谁有“可编程序控制器原理及应用” 吉顺平主编的 机械工业出版社的课后习题答案

习题一

1 什么是可编程控制器？

可编程控制器是一种工业控制计算机，简称PLC （Programmable Logic Controller） 或PC（Programmable Controller）。因为个人计算机也简称 PC（Personal Computer ），为 避免和个人计算机相混淆，一般简称可编程控制器为PLC 。

2 什么是可编程控制器的 I/O 接口电路？可编程控制器的 I/O 接口电路由哪几部分组成？

I/O 接口电路的作用是什么？

I/O 接口电路是可编程控制器连接外部设备的接口电路。

I/O 接口电路包括输入模块、输出模块、编程器接口、存储器接口、扩展板接口、特 殊模块接口和通讯接口。

I/O 接口电路是可编程控制器和外界交换信息的通道。I/O 接口电路实现可编程控制 器与外部设备的信息交换。输入模块用来接收和采集输入信号，输出模块用来把可编程 控制器产生的控制信号传送到其控制对象上，编程器接口主要用于把编程器连接到可编 程控制器，存储器接口用于扩展存储器，扩展板接口用于连接扩展板（如通讯扩展板）， 特殊功能模块接口用于把特殊功能模块（如A/D 模块、D/A 模块）连接到可编程控制器 上，通讯接口用于可编程控制器之间或可编程控制器与上位机之间的通讯。

3 什么是软继电器？试比较软继电器和真实的继电器的异同。

可编程控制器中的输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器等称为软继电器 （软电器），它们只是用来描述可编程控制器的控制功能的一种等效电器，不是真正的继 电器。 ①相同点

电气结构相同：均由线圈和触点（常开触点和常闭触点）组成。

工作原理相同：当线圈通电时，常开触点闭合，常闭触点断开；当线圈断电时，常 开触点断开，常闭触点闭合。 ②不同点

电气符号不同：真实继电器的电气符号由国家标准规定，软继电器的电气符号由可 编程控制器厂家规定。

触点数量不同：真实继电器只有有限对触点，软继电器有无穷对触点。

形态不同：真实继电器有形状、有尺寸，是一种实实在在的电器实体；软继电器只 是计算机中的存储位或存储单元，是电子电路。

控制功能的实现方式不同：真实继电器通过真实继电器的触点状态的变化来实现其 控制功能，而软继电器则是通过执行控制程序来实现其控制功能。

驱动方式不同：可编程控制器通过软件 “置1”或“置0”存储位来改变软继电器

的工作状态，只要存储位“置1”或“置0”，对应的软继电器即可可靠工作；真实继电 器通过使线圈通电或断电来改变软继电器工作状态，线圈电压必须达到规定的值，真实 继电器才能可靠工作。

工作可靠性和寿命不同：软继电器工作可靠性高、寿命长；真实继电器工作可靠性 相对低、寿命相对短。4 什么是可编程控制器的输入点？输出点？I/O 点数？

广义地说，可编程控制器上输入信号（数字信号或模拟信号）的一个通道称为一个

输入点，可编程控制器上输出信号（数字信号或模拟信号）的一个通道称为一个输出点， 可编程控制器的所有输入点和输出点的总和称为可编程控制器的I/O点数。 狭义的I/O 点数仅指输入继电器与输出继电器的总数（输入输出信号为数字信号）。

5 什么是可编程控制器的梯形图？

把选用的可编程控制器的等效电器连成的等效控制电路图称为可编程控制器的梯形 图。梯形图是使用可编程控制器时，面向使用者，用来描述可编程控制器的控制功能的 一种形象的图形。梯形图在可编程控制器内体现为程序，即用户程序。

