可编程序控制器技术与应用

可编程序控制器（PLC）

前言：本文是由Ding在大学课程“可编程序控制器技术与应用”一课整理的笔记，内容包括老师板书、教材资料和互联网资料（如有侵权请联系作者在24小时内删除），仅供参考。如有错误请在首页（关于页、评论区）联系作者指出。
本文所使用的软件为博途V16（TIA Portal V16），PLC设备为西门子PLC_1[CPU 1214C DC/DC/DC]

PLC的起源和诞生

• 起源：1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司为了适应生产工艺不断更新的需要，期望找到一种新的方法，尽可能减少重新设计继电控制系统和重新接线的工作，以降低成本、缩短周期，设想把计算机通用、灵活、功能完备等优点和继电控制系统的简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。
• 诞生：1969年，美国美国数字设备公司研制出了第一台可编程序逻辑控制器PDP—14，在通用汽车公司的自动装配线上试用获得了成功。

PLC简介

1. 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，最初只能进行计数、定时及开关量逻辑控制。
   随着计算机技术的发展，可编程逻辑控制的功能不断扩展和完善，其功能远远超出了逻辑控制的范围，具有了PID、A/D、D/A、算术运算、数字量智能控制、监控、通信联网等多方面的功能，它已变成了实际意义上的一种工业控制计算机。
2. 于是，美国电器制造商协会将其正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC。
3. 由于它与个人计算机(Personal computer)的简称PC相同，所以人们习惯上仍将其称为PLC。

PLC定义

• 1987年2月，国际电工委员会(IEC)对可编程控制器的定义是：1987年，国际电工委员会 (IEC)是这样定义可编程控制器的：“可编程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，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、数序控制、定时、技术和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC的分类

1. 按结构特点分
   • 整体式；：结构紧凑、体积小、价格低,小型PLC一般采用整体式结构
   • 模块式：配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，且装配便，便于扩展和维修，大、中型PLC一般采用模块式结构
2. 按控制规模分
   • 微型:I/0点数小于64
   • 小型:I/0点数64-256
   • 中型:I/0点数256-1024
   • 大型:I/0点数1024以上
3. 按控制性能分
   • 低档机
   • 中档机
   • 高档机

PLC应用

1. 数字量控制
2. 运动量控制
3. 闭环过程控制
4. 数据处理
5. 通信联网

PLC基本结构

• CPU,电源，储存器和输入输出接口电路等组成（其硬件组成与微型计算机相似。）

PLC特点

• （可编程逻辑控制器）的特点包括：
  1. 编程方法简单易学
  2. 功能强，性能价格比高
  3. 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
  4. 可靠性高，抗干扰能力强
  5. 系统的设计、安装、调试工作量少
  6. 维修工作量小，维修方便
  7. 体积小，能耗低

PLC基本编程语言

1. 梯形图
2. 语句表
3. 功能块图
4. 顺序功能图
5. 结构文本

PLC控制系统示意图

PLC工作原理

• 扫描周期：PLC在RUN工作状态时，执行一次扫描过程所需的时间称为扫描周期，典型值为1～l00ms

S7-1200 PLC 简介

1. S7-1200 PLC (Programmable Logic Controller) 是西门子公司推出的一款PLC，主要面向简单而高精度的自动化任务。S7-1200设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集，这些特点的组合使它成为控制各种应用的完美解决方案。CPU将微处理器、集成电源、输入电路和输出电路组合到一个设计紧凑的外壳中以形成功能强大的PLC。CPU根据用户程序逻辑监视输入并更改输出，用户程序可以包含布尔逻辑、计数、定时、复杂数学运算以及与其它智能设备的通信。

2. 目前S7-1200 PLC有四种CPU型号:1211C、1212C、1214C、1215C，点击跳转查看具体参数

3. S7-1200 PLC 最多可以扩展8个信号模块和3个通信模块，最大本地数字I/O点数为284个最大本地模拟I/O点数为69个S7-1200中央机架最大扩展8个数字量和模拟量模块，如果超过该数量可通过PROFIBUS或PROFINET扩展分布式I/O系统，将过程信号连接到S7-1200控制器。CPU类型决定最多可扩展的模块数量，CPU1211C不能扩展，CPU1212C可扩展2个，CPU1214C 可扩展8个。

