PLC学习与应用的相关问题

摘要：在稍大或一般规模的电气系统中都可以见到PLC的身影，它是整个控制系统的核心，大部分的控制命令都是从它这里发出的，由此可见PLC的重要性以及从事自动控制行业熟练掌握PLC的必要性。文章对工业PLC做了介绍，对于学习和在工业中运用PLC进行了探讨并以实例形式讲解。

关键词：PLC；自动化控制；CPU；工业流程

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0152-03

1 PLC的介绍

PLC是现在工业普遍使用的一种自动化控制装置，它的英文原名为programable logic control，简称为PLC，中文名为“可编程逻辑控制器”。PLC的诞生是有其历史的必然性的，在PLC出现之前离散控制中主要的电气元件是控制继电器，是一种机械式的元器件，它靠触点开闭来实现接通与断开。这种元件的缺点是：动作慢；寿命短，可靠性差；逻辑修改费时费力等，随着工业的发展这类控制元件在控制领域退到次要的位置是历史的必然，而随着集成电路等微电子技术的发展PLC应运而生。在稍大或一般规模的电气系统中都可以见到PLC的身影，它是整个控制系统的核心，大部分的控制命令都是从它这里发出的，由此可见PLC的重要性以及从事自动控制行业熟练掌握PLC的必要性。

目前我国PLC的生产厂家较多，型号更是数不可数，应用较多的有西门子、三菱、AB、欧姆龙等。各厂家PLC的硬件结构和软件系统都是封闭的，因此PLC之间的互换性很差，例如大部分厂家使用专用的控制总线和网络协议，不同厂家PLC的编程语言在表达方式和程序语法上有所不同，虽然IEC专门为PLC制定了标准，但是很多PLC厂家是按照原来的指标生产。由于非标情况的普遍存在，所以对于PLC学习在品牌方面是要有选择的，关于这个问题在下面会有我的个人观点。

2 PLC基本组成与各部分的作用

2.1 CPU

CPU进行逻辑运算及数学运算，并协调整个系统的工作。

2.2 存储器

存储器用于存放系统编程程序及监控运行程序、用户程序、逻辑及数学运算过程变量及其他所有信息。

2.3 电源

包括系统电源、备用电源及记忆电源。

2.4 输入/输出单元

2.4.1 输入单元用来进行输入信号的隔离滤波及电平转换；输出单元用来对PLC的输出进行放大及电平转换，驱动控制对象。输入接口电路由滤波电路、光电隔离电路和输入内部电路电路组成。

2.4.2 输出接口电路由输出锁存器、电平转换电路及输出功率放大电路组成。PLC功率输出电路有3种形式：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。

3 PLC的工作过程

PLC在通电后，首先进行初始化，然后选择工作状态，工作状态包括编程状态、运行状态等。对于普通用户来讲，我们需要较多关注的是编程状态的运行过程。PLC在运行状态指令的动作过程大体可分为三个阶段：

3.1 输入采样阶段

该阶段又叫输入刷新阶段。PLC以扫描的方式顺序读入外面信号的输入状态，并将此状态传送到输入映像存储器中。

3.2 用户指令执行阶段

PLC执行用户程序，根据梯形图的顺序先左后右，从上到下对每一条指令进行读取及进行解释，并从输入映像存储器和输出映像存储器中读取输入和输出状态，结合原来各软元件的数据和状态，进行逻辑运算，并将运算结果存入相应的寄存器中，然后再执行下一条指令，直到

结束。

3.3 结果输出阶段

该阶段也叫输出刷新阶段。指令执行阶段完成后，输入映像存储器的状态成批的输出到输出所存寄存器中，输出所存寄存器一一对应着物理点输出口进行实际输出。

输入刷新、程序执行及输出刷新构成了PLC执行用户程序的一个扫描周期。

4 PLC的编程学习及学习方法

就个人经验而言，学习PLC编程最有效的方法就是实际操作。实际操作是一种先操作后思考，思考后寻找答案再操作的过程。这个过程是一个直观的过程，也是一个可以引导深度思考的过程。在学习PLC的过程中发散思考或者举一反三的思维对于学习是很有帮助的。下面我们一个小例子来说明下这个过程。

