PLC技術(shù)應(yīng)用考試復(fù)習(xí)資料合集引言本復(fù)習(xí)資料合集旨在為備考PLC技術(shù)應(yīng)用相關(guān)考試的考生提供系統(tǒng)的知識(shí)梳理、重點(diǎn)難點(diǎn)解析及實(shí)用應(yīng)試技巧。內(nèi)容涵蓋PLC基礎(chǔ)知識(shí)、硬件構(gòu)成、編程語言、程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試及典型應(yīng)用等核心模塊，力求專業(yè)性與實(shí)用性相結(jié)合，幫助考生高效復(fù)習(xí)，鞏固所學(xué)，提升應(yīng)試能力。一、PLC基礎(chǔ)知識(shí)回顧1.1PLC的定義與特點(diǎn)可編程邏輯控制器（PLC）是一種專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用可編程的存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC的主要特點(diǎn)包括：高可靠性與強(qiáng)抗干擾能力、編程簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)大且通用性好、設(shè)計(jì)安裝靈活方便、維護(hù)工作量小、體積小能耗低等。理解這些特點(diǎn)有助于在實(shí)際應(yīng)用中正確選擇和使用PLC。1.2PLC的工作原理PLC采用“循環(huán)掃描”的工作方式，其工作過程主要包括以下幾個(gè)階段：*輸入采樣階段：PLC依次讀取所有輸入端子的當(dāng)前狀態(tài)，并將其存入輸入映像寄存器中。此階段完成后，輸入映像寄存器的內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段。*程序執(zhí)行階段：PLC根據(jù)用戶程序的指令順序，從第一條指令開始執(zhí)行，直至程序結(jié)束。在執(zhí)行過程中，所需的輸入信號(hào)均來自輸入映像寄存器，而不是直接讀取輸入端子的實(shí)時(shí)狀態(tài)；中間結(jié)果則存入內(nèi)部輔助寄存器或數(shù)據(jù)寄存器。*輸出刷新階段：程序執(zhí)行完畢后，PLC將輸出映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)一次性傳送到輸出鎖存器，并通過輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。掌握PLC的掃描工作原理，對(duì)于理解程序執(zhí)行順序、處理定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等時(shí)序問題以及排查控制邏輯故障至關(guān)重要。1.3PLC的基本組成結(jié)構(gòu)PLC的基本組成包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。*硬件系統(tǒng)：*中央處理單元（CPU）：PLC的核心部件，負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶程序、監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)行邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理。*存儲(chǔ)器：用于存放系統(tǒng)程序（由PLC廠家固化）和用戶程序及數(shù)據(jù)。主要有RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，需后備電源）、ROM（只讀存儲(chǔ)器）、EEPROM或FlashMemory（可電擦寫只讀存儲(chǔ)器）。*輸入/輸出（I/O）模塊：連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與CPU的橋梁。輸入模塊將外部開關(guān)量、模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)；輸出模塊則將CPU處理后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)可接受的控制信號(hào)。*電源模塊：為PLC各模塊提供穩(wěn)定的直流電源。*編程器/人機(jī)界面（HMI）：編程器用于用戶程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)控；HMI用于實(shí)現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)之間的交互。*其他可選模塊：如通信模塊、特殊功能模塊（高速計(jì)數(shù)、脈沖輸出、PID控制等）。*軟件系統(tǒng)：*系統(tǒng)程序：PLC出廠時(shí)由廠家裝入，用于控制PLC自身的運(yùn)行，包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等。*用戶程序：用戶根據(jù)具體控制要求編寫的應(yīng)用程序，存放在用戶存儲(chǔ)器中。