6 什么是可编程控制器的 I/O 连接图？

可编程控制器与其外设的连接图称为可编程控制器的I/O连接图。

7 可编程控制器的结构形式有那几种？各有何特点？ 如何选择可编程控制器的结构形 式？

从结构上看，可编程控制器有主机扩展式和模块式两种。

主机扩展式可编程控制器的 CPU 部分、存储器部分、I/O 接口电路部分及内部电源 做成一个整体，装在一个机箱内形成一台完整的可编程控制器。当主机满足不了使用要 求时，可以加各种模块（例如I/O模块、通讯处理模块、A/D模块）进行扩展。FX系列 可编程控制器就属于主机扩展式可编程控制器。

主机扩展式可编程控制器价格便宜，性价比高，体积较小，控制规模相对小些，处 理能力相对弱些。

模块式可编程控制器的CPU部分、存储器部分、输入接口电路部分、输出接口电路 部分、数据交换接口电路（如通讯接口）部分及内部电源都做成单独的模块，使用时选 择好这些模块后，再把所有模块插在母板（母板就是计算机总线）上组合成一台完整的 可编程控制器。

模块式可编程控制器的系统构成比较灵活，扩展方便，容易维修，体积较大。 中高档的可编程控制器一般做成模块式。相对而言，模块式可编程控制器的控制规 模大，可以完成复杂的逻辑控制，可以完成闭环控制，具有较强的数据处理能力，可以 完成矩阵运算、函数运算，可以完成数据管理工作，有更强的通讯能力。

控制规模不太大、处理速度、处理能力要求不太高时，可选用主机扩展式，反之， 选用模块式。

8 可编程控制器的输出模块连接控制对象时，有几种接线方法？如何选用这些接线方法？ 输出模块的接线可采用分组汇点式（每组输出元件拥有一个公共端），如图(a)所示；

或采用汇点式，如图(b)所示。输出模块连接的所有控制对象的电压等级和类型都相同时， 采用汇点式（全部输出元件拥有一个公共端）；输出模块连接的控制对象的电压等级或类 型不相同时，采用分组汇点式。

图 可编程控制器输入输出的接线方式

9 可编程控制器的输出模块有几种类型？如何选择可编程控制器的输出模块的类型？ 可编程控制器的输出模块的类型有晶体管型（T）、可控硅型（S）、继电器型（R）。 晶体管型只能驱动直流负载，可控硅型只能驱动交流负载，继电器型则既能驱动直流负载，也能驱动交流负载。

根据负载类型、电源类型、要求的输出响应速度选择可编程控制器的输出模块。晶 体管型（T）、可控硅型（S）输出响应速度快。

10阅读图118 所示电路，使用可编程控制器实现原电路的功能。画出可编程控制器的 I/O 连接图和梯形图。

图118 题10图

I/O连接图

梯形图

11阅读图119 所示电路，使用可编程控制器实现原电路的功能。画出可编程控制器的 I/O 连接图和梯形图。

图119 题11 图

I/O连接图

梯形图

12阅读图120 所示电路，使用可编程控制器实现原电路的功能。画出可编程控制器的 I/O 连接图和梯形图。

图120 题12图

I/O连接图

梯形图

习题二

1 ．可编程控制器有哪些软电器？这些软电器中哪些用八进制编号？哪些用十进制编 号？ ①可编程控制器中的软电器有：输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定 时器、计数器、状态继电器。 ②输入继电器和输出继电器采用八进制编号，其它软电器采用十进制编号。 2 ．比较输入继电器、输出继电器和辅助继电器的异同。 ①相同点

电气结构相同：均由线圈和触点（常开触点和常闭触点）组成。

工作原理相同：当线圈通电时，常开触点闭合，常闭触点断开；当线圈断电时，常开触点断开，常闭触点闭合。触点在梯形图中的使用次数不受限制。 ②不同点

编号不同：输入继电器编号为“ X＋3位数字 ” ，如X000、X001；输出继电器编

号为“ Y＋3 位数字 ” ，如 Y000、Y001；辅助继电器编号为“ M＋数字 ” ，如 M0、M120 等。

用途不同：输入继电器和输入模块相对应，用来接收和采集输入信号，输入

继电器的线圈不能出现在梯形图中。输出继电器和输出模块相对应，用来把可编程 控制器产生的控制信号传送到其控制对象上。辅助继电器是可编程控制器的内部电 器，只用在梯形图内，与其它软电器配合实现各种控制功能，与输入输出无直接关 系，辅助继电器的种类比较多，数量也较多，有些辅助继电器具有特殊功能。 3 ．定时器有哪几种类型？说明每种定时器的结构和工作原理。 ①定时器分类

