詳解PLC的工作原理和數(shù)據(jù)類型

PLC的工作原理

PLC概念（基本組成、工作原理）

PLC的數(shù)據(jù)類型&&尋址方式 (這個地方要分清楚，PLC的存儲空間大小（位字節(jié)字雙字BIT BYTE WORD DWORD）、儲存器類型（西門子DIDQAIAQMSMVLTCHTHC區(qū)；三菱XYMDTCRVZ區(qū)）、

數(shù)據(jù)類型(INT16 DINT32 REAL STRING WORD16 DWORD32 BOOL TIME DATE CHAR8 BYTE8 ))

PLC的儲存器類型（S7-200）

PLC系統(tǒng)開發(fā)流程

PLC STEP7中常數(shù)的表達方式（K10,H16,O8,BCD）

三菱中的D0是16位的，兩個字節(jié)。M0是1位。

西門子1200中的則全是M區(qū)，用MB/MW /MD來表示8位16位32位

西門子200smart和200中全是V區(qū)

01 PLC概念 ? ?

PLC（Programmable Logic Controller），可編程邏輯控制器。工業(yè)控制用的計算機。

PLC的基本構(gòu)成

其基本構(gòu)成有電源、CPU、儲存器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口。

（1）電源：PLC供電，可以是220VAC或者24VDC，CPU處理單元所需要的電源為5VDC。

（2）CPU（中央處理單元），包含了控制器、運算器、寄存器。

（3）存儲器是之具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，可以存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量。分為ROM（Read Only Memory 系統(tǒng)存儲區(qū)）和RAM（Random Access Memory）。

i.ROM存儲區(qū)分為系統(tǒng)管理程序、用戶程序編輯以及指令解釋程序、子程序調(diào)用及管理程序

ii.RAM存儲區(qū)包括用戶程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)，分別用來放置用戶程序和程序執(zhí)行過程中各點的ON/OFF狀態(tài)量。用戶存儲區(qū)的數(shù)據(jù)可讀可寫執(zhí)行。采用的材質(zhì)為CMOS RAM或者EPRAM和EEPRAM。容量一般以“字”為單位（16個位為1字，8個位為1字節(jié)）。所以我認為建議編程的時候使用偶數(shù)編程。

（4）￥輸入單元是指接收信號的單元，檢測信號傳來的信息并且將其轉(zhuǎn)化為高低電平的數(shù)字量信號。（分為開關(guān)量和模擬量，模擬量通常采用A/D轉(zhuǎn)換電路，把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。數(shù)字量采用的接口電路比較多，分為內(nèi)部直流輸入（12V或者24V）、外部交流輸入（100-120V、200-240V）、外部交直流輸入、與信號輸出相連的輸入電路。）（交流輸入、直流輸入、源型漏型、共陰極共陽極、外界信號輸出接PLC輸入單元（PNP,NPN））

（5）輸出單元指將CPU處理之后的弱電信號轉(zhuǎn)化為電平信號。（電平信號是指設(shè)備輸出信號和輸入信號的功率比然后取對數(shù)值，通常用P表示，P=lgP2/P1。）（輸出接口分為開關(guān)量和模擬量。模擬量接口通常通過D/A轉(zhuǎn)換電路，數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，數(shù)字量輸出電路形式比較多，有繼電器輸出、晶體管輸出（PNP，NPN）、晶體閘輸出。）

（6）通信接口，和監(jiān)視器、打印機、其他PLC、計算機等設(shè)備實現(xiàn)通訊。

（7）擴展接口，給PLC增加一些專用功能模塊，比如高速計數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運動控制模塊、中斷控制模塊。

PLC的工作原理

PLC通電→內(nèi)部處理→通信處理→自診斷→輸入采樣→用戶程序執(zhí)行→輸出刷新

PLC采用周期循環(huán)掃描的方式，集中輸入集中輸出。

優(yōu)點是：可靠性高、抗干擾能力強。缺點是：響應(yīng)速度慢、響應(yīng)滯后。PLC會采用WDT（看門狗）來監(jiān)視掃描是否超過預(yù)定時間。

