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第 12章 可编程控制器 (PLC)
概述
12.2 可编程控制器的程序编制
12.3 可编程控制器应用举例
12.1 可编程控制器的结构和工作原理
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第 12章 可编程控制器 (PLC)
本章要求：
1,了解可编程控制器的结构和工作原理。
2,了解可编程控制器的几种基本编程方法。
3,熟悉常用的编程指令。
4,学会使用梯形图编制简单的程序。
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第 12章 可编程控制器 （ PLC）
概述
1.定义,可编程控制器是一种数字运算的电子操
作系统装置，专为工业现场应用而设计的，它采
用可编程序的存储器，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。可编程控制器
及其有关设备都应按易于与工业控制器系统联成
一个整体和易于扩充其功能的原则进行设计
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2,可编程控制器的发展, 它的起源可以追溯到 60年
代，美国通用汽车公司为了适应汽车型号不断翻新
的需要，对生产线上的控制设备提出了新的要求，
为此研制了第一台可编程控制器用于生产线上，通
过改变存储在里面的指令的方法来改变生产线的控
制流程，从而提供了继电器控制系统无法比拟的灵
活性。但这一时期它主要是代替继电器系统完成顺
序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，实际只
能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器 简称
PLC（ Programmable Logical Controller） 。
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进入 80年代，随着微电子技术和计算机技术
的发展，可编程控制器的功能已远远超出逻辑控
制、顺序控制的范围，可以进行模拟量控制、位
置控制，特别是远程通讯功能的实现，易于实现
柔性加工和制造系统，因此将其称为可编程控制
器 （ Programmable Controller） 简称 PC,但为
了与个人电脑 PC相区别，仍将其称为 PLC。
PLC已被称为现代工业控制的三大支柱 （ PLC、
机器人和 CAD/CAM） 之一。
目前 PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻
工等领域，加速了机电一体化的进程。
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各种 PLC的具体结构虽然多种多样，但其结
构和工作原理大同小异，都是以微处理器为核心
的电子电气系统。 PLC各种功能的实现，不仅基
于其硬件的作用，而且要靠其软件的支持。
PLC内部主要由主机、输入 /输出接口、电源、
编程器、扩展接口和外部设备接口等几部分组成。
12.1 可编程控制器的结构和工作原理
12.1.1 可编程控制器的结构及各部分的作用
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模拟量输入
行程开关
继电器触点
各种开关
传感器
CPU
ROM,RAM
电源部件
输
出
接
口
输
入
接
口
外设接口
照明
电磁装置
执行机构
采用光电
隔离装置
继电器、可控硅、
晶体管电路
编程器 打印机计算机
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1,主机
CPU是 PLC的核心，一切逻辑运算及判断都是
由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是
我们常说的电脑芯片。
(1) 运行用户程序。
(2) 监控输入 /输出接口状态。
(3) 作出逻辑判断和进行数据处理
主机部分包括中央处理器（ CPU）、系统程序
存储器和用户程序及数据存储器
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系统程序存储器,主要存放系统管理和监控程序
及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家
固定，用户不能更改。
用户程序及数据存储器,主要存放用户编制的应
用程序及各种暂存数据、中间结果。
内部存储器 有两类：一类是系统程序存储器，
另一类是用户程序及数据存储器
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2,输入 /输出 (I/O)接口
输入接口 用于接收输入设备（如：按钮、行程
开关、传感器等）的控制信号。
输出接口 用于将经主机处理过的结果通过输出
电路去驱动输出设备（如,接触器、电磁阀、指示灯
等）。
3,电源
电源 指为 CPU、存储器,I/O接口等内部电子电
路工作所配备的直流开关稳压电源
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4,编程器
编程器 是 PLC很重要的外部设备，它主要由
键盘、显示器组成。编程器分简易型和智能型两
类。小型 PLC常用简易编程器，大、中型 PLC多
用智能编程器。编程器的作用是编制用户程序并
送入 PLC程序存储器。利用编程器可检查、修改、
调试用户程序和在线监视 PLC工作状况。现在许
多 PLC采用和计算机联接，并利用专用的工具软
件进行编程或监控。
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6,外部设备接口
I/O扩展接口 用于将扩充外部输入 /输出端子数扩
展单元与基本单元（即主机）联接在一起。
5,输入输出扩展接口
此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等
外部设备与主机相连。
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12.1.2 可编程控制器的工作原理
PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，
这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新
三个阶段,整个过程扫描并执行一次所需的时间
称为扫描周期。
输
入
端
子
输
入
锁
存
器
输
入
状
态
寄
存
器
输
出
锁
存
器
输
出
状
态
寄
存
器
输
出
端
子
程
序
执
行
读
读
写
输入采样 程序执行 输出刷新
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输
入
端
子
输
入
锁
存
器
输
入
状
态
寄
存
器
输
出
锁
存
器
输
出
状
态
寄
存
器
输
出
端
子
程
序
执
行
读
读
写
一个扫描周期
12.1.2 可编程控制器的工作原理
PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，
这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新
三个阶段,整个过程扫描并执行一次所需的时间
称为扫描周期。
