PLC技术应用考试复习资料合集

PLC技术应用考试复习资料合集引言本复习资料合集旨在为备考PLC技术应用相关考试的考生提供系统的知识梳理、重点难点解析及实用应试技巧。内容涵盖PLC基础知识、硬件构成、编程语言、程序设计、系统调试及典型应用等核心模块，力求专业性与实用性相结合，帮助考生高效复习，巩固所学，提升应试能力。一、PLC基础知识回顾1.1PLC的定义与特点可编程逻辑控制器（PLC）是一种专为工业环境设计的数字运算操作电子系统。它采用可编程的存储器，存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并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的主要特点包括：高可靠性与强抗干扰能力、编程简单易学、功能强大且通用性好、设计安装灵活方便、维护工作量小、体积小能耗低等。理解这些特点有助于在实际应用中正确选择和使用PLC。1.2PLC的工作原理PLC采用“循环扫描”的工作方式，其工作过程主要包括以下几个阶段：*输入采样阶段：PLC依次读取所有输入端子的当前状态，并将其存入输入映像寄存器中。此阶段完成后，输入映像寄存器的内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段。*程序执行阶段：PLC根据用户程序的指令顺序，从第一条指令开始执行，直至程序结束。在执行过程中，所需的输入信号均来自输入映像寄存器，而不是直接读取输入端子的实时状态；中间结果则存入内部辅助寄存器或数据寄存器。*输出刷新阶段：程序执行完毕后，PLC将输出映像寄存器中所有输出继电器的状态一次性传送到输出锁存器，并通过输出端子驱动外部负载。掌握PLC的扫描工作原理，对于理解程序执行顺序、处理定时器/计数器等时序问题以及排查控制逻辑故障至关重要。1.3PLC的基本组成结构PLC的基本组成包括硬件系统和软件系统两大部分。*硬件系统：*中央处理单元（CPU）：PLC的核心部件，负责执行用户程序、监控系统运行状态、进行逻辑判断和数据处理。*存储器：用于存放系统程序（由PLC厂家固化）和用户程序及数据。主要有RAM（随机存取存储器，需后备电源）、ROM（只读存储器）、EEPROM或FlashMemory（可电擦写只读存储器）。*输入/输出（I/O）模块：连接现场设备与CPU的桥梁。输入模块将外部开关量、模拟量信号转换为CPU可识别的数字信号；输出模块则将CPU处理后的数字信号转换为外部执行机构可接受的控制信号。*电源模块：为PLC各模块提供稳定的直流电源。*编程器/人机界面（HMI）：编程器用于用户程序的输入、编辑、调试和监控；HMI用于实现操作人员与PLC控制系统之间的交互。*其他可选模块：如通信模块、特殊功能模块（高速计数、脉冲输出、PID控制等）。*软件系统：*系统程序：PLC出厂时由厂家装入，用于控制PLC自身的运行，包括监控程序、编译程序、诊断程序等。*用户程序：用户根据具体控制要求编写的应用程序，存放在用户存储器中。1.4PLC的分类PLC可按结构形式、I/O点数、功能强弱等进行分类：*按结构形式：整体式（紧凑型）PLC、模块式（积木式）PLC。*按I/O点数：小型PLC（通常I/O点数小于256点）、中型PLC（I/O点数256点至1024点）、大型PLC（I/O点数大于1024点）。*按功能：低档PLC（基本逻辑控制、定时计数）、中档PLC（增加了模拟量处理、PID调节、通信等功能）、高档PLC（具有强大的数学运算、复杂控制算法、高速通信联网能力）。二、PLC硬件系统构成与选型2.1中央处理单元（CPU）CPU是PLC的“大脑”，其性能直接影响PLC的处理速度和功能。主要功能包括：指令读取与执行、逻辑运算与数据处理、系统控制（如扫描周期管理、I/O刷新、中断处理）、通信协调等。2.2存储器*系统程序存储器（ROM/EPROM/Flash）：存放PLC的操作系统，用户无法修改。*用户程序与数据存储器（RAM/EEPROM/Flash）：*RAM：可读可写，用于存放用户程序、中间数据和运算结果，断电后数据丢失，需配备电池备份。