例如我们要做一个控制电机启停的程序。

（2）有开关就要有电机。

这样一台电机的启动停止程序就编写好了，在这个过程先实际操作，然后测试的时候发现问题，为什么会出现这样的问题，怎么解决这个问题，当问题解决了，会发现自己的能力有了一个不小的提升，这样的学习与实际贴合比较近。当然要想学得深，前面说过举一反三是必须的，例如上面的这个例子，一台电机是这样控制，如果两台呢，三台呢，如果是要实现工业上经常用到的星三角启动控制呢？每提出一个问题就需要用实际操作来解答，解答的过程就是能力提升的过程。这样与实际工作相结合，提出问题，去实践，然后发现问题，解决它，重复这个过程就会发现PLC的编程学习是很简单的，很有趣的，并不抽象与枯燥。

当然我上面所说的这种方法对于新手入门可能是很适用的，尤其对于刚刚从事自动控制或者有现场工作经验的人来说更合适。当入门后，我们会发现能力的提升进入了一个相对平缓的阶段，这个阶段已经不是哪条指令的用法或者语句功能实现的效果，而是一个更高层面的提升，需要更多项目经验和千锤百炼的编程技巧，更需要现场调试经验作为辅助，当然这个层面的问题不是我们这段文字能说清楚的。

由于当前PLC的品牌较多，种类也很繁杂，选择一个易于学习且应用比较广泛的品牌和型号也是很重要的，这里我个人推荐将西门子S7-300作为入门的目标进行学习。当前PLC的品牌中西门子是市场份额最大的品牌，同时S7-300也是西门子中一款承上启下应用广泛的产品，当然除了市场占有率这方面，西门子技术资料的开放性也是很重要的一点，在学习过程中查阅资料是必不可少的，这些资料在西门子中国和其他网站上很容易找到，这种便利性对于初学者来说是很重要的。

5 西门子PLC的工业应用的过程

上面介绍了我个人的一些PLC的基本组成和PLC编程学习的方法。当然在实际工作中我们要编程调试程序并非这么简单。下面就以西门子S7-300为例，说下拿到一个工程到现场调试的一些大体的流程。

（1）了解工业流程和工艺要求，对整个工艺要实现的标准和重点地方做到心中有数。这个是非常重要的，有了这些了解才会将程序的框架设计得更合理，对细节把握的更准确。

（2）硬件组态，在STEP-7中选择相应的型号进行组态并进行编译。

（3）将电气图纸的原理图中PLC的各点功能与硬件组态的各点进行对应，并在符号表中进行编写，需要注意的是如果符号表组织合理的话对于后面程序效率的编写可以有很大的帮助，这个需要个人在实际工作中自己摸索。

（4）以上工作完毕，就可以进行程序编写了。如果工程较大，需要按照一定规律将程序分块编写，以便程序的修改和程序段的查找。程序编写中如果对于部分功能能否实现没把握，可以用仿真软件进行测试。对于新手，仿真软件可是解惑的利器，可以多加利用，除此之外还要多查资料，多看系统里的资料，也是非常有好处的。

（5）程序编写完成后，如果用到触摸屏等人机界面，然后需要做这个工作，当然这又牵扯到了触摸屏的应用以及通讯等问题。

（6）剩下的就是现场的检验了，只通过人的思维运作产生的程序很难与现场的实际贴合得天衣无缝，绝大多数的时候需要进行调整，或大或小的调整。完成这一步，一个较为完整的项目便做完了，它是满足实际需要的完善的成品。

6 结语

随着现代工业的飞速发展，工业自动控制设备的更新换代非常快，知识更新的速度有时候让人很难跟上，所以掌握适合自己的学习方法是非常重要的。在这篇文章中我只是想说下自己的一些看法，希望能起到抛砖引玉的作用。接受枯燥的文字资料有时候确实是一个挺难得的事，由实际操作出发可能对部分人来说更适合一些。对于学习方面的问题，我个人一直有个想法，可以用一句大家早已熟知的话来表达：授人以鱼，不如授人以渔，长篇介绍某条指令的用法不如将个人对于学习的一点浅见表达出来，这是我这篇文字的出发点，也是主要想表达的东西。这篇文字介绍了PLC的发展，基本知识和学习方法以及工业中应用的步骤，希望对刚涉及自控行业和有志从事该领域的朋友们有所启发。

参考文献

[1] 华.可编程序控制器与工业自动化系统[M].北京：机械工业出版社，2006：2-3.

[2] 张运刚，宋小春，郭武强.西门子S7-300/400PLC技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2010：1-2.

作者简介：李士行（1982—），男，山东济南人，济南钢铁集团重工机械有限公司助理工程师，研究方向：电气设计和现场调试。