按定时精度分，定时器有1ms定时器、10ms定时器、100ms定时器。 按定时器定时时间是否可以累加，定时器分为非积算型定时器和积算型定时 器。 ②定时器结构

定时器由线圈和触点组成，但线圈的通电或断电时刻与其触点的状态转换时 刻不同步。 ③非积算型定时器的工作原理

非积算型定时器的线圈通电时，定时器开始计时（每个计数脉冲来临时定时 器当前值加1），时间到（计数当前值 = 计数设定值）则定时器常开触点闭合，常闭 触点断开。系统或线圈断电时停止计时并复位，定时器常开触点断开，常闭触点闭 合，定时器当前值回0。 ④非积算型定时器的工作原理

积算型定时器的线圈通电时，定时器开始计时，线圈断电时，定时器停止计

时，但不复位，线圈再通电时，定时器在上次通电时的计时结果上继续累加时间， 时间到则定时器常开触点闭合，常闭触点断开。积算型定时器必须用复位指令复位， 复位后，定时器常开触点断开，常闭触点闭合，定时器当前值回0。系统断电也不 会让积算型定时器复位。

图 非积算型定时器 图 积算型定时器

4 ．定时器有1ms 定时器、10ms 定时器、100ms 定时器，这里的1ms 、10ms、100ms 的含义是什么？

定时器通过对可编程控制器内的方波信号的计数来实现计时。根据定时器计 数的方波信号的周期，定时器分为1ms定时器（对周期1ms的方波计数）、10ms定 时器（对周期10ms的方波计数）、100ms定时器（对周期100ms的方波计数）。1ms 定时器的定时精度是1ms，10ms定时器的定时精度是10ms，100ms定时器的定时精 度是100ms。

5 ．如何设定和计算定时器的定时时间？

使用定时器时，先要选择定时器类型（积算型或非积算型）及定时精度（1ms、 10ms或100ms），然后要设置定时时间。定时时间是通过设定计数次数来设置的， 定时器的定时时间按下式计算： 定时时间＝计数次数×定时精度。

6 ．什么是定时器的设定值？什么是定时器的当前值？

人为指定的规定定时器定时时间的数值称为定时器的设定值，设定值规定了

定时器线圈通电时刻与定时器触点动作时刻的时间差，设定值规定了定时器触点动 作时刻滞后于定时器线圈通电时刻的时间。定时器开始计时后，至考察时刻时间的 累计值（计数值）称为定时器的当前值。

7 ．什么是低速计数器？低速计数器有哪几种类型？说明每一种低速计数器的结构和工 作原理。

低速计数器对低速脉冲计数，低速计数器的计数信号由可编程控制器的软电

器或外部电器产生，计数频率最大为扫描周期的倒数，在几十至几百赫兹之间。 低速计数器有16位增计数器和32位增／减双向计数器两类。低速16位增计 数器的设定值寄存器和当前值寄存器都是16位寄存器，计数器设定值有效范围是 1～32767，它只能作加法计数。低速32位增／减双向计数器的设定值寄存器和当 前值寄存器是32位寄存器，设定值有效范围为－2147483648～＋2147483647。32 位增／减双向计数器可作加法计数和减法计数，计数方式用特殊辅助继电器

M8200～M8234来设定。当特殊辅助继电器置 1时，其对应的双向计数器按减法计 数方式计数；当特殊辅助继电器置0时，其对应的双向计数器按加法计数方式计数。 计数器由计数装置和触点组成，计数装置（包括计数端和复位端）用来改变 触点的状态。计数端和复位端分别由一条由各种触点组成的电路控制。 低速16位增计数器的工作原理如图所示。