內(nèi)部自處理：包括硬件初始化、I/O模塊配置檢查、停電保護范圍設(shè)定等等。在自診斷測試階段，CPU檢測PLC各模塊的狀態(tài)，若出現(xiàn)異常立即進行診斷和處理，同時給出故障信號，點亮CPU面板上的LED指示燈。當出現(xiàn)致命錯誤時，CPU被強制為STOP方式，停止執(zhí)行程序。CPU的自診斷測試將有助于及時發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。

通信處理階段：PLC和自身帶有CPU的智能模塊以及其他外部設(shè)備進行通信，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，響應(yīng)編程器的命令，更新編程器顯示的內(nèi)容，更新時鐘以及特殊寄存器的內(nèi)容。在通信處理階段，CPU檢查有無通信任務(wù)，如果有則調(diào)用相應(yīng)進程，完成與其他設(shè)備（例如，帶微處理器的智能模塊、遠程I/O接口、編程器、HMI裝置等）的通信處理，并對通信數(shù)據(jù)做相應(yīng)處理。

（自診斷→輸入采樣→用戶程序執(zhí)行→輸出刷新→）為一個掃描周期

輸入采樣階段：掃描所有的輸入端子并且將其的狀態(tài)（0/1）存放到輸入寄存器（PII）中。然后關(guān)閉輸入通道，進行下一步程序。這種方式可靠性高，但是會有一定的時間延遲，在大型的項目中，由于時間的關(guān)系，可能會采取定期輸入取樣、直接輸入取樣、中斷輸入取樣、智能I/O接口模塊取樣，用來提高速度。

用戶程序執(zhí)行階段：此階段中，數(shù)據(jù)從輸入寄存器（PIQ）和內(nèi)部元件寄存器（內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、計時器）中，將有關(guān)元件的狀態(tài)和數(shù)據(jù)取出，按照程序中的邏輯運算和算術(shù)運算，將結(jié)果寫到輸出映像寄存器和相關(guān)存儲器中。所以，在PLC內(nèi)部，內(nèi)部元件寄存器的狀態(tài)是一直在改變的。

輸出處理階段：程序執(zhí)行完成后，把內(nèi)部元件寄存器中的所有輸出繼電器狀態(tài)在輸出階段一次性轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，經(jīng)過隔離、驅(qū)動功率放大電路輸送到輸出端，并且外部PLC接線驅(qū)動實際負載。

輸入輸出滯后時間：該時間又稱為系統(tǒng)響應(yīng)時間，包括輸入電路濾波時間、輸出電路滯后時間、因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間。PLC的響應(yīng)延遲一般是幾毫秒-幾十毫秒，對于一般的系統(tǒng)沒有影響。如果需要時間短的系統(tǒng)，我們可以采用掃描速度快的PLC或者采取中斷等措施。

（1）輸入電路濾波時間。主要是由于外部傳入的信號可能存在噪音干擾、尖峰電壓、外部抖動會影響我們的輸入信號。所以使用RC濾波電路（利用電壓源和電流源驅(qū)動電容和電阻組成的電路）和光耦合器（在輸入側(cè)采用光耦來切斷內(nèi)部與外部線路電氣上的聯(lián)系）來消除這些影響。濾波電路的時間常數(shù)決定了濾波時間的長短。

（2）輸出模塊電路滯后時間：與類型有關(guān)，繼電器輸出模塊的滯后時間一般為10ms，雙向晶閘管的滯后時間為1ms-10ms，晶體管的滯后時間為1ms以下。

（3）由掃描工作方式引起的滯后時間：最長可以達到2-3個掃描周期。

02?PLC的數(shù)據(jù)類型 ? ?

03?二進制（BIN: BINARY NUMBER） ? ?

