知識|PLC該怎樣學習？
---- 自動化網PLC知識系列專題
[編者按]：PLC的應用越來越廣泛，學習掌握PLC的使用是每個電氣工作者的必修課。為此我們整理成了“PLC該怎樣學習”專題。該專題主要分為兩部分。前半部分為剛剛入門的朋友介紹了一些PLC的學習方法，對于PLC的初學者來說，有一個好的學習方法能幫助他們快速入門，迅速提高。對于這些學習PLC的經驗之談，大家可以借鑒，找出適合自己的學習方法。后半部分主要是一些常用PLC的常見問題，幫大家解決編程過程中遇到問題。希望大家多參與討論，對我們的工作多提些意見！
新手學習PLC編程的入門建議
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鄙人原本是化工專業畢業的，后因工作需要，加之個人興趣，才轉行搞儀表、機械。十年前，我剛開始使用PLC時，也是一頭霧水。仗著自己對硬件、工程知識的熟悉，和對組態軟件的粗淺了解，硬著頭皮接下了任務。當時已經來不及接受培訓，相關資料極其缺乏，僅有的參考資料是一本英文的S7-200手冊，以及西門子網站上找到的一些全西文的示例，總算在三個月內完成了系統的構建、軟件的編寫工作。期間走彎路、出故障是家常便飯，經常搞得我茶飯不思，而且還由于操作不慎燒毀過一臺PLC。所以我非常理解那些剛入門的網友兩手抓瞎的感覺。
在此，我想粗略的總結一下自己的學習之路，供網友們參考。
1、編程需要堅強的毅力和足夠的耐心
人各有所長。有些人把編程看作一項冗長而枯燥的工作；有些人把編程看作一項趣味的智力游戲。如果你是前者，強烈建議你遠離這份工作。畢竟編程工作是對人的毅力和耐心的挑戰。我所在實驗室中，很多學生看到我編程序就會驚訝于我面對這一堆堆符號所表現出的專注。其實，這是興趣使然。興趣使我具備了足夠的毅力和耐心。經過無數次失敗后，當看到一個個符號按我的思路整齊的排列，PLC按我的要求有條不紊的運行時，興趣得到了極大的滿足，如同打通了一個游戲的關口。所以，我告訴這些學生：你們看到的是一堆枯燥怪異的符號，我看到的卻是一群熱情奔放的舞者，而我則是她們的導演。
2、編程需要敢于實踐的信心
我曾經教過一個學生學AutoCAD，我對她的唯一要求就是實踐。我告訴她：你隨便怎么操作，大不了一張圖重畫；最壞的結果是系統崩潰，沒關系，系統重做，再來；只要電腦沒被砸了，怎么都行。兩年后，我再看到她做的CAD圖紙，也自嘆不如。
同樣道理，只有不斷地在PLC上運行這些指令，觀察運行的結果，才能弄清PLC指令的作用。很多初學者對PLC一臉的迷茫，往往是出于一種畏懼，擔心損壞設備。而這些畏懼是沒有任何道理的。仔細的閱讀手冊是非常重要的，但是僅靠讀書是成不了一個工程師的。更何況手冊上的內容并非面面俱到。我在接觸到那些不熟悉的指令時，喜歡單獨編一個小程序，讓PLC運行。然后逐個修改條件，觀察運行的結果（MicroWin為用戶提供了非常好的監控手段），反過來再重新理解手冊的描述，這樣就可以非常直觀的理解這些指令的作用和使用方法。不必擔心自己寫的程序會有什么問題，會影響PLC的正常工作。程序有沒有問題，只有讓PLC運行了才能發現。而發現問題并解決問題就是對自己能力的提高。撇開硬件操作不談，單就軟件來說，我還真沒有遇到過由于軟件問題而損壞PLC的事。在這里不必擔心繼電器電路接錯線可能造成的后果。所以，大膽的實踐是PLC編程的必由之路。
當然，大膽實踐并不是野蠻操作，而是必須遵循必要的規范。還有一個要注意的，在程序未經可靠性證實之前，千萬不要掛接負載，以免造成不必要的損失。數字量的輸出有LED顯示；而模擬量處理可以采用一些硬件或軟件模擬手段來解決。
3、編程需要有縝密的邏輯思維
編程本身就是一種邏輯思維過程。在高級語言中，使用最多的是if then else、select這些條件判別語句，這就是邏輯中的因果關系。PLC程序就是由這些因果關系組成的：判別條件是否成立，進而決定執行相應的指令。最初的PLC是用來替代繼電器邏輯電路的，所以繼承了繼電器電路以觸點作為觸發條件的描述方式。在PLC中，以虛擬觸點代替了繼電器的金屬觸點，而繼電器電路所表達的邏輯關系還是被完整的保留下來。即使引入了繼電器電路難以勝任的數值處理過程，PLC從根本上還是在執行一個個因果關系。所以，理順對象的各個事件之間的邏輯關系，是編程之前必須精心做好的準備工作。我在接到一項任務后，第一件事就是整理出一份邏輯關系圖，與用戶反復商討，取得用戶的認可，然后才真正進入程序的編寫過程。
4、不可或缺的相關知識
