某工程项目经统计I/O点数为20个DI，DC 24V输入，10个DO中继电器输出8个，2个DC输出，1路模拟量输入，1路模拟量输出，选用S7-1200 PLC，CPU选型如下。

由于数字量I/O点数较多，且为继电器输出，选用CPU 1214C AC/DC/继电器，订货号为6ES7 214-1BE30-0XB0。由于需要2个DC输出，选用扩展的信号模块SM 1223 8×DC 24V输入/8×DC 24V输出，订货号为6ES7 222-1BF30-0XB0，1路模拟量输入为CPU自带，1路模拟量输出可以选用信号板SB 1232的1路模拟量输出，订货号为6ES7 232-4HA30-0XB0。

可编程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是以微处理器为基础的通用工业控制装置，它综合了现代计算机技术、自动控制技术和通信技术，具有功能强大、使用方便、可靠性高、通用且使用灵活和易于扩充等优点，特别适于在恶劣的工业环境中使用，是为了顺应现代制造业生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品要求而出现的，在交通、冶金、化工、制造、建筑、造纸以及食品等行业得到了广泛应用。

1.1 PLC概述

1.1.1 PLC的产生和定义1.PLC的产生

为了尽可能地减少重新设计和安装的工作量，降低成本，缩短周期，美国通用汽车公司在1968年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器-接触器控制系统。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了台PLC（Programmable Logic Controller），即可编程序逻辑控制器，型号为PDP-14，用它取代传统的继电器-接触器控制系统，应用在美国通用汽车公司的汽车自动装配线上，取得了巨大成功，很快在其他工业领域推广应用。

随着计算机技术、自动控制技术和通信技术的发展，PLC大致经历了4次更新换代，现在已经渗透到工业控制的各个领域。

1987年国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器定义如下：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”

通信处理模块用于PLC之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入PROFIBUS-DP、ASI和工业以太网，或用于点对点连接等。

.编程器及外围设备

编程设备可以是专用编程器，也可以是配有专用编程软件的通用计算机系统。使用编程器可以进行程序的编制、编辑、调试和监控。使用编程软件可以在计算机上直接生成和编辑用户程序，并且可以实现不同编程语言之间的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。

1.1.3 PLC的基本原理

PLC是一种工业控制计算机，其工作原理却与普通计算机有所不同；PLC初是用于替代传统的继电器控制装置的，但与继电器控制系统的工作原理也有很大区别。1.PLC的工作原理

任何一个继电器控制系统从功能上都可以分为3部分：输入部分（按钮、开关、传感器等）、控制部分（继电器、接触器连接成的控制电路）以及输出部分（被控对象，如电动机、电磁阀、信号灯等）。这种系统是由导线硬连接起来实现控制程序的，称为硬程序。

PLC控制系统也分为3部分：输入部分、控制部分和输出部分。输入部分的作用是将现场输入信号送入PLC，再变成CPU能够接收的信号存入输入映像寄存器后等待CPU输入采样，然后进入控制部分进行运算；输出部分的作用是将PLC的输出信号转存到输出映像寄存器后等待输出刷新，才能驱动被控对象。因此，PLC控制系统与继电器控制系统不同的地方主要是控制部分。

PLC控制系统的内部控制电路是由用户程序形成的，是按照程序规定的逻辑关系，对输入、输出信号的状态进行计算、处理和判断，然后得到相应的输出。PLC在执行用户程序时，根据程序从首地址开始自上而下、从左到右逐行扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器中读出有关元件的状态，根据指令执行相应的逻辑运算，把运算的结果写入对应的元件映像寄存器中保存，同时把输出状态写入对应的输出映像寄存器中保存。

PLC的工作方式是从0000号存储地址存放的条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束；然后再从头开始，并周而复始地执行整个用户程序，直到停机或从运行（RUN）工作状态切换为停止（STOP）工作状态，这种执行程序的工作方式称为周期循环扫描工作方式。

语句表编程语言是用一系列操作指令（即指令助记符）组成的语句表将控制流程描述出来。不同PLC厂家语句表所使用的指令助记符并不相同。

语句表是由若干条指令组成的程序，指令是程序的小独立单元。每个操作功能由一条或几条指令来执行。PLC的指令表达形式与计算机的指令表达形式很相似，也是由操作码和操作数两部分组成的。操作码用指令助记符表示，用来说明要执行的功能，告诉CPU应该进行什么操作，如与、或、非等逻辑运算，加、减、乘、除等算术运算，计时、计数、移位等控制功能。操作数一般由标识符和参数组成，标识符表示操作数的类别，如表明输入继电器、输出继电器、定时器、计数器以及数据寄存器等；参数表明操作数的地址或一个预先设定值。3.逻辑功能块图

逻辑功能块图主要采用类似于数字逻辑门电路中“与”“或”“非”等图形符号的编程语言，这种编程语言逻辑功能直观，逻辑关系一目了然。

顺序功能图

对于一个复杂的控制系统，尤其是顺序控制系统，由于内部的联锁、互动关系极其复杂，用梯形图或语句表编程时往往数百行。如果在梯形图上不加注释，则梯形图的可读性将会大大降低。

顺序功能图包含步、动作和转换3个要素。先把一个复杂的控制过程分解为一些小的工作状态，即划分为以若干个顺序出现的步；步中包含控制输出的动作，根据一步到另一步的转换条件，再依照一定的顺序控制要求将其连接成整体的控制程序。

PLC上电或从STOP状态切换到RUN状态后，在系统程序的监控下，周而复始地按一定的顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行，这个过程就是按顺序循环扫描的过程。

1）初始化。PLC上电后首先进行系统初始化，包括清除内部存储区、复位定时器等。

2）CPU自诊断。PLC在每个扫描周期都要进入自诊断阶段，对电源、PLC内部电路、用户程序的语法进行检查，定期复位监控定时器等，确保系统的稳定。

3）通信信息处理。每个扫描周期中在对每个通信信息处理的阶段，PLC进行PLC之间、PLC与计算机之间的信息交换。

4）与外部设备交换信息。PLC与外部设备连接时，在每个扫描周期都要与外部设备交换信息。这些外部设备包括编程器、终端设备、彩色显示器和打印机等。

5）执行用户程序。PLC在运行状态下，每一个扫描周期都要执行用户程序。在执行用户程序时，是以扫描的方式按顺序逐句处理的，扫描一条执行一条，并把运算处理结果存入输出映像寄存区对应的位中。

6）输入、输出信息处理。PLC在运行状态下，每一个扫描周期都要进行输入、输出信息处理，以扫描的方式把外部输入信号的状态存入输入映像寄存区，将运算处理后的结果存入输出映像寄存区，直到传入外部被控设备。

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1.1.2 PLC的结构组成

PLC由中央处理单元（Central Process Unit，CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信单元、电源以及扩展单元有机组合而成。根据结构形式的不同，PLC可以分为整体式和模块式两类。

整体式PLC又称为单元式或箱体式，体积小、价格低且结构紧凑。一般小型PLC采用整体式，如西门子的S7-200系列PLC。整体式PLC将CPU模块、I/O模块和电源模块装在一个箱体内构成主机。还提供许多I/O扩展模块供用户需要时选用，另外还配备多种专用的特殊功能模块，使PLC的功能得到扩展。

模块式PLC又称为组合式PLC，由机架和模块组成，配置灵活。中、大型PLC常采用模块式，如西门子的S7-300和S7-400系列PLC。模块式PLC将组成PLC的多个单元分别做成相应的模块，各模块可以灵活安插在机架上，通过总线相互联系，进行广泛地组合和扩展。1.CPU模块