1.4PLC的分類PLC可按結(jié)構(gòu)形式、I/O點(diǎn)數(shù)、功能強(qiáng)弱等進(jìn)行分類：*按結(jié)構(gòu)形式：整體式（緊湊型）PLC、模塊式（積木式）PLC。*按I/O點(diǎn)數(shù)：小型PLC（通常I/O點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)）、中型PLC（I/O點(diǎn)數(shù)256點(diǎn)至1024點(diǎn)）、大型PLC（I/O點(diǎn)數(shù)大于1024點(diǎn)）。*按功能：低檔PLC（基本邏輯控制、定時(shí)計(jì)數(shù)）、中檔PLC（增加了模擬量處理、PID調(diào)節(jié)、通信等功能）、高檔PLC（具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算、復(fù)雜控制算法、高速通信聯(lián)網(wǎng)能力）。二、PLC硬件系統(tǒng)構(gòu)成與選型2.1中央處理單元（CPU）CPU是PLC的“大腦”，其性能直接影響PLC的處理速度和功能。主要功能包括：指令讀取與執(zhí)行、邏輯運(yùn)算與數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)控制（如掃描周期管理、I/O刷新、中斷處理）、通信協(xié)調(diào)等。2.2存儲(chǔ)器*系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM/Flash）：存放PLC的操作系統(tǒng)，用戶無法修改。*用戶程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM/EEPROM/Flash）：*RAM：可讀可寫，用于存放用戶程序、中間數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果，斷電后數(shù)據(jù)丟失，需配備電池備份。*EEPROM/Flash：非易失性存儲(chǔ)器，斷電后數(shù)據(jù)不丟失，常用于固化用戶程序和重要參數(shù)。2.3輸入/輸出（I/O）模塊*數(shù)字量輸入模塊（DI）：接收外部開關(guān)信號(hào)（如按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)等）。常見類型有直流輸入（DC24V）和交流輸入（AC110V/220V）。*數(shù)字量輸出模塊（DO）：驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行元件（如繼電器、接觸器、電磁閥、指示燈等）。常見類型有繼電器輸出（交直流通用，帶載能力強(qiáng)，響應(yīng)速度慢）、晶體管輸出（直流，響應(yīng)速度快，帶載能力較弱）、晶閘管輸出（交流，響應(yīng)速度較快，帶載能力中等）。*模擬量輸入模塊（AI）：將外部連續(xù)變化的模擬信號(hào)（如溫度、壓力、流量、液位等傳感器輸出的4-20mA電流信號(hào)或0-10V電壓信號(hào)）轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部處理的數(shù)字量。*模擬量輸出模塊（AO）：將PLC內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的模擬信號(hào)，用于控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。*特殊功能模塊：如高速計(jì)數(shù)模塊、脈沖輸出模塊、位置控制模塊、溫度控制模塊、通信模塊（如RS485、以太網(wǎng)）等。2.4I/O地址的分配PLC對(duì)I/O模塊進(jìn)行編址，形成唯一的I/O地址，供用戶程序使用。地址分配方式有固定地址和自由地址兩種。理解不同品牌PLC的I/O地址表達(dá)方式（如西門子的I/Q地址，三菱的X/Y地址）是編程的基礎(chǔ)。2.5PLC系統(tǒng)的選型原則選型時(shí)需綜合考慮以下因素：*控制要求：明確被控對(duì)象的輸入輸出信號(hào)類型（數(shù)字量/模擬量）、數(shù)量、控制邏輯復(fù)雜程度、是否需要特殊功能（高速計(jì)數(shù)、PID等）。*I/O點(diǎn)數(shù)估算：根據(jù)實(shí)際需求并留有10%-20%的余量。*性能要求：如掃描速度、存儲(chǔ)容量、響應(yīng)時(shí)間等。*可靠性要求：根據(jù)應(yīng)用環(huán)境（溫度、濕度、粉塵、振動(dòng)等）選擇合適防護(hù)等級(jí)和質(zhì)量可靠的產(chǎn)品。*性價(jià)比：在滿足功能和性能的前提下，選擇成本合理的方案。*擴(kuò)展性與兼容性：考慮未來系統(tǒng)升級(jí)和擴(kuò)展的可能性，以及與現(xiàn)有設(shè)備的通信兼容性。*品牌與服務(wù)：考慮供應(yīng)商的技術(shù)支持、售后服務(wù)及備件供應(yīng)情況。三、PLC編程語言與基本指令系統(tǒng)3.1常用編程語言簡(jiǎn)介根據(jù)IEC____標(biāo)準(zhǔn)，PLC常用的編程語言包括：*梯形圖（LD-LadderDiagram）：圖形化編程語言，模仿傳統(tǒng)繼電器控制電路圖，直觀易懂，應(yīng)用最廣泛。由觸點(diǎn)、線圈、功能框等元素組成。