硬件內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理是按照二進制進行的

負數(shù)的處理，也是以二進制的補碼來實現(xiàn)的

用途：內(nèi)部處理

04?八進制（OCT:OCTAL NUMBER） ? ?

在三菱FX系列中，輸入繼電器、輸出繼電器的軟元件編號都是X0~X7 Y010~Y017

用途：輸出入繼電器軟元件編號

05?BCD碼（BCD: BINARY CODE DECIMAL） ? ?

BCD碼就是將10進制的數(shù)字，用二進制的形式表示出來，比方說10的BCD碼就是 0001 0000

用途：BCD數(shù)字開關(guān)，7段碼顯示器

06?實數(shù)（浮點數(shù)數(shù)據(jù)） ? ?

在三菱FX系列中，采用二進制進行實數(shù)運算，采用10進制進行實數(shù)監(jiān)控

字符串常數(shù)最多32位

字符長度位8位，所以 D100（16位）可以代表兩個字符

字符串的數(shù)據(jù)，從指定的位置開始（D100或者M100開始都可以），當碰到OOH代碼（也就是NULL代碼，需要16位）的時候，表示字符串結(jié)束，如果沒有碰到OOH或者只碰到一般，是不會檢測到字符串結(jié)束的。

三菱FX系列中位的位數(shù)的指定（KnX0 ………）

位軟元件的處理

像X Y S M 這些處理ON/OFF信息的軟元件是位軟元件

像T C D R 這些處理數(shù)值信息的軟元件是字軟元件

但是，我們的位軟元件經(jīng)過組合也可以當做字來使用。以位數(shù)Kn和起始軟元件的編號的位數(shù)為4位單元，K1K4表示16位；K1k8表示32位

連續(xù)字的指定

子軟元件的位指定（D100.E）

（位（BOOL）→字節(jié)（BYTE）→字（WORD）/整數(shù)（INT）→雙字（DWORD）/雙整數(shù)（DINT）/浮點數(shù)（REAL））

ASCII/字符串(STRING)

1個ttl電平信號為1位；8個位為一個字節(jié)；2個字節(jié)為1個字；2個字為1個雙字。

位也就是BOOL，布爾型，范圍為 0 / 1

字節(jié)的范圍為 0—255；0-FF；相鄰的8個為（0-7）（IB1=I1.0~I1.7）

字的范圍為 0—65535；0000-FFFF；相鄰的兩個字節(jié)（IW2=IB2+IB3）

雙字的范圍為 0—2的32次方；00000000-FFFFFFFF；相鄰的兩個字（ID4=IW4+IW6=IB4+IB5+IB6+IB7）

尋址方式有按位尋址、按字節(jié)尋址、按字尋址、按雙字尋址

按位尋址：I0.0 I0.1 I0.2 I1.5 I2.7 I2.8(錯誤)

按字節(jié)尋址：VB0 VB1 VB2 VB3… (間隔為1)

按字尋址：VW0 VW2 VW4 VW6 VW32…（間隔為2）

按雙字尋址：VD0 VD4 VD8 VD32….(間隔為4)

西門子的數(shù)據(jù)存儲類型是高字低位，怎么理解？

MD100

MW100MW102

MB100MB101MB102MB103

M100.7/6/5/4/3/2/1/0M101.7/6/5/4/3/2/1/0M102.7/6/5/4/3/2/1/0 M103.7/6/5/4/3/2/1/0

其中，M103.0就是高字節(jié)的低位；M100.7就是低字節(jié)的高位

三菱的數(shù)據(jù)存儲類型是高字高位，怎么理解？（存儲從右往左依次增大）

D100

D101D100

D101. F/E/D/C/B/A/9/8/7/6/5/4/3/2/1/0D100.F/E/D/C/B/A/9/8/7/6/5/4/3/2/1/0

其中，D101.F就是高字節(jié)的高位；D100.0就是低字節(jié)的低位

①

立即尋址

②

直接尋址

a)絕對地址

b)符號地址

③

間接尋址

a)存儲器間接尋址

i.16位指針（DB、T、C）

ii.32位指針（存儲器間接尋址）

b)寄存器間接尋址

i.32位指針存儲區(qū)內(nèi)部尋址

ii.32位指針存儲器交叉尋址

07?PLC的儲存器類型（S7-200） ? ?