PLC的程序是直接作用于對象的具體工藝過程，那么對對象具體工藝過程的理解是非常重要的的。我在與用戶的交流過程中，會用我所掌握的Unit Operation的知識分析用戶的工藝過程，協助用戶整理過程控制中的各個邏輯關系，甚至包括各種儀表、硬件的配置。這得益于我原本所學的專業。當然，不能要求所有搞PLC程序的工程師都有我這樣的經歷。但是有兩門知識卻是不可或缺的：一是過程儀表的硬件知識，包括傳感器、變送器（二次儀表）和PLC本身，這是構建控制系統的基礎；二是過程控制理論，包括各種控制模型的原理和應用，其中最重要的是二位調節和PID調節模型。PID調節是目前用得最廣泛的過程控制手段，且變化多端。學習PID最好的方法就是讀書。幾乎所有講解過程控制的書籍都有關于PID的內容，多讀基本相關的書籍對理解PID是很有益處的。我發現不少網友在進入PLC領域時，缺乏這些相關知識。這并不可怕；可怕的是當事者不能靜下心來彌補知識的缺陷。我們不要怪罪學校沒有教授這些內容，而是要注重自己如何去學習這些知識。工作中遇到的許多問題是學校里沒講過的，這不能成為我們拒絕工作的理由，而應該以積極的態度去應對這些問題。我的體會是，為了解決工作中的問題而學習的知識，比課堂上學的東西更容易記住。
5、養成良好的編程習慣
每個人編程都會有不同的習慣和特點，不能強求一致。但是一些好的習慣還是應該為大多數人所遵循。一是理順邏輯關系、時序關系，編制程序框圖；二是合理分配主程序、子程序和中斷程序；三是合理分配寄存器，編制寄存器符號表。
PLC編程更接近于單片機，或者說PLC就是模塊化的單片機。因此PLC的很多操作都是直接針對寄存器的，如果在程序中出現不合理的寄存器地址重疊，一定會出現不可預想的后果。編制寄存器符號表不僅可以避免上述問題（MicroWin會有問題提示），而且可以使程序具備更好的可讀性。這和VB中定義變量有異曲同工之處。
VB編程中關注的是事件，不強調主程序和子程序的觀念，因為VB主程序的工作是由PC的操作系統完成的。PLC則不然。PLC程序是以主程序為主干的，CPU不斷的循環執行主程序，只有觸發條件成立時才會調用子程序或中斷程序。即子程序和中斷程序所執行的任務不是全時需要的。如果把這些任務都放在主程序中會無端增加主程序的工作量，降低程序的效率。這點和單片機的編程思路是一致的。子程序的使用可以使整個程序的邏輯更清晰。而且子程序可以分開編寫、調試，最后“安裝”到主程序上。這樣你可以一個一個解決問題。
PLC編程，無論是LAD，抑或STL，都不如VB那么直觀、有趣，更不如CAD那么形象。但比單片機的匯編語言的可視性強多了。對于初學者，LAD（梯形圖）的編程相對直觀，更容易上手。
最后，PLC提供了豐富的指令、模塊，比單片機方便了很多。但是初學者編程時應盡量先使用簡單的指令達到目的。盡管看上去有點土，卻不失為一個入門的好途徑，且對你理解那些較為復雜的指令會有幫助。具備了一定經驗后，應該考慮掌握復雜指令的應用，以及程序的優化。
學習PLC密決
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1.不要看到別人的回復第一句話就說：給個代碼吧！你應該想想為什么。當你自己想出來
再參考別人的提示，你就知道自己和別人思路的差異。
2.別小家子氣，買本書幾十塊都舍不得，你還學個P。為了省錢看電子書，浪費的時間絕對
超過書的價值。當然如果查資料，只能看PDF。
3.學習新的開發軟件時，一定要看幫助手冊。買的書不夠全面。剛接觸一個軟件，什么都不
懂，就盲目的問東問西，讓人看起來很幼稚。
4.不要蜻蜓點水，得過且過，細微之處往往體現實力。
5.把時髦的技術掛在嘴邊，還不如把過時的技術記在心里。
6.看得懂的書，請仔細看；看不懂的書，請硬著頭皮看。
.別指望看第一遍書就能記住和掌握什么——請看第二遍、第三遍。
7.多實踐，調試，去寫去調，只用軟件模擬，是永遠成不了高手的。
8.保存好你做過的所有的源程序、原理圖等----那是你最好的積累之一。
9.對于網絡，還是希望大家能多利用一下，很多問題不是非要到論壇來問的，首先你要學會
自己找答案，比如google、百度都是很好的搜索引擎，你只要輸入關鍵字就 能找到很多相
關資料，別老是等待別人給你希望，看的出你平時一定也很懶！
10 到一個論壇，你學會去看以前的帖子，不要什么都不看就發帖子問，也許你的問題早就
有人問過了，你再問，別人已經不想再重復了，做為初學者，誰也不希望自己的帖子沒人回
的。
11，論壇論壇，就是大家討論的地方，總期望有高手總無償指點你，除非他是你親戚！！討論者，起碼是水平相當的才有討論的說法，如果水平真差距太遠了，連基本操作都需要別人給解答，誰還跟你討論呢。
什么樣的人是浮躁的人
如何學習PLC
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弄通有關PLC程序設計理論是重要的。沒有這方面的理論準備或指導，僅靠在實踐中摸索，簡單的問題還好辦。復雜的就不好辦了。不僅無從下手，而且花了很多時間與精力，也難編出效率較高、質量也較高的程序，常常是事倍功半。
但是，編程的具體實踐，以及在這個實踐中得來的知識或技能，即經驗，也是重要的。沒有經驗，僅有理論，既無法深刻理解理論，又無法靈活應用理論。這正如學數學，如僅了解一些定理或記住一些公式，沒有作相應的練習，肯定是學不好的。更不用說，任何理論也都只是經驗的總結，歸根到底也都有是來自實踐。
