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PLC的产生和定义1.PLC的产生

为了尽可能地减少重新设计和安装的工作量，降低成本，缩短周期，美国通用汽车公司在1968年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器-接触器控制系统。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了第一台PLC（ProgrammableLogicController），即可编程序逻辑控制器，型号为PDP-14，用它取代传统的继电器-接触器控制系统，应用在美国通用汽车公司的汽车自动装配线上，取得了巨大成功，很快在其他工业领域推广应用。

随着计算机技术、自动控制技术和通信技术的发展，PLC大致经历了4次更新换代，现在已经渗透到工业控制的各个领域。

1987年国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器定义如下：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”

1.1.2 PLC的结构组成

PLC由中央处理单元（Central ProcessUnit，CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信单元、电源以及扩展单元有机组合而成。根据结构形式的不同，PLC可以分为整体式和模块式两类。

整体式PLC又称为单元式或箱体式，体积小、价格低且结构紧凑。一般小型PLC采用整体式，如西门子的S7-200系列PLC。整体式PLC将CPU模块、I/O模块和电源模块装在一个箱体内构成主机。还提供许多I/O扩展模块供用户需要时选用，还配备多种专用的特殊功能模块，使PLC的功能得到扩展。

模块式PLC又称为组合式PLC，由机架和模块组成，配置灵活。中、大型PLC常采用模块式，如西门子的S7-300和S7-400系列PLC。模块式PLC将组成PLC的多个单元分别做成相应的模块，各模块可以

PLC的工作原理

任何一个继电器控制系统从功能上都可以分为3部分：输入部分（按钮、开关、传感器等）、控制部分（继电器、接触器连接成的控制电路）以及输出部分（被控对象，如电动机、电磁阀、信号灯等）。这种系统是由导线硬连接起来实现控制程序的，称为硬程序。

PLC控制系统也分为3部分：输入部分、控制部分和输出部分。输入部分的作用是将现场输入信号送入PLC，再变成CPU能够接收的信号存入输入映像寄存器后等待CPU输入采样，进入控制部分进行运算；输出部分的作用是将PLC的输出信号转存到输出映像寄存器后等待输出刷新，才能驱动被控对象。PLC控制系统与继电器控制系统不同的地方主要是控制部分。

PLC控制系统的内部控制电路是由用户程序形成的，是按照程序规定的逻辑关系，对输入、输出信号的状态进行计算、处理和判断，得到相应的输出。PLC在执行用户程序时，根据程序从首地址开始自上而下、从左到右逐行扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器中读出有关元件的状态，根据指令执行相应的逻辑运算，把运算的结果写入对应的元件映像寄存器中保存，把输出状态写入对应的输出映像寄存器中保存。

PLC的工作方式是从0000号存储地址存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束；再从头开始，并周而复始地执行整个用户程序，直到停机或从运行（RUN）工作状态切换为停止（STOP）工作状态，这种执行程序的工作方式称为周期循环扫描工作方式。

PLC上电或从STOP状态切换到RUN状态后，在系统程序的监控下，周而复始地按一定的顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行，这个过程就是按顺序循环扫描的过程。

1）初始化。PLC上电后进行系统初始化，包括清除内部存储区、复位定时器等。

2）CPU自诊断。PLC在每个扫描周期都要进入自诊断阶段，对电源、PLC内部电路、用户程序的语法进行检查，定期复位监控定时器等，确保系统的稳定。

3）通信信息处理。每个扫描周期中在对每个通信信息处理的阶段，PLC进行PLC之间、PLC与计算机之间的信息交换。

4）与外部设备交换信息。PLC与外部设备连接时，在每个扫描周期都要与外部设备交换信息。这些外部设备包括编程器、终端设备、彩色显示器和打印机等。

5）执行用户程序。PLC在运行状态下，每一个扫描周期都要执行用户程序。在执行用户程序时，是以扫描的方式按顺序逐句处理的，扫描一条执行一条，并把运算处理结果存入输出映像寄存区对应的位中。

6）输入、输出信息处理。PLC在运行状态下，每一个扫描周期都要进行输入、输出信息处理，以扫描的方式把外部输入信号的状态存入输入映像寄存区，将运算处理后的结果存入输出映像寄存区，直到传入外部被控设备。

灵活安插在机架上，通过总线相互联系，进行广泛地组合和扩展。

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在工艺功能方面，S7-200 PLC一般是通过向导来实现的，而S7-1200 PLC则是通过调用相应的块来实现的。

S7-1200的CPU有一个内部电源，为CPU、信号模块、信号扩展板及通信模块提供电源，并且也可以为用户提供24V电源。

CPU为信号模块、信号扩展板及通信模块提供5V直流电源，不同的CPU能够提供的功率是不同的。在硬件选型时，需要计算所有扩展模块的功率总和，检查该数值是否在CPU提供功率范围之内，如果超出则必须更换容量更大的CPU或减少扩展模块数量。

S7-1200的CPU也可以为信号模块的24V输入点、继电器输出模块或其他设备提供电源（称作传感器电源），如果实际负载超过了此电源的能力，则需要增加一个外部24V电源，此电源不可与CPU提供的24V电源并联。建议将所有24V电源的负端连接到一起。

传感器24V电源与外部24V电源应当供给不同的设备，否则将会产生冲突。

如果S7-1200PLC系统的一些24V电源输入端互联，此时可用一个公共电路连接多个M端子。例如当设计CPU为24V电源供给、信号模块继电器为24V电源供给及非隔离模拟量输入为24V电源供给的“非隔离”电路时，所有非隔离的M端子必须连接到同一个外部参考点上。

下面通过例子说明电源的计算方法。

某工程项目经统计I/O点数为20个DI，DC24V输入，10个DO中继电器输出8个，2个DC输出，1路模拟量输入，1路模拟量输出，选用S7-1200PLC，CPU选型如下。