PLC的硬件是标准化的，加之PLC的产品已系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。2.可靠性高

微机功能强大但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化，都可能导致一般通用微机不能正常工作；传统的继电器—接触器控制系统抗干扰能力强，但由于存在大量的机械触点（易磨损、烧蚀）而寿命短，系统可靠性差。PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高，从实际使用情况来看，PLC控制系统的平均无故障时间一般可达40000～50000h。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，能适应各种强烈干扰的工业现场，并具有故障自诊断能力。3.维护方便

PLC的接口按工业控制的要求设计，有较强的带负载能力（输入输出可直接与交流220V、直流24V等强电相连），接口电路一般亦为模块式，便于维修更换。有的PLC甚至可以带电插拔输入输出模块，可不脱机停电而直接更换故障模块，大大缩短了故障修复时间。4.功能强

PLC除了具备逻辑运算、定时、计数等基本功能外，还具备模拟信号采集、运动控制、通信联网等功能。5.编程简单

PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑了现场工程技术人员的技能和习惯。大多数PLC的编程均提供了常用的梯形图方式和面向工业控制的简单指令方式。编程语言形象直观，指令少、语法简便，不需要专门的计算机知识和语言，具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间内掌握。利用编程软件，可方便地查看、编辑、修改用户程序。6.设计、施工、调试周期短

用继电器—接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出电气元器件的布置和接线图等，再进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用PLC控制，由于其靠软件实现控制，硬件线路非常简洁，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。由于用软件编程取代了硬接线来实现控制功能，大大减轻了繁重的安装接线工作，缩短了施工周期。

和继电器控制系统相比，PLC具有修改程序就能改变控制功能的优点，但是在进行简单控制时，成本较高。另外，利用单片机也能实现自动控制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。

离散行业自动化

数字量的逻辑控制是PLC基本、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，也可用于多机控控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、装订机械、组合机床、磨床、包装生产线和电镀流水线等，。2.过程控制工业

在工业生产过程当中，有许多连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、液位和速度等。为了使PLC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。

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（Proportion Integration Differentiation，比例积分微分）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，3.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。如可驱动步进电动机或伺服电动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，。4.数据处理

现代PLC具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，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，完成一定的控制操作，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。5.通信联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。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。PLC的新产品都基本具有以太网接口，通信非常方便。

PLC的基本组成

从图1-6可以看出，PLC内部主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入接口、输出接口、通信接口和拓展接口等组成。1.中央处理器

中央处理器由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入输出接口电路相连接。与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作。用户程序和数据事先存入存储器中，当PLC处于运行方式时，CPU按循环扫描方式执行用户程序。

2.存储器

存储器用于完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。3.输入接口

输入接口用来进行输入信号的隔离滤波及电平转换；输入单元接口是PLC获取控制现场信号的输入通道。输入接口电路由滤波电路、光电隔离电路和输入内部电路组成

4.输出接口

输出接口用来对PLC的输出进行放大及电平转换，驱动控制对象。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。5.通信接口

每个S7-300/400 PLC均支持MPI协议。不必添加CP（通信处理器）便可将S7设备连接至MPI网络，

PLC的工作原理

PLC系统通电后，首先进行内部处理，包括：①系统的初始化，如设置堆栈指针，工作单元清零，初始化编程接口，设置工作标志及工作指针等；②工作状态选择，如编程状态、运动状态等。PLC系统工作过程对用户编程来说影响不大，但是PLC在运行用户程序时的工作过程对于用户编程者来说关系密切，务必引起用户编程人员注意。

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严格地讲，一个扫描周期主要包括：为保障系统正常运行的公共操作占用时间，系统与外界交换信息占用时间及执行用户程序占用时间三部分。对于用户编程者来说，没有必要详细了解PLC系统的动作过程，但务必了解PLC在运行状态执行用户指令的动作过程。

PLC在运行状态执行用户指令的动作过程可分为3个时间段。阶段是输入信号采样阶段；第二阶段是用户指令执行阶段；第三阶段是结果输出阶段。

输入信号采样阶段又叫输入刷新（I刷新）阶段，PLC以扫描方式顺序读入外面信号的输入状态（接通或断开状态），并将此状态输入到输入映像存储器中，PLC工作在输入刷新阶段，只允许PLC接受输入口的状态信息，PLC的第二、第三阶段的动作处于屏蔽状态。