1、經驗積累
經驗有別人的，也有自己的，都很重要。前者要靠細心學習，后者要靠用心積累，都要在一定的時間與必要的精力。
別人的經驗有上了書的或登載在雜志上的。有的是細心學習別人的，但多數是我自己的經驗。所有的例子都經我測試過，都經實踐證明是可行的。我想，別的書本或雜志上介紹的也會是這樣的。所以學習這樣楊功的經驗是必要的。
還有就是你同事的經驗，也是值得學習。這種經驗離你很“近”，很易借鑒。
自己的經驗則是最重要的。要在自己的實踐中，積累自己的經驗。同時，最好在學別人的經驗時，也能親自作些測試，能使自己也有類似的經歷，進而把這些經驗變成自己的。這也是自己經驗的重要積累。
還有一些失敗的經驗，這往往是不會公開的，但這些經驗也要學習，也要積累。
經驗的積累要用自己的腦記，更要用電腦記。最好作些分類，建立一個自用的程序庫，以便于隨時引用。
2、經驗升華
經驗還有待升華。升華有三個層次：
最低的層次就是建立一個典型的程序庫，供今后再用。若程序復雜，還可建一些功能塊，或子程序，以便以后引用。
其次，要總結出有效算法。如單按鈕起停程序庫等。
最高層次的升華是把經驗上升到理論的高度，為豐富PLC程序設計理論作貢獻。我想，隨著PLC使用的普及與提高，是會有越來越多從經驗中升華出來的，而又能用以指導實踐的PLC編程理論的。
3、經驗應用
經驗積累、經驗升華都是為了應用。經驗應用有三方面：
1)用作工程設計模板。設計新系統時，選用一個或幾個與現設計工程類似的，已取得成功的工程，作樣板進行設計。這既可減輕設計的工作量，又增加設計的成功率。這也是信息可重用的一大好處。
2)用作程序設計參考。在無成功的工程可作樣板時，在新設計的邏輯中，仍有相當一部分控制邏輯，可采用或借用已有典型邏輯，這也可減少設計的工作量，增加設計的成功率。
3)用作算法設計參考。在既無樣板可參照，又無典型可采用時，還可運用過去的一些成功的算法。
經驗是寶貴的，但是經驗特別是個人經驗，總是有限的。所以，經驗的應用也還要與編程理論相結合。
如何學習別人的PLC程序
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1 收集資料。在收集資料時不僅要收集程序還要收集程序所附帶的工藝流程及I/O分配表。
2 程序分類。在收集到前人的程序后，首先加以分類。以不同品牌的程序分類——再以不同功能細分。
3 選擇程序加以理解。分類完成后就是慢慢的“消化”程序了。首先選擇自己熟悉的PLC程序或是自己將要用到的程序樣例下手，這樣理解起來比較容易。
4 對于有工藝流程及I/O分配表的程序進行理解。
1) 了解程序的工藝流程。
2) I/O分配。把I/O分配表中的說明加在程序的注釋中。
3) 理解中間位。在程序設計時肯定會用到諸多的中間位做轉接，然后搞清楚每一步或每一網絡所對應的中間位的功能，在程序中加以注釋。
4) 理解定時器。程序中定時器的功能要清楚，特別是有時間日期控制的，定時器的功能是比較重要的。其意義也要記錄下來。
5) 理解計數器。
6) 理解陌生指令。在“消化”別人程序的過程中，不勉會看到一些自己沒用過或不熟悉的指令，這也是自己要重點理解的對象，要準備一份電子指令手冊隨時查找，并在程序中記錄。這才是自己要學習與進步的地方。
5、 對于沒有任何說明的程序進行理解。
1) 指令應用。對此類程序主要是注意程序中的指令應用。把指令截取下來，以指令名稱為為文件名另存在文件夾中。
2) 分系統另存。對于能理解并能整理成系統程序加以另存，比如說程序中的時間系統、PID系統等等的程序。
3) 所有的PLC指令都是大同小異的，當以后工作中能應用到的部分可以就地取材，舉一反三。
更重要的是要了解設備的工藝，只有熟悉了產品和掌握了程序的基本編寫方法，才能得心應手！！
PLC基礎學習方法論談
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學習PLC入門方法其實主要是兩點，1.選擇一個PLC， 2邊學邊練
一、問題提出。
可編程控制器技術最主要是應用于自動化控制工程中，如何綜合地運用前面學過知識點，根據實際工程要求合理組合成控制系統，
在此介紹組成可編程控制器控制系統的一般方法。
二、可編程控制器控制系統設計的基本步驟
1 ．系統設計的主要內容
（ 1 ）擬定控制系統設計的技術條件。技術條件一般以設計任務書的形式來確定，它是整個設計的依據；
（ 2 ）選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執行機構；
（ 3 ）選定 PLC 的型號；
（ 4 ）編制 PLC 的輸入 / 輸出分配表或繪制輸入 / 輸出端子接線圖；
（ 5 ）根據系統設計的要求編寫軟件規格說明書，然后再用相應的編程語言（常用梯形圖）進行程序設計；