图 低速16位增计数器

计数器的复位电路 OFF 时，计数器进入计数状态。每来一个计数脉冲计数一 次（上升沿计数），即控制计数端的电路每次由OFF→ON时，计数器计数一次。当 计数器计数到设定值时，计数器触点动作，常开触点闭合，常闭触点断开，计数当 前值不再增加。

计数器的复位电路ON时，计数器进入复位状态，常开触点断开，常闭触点闭

合，计数当前值回 0。复位电路具有优先权：复位电路 ON时，即使有计数脉冲， 计数器也不会计数；复位电路ON时，计数器立即复位。

计数器的复位电路 OFF 时，计数器进入计数状态。每来一个计数脉冲计数一 次（上升沿计数），即控制计数端的电路每次由OFF→ON时，计数器计数一次。低 速32位双向计数器作增计数时，当计数值达到或超过设定值时，触点动作并保持 （常开触点闭合，常闭触点断开），只要有计数脉冲，计数器继续计数（计数当前 值继续增加）；而作减计数时，计数值小于设定值时触点复位（常开触点断开，常 闭触点闭合），但计数当前值不回 0，只要有计数脉冲，计数器继续计数（计数当 前值继续减少）。32 位增／减双向计数器是循环计数器，若当前值已为＋

2147483647 时，再计一次数，则当前值变为－2147483648；同样，若当前值已为 －2147483648时，再计一次数，则当前值变为＋2147483647。

计数器的复位电路ON时，计数器进入复位状态，常开触点断开，常闭触点闭

合，计数当前值回 0。复位电路具有优先权：复位电路 ON时，即使有计数脉冲， 计数器也不会计数；复位电路ON时，计数器立即复位。 低速32位增／减双向计数器的工作原理如图所示。

图 32位增／减双向计数器的工作过程时，常开触点断开，常闭触点闭合。触点在梯形图中的使用次数不受限制。 ②不同点

编号不同：输入继电器编号为“ X＋3位数字 ” ，如X000、X001；输出继电器编

号为“ Y＋3 位数字 ” ，如 Y000、Y001；辅助继电器编号为“ M＋数字 ” ，如 M0、M120 等。

用途不同：输入继电器和输入模块相对应，用来接收和采集输入信号，输入

继电器的线圈不能出现在梯形图中。输出继电器和输出模块相对应，用来把可编程 控制器产生的控制信号传送到其控制对象上。辅助继电器是可编程控制器的内部电 器，只用在梯形图内，与其它软电器配合实现各种控制功能，与输入输出无直接关 系，辅助继电器的种类比较多，数量也较多，有些辅助继电器具有特殊功能。 3 ．定时器有哪几种类型？说明每种定时器的结构和工作原理。 ①定时器分类

按定时精度分，定时器有1ms定时器、10ms定时器、100ms定时器。 按定时器定时时间是否可以累加，定时器分为非积算型定时器和积算型定时 器。 ②定时器结构

定时器由线圈和触点组成，但线圈的通电或断电时刻与其触点的状态转换时 刻不同步。 ③非积算型定时器的工作原理

非积算型定时器的线圈通电时，定时器开始计时（每个计数脉冲来临时定时 器当前值加1），时间到（计数当前值 = 计数设定值）则定时器常开触点闭合，常闭 触点断开。系统或线圈断电时停止计时并复位，定时器常开触点断开，常闭触点闭 合，定时器当前值回0。 ④非积算型定时器的工作原理

积算型定时器的线圈通电时，定时器开始计时，线圈断电时，定时器停止计

时，但不复位，线圈再通电时，定时器在上次通电时的计时结果上继续累加时间， 时间到则定时器常开触点闭合，常闭触点断开。积算型定时器必须用复位指令复位， 复位后，定时器常开触点断开，常闭触点闭合，定时器当前值回0。系统断电也不 会让积算型定时器复位。