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1,输入采样阶段
PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入
所有输入端的 通 /断 状态或输入数据，并将此状态
存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程
序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发
生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只
有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入 。
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2,程序执行阶段
PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步
序，执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存
器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通 /断状
态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存
入有关的状态寄存器中。
3,输出刷新阶段
在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应
的输出状态寄存器的通 /断状态，在输出刷新阶段转
存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通 /断，这
才是 PLC的实际输出。
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由 PLC的工作过程可见,在 PLC的程序执行阶
段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容
也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段
才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，
等到一个循环周期结束,CPU集中将这些输出信号
全部输出给输出锁存器，这才成为实际的 CPU输出。
因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周
期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。
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12.1.3 可编程控制器的主要技术性能
1,I/O点数
指 PLC外部输入和输出端子数。
2,用户程序存储容量
用来衡量 PLC所能存储用户程序的多少。
3,扫描速度
指扫描 1000步用户程序所需的时间，以 ms/千步为
单位。
4,指令系统条数
指 PLC具有的基本指令和高级指令的种类和数
量。种类数量越多，软件功能越强。
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5,编程元件的种类和数量
编程元件指：输入继电器、输出继电器、辅助
继电器、定时器、计数器、通用“字”寄存器、数
据寄存器及特殊功能继电器等。其种类和数量是衡
量 PLC的一个指标。
代表字母元件名称 编号范围
输入继电器
输出继电器
辅助继电器
定时器
计数器
通用, 字, 寄存
器
X
Y
R
T
C
WR
X0～ XF 共 16点
Y0～ Y7 共 8点
R0～ R62F 共 1008点
T0～ T99 共 100点
C100～ C143 共 44点
WR0～ WR62 共 63个
FP1－ C24编程元件的表示形式及编号范围
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12.1.4 可编程控制器的主要功能和特点
1,主要功能
（ 1）开关逻辑控制
（ 2）定时 /计数控制
（ 3）步进控制
（ 4）数据处理
（ 5）过程控制
（ 6）运动控制
（ 7）通信联网
（ 8）监控
（ 9）数字量与模拟量的转换
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2,PLC的主要特点
(1) 可靠性高，抗干扰能力强。 由于采用大规模集成
电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬
件的设计和制造的过程中采取了一系列隔离和抗干扰
措施，使它能适应恶劣的工作环境，具有很高的可靠
性。 (2) 编程简单，使用方便。
(3) 通用性好，具有在线修改能力 。 PLC硬件采用模
块化结构，可以灵活地组态以适应不同的控制对象，
控制规模和控制功能的要求。且可通过修改软件，来
实现在线修改的能力，因此其功能易于扩展，具有广
泛的工业通用性。
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(4) 缩短设计、施工、投产的周期，维护容量。 目前
PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据
控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计，
同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减
轻了接线工作，同时 PLC还具有故障检测和显示功
能，使故障处理时间缩短。
(5) 体积小，易于实现机电一体化。
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12.2 可编程控制器的程序编制
12.2.1 可编程控制器的编程语言
同其它电脑装置一样,PLC的操作是依其程序
操作进行的，而程序是用程序语言表达的，并且表
达的方式多种多样，不同的生产厂家，不同的机种，
采用的表达方式不同，但基本上可归纳为：
梯形图语言
语句表语言
布尔代数语言
流程图语言
目前常用
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1,梯形图
是在继电控制系统电气原理图基础上开发出
来的一种图形语言。它继承了继电器接点、线圈、
串联、并联等术语和类似的图形符号,具有形象、
直观、实用的特点,不需学习计算机专业知识，
电气技术人员使用最方便。
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例,用 PLC组成电机起停控制电路
继电接触控制图
SB1
KM
SB2
FR
KM
FR
KM
FU
Q
3~
M
.,
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X0
X1
X2
COM
..
.
+
SB0
SB1
Y0
COM
Y2
Y1
..
.
~220V
KM
24V
PLC
(1) PLC系统图 起动按钮
停止按钮
如：接通 SB0，
则 X0存储单
元对应的位
为,1”,反之
则为,0”。
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常闭接点
(2) 利用梯形图编制控制程序
Y0
X0 X1
如：按 SB0，
则 X0存储单
元为,1”则