（ 6 ）了解并遵循用戶認知心理學，重視人機界面的設計，增強人與機器之間的友善關系；
（ 7 ）設計操作臺、電氣柜及非標準電器元部件；
（ 8 ）編寫設計說明書和使用說明書；
根據具體任務，上述內容可適當調整。
2 ． 系統設計的基本步驟
可編程控制器應用系統設計與調試的主要步驟，如圖 1 所示。
圖 1 可編程控制器應用系統設計與調試的主要步驟
（ 1 ）深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求
a ．被控對象就是受控的機械、電氣設備、生產線或生產過程。
b
．控制要求主要指控制的基本方式、應完成的動作、自動工作循環的組成、必要的保護和聯鎖等。對較復雜的控制系統，還可將控制任務分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調試。
（ 2 ）確定 I/O 設備
根據被控對象對 PLC
控制系統的功能要求，確定系統所需的用戶輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。
（ 3 ）選擇合適的 PLC 類型
根據已確定的用戶 I/O 設備，統計所需的輸入信號和輸出信號的點數，選擇合適的 PLC 類型，包括機型的選擇、容量的選擇、 I/O
模塊的選擇、電源模塊的選擇等。
（ 4 ）分配 I/O 點
分配 PLC 的輸入輸出點，編制出輸入 / 輸出分配表或者畫出輸入 / 輸出端子的接線圖。接著九可以進行 PLC
程序設計，同時可進行控制柜或操作臺的設計和現場施工。
（ 5 ）設計應用系統梯形圖程序
根據工作功能圖表或狀態流程圖等設計出梯形圖即編程。這一步是整個應用系統設計的最核心工作，也是比較困難的一步，要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的實踐經驗。
（ 6 ）將程序輸入 PLC
當使用簡易編程器將程序輸入 PLC
時，需要先將梯形圖轉換成指令助記符，以便輸入。當使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下位機的連接電纜將程序下載到
PLC 中去。
（ 7 ）進行軟件測試
程序輸入 PLC 后，應先進行測試工作。因為在程序設計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC
連接到現場設備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調試打好基礎，縮短整體調試的周期。
（ 8 ）應用系統整體調試
在 PLC
軟硬件設計和控制柜及現場施工完成后，就可以進行整個系統的聯機調試，如果控制系統是由幾個部分組成，則應先作局部調試，然后再進行整體調試；如果控制程序的步序較多，則可先進行分段調試，然后再連接起來總調。調試中發現的問題，要逐一排除，直至調試成功。
（ 9 ）編制技術文件
系統技術文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、 PLC 梯形圖。
三、 PLC 硬件系統設計
1 ． PLC 型號的選擇
在作出系統控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進行控制。
在控制系統邏輯關系較復雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數器等）、工藝流程和產品改型較頻繁、需要進行數據處理和信息管理（有數據運算、模擬量的控制、PID 調節等）、系統要求有較高的可靠性和穩定性、準備實現工廠自動化聯網等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。
目前，國內外眾多的生產廠家提供了多種系列功能各異的 PLC
產品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權衡利弊、合理地選擇機型才能達到經濟實用的目的。一般選擇機型要以滿足系統功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。
（ 1 ）對輸入 / 輸出點的選擇
盲目選擇點數多的機型會造成一定浪費。
要先弄清除控制系統的 I/O 總點數，再按實際所需總點數的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統的改造等留有余地）后確定所需 PLC
的點數。
另外要注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60 ％； PLC
每個輸出點的驅動能力（ A/ 點）也是有限的，有的 PLC 其每點輸出電流的大小還隨所加負載電壓的不同而異；一般 PLC