图 非积算型定时器 图 积算型定时器

4 ．定时器有1ms 定时器、10ms 定时器、100ms 定时器，这里的1ms 、10ms、100ms 的含义是什么？

定时器通过对可编程控制器内的方波信号的计数来实现计时。根据定时器计 数的方波信号的周期，定时器分为1ms定时器（对周期1ms的方波计数）、10ms定 时器（对周期10ms的方波计数）、100ms定时器（对周期100ms的方波计数）。1ms 定时器的定时精度是1ms，10ms定时器的定时精度是10ms，100ms定时器的定时精 度是100ms。

5 ．如何设定和计算定时器的定时时间？

使用定时器时，先要选择定时器类型（积算型或非积算型）及定时精度（1ms、 10ms或100ms），然后要设置定时时间。定时时间是通过设定计数次数来设置的， 定时器的定时时间按下式计算： 定时时间＝计数次数×定时精度。

6 ．什么是定时器的设定值？什么是定时器的当前值？

人为指定的规定定时器定时时间的数值称为定时器的设定值，设定值规定了

定时器线圈通电时刻与定时器触点动作时刻的时间差，设定值规定了定时器触点动 作时刻滞后于定时器线圈通电时刻的时间。定时器开始计时后，至考察时刻时间的 累计值（计数值）称为定时器的当前值。

7 ．什么是低速计数器？低速计数器有哪几种类型？说明每一种低速计数器的结构和工 作原理。

低速计数器对低速脉冲计数，低速计数器的计数信号由可编程控制器的软电

器或外部电器产生，计数频率最大为扫描周期的倒数，在几十至几百赫兹之间。 低速计数器有16位增计数器和32位增／减双向计数器两类。低速16位增计 数器的设定值寄存器和当前值寄存器都是16位寄存器，计数器设定值有效范围是 1～32767，它只能作加法计数。低速32位增／减双向计数器的设定值寄存器和当 前值寄存器是32位寄存器，设定值有效范围为－2147483648～＋2147483647。32 位增／减双向计数器可作加法计数和减法计数，计数方式用特殊辅助继电器

M8200～M8234来设定。当特殊辅助继电器置 1时，其对应的双向计数器按减法计 数方式计数；当特殊辅助继电器置0时，其对应的双向计数器按加法计数方式计数。 计数器由计数装置和触点组成，计数装置（包括计数端和复位端）用来改变 触点的状态。计数端和复位端分别由一条由各种触点组成的电路控制。 低速16位增计数器的工作原理如图所示。

图 低速16位增计数器

计数器的复位电路 OFF 时，计数器进入计数状态。每来一个计数脉冲计数一 次（上升沿计数），即控制计数端的电路每次由OFF→ON时，计数器计数一次。当 计数器计数到设定值时，计数器触点动作，常开触点闭合，常闭触点断开，计数当 前值不再增加。

计数器的复位电路ON时，计数器进入复位状态，常开触点断开，常闭触点闭

合，计数当前值回 0。复位电路具有优先权：复位电路 ON时，即使有计数脉冲， 计数器也不会计数；复位电路ON时，计数器立即复位。

计数器的复位电路 OFF 时，计数器进入计数状态。每来一个计数脉冲计数一 次（上升沿计数），即控制计数端的电路每次由OFF→ON时，计数器计数一次。低 速32位双向计数器作增计数时，当计数值达到或超过设定值时，触点动作并保持 （常开触点闭合，常闭触点断开），只要有计数脉冲，计数器继续计数（计数当前 值继续增加）；而作减计数时，计数值小于设定值时触点复位（常开触点断开，常 闭触点闭合），但计数当前值不回 0，只要有计数脉冲，计数器继续计数（计数当 前值继续减少）。32 位增／减双向计数器是循环计数器，若当前值已为＋

2147483647 时，再计一次数，则当前值变为－2147483648；同样，若当前值已为 －2147483648时，再计一次数，则当前值变为＋2147483647。

