)問題在下面會(huì)有我的個(gè)人觀點(diǎn)。

2 PLC基本組成與各部分的作用

2.1 CPU

CPU進(jìn)行邏輯運(yùn)算及數(shù)學(xué)運(yùn)算，并協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。

2.2 存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)編程程序及監(jiān)控運(yùn)行程序、用戶程序、邏輯及數(shù)學(xué)運(yùn)算過程變量及其他所有信息。

2.3 電源

包括系統(tǒng)電源、備用電源及記憶電源。

2.4 輸入/輸出單元

2.4.1 輸入單元用來進(jìn)行輸入信號(hào)的隔離濾波及電平轉(zhuǎn)換；輸出單元用來對(duì)PLC的輸出進(jìn)行放大及電平轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。輸入接口電路由濾波電路、光電隔離電路和輸入內(nèi)部電路電路組成。

2.4.2 輸出接口電路由輸出鎖存器、電平轉(zhuǎn)換電路及輸出功率放大電路組成。PLC功率輸出電路有3種形式：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。

3 PLC的工作過程

PLC在通電后，首先進(jìn)行初始化，然后選擇工作狀態(tài)，工作狀態(tài)包括編程狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)等。對(duì)于普通用戶來講，我們需要較多關(guān)注的是編程狀態(tài)的運(yùn)行過程。PLC在運(yùn)行狀態(tài)指令的動(dòng)作過程大體可分為三個(gè)階段：

3.1 輸入采樣階段

該階段又叫輸入刷新階段。PLC以掃描的方式順序讀入外面信號(hào)的輸入狀態(tài)，并將此狀態(tài)傳送到輸入映像存儲(chǔ)器中。

3.2 用戶指令執(zhí)行階段

PLC執(zhí)行用戶程序，根據(jù)梯形圖的順序先左后右，從上到下對(duì)每一條指令進(jìn)行讀取及進(jìn)行解釋，并從輸入映像存儲(chǔ)器和輸出映像存儲(chǔ)器中讀取輸入和輸出狀態(tài)，結(jié)合原來各軟元件的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果存入相應(yīng)的寄存器中，然后再執(zhí)行下一條指令，直到

結(jié)束。

3.3 結(jié)果輸出階段

該階段也叫輸出刷新階段。指令執(zhí)行階段完成后，輸入映像存儲(chǔ)器的狀態(tài)成批的輸出到輸出所存寄存器中，輸出所存寄存器一一對(duì)應(yīng)著物理點(diǎn)輸出口進(jìn)行實(shí)際輸出。

輸入刷新、程序執(zhí)行及輸出刷新構(gòu)成了PLC執(zhí)行用戶程序的一個(gè)掃描周期。

4 PLC的編程學(xué)習(xí)及學(xué)習(xí)方法

就個(gè)人經(jīng)驗(yàn)而言，學(xué)習(xí)PLC編程最有效的方法就是實(shí)際操作。實(shí)際操作是一種先操作后思考，思考后尋找答案再操作的過程。這個(gè)過程是一個(gè)直觀的過程，也是一個(gè)可以引導(dǎo)深度思考的過程。在學(xué)習(xí)PLC的過程中發(fā)散思考或者舉一反三的思維對(duì)于學(xué)習(xí)是很有幫助的。下面我們一個(gè)小例子來說明下這個(gè)過程。

例如我們要做一個(gè)控制電機(jī)啟停的程序。

（2）有開關(guān)就要有電機(jī)。

這樣一臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)停止程序就編寫好了，在這個(gè)過程先實(shí)際操作，然后測試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)問題，為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的問題，怎么解決這個(gè)問題，當(dāng)問題解決了，會(huì)發(fā)現(xiàn)自己的能力有了一個(gè)不小的提升，這樣的學(xué)習(xí)與實(shí)際貼合比較近。當(dāng)然要想學(xué)得深，前面說過舉一反三是必須的，例如上面的這個(gè)例子，一臺(tái)電機(jī)是這樣控制，如果兩臺(tái)呢，三臺(tái)呢，如果是要實(shí)現(xiàn)工業(yè)上經(jīng)常用到的星三角啟動(dòng)控制呢？每提出一個(gè)問題就需要用實(shí)際操作來解答，解答的過程就是能力提升的過程。這樣與實(shí)際工作相結(jié)合，提出問題，去實(shí)踐，然后發(fā)現(xiàn)問題，解決它，重復(fù)這個(gè)過程就會(huì)發(fā)現(xiàn)PLC的編程學(xué)習(xí)是很簡單的，很有趣的，并不抽象與枯燥。

當(dāng)然我上面所說的這種方法對(duì)于新手入門可能是很適用的，尤其對(duì)于剛剛從事自動(dòng)控制或者有現(xiàn)場工作經(jīng)驗(yàn)的人來說更合適。當(dāng)入門后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)能力的提升進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)平緩的階段，這個(gè)階段已經(jīng)不是哪條指令的用法或者語句功能實(shí)現(xiàn)的效果，而是一個(gè)更高層面的提升，需要更多項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和千錘百煉的編程技巧，更需要現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗(yàn)作為輔助，當(dāng)然這個(gè)層面的問題不是我們這段文字能說清楚的。