*指令表（IL-InstructionList）：類似于匯編語言的助記符編程語言，用指令的助記符來表示操作功能。*功能塊圖（FBD-FunctionBlockDiagram）：圖形化編程語言，以功能塊為基本單元，用連線表示信號(hào)流向，適用于復(fù)雜控制算法的編程。*順序功能圖（SCL-SequentialFunctionChart，也常稱為SFC）：以圖形方式描述控制系統(tǒng)的工作過程、功能和特性，特別適合于順序控制邏輯的編程。*結(jié)構(gòu)化文本（ST-StructuredText）：高級(jí)文本編程語言，類似于Pascal或C語言，具有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯表達(dá)能力，適用于復(fù)雜算法和數(shù)據(jù)處理。3.2梯形圖（LD）的編程規(guī)則與技巧*圖形結(jié)構(gòu)：梯形圖由左右兩條垂直的母線和若干邏輯行（梯級(jí)）組成。*觸點(diǎn)與線圈：*觸點(diǎn)代表輸入條件（如開關(guān)、按鈕狀態(tài)），有常開（NO）、常閉（NC）之分，可無限次引用。*線圈代表輸出結(jié)果或中間狀態(tài)，通常位于邏輯行的最右端，受左側(cè)邏輯運(yùn)算結(jié)果控制。*信號(hào)流向：邏輯運(yùn)算從左到右，從上到下進(jìn)行。*編程規(guī)則：*線圈不能直接接在左側(cè)母線上。*不允許同一編號(hào)的線圈在同一程序中重復(fù)輸出（并聯(lián)輸出除外，需注意某些PLC的特殊處理）。*觸點(diǎn)可以串聯(lián)或并聯(lián)，線圈可以并聯(lián)但一般不串聯(lián)。*梯形圖中的每一行必須以觸點(diǎn)開始，以線圈或指令框結(jié)束。*編程技巧：合理使用中間繼電器（輔助繼電器）簡(jiǎn)化電路；利用自鎖、互鎖實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行和安全保護(hù)；注意程序的可讀性和模塊化。3.3基本指令系統(tǒng)不同品牌PLC的指令系統(tǒng)略有差異，但基本邏輯指令功能相似。以下以通用概念和常見指令為例：*邏輯運(yùn)算指令：*LD/LDI/LDP/LDF：取指令/取反指令/上升沿脈沖取指令/下降沿脈沖取指令（用于邏輯行的開始）。*AND/ANI/ANDP/ANDF：與指令/與反指令/上升沿脈沖與指令/下降沿脈沖與指令（用于串聯(lián)單個(gè)觸點(diǎn)）。*OR/ORI/ORP/ORF：或指令/或反指令/上升沿脈沖或指令/下降沿脈沖或指令（用于并聯(lián)單個(gè)觸點(diǎn)）。*ANB：電路塊與指令（用于串聯(lián)兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)電路塊）。*ORB：電路塊或指令（用于并聯(lián)兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)電路塊）。*OUT：輸出指令（驅(qū)動(dòng)線圈）。*SET/RST：置位/復(fù)位指令（使線圈保持得電或失電狀態(tài)，具有記憶功能）。*定時(shí)器（T）與計(jì)數(shù)器（C）指令：*定時(shí)器（T）：用于實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制。常見類型有接通延時(shí)定時(shí)器（TON）、斷開延時(shí)定時(shí)器（TOF）、保持型接通延時(shí)定時(shí)器（TONR）。需設(shè)定定時(shí)時(shí)間（通常由時(shí)基和設(shè)定值決定）。*計(jì)數(shù)器（C）：用于對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。常見類型有加計(jì)數(shù)器（CTU）、減計(jì)數(shù)器（CTD）、加減計(jì)數(shù)器（CTUD）。需設(shè)定計(jì)數(shù)設(shè)定值。*移位指令與數(shù)據(jù)處理指令：如左移（SHL）、右移（SHR）、傳送（MOV）、比較（CMP）、加（ADD）、減（SUB）、乘（MUL）、除（DIV）等。這些指令在數(shù)據(jù)處理和復(fù)雜控制中非常重要。*程序控制指令：如條件跳轉(zhuǎn)（JMP/LBL）、子程序調(diào)用（CALL/SRET）、主控（MC/MCR）、結(jié)束（END）等，用于控制程序的執(zhí)行流程。3.4功能指令（應(yīng)用指令）概述功能指令是為實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜控制功能而設(shè)計(jì)的指令，通常以功能框（FBD）或助記符形式出現(xiàn)。例如：*高速處理指令：高速計(jì)數(shù)（HSC）、高速脈沖輸出（PTO/PWM）。*模擬量處理指令：A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、標(biāo)度變換（SCALE）。*PID控制指令：用于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)過程控制。*通信指令：用于PLC與PLC、PLC與HMI、PLC與其他智能設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。