其常开接点
闭合，线圈
通电，电机
转动。
注意,这些接点或线圈并不是真实的物理继电器接点
或线圈，而是在软件编程中使用的编程元件，每个编
程元件与存储器中的一个存储单元相对应，该存储单
元为, 1”则表示梯形图中常开闭合,常闭断开，线圈通
电。
[ ]Y0
状态取决于按
钮是否动作
如：按 1，
则 X1存储单
元为,则
其常闭接点
断开，线圈
断电，电机
停车。
输出继电
器 (线圈 )常开接点
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2,语句表语言
这种编程语言与汇编语言类似，不同的厂家其语
句表有所不同，这里以日本松下可编程控制器为例，
对上述电机起、停控制进行编程（即将梯形图转换
成语句表语言）。
ST X0
OR Y0
AN/ X1
OT Y0
注意：按梯形图
从左到右，从上
到下的顺序编程。
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梯形图和助记符语言是 PLC中最常用的编程语
言，学习中应注意以下概念：
(1)梯形图中的继电器并不一定是物理继电器，每
个继电器或输入接点各为存储器中的一位，相应
位为,1”态，表示继电器线圈通电或常开触头闭
合，或常闭触头断开。
(2)梯形图中流过的电流不是物理电流，而是概念
电流，是程序执行的形象表示方式。
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(3)梯形图中的继电器接点在编写用户程序时
（即作为逻辑接点）可根据需要在梯形图中
反复使用，没有数量限制，既可用常开也可
用常闭。
(4)只有 PLC中的物理继电器才能驱动实际负
载，其它继电器只能作为一种逻辑来使用，
故称为“软继电器”。
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12.2.2 可编程控制器的编程原则和方法
1,编程原则
（ 1） PLC编程元件的触点在编程过程中可以无限次
使用，每个继电器的线圈在梯形图中只能出现一次，
它的触点可以使用无数次。
（ 2）梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止
于右母线。线圈总是处于最右边，且不能直接与
左边母线相连。
[ ]
[ ] [ ]
[ ]
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（ 3）编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左
重右轻”。
[ ]
不合理 合理
[ ]
（ 4）两个或两个以上的线圈可以并联，但不可以
串联。
[ ][ ]
X0 X0 Y1
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2,编程方法
(1)确定 I/O点数及分配
(2)编制梯形图和指令语句表
(5)程序以 END指令结束，程序的执行是从第一个
地址到 END指令结束，在调试的时候，可以利用
这个特点将程序分成若干个块，进行分块调试，
直至程序全部调试成功。
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12.2.3 可编程控制器的指令系统
ST 加载
ST/ 加载非
OT 输出
指 令
可使用区域
X Y R T C
1,起始指令 ST,ST/与输出指令 OT
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功能,读入指定常开接点（ X1）的 ON/OFF信息。
在每一条逻辑线或一个程序段的开始都要使用 ST
指令或 ST/指令。
ST X1
ST/ X1
功能,读入指定常闭接点（ X1）的 ON/OFF信息。
X1
[ ]
X1
[ ]
功能,把输出指令之前的运算结果输出到指定的
接点,输出指令可并列使用 。
OT Y1
Y1
[ ]
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例：当输入接点 X0 ON时，使输出继电器 Y0,Y1
动作，当接点 X1 OFF时，使继电器 Y2动作。
梯形图对应的
助记符程序
ST X0
OT Y0
OT Y1
ST/ X1
OT Y2
[ ]
[ ]
Y0X0
[ ]Y2
X1
梯形图程序
Y1
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AN X1
功能,该指令是接点串联连接指令。到此为止的运
算结果与指定的接点 X1的 ON/OFF信息进行与运算。
2,触点串联指令 AN,AN/与触点并联指令 OR,OR/
AN 与
AN/ 与非
OR 或
指 令
可使用区域
X Y R T C
OR/ 或非
X1X
[ ]
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例：当输入条件 R0和 R1及 R2同时为 ON时 Y3被输出
的程序。
助记符程序
ST R0
AN R1
AN R2
OT Y3
时序图
R0
R1
R2
Y3
[ ]
R1R0 R2 Y3
梯形图程序
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AN/ X1
功能,该指令是接点串联连接指令。到此为止的运
算结果与指定的接点 X1的 ON/OFF信息进行与运算。
[ ]
X1X
例：当输入条件 R0为 ON,R1和 R2为 OFF时
Y3被输出程序。
梯形图程序
[ ]
R1R0 R2 Y3
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例：当输入条件 R0为 ON,R1和 R2为 OFF时
Y3被输出程序。
时序图
R0
R1
R2
Y3
助记符程序
ST R0
AN/ R1
AN/ R2
OT Y3
梯形图程序
[ ]
R1R0 R2 Y3
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例：当输入条件 R0或 R1或 R2为 ON时 Y3被输出程
序。
OR X1
功能,该指令是接点并联连接指令。到此为止的运
算结果与指定的接点 X1的 ON/OFF信息进行 或 运算。
[ ]
X1
X
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助记符程序
ST R0
OR R1
OR R3
OT Y3
梯形图程序
时序图
R0
R1
R2
Y3
[ ]
R1
R0
R2
Y3
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例：当输入条件 R0为 ON,或 R1或 R2为 OFF
时 Y3被输出程序。
OR/ X1
功能,该指令是接点并联连接指令。到此为止的运
算结果与指定的接点 X1的 ON/OFF信息进行 或 运算。
[ ]
X1
X
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助记符程序
ST R0
OR/ R1
OR/ R2
OT Y3
时序图
R0
R1
R2
Y3
梯形图程序
[ ]
R1
R0
R2
Y3
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例 1, 利用 PLC实现正反转控制
1.要求,SB1按钮为正转按钮,SB2为反转按钮，
SB0为停止按钮。
2.系统图
SB0
SB1
SB2
~
KMF
KMR
PLC
X0
X1
X2
COM
.
.,COM
Y0
Y1.
..
