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上海赞国自动化科技有限公司
联 系 人: 黄工
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西门子股份公司创立于1847年，是全球电子电气工程领域的领先企
业。西门子自1872年进入中国，140余年来以创新的技术、卓越的解
决方案和产品坚持不懈地对中国的发展提供全面支持，并以出众的
品质和令人信赖的可靠性、领先的技术成就、不懈的创新追求，确
立了在中国市场的领先地位。2014年（2013年10月1日至2014年9月
30日），西门子在中国的总营收达到64.4亿欧元，拥有超过32000
名员工。西门子已经发展成为中国社会和经济不可分割的一部分，
并竭诚与中国携手合作，共同致力于实现可持续发展。[1]
2014年9月，西门子股份公司和博世集团达成协议:罗伯特·博世公
司将收购西门子所持有的合资企业博世和西门子家用电器集团（简
称博西家电）50%的股份，交易完成后博西家电将成为博世集团的全
资子公司，西门子彻底退出家电领域。出售家电业务正是西门子专
注于电气化、自动化和数字化战略的体现之一
PLC系统
PLC控制系统，Programmable Logic Controller，可编程逻辑
控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而
设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执
行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指
令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过
程。是工业控制的核心部分。[1]
自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable
Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC
得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功
能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络
技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基
础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限
于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的
作用。
什么是PLC
它是一种即时系统有别於个人电脑 .传统式以继电器为主的电机
控制系统中, 每当变更设计时,整个系统几乎都要重新制作, 不
但费时又费力;同时由於继电器还有接点接触不良、磨损、体积大
之缺点, 因此造成成本升高、可靠性低、不易检修等问题.为了
改善这些缺点,美国DEC在1969年首度发表:可程式控制器
(Programmable Controller).
程式控制器在发表初期被称为(Programmable Logic -
Controller)简称PLC, 最先的目的是取代继电器，从而执行继
电器逻辑及其他计时或计数等功能的顺序控制为主, 所以也称顺
序控制器,其结构也像一部微电脑,所以也可称为微电脑可程式控
制器(MCPC),直到1976年,美国电机制造协会正式给予命名为
Programmable Controller, 即可程式控制器,简称PC,由于目
前个人电脑(Personal Computer)极为普遍, 加上常与可程式控
制器配合使用,为了区分两者, 所以一般都称可程式控制器为PLC
以加以分别.
目前市面上之PLC控制器种类繁多,依照制造厂商及适用场所的不
同而有所差异, 但是每种厂牌可依机组复杂度分为大、中、小型
;而一般工厂及学校通常使用小型PLC, 其中以日系F系列及我国A
系列PLC较受国人爱用. 而本CAI将以三菱FX2 PLC控制器 为主
加以介绍,望使用者能对PLC有更深的瞭解, 在使用PLC时能更得
心应手. 可程式控制器内部基本结构可用下图来表示, 其内部处
单元包括CPU、输入模组、输出模组三大部门, PLC控制器的CPU
会经由输入模组取得输入元件所产生的讯号, 再从记忆体中逐一
取出原先以程式书写器中输入的控制指令, 经由运算部门逻辑演
算後,再将结果通过输出模组加以驱动外在的输出元件.[2]
PLC控制器的发展历程
作为离散控制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代
得到了迅速发展，世界范围内的PLC控制器年增长率保持为20%～
30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC控制器市场容量基数
的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是
，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，
2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据
着十分重要的位置。
PLC控制器是由模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七
十年代的
PLC控制器只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。
它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的
指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程
。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入
PLC控制器的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条
执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC控制器的CPU内有指示程
序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该
计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终
步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC控制器
每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的
PLC控制器，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形
图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解
算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理
，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC控制器使用另外
一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。
相同I/O点数的系统，用PLC控制器比用DCS，其成本要低一些（
大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都
是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可
以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主
要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用
监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。
近10年来，随着PLC控制器价格的不断降低和用户需求的不断扩
大，越来越多的中小设备开始采用PLC控制器进行控制，PLC控制
器在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础
自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC控制器在我国仍将
保持高速增长势头。
通用PLC控制器应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控
制器，但PLC控制器相对一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠
性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式
控制器，现在正逐步用通用PLC控制器或定制PLC取代嵌入式控制
器。[3-4]
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第一节 PLC概念
1、PLC的基本概念
可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC
2、PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图所示:
a. 中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可*性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
b、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
C、电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可*得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
3、PLC的工作原理
一. 扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
(一) 输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
(二) 用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
(三) 输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。
比较下二个程序的异同:
程序1:
程序2:
这两段程序执行的结果完全一样，但在PLC中执行的过程却不一样。
※ 程序1只用一次扫描周期，就可完成对%M4的刷新；
※ 程序2要用四次扫描周期，才能完成对%M4的刷新。
这两个例子说明:同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到:采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。