*EEPROM/Flash：非易失性存储器，断电后数据不丢失，常用于固化用户程序和重要参数。2.3输入/输出（I/O）模块*数字量输入模块（DI）：接收外部开关信号（如按钮、行程开关、接近开关等）。常见类型有直流输入（DC24V）和交流输入（AC110V/220V）。*数字量输出模块（DO）：驱动外部执行元件（如继电器、接触器、电磁阀、指示灯等）。常见类型有继电器输出（交直流通用，带载能力强，响应速度慢）、晶体管输出（直流，响应速度快，带载能力较弱）、晶闸管输出（交流，响应速度较快，带载能力中等）。*模拟量输入模块（AI）：将外部连续变化的模拟信号（如温度、压力、流量、液位等传感器输出的4-20mA电流信号或0-10V电压信号）转换为PLC内部处理的数字量。*模拟量输出模块（AO）：将PLC内部的数字量转换为连续变化的模拟信号，用于控制调节阀、变频器等执行机构。*特殊功能模块：如高速计数模块、脉冲输出模块、位置控制模块、温度控制模块、通信模块（如RS485、以太网）等。2.4I/O地址的分配PLC对I/O模块进行编址，形成唯一的I/O地址，供用户程序使用。地址分配方式有固定地址和自由地址两种。理解不同品牌PLC的I/O地址表达方式（如西门子的I/Q地址，三菱的X/Y地址）是编程的基础。2.5PLC系统的选型原则选型时需综合考虑以下因素：*控制要求：明确被控对象的输入输出信号类型（数字量/模拟量）、数量、控制逻辑复杂程度、是否需要特殊功能（高速计数、PID等）。*I/O点数估算：根据实际需求并留有10%-20%的余量。*性能要求：如扫描速度、存储容量、响应时间等。*可靠性要求：根据应用环境（温度、湿度、粉尘、振动等）选择合适防护等级和质量可靠的产品。*性价比：在满足功能和性能的前提下，选择成本合理的方案。*扩展性与兼容性：考虑未来系统升级和扩展的可能性，以及与现有设备的通信兼容性。*品牌与服务：考虑供应商的技术支持、售后服务及备件供应情况。三、PLC编程语言与基本指令系统3.1常用编程语言简介根据IEC____标准，PLC常用的编程语言包括：*梯形图（LD-LadderDiagram）：图形化编程语言，模仿传统继电器控制电路图，直观易懂，应用最广泛。由触点、线圈、功能框等元素组成。*指令表（IL-InstructionList）：类似于汇编语言的助记符编程语言，用指令的助记符来表示操作功能。*功能块图（FBD-FunctionBlockDiagram）：图形化编程语言，以功能块为基本单元，用连线表示信号流向，适用于复杂控制算法的编程。*顺序功能图（SCL-SequentialFunctionChart，也常称为SFC）：以图形方式描述控制系统的工作过程、功能和特性，特别适合于顺序控制逻辑的编程。*结构化文本（ST-StructuredText）：高级文本编程语言，类似于Pascal或C语言，具有很强的数学运算和逻辑表达能力，适用于复杂算法和数据处理。3.2梯形图（LD）的编程规则与技巧*图形结构：梯形图由左右两条垂直的母线和若干逻辑行（梯级）组成。*触点与线圈：*触点代表输入条件（如开关、按钮状态），有常开（NO）、常闭（NC）之分，可无限次引用。*线圈代表输出结果或中间状态，通常位于逻辑行的最右端，受左侧逻辑运算结果控制。*信号流向：逻辑运算从左到右，从上到下进行。*编程规则：*线圈不能直接接在左侧母线上。*不允许同一编号的线圈在同一程序中重复输出（并联输出除外，需注意某些PLC的特殊处理）。*触点可以串联或并联，线圈可以并联但一般不串联。*梯形图中的每一行必须以触点开始，以线圈或指令框结束。*编程技巧：合理使用中间继电器（辅助继电器）简化电路；利用自锁、互锁实现连续运行和安全保护；注意程序的可读性和模块化。3.3基本指令系统不同品牌PLC的指令系统略有差异，但基本逻辑指令功能相似。以下以通用概念和常见指令为例：*逻辑运算指令：*LD/LDI/LDP/LDF：取指令/取反指令/上升沿脉冲取指令/下降沿脉冲取指令（用于逻辑行的开始）。*AND/ANI/ANDP/ANDF：与指令/与反指令/上升沿脉冲与指令/下降沿脉冲与指令（用于串联单个触点）。*OR/ORI/ORP/ORF：或指令/或反指令/上升沿脉冲或指令/下降沿脉冲或指令（用于并联单个触点）。