的允許輸出電流隨環境溫度的升高而有所降低等。在選型時要考慮這些問題。
PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 PLC
平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應選擇前兩種輸出方式的 PLC 。
（ 2 ）對存儲容量的選擇
對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關量進行控制的系統中，可以用輸入總點數乘 10 字 / 點＋輸出總點數乘 5 字 /
點來估算；計數器 / 定時器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個估算；有運算處理時按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 /
輸出的系統中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 ～ 100 ）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口 200
字以上的數量粗略估算。最后，一般按估算容量的 50 ～ 100 ％留有裕量。對缺乏經驗的設計者，選擇容量時留有裕量要大些。
（ 3 ）對 I/O 響應時間的選擇
PLC 的 I/O 響應時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2 ～ 3
個掃描周期）等。對開關量控制的系統， PLC 和 I/O 響應時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O
響應問題。但對模擬量控制的系統、特別是閉環系統就要考慮這個問題。
（ 4 ）根據輸出負載的特點選型
不同的負載對 PLC
的輸出方式有相應的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC
有許多優點，如導通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出型的
PLC 。
（ 5 ）對在線和離線編程的選擇
離線編程示指主機和編程器共用一個 CPU ，通過編程器的方式選擇開關來選擇 PLC 的編程、監控和運行工作狀態。編程狀態時， CPU
只為編程器服務，而不對現場進行控制。專用編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機和編程器各有一個 CPU ，主機的 CPU
完成對現場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序對現場進行控制。計算機輔助編程既能實現離線編程，也能實現在線編程。在線編程需購置計算機，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應根據需要決定。
（ 6 ）據是否聯網通信選型
若 PLC 控制的系統需要聯入工廠自動化網絡，則 PLC 需要有通信聯網功能，即要求 PLC 應具有連接其他 PLC 、上位計算機及
CRT 等的接口。大、中型機都有通信功能，目前大部分小型機也具有通信功能。
（ 7 ）對 PLC 結構形式的選擇
在相同功能和相同 I/O
點數據的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優點，要按實際需要選擇 PLC
的結構形式。
2 ．分配輸入 / 輸出點
一般輸入點和輸入信號、輸出點和輸出控制是一一對應的。
分配好后，按系統配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。
在個別情況下，也有兩個信號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入點前，按邏輯關系接好線（如兩個觸點先串聯或并聯），然后再接到輸入點。
（ 1 ）確定 I/O 通道范圍
不同型號的 PLC ，其輸入 / 輸出通道的范圍是不一樣的，應根據所選 PLC
型號，查閱相應的編程手冊，決不可“張冠李戴”。必須參閱有關操作手冊。
（ 2 ）部輔助繼電器
內部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電器、定時器 / 計數器時作數據存儲或數據處理用。
從功能上講，內部輔助繼電器相當于傳統電控柜中的中間繼電器。
未分配模塊的輸入 / 輸出繼電器區以及未使用 1 ： 1
鏈接時的鏈接繼電器區等均可作為內部輔助繼電器使用。根據程序設計的需要，應合理安排 PLC 的內部輔助繼電器