4. S7-1200视频展示

   • 点我跳转b站视频，精准空降（作者实力有限，站内播放可能会有小问题，希望理解）

3. 这里奉上一份S7-1200系统手册
   点击下载PDF文件

博途V16（TIA Portal V16）PLC编程入门

软件介绍：博途V16（TIA Portal V16）是西门子推出的自动化软件，用于编程、配置和维护自动化系统。它支持多种编程语言，提供统一的工程环境，简化了自动化设备的配置和维护工作。它还包含了一些新功能，如增强的指令集和改进的仿真工具，帮助工程师更高效地完成自动化任务。（目前最高版本为v19）

PLC组态

1. 在使用博途V16（TIA Portal V16）进行初次操作时，需要创建一个新的项目文件，并对设备进行配置。请确保配置的设备型号与实际的硬件设备相匹配。如果您不确定具体的PLC硬件型号，可以选择一个非特定的CPU型号作为起点。之后，通过点击“获取连接设备的组态”，系统将自动检测并配置PLC。请注意，这一步骤的前提是您必须连接了实际的PLC硬件。

2. 在组态完成后，就可以编写程序了，在以下的笔记中会逐步讲解博途V16（TIA Portal V16）中的指令以及其他内容。

3. 在完成组态设置后，打开项目视图。在左侧的项目树中，您会看到已经配置好的设备，例如这里的“PLC_1[CPU 1214C DC/DC/DC]”。只需双击该设备，就可以查看其程序块。在程序块列表中，找到并双击“main[OB1]”，即可进入主程序块，开始编程工作。

4. 可以参考此视频简单了解博途V16软件的界面和基本功能，感谢b站up主电工鼠

点击跳转此up主的主页
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关于PLC与电脑的连接方式？
PLC（可编程逻辑控制器）与电脑的连接方式主要有以下几种：

1. 串口连接：通过RS-232或RS-485串行端口进行连接。如果电脑有COM口，可以直接使用串口线连接PLC和电脑。如果电脑没有COM口，可以使用USB转串口的转换器进行连接。
2. 以太网连接：通过工业以太网连接PC和PLC。这通常涉及到使用网线将电脑的以太网端口与PLC的以太网端口相连。连接后，需要设置电脑的IP地址，确保与PLC的IP地址在同一网段，并且选择一个未使用的IP地址以避免冲突。
3. 无线连接：一些现代PLC支持无线连接，可以通过Wi-Fi与电脑建立连接。这通常需要在PLC和电脑上配置相应的无线网络设置。
4. USB连接：某些PLC支持通过USB接口与电脑连接，这种情况下需要使用USB到PLC通信口的专用电缆，并可能需要在电脑上安装相应的驱动程序。
   在连接PLC与电脑时，还需要考虑通信协议的设置，如Modbus、Profinet等，确保PLC和电脑端的通信参数（如波特率、数据位、停止位等）匹配。连接成功后，可以通过专用的软件（如STEP7、TIA Portal、SoMachine等）进行程序的上传、下载、监控和调试。
   在我的实际操作过程中，电脑与PLC连接主要使用以太网连接（Profinet）

如果没有真实的PLC硬件怎么办？
博途V16（TIA Portal V16）拥有仿真、强制表、监控表等功能，可以辅助我们学习PLC

在西门子PLC中，”I”、”Q”和”M”分别是什么？
I”、”Q”和”M”是三种不同类型的存储区，它们在编程和控制过程中扮演着重要的角色：

1. I存储区：代表输入存储区（Input），用于接收外部信号，如传感器、按钮、开关等设备的信号。这些信号可以是数字量或模拟量，PLC通过这些输入信号来感知外部环境的状态变化，并根据程序逻辑进行相应的控制操作。
2. Q存储区：代表输出存储区（Output），用于提供电平信号，控制执行器、继电器、电机等设备的工作。PLC通过输出存储区来对外部设备进行控制，实现自动化控制系统的目标。
3. M存储区：代表中间存储区（Memory Bit），是PLC内部的位寄存器，用于存储程序中的中间结果、计数器、定时器等信息。在编程时，M位通常用于标志位，实现程序中的逻辑运算、计数、定时等功能。
   这些存储区在PLC编程和控制中非常重要，它们使得PLC能够灵活地处理输入信号、控制输出设备，并存储和处理程序运行中的中间数据。掌握I、Q、M的概念和应用对于PLC编程工程师来说是基础知识。
   另外在编程过程中，建议先把 I”、”Q”和”M”先填入变量表，并写清楚名称，方便后期编写程序。另外，在程序段中也应该填写相应注释

入门案例

由于笔记内容繁多，不利于直接阅读，因此所有笔记均以压缩包格式提供。

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