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3,梯形图程序
互锁接点自锁接点
助记符程序
ST X1
OR Y0
AN/ X0
AN/ Y1
OT Y0
ST X2
AN/ X0
AN/ Y0
OT Y1
OR Y1
正转
反转
Y0
X1 X0 Y1
[ ]
Y1X2 X0 Y0
Y1
[ ]
Y0
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3,块串联指令 ANS与块并联指令 ORS
[ ]X0 X1
X2 X3
Y0
指令块 1 指令块 2
指令块 1
指令块 2
语句表指令
ST X0
OR X2
ST X2
OR/ X3
ANS
OT Y0
语句表指令
ST X0
AN X2
ST X2
AN/ X3
ORS
OT Y0
[ ]X0 X1
X2 X3
Y0
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4,置位、复位指令 SET,RST
SET
功能,当输入条件变为 ON时，使指定输出接点
保持 ON状态,此后即使输入变为 OFF，该输出
仍保持 ON状态 。
RST
功能,当输入条件变为 ON时，使指定输出接点保
持 OFF状态,此后即使输入变为 OFF，该输出仍
保持 OFF状态 。
< S >Y0
< R >
Y0
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例：
< S >
< R >
R0
R1
Y0
Y0
ST R0
SET Y0
ST R1
RST Y0
语句表指令
时序图
R0
R1
Y0
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5,定时器指令 TM
[ ]TMX 502
[ ]
X0
T2 Y0
设置值
定时器号
语句表指令
ST X0
TMX 2
K 50
ST T2
OT Y0
t
通电延时时间
=50*定时单位
输入信号 X0
定时器接点
输出信号 T2
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6,计数器指令 CT
[ ]RC CT 4100X1X0
C100 [ ]Y0
设置值
计数器号
语句表指令
ST X0
ST X1
CT 100
K 4
ST C100
OT Y0
X0
X1
Y0
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7,微分指令 DF,DF/
DF
例：
功能,当输入条件由 OFF 转为 ON时，指定接点仅
在 PLC的 1次扫描周期内为 ON，其它时间为 OFF。该
指令产生的输出是一个脉冲，其宽度为一个扫描周期。
[ ]( DF )
[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF ) R0
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[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF ) R0
1个扫描周期
X0
时序图
R0
Y0
虚线部分为自
锁产生的输出
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DF/
功能,当输入条件由 ON转为 OFF时，指定接点仅在
PLC的 1次扫描周期内为 ON，其它时间为 OFF。该指
令产生的输出是一个脉冲，其宽度为一个扫描周期。
[ ]( DF/ )
[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF/ ) R0
例：
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X0
R0
Y0
1个扫描周期
虚线部分为自
锁产生的输出
[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF/ ) R0
例：
时序图
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8,空操作指令 NOP
[ ]
NOP
?
Y0R0
语句表指令
ST R1
NOP
OT Y0
NOP指令的使用对程序运行的结果没有任何影响，
一般为了方便阅读。
9,移位指令 SR
X0
X1
X2
SR WR2IN
C
CLR
语句表指令
ST X0
ST X1
ST X2
SR WR2
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10,堆栈指令 PSHS,RDS,POPS
PSHS用于压入堆栈,RDS用于读出堆栈，
POPS用于弹出堆栈。
[ ]
X1
X2
X3
Y1
[ ]Y0
[ ]Y2
X0
PSHS
RDS
POPS
语句表指令
ST X0
PSHS
AN X1
OT Y0
RDS
AN X2
OT Y1
POPS
AN X3
OT Y2
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12.3 可编程控制器应用举例
分析控制对象
确定控制内容
选择 PLC类型
硬件设计 软件设计
系统总装统调
符合
设计要求
投入运行
调整硬件
否
调整软件否
是
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12.3.1 利用 PLC实现电动机的 Y- 起动
1.要求
SB1按钮为起动按钮，
SB0按钮为停止按钮
KM1为电动机电源接触器，
KM2为三角形运行接触器，
KM3为星形启动接触器
KM1
KM3
KM2
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X1
X4
X3
X2
.
..
SB1
SB2
Y1
Y4
Y3
Y2
.
..
程
序
KM3 (Y)
接触器
KM1
接触器
KM2( )
接触器
2.系统图
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3.梯形图程序 Y1 接通电源,Y2 △ 形连接,Y3 星形连接
[ ]
[ ]
[ ]TMX 500
[ ]
R0
T0 Y3
[ ]TMX 101
[ ]
T0
T1 Y2
X2
R0
X1 R0
Y2
T0
Y1
R0
Y3
( ED )
4.语句表指令
ST X2
OR R0
AN/ X1
OT R0
ST Y2
OR/ T0
ANS
OT Y1
ST R0
TMX 0
K 50
ST R0
AN/ T0
OT Y3
ST T0
TMX 1
K 10
ST T1
AN/ Y3
OT Y2
ED
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启动时，按下 SB2,X2常开闭合，此时 R0接
通，定时器接通,Y1,Y3也接通,KM1,KM3
接触器接通，电动机进入星形降压启动。
延时 5秒后，定时器 T0动作，其常闭触点断开，
使 Y1,Y3断开,KM1,KM2断开。
T0的常开触点闭合，接通定时器 T1，延时 1
秒后,T1动作,Y1,Y2接通,KM1,KM2接通，
电动机三角形联结，进入正常工作。
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12.3.2 加热炉自动上料控制
1.系统要求
系统启动时，先将炉门打开，当炉门打开到
最大时，给料机进，送料入炉。给料后，给料机
退回到原位，并将炉门关闭。
SB1为停车按钮
SB2为启动按钮
STa为炉门上限位开关
STb为给料机前限位开关
STc为给料机后限位开关
STd为炉门下限位开关
KMF1为炉门开启接触器
KMR1为炉门闭合接触器
KMF2为给料机前进接触器
KMR2为给料机后退接触器
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X1
X4
X3
X2
.
SB1
SB2
Y1
Y4
Y3
Y2
.
..
程
序
STa
STb
STc
STd
X5
X6
.