由于當(dāng)前PLC的品牌較多，種類也很繁雜，選擇一個(gè)易于學(xué)習(xí)且應(yīng)用比較廣泛的品牌和型號(hào)也是很重要的，這里我個(gè)人推薦將西門子S7-300作為入門的目標(biāo)進(jìn)行學(xué)習(xí)。當(dāng)前PLC的品牌中西門子是市場份額最大的品牌，同時(shí)S7-300也是西門子中一款承上啟下應(yīng)用廣泛的產(chǎn)品，當(dāng)然除了市場占有率這方面，西門子技術(shù)資料的開放性也是很重要的一點(diǎn)，在學(xué)習(xí)過程中查閱資料是必不可少的，這些資料在西門子中國和其他網(wǎng)站上很容易找到，這種便利性對(duì)于初學(xué)者來說是很重要的。

5 西門子PLC的工業(yè)應(yīng)用的過程

上面介紹了我個(gè)人的一些PLC的基本組成和PLC編程學(xué)習(xí)的方法。當(dāng)然在實(shí)際工作中我們要編程調(diào)試程序并非這么簡單。下面就以西門子S7-300為例，說下拿到一個(gè)工程到現(xiàn)場調(diào)試的一些大體的流程。

（1）了解工業(yè)流程和工藝要求，對(duì)整個(gè)工藝要實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)和重點(diǎn)地方做到心中有數(shù)。這個(gè)是非常重要的，有了這些了解才會(huì)將程序的框架設(shè)計(jì)得更合理，對(duì)細(xì)節(jié)把握的更準(zhǔn)確。

（2）硬件組態(tài)，在STEP-7中選擇相應(yīng)的型號(hào)進(jìn)行組態(tài)并進(jìn)行編譯。

（3）將電氣圖紙的原理圖中PLC的各點(diǎn)功能與硬件組態(tài)的各點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，并在符號(hào)表中進(jìn)行編寫，需要注意的是如果符號(hào)表組織合理的話對(duì)于后面程序效率的編寫可以有很大的幫助，這個(gè)需要個(gè)人在實(shí)際工作中自己摸索。

（4）以上工作完畢，就可以進(jìn)行程序編寫了。如果工程較大，需要按照一定規(guī)律將程序分塊編寫，以便程序的修改和程序段的查找。程序編寫中如果對(duì)于部分功能能否實(shí)現(xiàn)沒把握，可以用仿真軟件進(jìn)行測試。對(duì)于新手，仿真軟件可是解惑的利器，可以多加利用，除此之外還要多查資料，多看系統(tǒng)里的資料，也是非常有好處的。

（5）程序編寫完成后，如果用到觸摸屏等人機(jī)界面，然后需要做這個(gè)工作，當(dāng)然這又牽扯到了觸摸屏的應(yīng)用以及通訊等問題。

（6）剩下的就是現(xiàn)場的檢驗(yàn)了，只通過人的思維運(yùn)作產(chǎn)生的程序很難與現(xiàn)場的實(shí)際貼合得天衣無縫，絕大多數(shù)的時(shí)候需要進(jìn)行調(diào)整，或大或小的調(diào)整。完成這一步，一個(gè)較為完整的項(xiàng)目便做完了，它是滿足實(shí)際需要的完善的成品。

6 結(jié)語

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備的更新?lián)Q代非常快，知識(shí)更新的速度有時(shí)候讓人很難跟上，所以掌握適合自己的學(xué)習(xí)方法是非常重要的。在這篇文章中我只是想說下自己的一些看法，希望能起到拋磚引玉的作用。接受枯燥的文字資料有時(shí)候確實(shí)是一個(gè)挺難得的事，由實(shí)際操作出發(fā)可能對(duì)部分人來說更適合一些。對(duì)于學(xué)習(xí)方面的問題，我個(gè)人一直有個(gè)想法，可以用一句大家早已熟知的話來表達(dá)：授人以魚，不如授人以漁，長篇介紹某條指令的用法不如將個(gè)人對(duì)于學(xué)習(xí)的一點(diǎn)淺見表達(dá)出來，這是我這篇文字的出發(fā)點(diǎn)，也是主要想表達(dá)的東西。這篇文字介紹了PLC的發(fā)展，基本知識(shí)和學(xué)習(xí)方法以及工業(yè)中應(yīng)用的步驟，希望對(duì)剛涉及自控行業(yè)和有志從事該領(lǐng)域的朋友們有所啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：李士行（1982—），男，山東濟(jì)南人，濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)重工機(jī)械有限公司助理工程師，研究方向：電氣設(shè)計(jì)和現(xiàn)場調(diào)試。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）