V存儲器（變量存儲器），一般用來存放邏輯的中間結(jié)果，很常見。

M存儲器（標志存儲器），一般用來標志。不常用。MB0-MB13 這14個字節(jié)存儲

在EEPROM中永久保存，斷電永久保持。

SM存儲器（系統(tǒng)存儲器）：在F1幫助中可以查看，或WIN中符號表中有S7-200指令

SM0.0：該位總是打開

SM0.1：首次掃描的時候打開，用于初始化程序。

SM0.5：時鐘脈沖，0.5s閉合，0.5s打開。

L存儲區(qū)（局部存儲區(qū)）：V存儲區(qū)為全局有效，而L存儲區(qū)只是在局部有效。局部存儲區(qū)需要CPU進行動態(tài)分配，當中斷程序或者調(diào)用一個子程序的時候，CPU會分配局部存儲器給中斷程序或者子程序。另外，局部存儲區(qū)在分配的時候需要進行初始化，因為給的數(shù)據(jù)是隨機的。

AC寄存器（累加寄存器）：可以向子程序傳遞參數(shù)，儲存計算的中間結(jié)果。S7-200中提供了4個32位累加器（AC0 AC1 AC2 AC3）。

話外：S7-300中的寄存器有：ACCUx累加寄存器 、 AR1/AR2地址寄存器、 數(shù)據(jù)塊寄存器、狀態(tài)字

S7-300中的存儲區(qū)有：I/Q 輸入輸出過程映象區(qū)、M（位存儲區(qū)）、T定時器、C計時器、PQ/PI 立即訪問輸出輸入模塊、 DB共享數(shù)據(jù)塊、 DI 背景數(shù)據(jù)塊、 L局部數(shù)據(jù)

08?PLC系統(tǒng)開發(fā)流程（距離實現(xiàn)電動機正反轉(zhuǎn)） ? ?

（1）明確系統(tǒng)的控制要求

系統(tǒng)要求3個按鈕控制正反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)，并且要求對電動機進行過載保護，另外正反轉(zhuǎn) 自鎖和互鎖

（2）確定輸入輸出設(shè)備，并且為其分配相應(yīng)的I/O端子

（3）繪制系統(tǒng)控制線路圖

主電路、控制電路

（4）編寫PLC控制程序

正轉(zhuǎn)控制、反轉(zhuǎn)控制、停轉(zhuǎn)控制、過載保護

（5）程序調(diào)試

（6）安裝系統(tǒng)控制線路，并且進行現(xiàn)場調(diào)試

程序調(diào)試好之后，現(xiàn)場調(diào)試。（硬件問題&&軟件問題）

（7）系統(tǒng)投入運行

試用一段時間

09?STEP7中常數(shù)的表達方式 ? ?

STEP7中常數(shù)值可以是字節(jié)、字、雙字，CPU是使用二進制方式儲存常數(shù)的。在STEP7中，常數(shù)也可以使用十進制、十六進制、ASCII碼、浮點數(shù)等格式進行表示。

B#W16、W#16#、DW#16# 表示 16進制字節(jié)常數(shù)、16進制字常數(shù)、 16進制雙字常數(shù)

2#表示二進制常數(shù)

L#表示32位雙整數(shù)常數(shù)

P#表示地址指針常數(shù)

S5T#表示16位S5時間常數(shù)

T#表示帶符號的32位IEC時間常數(shù)

DATE是ITC的時間常數(shù)

C#表示16位計數(shù)器常數(shù)（BCD碼）

ASCII字符使用單引號’’表示，每個ASCII碼占用一個字節(jié)

輸入常數(shù)的時候一定要使用英語的標點符號。

審核編輯：湯梓紅