KMF1
KMR1
KMF2
KMR2
2.系统图
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3.梯形图程序
[ ]X6 X2 Y1
Y1
[ ]X3 Y3
Y3
[ ]X4 Y4
Y4
[ ]X5 Y2
Y2
(ED)
X1 X3 Y2
X1 X4 Y4
X1 X5 Y3
X1 X6 Y1
4.指令语句表
ST X6
AN X2
OR Y1
AN/ X1
AN/ X3
AN/ Y2
OT Y1
ST X3
OR Y3
AN/ X1
AN/ X4
AN/ Y4
OT Y3
ST X4
OR Y4
AN/ X1
AN/ X5
AN/ Y3
OT Y4
ST X5
OR Y2
AN/ X1
AN/ X6
AN/ Y1
OT Y2
ED
第 12章 可编程控制器 (PLC)
概述
12.2 可编程控制器的程序编制
12.3 可编程控制器应用举例
12.1 可编程控制器的结构和工作原理
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第 12章 可编程控制器 (PLC)
本章要求：
1,了解可编程控制器的结构和工作原理。
2,了解可编程控制器的几种基本编程方法。
3,熟悉常用的编程指令。
4,学会使用梯形图编制简单的程序。
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第 12章 可编程控制器 （ PLC）
概述
1.定义,可编程控制器是一种数字运算的电子操
作系统装置，专为工业现场应用而设计的，它采
用可编程序的存储器，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。可编程控制器
及其有关设备都应按易于与工业控制器系统联成
一个整体和易于扩充其功能的原则进行设计
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2,可编程控制器的发展, 它的起源可以追溯到 60年
代，美国通用汽车公司为了适应汽车型号不断翻新
的需要，对生产线上的控制设备提出了新的要求，
为此研制了第一台可编程控制器用于生产线上，通
过改变存储在里面的指令的方法来改变生产线的控
制流程，从而提供了继电器控制系统无法比拟的灵
活性。但这一时期它主要是代替继电器系统完成顺
序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，实际只
能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器 简称
PLC（ Programmable Logical Controller） 。
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进入 80年代，随着微电子技术和计算机技术
的发展，可编程控制器的功能已远远超出逻辑控
制、顺序控制的范围，可以进行模拟量控制、位
置控制，特别是远程通讯功能的实现，易于实现
柔性加工和制造系统，因此将其称为可编程控制
器 （ Programmable Controller） 简称 PC,但为
了与个人电脑 PC相区别，仍将其称为 PLC。
PLC已被称为现代工业控制的三大支柱 （ PLC、
机器人和 CAD/CAM） 之一。
目前 PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻
工等领域，加速了机电一体化的进程。
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各种 PLC的具体结构虽然多种多样，但其结
构和工作原理大同小异，都是以微处理器为核心
的电子电气系统。 PLC各种功能的实现，不仅基
于其硬件的作用，而且要靠其软件的支持。
PLC内部主要由主机、输入 /输出接口、电源、
编程器、扩展接口和外部设备接口等几部分组成。
12.1 可编程控制器的结构和工作原理
12.1.1 可编程控制器的结构及各部分的作用
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模拟量输入
行程开关
继电器触点
各种开关
传感器
CPU
ROM,RAM
电源部件
输
出
接
口
输
入
接
口
外设接口
照明
电磁装置
执行机构
采用光电
隔离装置
继电器、可控硅、
晶体管电路
编程器 打印机计算机
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1,主机
CPU是 PLC的核心，一切逻辑运算及判断都是
由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是
我们常说的电脑芯片。
(1) 运行用户程序。
(2) 监控输入 /输出接口状态。
(3) 作出逻辑判断和进行数据处理
主机部分包括中央处理器（ CPU）、系统程序
存储器和用户程序及数据存储器
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系统程序存储器,主要存放系统管理和监控程序
及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家
固定，用户不能更改。
用户程序及数据存储器,主要存放用户编制的应
用程序及各种暂存数据、中间结果。
内部存储器 有两类：一类是系统程序存储器，
另一类是用户程序及数据存储器
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2,输入 /输出 (I/O)接口
输入接口 用于接收输入设备（如：按钮、行程
开关、传感器等）的控制信号。
输出接口 用于将经主机处理过的结果通过输出
电路去驱动输出设备（如,接触器、电磁阀、指示灯
等）。
3,电源
电源 指为 CPU、存储器,I/O接口等内部电子电
路工作所配备的直流开关稳压电源
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4,编程器
编程器 是 PLC很重要的外部设备，它主要由
键盘、显示器组成。编程器分简易型和智能型两
类。小型 PLC常用简易编程器，大、中型 PLC多
用智能编程器。编程器的作用是编制用户程序并
送入 PLC程序存储器。利用编程器可检查、修改、
调试用户程序和在线监视 PLC工作状况。现在许
多 PLC采用和计算机联接，并利用专用的工具软
件进行编程或监控。
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6,外部设备接口
I/O扩展接口 用于将扩充外部输入 /输出端子数扩
展单元与基本单元（即主机）联接在一起。
5,输入输出扩展接口
此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等
外部设备与主机相连。
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12.1.2 可编程控制器的工作原理
PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，
这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新
三个阶段,整个过程扫描并执行一次所需的时间
称为扫描周期。
输
入
端
子
输
入
锁
存
器
输
入
状
态
寄
存
器
输
出
锁
存
器
输
出
状
态
寄
存
器
输
出
端
子
程
序
执
行
读
读
写
输入采样 程序执行 输出刷新
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输
入
端
子
输
入
锁
存
器
输
入
状
态
寄
存
器
输
出
锁
存
器
输
出
状
态
寄
存
器
输
出
端
子
程
序