*ANB：电路块与指令（用于串联两个或多个并联电路块）。*ORB：电路块或指令（用于并联两个或多个串联电路块）。*OUT：输出指令（驱动线圈）。*SET/RST：置位/复位指令（使线圈保持得电或失电状态，具有记忆功能）。*定时器（T）与计数器（C）指令：*定时器（T）：用于实现延时控制。常见类型有接通延时定时器（TON）、断开延时定时器（TOF）、保持型接通延时定时器（TONR）。需设定定时时间（通常由时基和设定值决定）。*计数器（C）：用于对脉冲信号进行计数。常见类型有加计数器（CTU）、减计数器（CTD）、加减计数器（CTUD）。需设定计数设定值。*移位指令与数据处理指令：如左移（SHL）、右移（SHR）、传送（MOV）、比较（CMP）、加（ADD）、减（SUB）、乘（MUL）、除（DIV）等。这些指令在数据处理和复杂控制中非常重要。*程序控制指令：如条件跳转（JMP/LBL）、子程序调用（CALL/SRET）、主控（MC/MCR）、结束（END）等，用于控制程序的执行流程。3.4功能指令（应用指令）概述功能指令是为实现更复杂控制功能而设计的指令，通常以功能框（FBD）或助记符形式出现。例如：*高速处理指令：高速计数（HSC）、高速脉冲输出（PTO/PWM）。*模拟量处理指令：A/D转换、D/A转换、标度变换（SCALE）。*PID控制指令：用于实现闭环过程控制。*通信指令：用于PLC与PLC、PLC与HMI、PLC与其他智能设备之间的数据交换。四、PLC程序设计方法与典型控制环节4.1PLC程序设计的一般步骤1.分析控制要求：详细了解被控对象的工艺过程、动作顺序、控制条件及联锁保护要求。2.确定I/O信号及地址分配：列出输入设备（传感器、按钮等）和输出设备（执行器、指示灯等）清单，进行I/O点数统计和地址分配。3.设计控制逻辑：根据控制要求，选择合适的编程方法（如经验设计法、逻辑设计法、顺序控制设计法等），绘制控制流程图或梯形图草图。4.编写用户程序：使用PLC编程软件，将设计好的控制逻辑转换为PLC可识别的程序。5.程序调试：*模拟调试：在离线状态下，通过编程软件模拟输入信号，观察输出状态是否符合预期。6.编制技术文档：包括控制程序清单、I/O地址分配表、电气原理图、调试报告等。4.2经验设计法与逻辑设计法*经验设计法：基于设计者的经验，模仿继电器控制电路的设计思路，直接利用基本逻辑指令进行编程。适用于简单的逻辑控制。优点是直观、简单；缺点是对设计者经验依赖性强，程序可读性和可维护性可能较差，复杂系统难以胜任。*逻辑设计法：运用布尔代数（逻辑代数）对控制逻辑进行分析和化简，得到最简逻辑表达式，再据此编写PLC程序。适用于复杂的逻辑组合控制。优点是设计严谨，可获得优化的控制逻辑；缺点是过程较繁琐，需要一定的数学基础。4.3顺序控制设计法（SCL/SFC）顺序控制设计法是针对按预定顺序进行的步进控制而设计的方法，特别适合于多步序、有明确转换条件的复杂控制系统。其核心是将控制系统的工作过程分解为若干个“步”（Step），用“转换条件”（Transition）控制步之间的切换，并为每个步分配相应的“动作”（Action）。*SCL图的基本元素：步（初始步、活动步）、转换、有向连线、动作。*编程方式：可以直接用SCL图形语言编程，也可以将SCL图转换为梯形图或指令表程序。常见的实现方式有：采用移位寄存器、采用步进指令（如STL/RET）、采用功能指令（如SFC块）。4.4典型控制环节的PLC实现*启停控制（自锁/保持电路）：利用输出线圈的常开触点并联在启动按钮的常开触点两端，实现启动后持续得电。*正反转控制（互锁电路）：在正转控制回路和反转控制回路中分别串联对方接触器的常闭触点，防止两者同时得电造成电源短路。*星-三角（Y-Δ）降压启动控制：通过定时器控制电动机从星形接法启动延时后切换为三角形接法运行，以减小启动电流。*定时器控制：*延时接通控制：利用TON定时器，当触发条件满足后，延时一段时间后输出线圈得电。*延时断开控制：利用TOF定时器，当触发条件消失后，延时一段时间后输出线圈失电。*脉冲宽度可调控制：利用定时器的接通和断开延时组合。*计数器控制：*产品计数控制：对生产线上的产品进行计数，达到设定