计数器的复位电路ON时，计数器进入复位状态，常开触点断开，常闭触点闭

合，计数当前值回 0。复位电路具有优先权：复位电路 ON时，即使有计数脉冲， 计数器也不会计数；复位电路ON时，计数器立即复位。 低速32位增／减双向计数器的工作原理如图所示。

图 32位增／减双向计数器的工作过程

1、PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算 *** 作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等 *** 作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

PLC的特点

21可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

22配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

23易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

24系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

25体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

3 PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

31开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

32模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

33运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

34过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

35数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位 *** 作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制 *** 作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

36通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

4 PLC的国内外状况

世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

5 PLC未来展望

21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed

Control

System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

1 PLC基础知识

11 PLC的发展历程

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable

Controller（PC）。

个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable

Logic Controller（PLC）。

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

12 PLC的构成

从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

13 CPU的构成

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

14 I/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

常用的I/O分类如下：

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

15 电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。

16 底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

17 PLC系统的其它设备

171

编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。

172 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式 *** 作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。

18 PLC的通信联网

依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC

之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、PROFIBUS

或工业以太网进行联网。

2 PLC控制系统的设计基本原则

21 最大限度的满足被控对象的控制要求。

22 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。

23 保证控制系统安全可靠。

24 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量。

3 PLC软件系统及常用编程语言

31 PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。系统软件由PLC厂家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干预。用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序（也就是逻辑控制）用来实现各种控制。STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包，也就是用户程序，我们就是使用STEP7来进行硬件组态和逻辑程序编制，以及逻辑程序执行结果的在线监视。

32 PLC提供的编程语言

321 标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点

3211 它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。

3212 梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。

3213 梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。

3214 内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。

3215 PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。

322 语句表语言，类似于汇编语言。

323 逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表示一个功能左边画输入、右边画输出。

4 STEP7程序的使用

41 创建一个项目结构，项目就象一个文件夹，所有数据都以分层的结构存在于其中，任何时候你都可以使用。在创建一个项目之后，所有其他任务都在这个项目下执行。

42 组态一个站，组态一个站就是指定你要使用的可编程控制器，例如S7300、S7400等。

43 组态硬件，组态硬件就是在组态表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用户程序中以什么样的地址来访问这些模板，地址一般不用修改由程序自动生成。模板的特性也可以用参数进行赋值。

44 组态网络和通讯连接，通讯的基础是预先组态网络，也就是要创建一个满足你的控制方案的子网，设置网络特性、设置网络连接特性以及任何联网的站所需要的连接。网络地址也是程序自动生成如果没有更改经验一定不要修改。

45 定义符号，可以在符号表中定义局部或共享符号，在你的用户程序中用这些更具描述性的符号名替代绝对地址。符号的命名一般用字母编写不超过8个字节，最好不要使用很长的汉字进行描述，否则对程序的执行有很大的影响。

46 创建程序，用梯形图编程语言创建一个与模板相连结或与模板无关的程序并存储。创建程序是我们控制工程的重要工作之一，一般可以采用线形编程（基于一个块内，OB1）、分布编程（编写功能块FB,OB1组织调用）、结构化编程（编写通用块）。我们最常采用的是结构化编程和分布编程配合使用，很少采用线形编程。

47 下载程序到可编程控制器，完成所有的组态、参数赋值和编程任务之后，可以下载整个用户程序到可编程控制器。在下载程序时可编程控制器必须在允许下载的工作模式下（STOP或RUN-P）,

RUN-P模式表示，这个程序将一次下载一个块，如果重写一个旧的CPU程序就可能出现冲突，所以一般在下载前将CPU切换到STOP模式。

5 WINCC程序的使用

51 简介，WINCC是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术中性系统。具有控制自动化过程的强大功能，是基于个人计算机的 *** 作监视系统，它很容易结合标准的和用户的程序建立人机界面精确的满足生产实际要求。WINCC有两个版本RC版（具有组态和开发环境）、RT版（只有运行环境），我们一般使用的是RC版。