执
行
读
读
写
一个扫描周期
12.1.2 可编程控制器的工作原理
PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，
这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新
三个阶段,整个过程扫描并执行一次所需的时间
称为扫描周期。
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1,输入采样阶段
PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入
所有输入端的 通 /断 状态或输入数据，并将此状态
存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程
序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发
生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只
有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入 。
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2,程序执行阶段
PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步
序，执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存
器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通 /断状
态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存
入有关的状态寄存器中。
3,输出刷新阶段
在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应
的输出状态寄存器的通 /断状态，在输出刷新阶段转
存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通 /断，这
才是 PLC的实际输出。
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由 PLC的工作过程可见,在 PLC的程序执行阶
段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容
也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段
才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，
等到一个循环周期结束,CPU集中将这些输出信号
全部输出给输出锁存器，这才成为实际的 CPU输出。
因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周
期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。
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12.1.3 可编程控制器的主要技术性能
1,I/O点数
指 PLC外部输入和输出端子数。
2,用户程序存储容量
用来衡量 PLC所能存储用户程序的多少。
3,扫描速度
指扫描 1000步用户程序所需的时间，以 ms/千步为
单位。
4,指令系统条数
指 PLC具有的基本指令和高级指令的种类和数
量。种类数量越多，软件功能越强。
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5,编程元件的种类和数量
编程元件指：输入继电器、输出继电器、辅助
继电器、定时器、计数器、通用“字”寄存器、数
据寄存器及特殊功能继电器等。其种类和数量是衡
量 PLC的一个指标。
代表字母元件名称 编号范围
输入继电器
输出继电器
辅助继电器
定时器
计数器
通用, 字, 寄存
器
X
Y
R
T
C
WR
X0～ XF 共 16点
Y0～ Y7 共 8点
R0～ R62F 共 1008点
T0～ T99 共 100点
C100～ C143 共 44点
WR0～ WR62 共 63个
FP1－ C24编程元件的表示形式及编号范围
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12.1.4 可编程控制器的主要功能和特点
1,主要功能
（ 1）开关逻辑控制
（ 2）定时 /计数控制
（ 3）步进控制
（ 4）数据处理
（ 5）过程控制
（ 6）运动控制
（ 7）通信联网
（ 8）监控
（ 9）数字量与模拟量的转换
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2,PLC的主要特点
(1) 可靠性高，抗干扰能力强。 由于采用大规模集成
电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬
件的设计和制造的过程中采取了一系列隔离和抗干扰
措施，使它能适应恶劣的工作环境，具有很高的可靠
性。 (2) 编程简单，使用方便。
(3) 通用性好，具有在线修改能力 。 PLC硬件采用模
块化结构，可以灵活地组态以适应不同的控制对象，
控制规模和控制功能的要求。且可通过修改软件，来
实现在线修改的能力，因此其功能易于扩展，具有广
泛的工业通用性。
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(4) 缩短设计、施工、投产的周期，维护容量。 目前
PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据
控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计，
同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减
轻了接线工作，同时 PLC还具有故障检测和显示功
能，使故障处理时间缩短。
(5) 体积小，易于实现机电一体化。
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12.2 可编程控制器的程序编制
12.2.1 可编程控制器的编程语言
同其它电脑装置一样,PLC的操作是依其程序
操作进行的，而程序是用程序语言表达的，并且表
达的方式多种多样，不同的生产厂家，不同的机种，
采用的表达方式不同，但基本上可归纳为：
梯形图语言
语句表语言
布尔代数语言
流程图语言
目前常用
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1,梯形图
是在继电控制系统电气原理图基础上开发出
来的一种图形语言。它继承了继电器接点、线圈、
串联、并联等术语和类似的图形符号,具有形象、
直观、实用的特点,不需学习计算机专业知识，
电气技术人员使用最方便。
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例,用 PLC组成电机起停控制电路
继电接触控制图
SB1
KM
SB2
FR
KM
FR
KM
FU
Q
3~
M
.,
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X0
X1
X2
COM
..
.
+
SB0
SB1
Y0
COM
Y2
Y1
..
.
~220V
KM
24V
PLC
(1) PLC系统图 起动按钮
停止按钮
如：接通 SB0，
则 X0存储单
元对应的位
为,1”,反之
则为,0”。