四、PLC程序設(shè)計(jì)方法與典型控制環(huán)節(jié)4.1PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟1.分析控制要求：詳細(xì)了解被控對(duì)象的工藝過程、動(dòng)作順序、控制條件及聯(lián)鎖保護(hù)要求。2.確定I/O信號(hào)及地址分配：列出輸入設(shè)備（傳感器、按鈕等）和輸出設(shè)備（執(zhí)行器、指示燈等）清單，進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)和地址分配。3.設(shè)計(jì)控制邏輯：根據(jù)控制要求，選擇合適的編程方法（如經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、邏輯設(shè)計(jì)法、順序控制設(shè)計(jì)法等），繪制控制流程圖或梯形圖草圖。4.編寫用戶程序：使用PLC編程軟件，將設(shè)計(jì)好的控制邏輯轉(zhuǎn)換為PLC可識(shí)別的程序。5.程序調(diào)試：*模擬調(diào)試：在離線狀態(tài)下，通過編程軟件模擬輸入信號(hào)，觀察輸出狀態(tài)是否符合預(yù)期。6.編制技術(shù)文檔：包括控制程序清單、I/O地址分配表、電氣原理圖、調(diào)試報(bào)告等。4.2經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法與邏輯設(shè)計(jì)法*經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法：基于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，模仿繼電器控制電路的設(shè)計(jì)思路，直接利用基本邏輯指令進(jìn)行編程。適用于簡(jiǎn)單的邏輯控制。優(yōu)點(diǎn)是直觀、簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)依賴性強(qiáng)，程序可讀性和可維護(hù)性可能較差，復(fù)雜系統(tǒng)難以勝任。*邏輯設(shè)計(jì)法：運(yùn)用布爾代數(shù)（邏輯代數(shù)）對(duì)控制邏輯進(jìn)行分析和化簡(jiǎn)，得到最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式，再據(jù)此編寫PLC程序。適用于復(fù)雜的邏輯組合控制。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)，可獲得優(yōu)化的控制邏輯；缺點(diǎn)是過程較繁瑣，需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。4.3順序控制設(shè)計(jì)法（SCL/SFC）順序控制設(shè)計(jì)法是針對(duì)按預(yù)定順序進(jìn)行的步進(jìn)控制而設(shè)計(jì)的方法，特別適合于多步序、有明確轉(zhuǎn)換條件的復(fù)雜控制系統(tǒng)。其核心是將控制系統(tǒng)的工作過程分解為若干個(gè)“步”（Step），用“轉(zhuǎn)換條件”（Transition）控制步之間的切換，并為每個(gè)步分配相應(yīng)的“動(dòng)作”（Action）。*SCL圖的基本元素：步（初始步、活動(dòng)步）、轉(zhuǎn)換、有向連線、動(dòng)作。*編程方式：可以直接用SCL圖形語言編程，也可以將SCL圖轉(zhuǎn)換為梯形圖或指令表程序。常見的實(shí)現(xiàn)方式有：采用移位寄存器、采用步進(jìn)指令（如STL/RET）、采用功能指令（如SFC塊）。4.4典型控制環(huán)節(jié)的PLC實(shí)現(xiàn)*啟?？刂疲ㄗ枣i/保持電路）：利用輸出線圈的常開觸點(diǎn)并聯(lián)在啟動(dòng)按鈕的常開觸點(diǎn)兩端，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)后持續(xù)得電。*正反轉(zhuǎn)控制（互鎖電路）：在正轉(zhuǎn)控制回路和反轉(zhuǎn)控制回路中分別串聯(lián)對(duì)方接觸器的常閉觸點(diǎn)，防止兩者同時(shí)得電造成電源短路。*星-三角（Y-Δ）降壓?jiǎn)?dòng)控制：通過定時(shí)器控制電動(dòng)機(jī)從星形接法啟動(dòng)延時(shí)后切換為三角形接法運(yùn)行，以減小啟動(dòng)電流。*定時(shí)器控制：*延時(shí)接通控制：利用TON定時(shí)器，當(dāng)觸發(fā)條件滿足后，延時(shí)一段時(shí)間后輸出線圈得電。*延時(shí)斷開控制：利用TOF定時(shí)器，當(dāng)觸發(fā)條件消失后，延時(shí)一段時(shí)間后輸出線圈失電。*脈沖寬度可調(diào)控制：利用定時(shí)器的接通和斷開延時(shí)組合。*計(jì)數(shù)器控制：*產(chǎn)品計(jì)數(shù)控制：對(duì)生產(chǎn)線上的產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)，達(dá)到設(shè)定