用户指令执行阶段：PLC执行用户程序总是根据梯形图的顺序先左后右，从上到下地对每条指令进行读取及解释，并送至输入映像存储器和输出映像存储器中读取输入和输出的状态，结合原来的各软元件的数据及状态进行逻辑运算，运算出每条指令的结果，并马上把结果存入相应的寄存器（如果是输出Q的状态就暂存在输出映像存储器）中，然后再执行下一条指令，直至“END”。在进行用户程序执行阶段，PLC的阶段和第三阶段动作是处于屏蔽状态的，即在此时，PLC的输入口信息即使变化，输入数据寄存器的内容也不会改变，输出锁存器的动作也不会改变。

结果输出阶段也叫输出刷新（Q刷新）阶段，当PLC指令执行阶段完成后，输出映像存储器的状态将成批输出到输出锁存寄存器中，输出锁存寄存器对应着PLC硬件的物理输出点，这时才是PLC的实际输出。在Q刷新时，PLC对阶段和第二阶段是处于屏蔽状态的。

输入刷新、程序执行及输出刷新构成PLC用户程序的一个扫描周期。PLC内部设置了监视定时器（平时说的看门狗），用来监视每个扫描周期是否超出规定的时间，一旦超过，PLC就停止运行，从而避免了由于PLC内部CPU出现故障使程序运行进入死循环。

1.2.3 PLC的编程语言1.梯形图（Ladder Diagram，LAD）

梯形图是使用多的PLC编程语言。因与继电器电路很相似，具有直观易懂的特点，很容易被熟悉继电器控制的电气人员所掌握，特别适合于数字量逻辑控制。

西门子S7-300/400 PLC的存储区可以分为装载存储区、工作存储区和系统存储区。1.装载存储器

装载存储器用于保存不包含符号地址和注释的用户程序和系统数据（组态、连接和模块参数等）。有的CPU集成装载存储器，有的可以用微存储器卡（Multi-Media Card，MMC）来扩展，CPU 31xC的用户程序只能装入插入式的MMC。断电时数据保存在MMC存储器中，数据块的内容基本上保留。下载程序时，用户程序被下载到CPU的装载存储器，CPU把可执行部分复制到工作存储器，符号表和注释保存在编程设备中。2.工作存储器

它是集成的RAM存储器，用于存储用户程序和数据，包括组织块、功能、功能块、数据块。为了保证程序执行的快速性和不过多占用工作存储器，只有与程序执行有关的块才会被装入工作存储器。复位CPU的存储器时，工作存储器中数据会被清除，但程序不会被删除。3.系统存储器

系统存储器是CPU为用户运行程序提供的存储区。系统存储器被划分成多个地址区，常用的存储区有过程映像输入区（I）、过程映像输出区（Q）、外部设备输入区（PI）、外部设备输出区（PQ）、位存储区（M）、定时器（T）、计时器（C）、数据块寄存器（DB/DI）、本地数据寄存器（L）、累加器（ACCU）、地址寄存器（AR）和状态字寄存器等。

1）过程映像输入区（I）又称输入继电器区，在每个扫描周期开始时，CPU将输入模块外部端子的状态读入过程映像输入区，该过程称为输入刷新。在执行程序阶段，CPU不理会新状态值，直到下一个扫描周期开始才读入新状态值。

2）过程映像输出区（Q）又称输出继电器区，在执行程序阶段，产生的各种输出值不是马上送往输出模块，而是先保存在过程映像输出区，等程序执行结束后，CPU马上将过程映像输出区的这些输出值送往输出模块，使之从输出端子产生输出，该过程称为输出刷新。

3）对外部输入/输出设备进行访问，除了可以通过映像区外，还可以通过外部设备输入/输出区（PI/PQ）直接进行访问。但通过外部设备输入/输出区访问时，只能是按照字节、字、双字来存取。由于过程映像区在CPU模块中，所以访问过程映像区要比外部设备输入/输出区速度快得多。