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常闭接点
(2) 利用梯形图编制控制程序
Y0
X0 X1
如：按 SB0，
则 X0存储单
元为,1”则
其常开接点
闭合，线圈
通电，电机
转动。
注意,这些接点或线圈并不是真实的物理继电器接点
或线圈，而是在软件编程中使用的编程元件，每个编
程元件与存储器中的一个存储单元相对应，该存储单
元为, 1”则表示梯形图中常开闭合,常闭断开，线圈通
电。
[ ]Y0
状态取决于按
钮是否动作
如：按 1，
则 X1存储单
元为,则
其常闭接点
断开，线圈
断电，电机
停车。
输出继电
器 (线圈 )常开接点
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2,语句表语言
这种编程语言与汇编语言类似，不同的厂家其语
句表有所不同，这里以日本松下可编程控制器为例，
对上述电机起、停控制进行编程（即将梯形图转换
成语句表语言）。
ST X0
OR Y0
AN/ X1
OT Y0
注意：按梯形图
从左到右，从上
到下的顺序编程。
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梯形图和助记符语言是 PLC中最常用的编程语
言，学习中应注意以下概念：
(1)梯形图中的继电器并不一定是物理继电器，每
个继电器或输入接点各为存储器中的一位，相应
位为,1”态，表示继电器线圈通电或常开触头闭
合，或常闭触头断开。
(2)梯形图中流过的电流不是物理电流，而是概念
电流，是程序执行的形象表示方式。
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(3)梯形图中的继电器接点在编写用户程序时
（即作为逻辑接点）可根据需要在梯形图中
反复使用，没有数量限制，既可用常开也可
用常闭。
(4)只有 PLC中的物理继电器才能驱动实际负
载，其它继电器只能作为一种逻辑来使用，
故称为“软继电器”。
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12.2.2 可编程控制器的编程原则和方法
1,编程原则
（ 1） PLC编程元件的触点在编程过程中可以无限次
使用，每个继电器的线圈在梯形图中只能出现一次，
它的触点可以使用无数次。
（ 2）梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止
于右母线。线圈总是处于最右边，且不能直接与
左边母线相连。
[ ]
[ ] [ ]
[ ]
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（ 3）编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左
重右轻”。
[ ]
不合理 合理
[ ]
（ 4）两个或两个以上的线圈可以并联，但不可以
串联。
[ ][ ]
X0 X0 Y1
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2,编程方法
(1)确定 I/O点数及分配
(2)编制梯形图和指令语句表
(5)程序以 END指令结束，程序的执行是从第一个
地址到 END指令结束，在调试的时候，可以利用
这个特点将程序分成若干个块，进行分块调试，
直至程序全部调试成功。
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12.2.3 可编程控制器的指令系统
ST 加载
ST/ 加载非
OT 输出
指 令
可使用区域
X Y R T C
1,起始指令 ST,ST/与输出指令 OT
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功能,读入指定常开接点（ X1）的 ON/OFF信息。
在每一条逻辑线或一个程序段的开始都要使用 ST
指令或 ST/指令。
ST X1
ST/ X1
功能,读入指定常闭接点（ X1）的 ON/OFF信息。
X1
[ ]
X1
[ ]
功能,把输出指令之前的运算结果输出到指定的
接点,输出指令可并列使用 。
OT Y1
Y1
[ ]
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例：当输入接点 X0 ON时，使输出继电器 Y0,Y1
动作，当接点 X1 OFF时，使继电器 Y2动作。
梯形图对应的
助记符程序
ST X0
OT Y0
OT Y1
ST/ X1
OT Y2
[ ]
[ ]
Y0X0
[ ]Y2
X1
梯形图程序
Y1
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AN X1
功能,该指令是接点串联连接指令。到此为止的运
算结果与指定的接点 X1的 ON/OFF信息进行与运算。
2,触点串联指令 AN,AN/与触点并联指令 OR,OR/
AN 与
AN/ 与非
OR 或
指 令
可使用区域
X Y R T C
OR/ 或非
X1X
[ ]
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例：当输入条件 R0和 R1及 R2同时为 ON时 Y3被输出
的程序。
助记符程序
ST R0
AN R1
AN R2
OT Y3
时序图
R0
R1
R2
Y3
[ ]
R1R0 R2 Y3
梯形图程序
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AN/ X1
功能,该指令是接点串联连接指令。到此为止的运
算结果与指定的接点 X1的 ON/OFF信息进行与运算。
[ ]
X1X
例：当输入条件 R0为 ON,R1和 R2为 OFF时
Y3被输出程序。
梯形图程序
[ ]
R1R0 R2 Y3
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例：当输入条件 R0为 ON,R1和 R2为 OFF时
Y3被输出程序。
时序图
R0
R1
R2
Y3
助记符程序
ST R0
AN/ R1
AN/ R2
OT Y3
梯形图程序
[ ]
R1R0 R2 Y3
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例：当输入条件 R0或 R1或 R2为 ON时 Y3被输出程
序。
OR X1
功能,该指令是接点并联连接指令。到此为止的运
算结果与指定的接点 X1的 ON/OFF信息进行 或 运算。
[ ]
X1
X
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助记符程序
ST R0
OR R1
OR R3
OT Y3
梯形图程序
时序图
R0
R1
R2
Y3
[ ]
R1
R0
R2
Y3
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例：当输入条件 R0为 ON,或 R1或 R2为 OFF
时 Y3被输出程序。
OR/ X1
功能,该指令是接点并联连接指令。到此为止的运
算结果与指定的接点 X1的 ON/OFF信息进行 或 运算。
[ ]
X1
X
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助记符程序
ST R0
OR/ R1
OR/ R2
OT Y3
时序图
R0
R1
R2
Y3
梯形图程序
[ ]
R1
R0
R2
Y3
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例 1, 利用 PLC实现正反转控制
1.要求,SB1按钮为正转按钮,SB2为反转按钮，
SB0为停止按钮。
2.系统图
SB0
SB1
SB2
~
KMF
KMR
PLC
X0
X1
X2
COM
.
.,COM
Y0
Y1.
..