52 WINCC简单使用步骤

521 变量管理，首先确定通讯方式安装驱动程序，然后定义内部变量和外部变量，外部变量是受你买的WINCC软件授权限制的最大授权64K字节，内部变量没有限制。

522 画面生成，进入图形编辑器，图形编辑器是一种用于创建过程画面的面向矢量的作图程序。也可以使用包含在对象和样式库中的众多的图形对象来创建复杂的过程画面。可以通过动作编程将动态添加到单个图形对象上。

523 报警记录设置，报警记录提供了显示和 *** 作选项来获取和归档结果。可以任意地选择消息块、消息级别、消息类型、消息显示以及报表。为了在运行中显示消息，可以使用包含在图形编辑器中的对象库中的报警控件。

524 变量记录，变量记录是用来从运行过程中采集数据并准备将它们显示和归档。

525 报表组态，报表组态是通过报表编辑器来实现的。是为消息、 *** 作、归档内容和当前或已归档的数据定时器或事件控制文档的集成的报表系统，可以自由选择用户报表的形式。

526 全局脚本的应用，全局脚本就是C语言函数和动作的通称，根据不同的类型脚本被用于给对象组态动作并通过系统内部C语言编译器来处理。全局脚本动作用于过程执行的运行中。一个触发可以开始这些动作的执行。

527 用户管理器设置，用户管理器用于分配和控制用户的单个组态和运行系统编辑器的访问权限。每建立一个用户，就设置了WINCC功能的访问权利并独立的分配给此用户。至多可分配999个不同的授权。

528 交叉表索引，交叉索引用于为对象寻找和显示所有使用处，例如变量、画面和函数等。使用“链接”功能可以改变变量名称而不会导致组态不一致。

参考文献

[1] 林小峰可编程控制器原理及应用北京：高等教育出版社，1994

[2] 田瑞庭可编程控制器应用技术北京：机械工业出版社，1994

[3] 张万忠可编程控制器应用技术北京：化学工业出版社，200112

[4] 于庆广可编程控制器原理及系统设计北京：清华大学出版社2004

PLC，俗称“电力线上网”，英文全名为Power Line Communication，主要是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式

1、主要特点

① 结构灵活，不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与WLAN媲美。

② 传输质量高、速度快、带宽稳定，可以很平顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。最新的电力线标准HomePlug AV传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QoS，HomePlug AV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。

③ 范围广，无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同样不能避面信号盲区的存在。而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。

④ 低成本。充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平。

⑤ 适用面广。PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受45~45Mbps的高速网络接入，来浏览网页、拨打电话，和观看在线**，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”。

PLC 还有一种说法是:产品生命周期（product life cycle）观念，简称PLC，是把一个产品的销售历史比作象人的生命周期一样，要经历出生、成长、成熟、老化、死亡等阶段。就产品而言，也就是要经历一个开发、引进、成长、成熟、衰退的阶段。

1、产品开发期：从开发产品的设想到产品制造成功的时期。此期间该产品销售额为零，公司投资不断增加。

2、引进期：新产品新上市，销售缓慢。由于引进产品的费用太高，初期通常利润偏低或为负数，但此时没有或只有极少的竞争者。

3、成长期：产品经过一段时间已有相当知名度，销售快速增长，利润也显著增加。但由于市场及利润成长较快，容易吸引更多的竞争者。

4、成熟期：此时市场成长趋势减缓或饱和，产品已被大多数潜在购买者所接受，利润在达到顶点后逐渐走下坡路。此时市场竞争激烈，公司为保持产品地位需投入大量的营销费用。

5、衰退期：这期间产品销售量显著衰退，利润也大幅度滑落。优胜劣汰，市场竞争者也越来越少。

以上就是关于谁有“可编程序控制器原理及应用” 吉顺平主编的 机械工业出版社的课后习题答案全部的内容，包括:谁有“可编程序控制器原理及应用” 吉顺平主编的 机械工业出版社的课后习题答案、简述PLC的定义、等相关内容解答，如果想了解更多相关内容，可以关注我们，你们的支持是我们更新的动力！