PLC基礎知識簡介
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目前，世界上有200多廠家生產300多品種PLC產品，應用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業。為了使各位初學者更方便地了解PLC，本文對PLC的發展、基本結構、配置、應用等基本知識作一簡介，以期對各位網友有所幫助。
一、PLC的發展歷程 在工業生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。 個人計算機（簡稱PC）發展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現在，仍常常將PLC簡稱PC。 PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 上世紀80年代至90年代中期，是PLC發展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的DCS系統。 PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。
二、PLC的構成 從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。
三、CPU的構成 CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。 CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。 在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU速度和內存容量是PLC的重要參數，它們決定著PLC的工作速度，IO數量及軟件容量等，因此限制著控制規模。
四、I/O模塊 PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 開關量是指只有開和關（或1和0）兩種狀態的信號，模擬量是指連續變化的量。常用的I/O分類如下： 開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按I/O點數確定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。
五、電源模塊 PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。
六、底板或機架 大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。
七、PLC系統的其它設備 1、編程設備：編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。 2、人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態軟件）充當人機界面非常普及。 3、輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數據，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。
八、PLC的通信聯網 依靠先進的工業網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化系統集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網絡就是控制器"的觀點說法。 PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。多數PLC具有RS-232接口，還有一些內置有支持各自通信協議的接口。 PLC的通信，還未實現互操作性，IEC規定了多種現場總線標準，PLC各廠家均有采用。
對于一個自動化工程(特別是中大規模控制系統)來講，選擇網絡非常重要的。首先，網絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統規模的擴展；其次，針對不同網絡層次的傳輸性能要求，選擇網絡的形式，這必須在較深入地了解該網絡標準的協議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統成本、設備兼容性、現場環境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網絡標準。
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