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3,梯形图程序
互锁接点自锁接点
助记符程序
ST X1
OR Y0
AN/ X0
AN/ Y1
OT Y0
ST X2
AN/ X0
AN/ Y0
OT Y1
OR Y1
正转
反转
Y0
X1 X0 Y1
[ ]
Y1X2 X0 Y0
Y1
[ ]
Y0
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3,块串联指令 ANS与块并联指令 ORS
[ ]X0 X1
X2 X3
Y0
指令块 1 指令块 2
指令块 1
指令块 2
语句表指令
ST X0
OR X2
ST X2
OR/ X3
ANS
OT Y0
语句表指令
ST X0
AN X2
ST X2
AN/ X3
ORS
OT Y0
[ ]X0 X1
X2 X3
Y0
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4,置位、复位指令 SET,RST
SET
功能,当输入条件变为 ON时，使指定输出接点
保持 ON状态,此后即使输入变为 OFF，该输出
仍保持 ON状态 。
RST
功能,当输入条件变为 ON时，使指定输出接点保
持 OFF状态,此后即使输入变为 OFF，该输出仍
保持 OFF状态 。
< S >Y0
< R >
Y0
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例：
< S >
< R >
R0
R1
Y0
Y0
ST R0
SET Y0
ST R1
RST Y0
语句表指令
时序图
R0
R1
Y0
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5,定时器指令 TM
[ ]TMX 502
[ ]
X0
T2 Y0
设置值
定时器号
语句表指令
ST X0
TMX 2
K 50
ST T2
OT Y0
t
通电延时时间
=50*定时单位
输入信号 X0
定时器接点
输出信号 T2
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6,计数器指令 CT
[ ]RC CT 4100X1X0
C100 [ ]Y0
设置值
计数器号
语句表指令
ST X0
ST X1
CT 100
K 4
ST C100
OT Y0
X0
X1
Y0
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7,微分指令 DF,DF/
DF
例：
功能,当输入条件由 OFF 转为 ON时，指定接点仅
在 PLC的 1次扫描周期内为 ON，其它时间为 OFF。该
指令产生的输出是一个脉冲，其宽度为一个扫描周期。
[ ]( DF )
[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF ) R0
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[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF ) R0
1个扫描周期
X0
时序图
R0
Y0
虚线部分为自
锁产生的输出
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DF/
功能,当输入条件由 ON转为 OFF时，指定接点仅在
PLC的 1次扫描周期内为 ON，其它时间为 OFF。该指
令产生的输出是一个脉冲，其宽度为一个扫描周期。
[ ]( DF/ )
[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF/ ) R0
例：
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X0
R0
Y0
1个扫描周期
虚线部分为自
锁产生的输出
[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF/ ) R0
例：
时序图
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8,空操作指令 NOP
[ ]
NOP
?
Y0R0
语句表指令
ST R1
NOP
OT Y0
NOP指令的使用对程序运行的结果没有任何影响，
一般为了方便阅读。
9,移位指令 SR
X0
X1
X2
SR WR2IN
C
CLR
语句表指令
ST X0
ST X1
ST X2
SR WR2
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10,堆栈指令 PSHS,RDS,POPS
PSHS用于压入堆栈,RDS用于读出堆栈，
POPS用于弹出堆栈。
[ ]
X1
X2
X3
Y1
[ ]Y0
[ ]Y2
X0
PSHS
RDS
POPS
语句表指令
ST X0
PSHS
AN X1
OT Y0
RDS
AN X2
OT Y1
POPS
AN X3
OT Y2
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12.3 可编程控制器应用举例
分析控制对象
确定控制内容
选择 PLC类型
硬件设计 软件设计
系统总装统调
符合
设计要求
投入运行
调整硬件
否
调整软件否
是
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12.3.1 利用 PLC实现电动机的 Y- 起动
1.要求
SB1按钮为起动按钮，
SB0按钮为停止按钮
KM1为电动机电源接触器，
KM2为三角形运行接触器，
KM3为星形启动接触器
KM1
KM3
KM2
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X1
X4
X3
X2
.
..
SB1
SB2
Y1
Y4
Y3
Y2
.
..
程
序
KM3 (Y)
接触器
KM1
接触器
KM2( )
接触器
2.系统图
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3.梯形图程序 Y1 接通电源,Y2 △ 形连接,Y3 星形连接
[ ]
[ ]
[ ]TMX 500
[ ]
R0
T0 Y3
[ ]TMX 101
[ ]
T0
T1 Y2
X2
R0
X1 R0
Y2
T0
Y1
R0
Y3
( ED )
4.语句表指令
ST X2
OR R0
AN/ X1
OT R0
ST Y2
OR/ T0
ANS
OT Y1
ST R0
TMX 0
K 50
ST R0
AN/ T0
OT Y3
ST T0
TMX 1
K 10
ST T1
AN/ Y3
OT Y2
ED
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启动时，按下 SB2,X2常开闭合，此时 R0接
通，定时器接通,Y1,Y3也接通,KM1,KM3
接触器接通，电动机进入星形降压启动。
延时 5秒后，定时器 T0动作，其常闭触点断开，
使 Y1,Y3断开,KM1,KM2断开。
T0的常开触点闭合，接通定时器 T1，延时 1
秒后,T1动作,Y1,Y2接通,KM1,KM2接通，
电动机三角形联结，进入正常工作。
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12.3.2 加热炉自动上料控制
1.系统要求
系统启动时，先将炉门打开，当炉门打开到
最大时，给料机进，送料入炉。给料后，给料机
退回到原位，并将炉门关闭。
SB1为停车按钮
SB2为启动按钮
STa为炉门上限位开关
STb为给料机前限位开关
STc为给料机后限位开关
STd为炉门下限位开关
KMF1为炉门开启接触器
KMR1为炉门闭合接触器
KMF2为给料机前进接触器
KMR2为给料机后退接触器
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X1
X4
X3
X2
.
SB1
SB2
Y1
Y4
Y3
Y2
.
..
程
序
STa
STb
STc
STd
X5
X6
.
KMF1
KMR1
KMF2
KMR2
2.系统图
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3.梯形图程序
[ ]X6 X2 Y1
Y1
[ ]X3 Y3
Y3
[ ]X4 Y4
Y4
[ ]X5 Y2
Y2
(ED)
X1 X3 Y2
X1 X4 Y4
X1 X5 Y3
X1 X6 Y1
4.指令语句表
ST X6
AN X2
OR Y1
AN/ X1
AN/ X3
AN/ Y2
OT Y1
ST X3
OR Y3
AN/ X1
AN/ X4
AN/ Y4
OT Y3
ST X4
OR Y4
AN/ X1
AN/ X5
AN/ Y3
OT Y4
ST X5
OR Y2
AN/ X1
AN/ X6
AN/ Y1
OT Y2
ED
