Программируем PLC

 
 
 
Е. А. Чернов 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ПРОГРАММИРУЕМ PLC 
 
Учебное пособие
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2023 
 
 
 

УДК 621.9.022 
ББК 34.63-5 
Ч-49 
 
 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор А. С. Серебряков; 
доктор технических наук, профессор В. Г. Титов 
 
 
 
 
 
 
  Чернов, Е. А. 
Ч-49       Программируем PLC : учебное пособие / Е. А. Чернов. - Москва ; Вологда : 
Инфра-Инженерия, 2023. - 516 с. : ил., табл.    
ISBN 978-5-9729-1474-6 
 
Рассмотрен основной комплекс задач, решаемых инженером-электриком при раз- 
работке  и  модернизации  электрооборудования  промышленного  оборудования,  выпол- 
ненного на базе программируемых логических контроллеров (PLC). В качестве основ- 
ной базы рассматриваются металлорежущие станки, как универсальные, так и с число- 
вым программным управлением. Материал книги излагается в последовательности ре- 
ального проектирования электрооборудования и алгоритмов PLC, выполняемого в кон- 
структорских  бюро:  изучение  объекта  автоматизации,  выбор  устройств  управления,  
подключение и общая блок-схема, синтаксис языка программирования, параметры, ти- 
повые решения, примеры реальных проектов. Дана инженерная методика проектирова- 
ния алгоритмов работы дискретной электроавтоматики, универсальная для любой эле- 
ментной базы и любых типов PLC. 
Для  студентов  высших  учебных  заведений электроэнергетических  направлений 
подготовки. 
 
УДК 621.9.022 
ББК 34.63-5 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1474-6 
” Чернов Е. А., 2023 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
Немного об авторе.  
Чернов Евгений Александрович, после окончания в 1958 году школы 
прошел творческий путь от электромонтажника, наладчика, рядового конструктора до заместителя главного конструктора Горьковского завода фрезерных 
станков (ГЗФС).  
Работая электромонтажником, а после окончания института, наладчиком 
электрооборудования станков в производстве, затем в конструкторском бюро 
мне посчастливилось участвовать в постановке на серийное производство многих моделей универсальных консольно-фрезерных и продольно-фрезерных 
станков, в разработке большого числа специальных фрезерных станков, в становлении серийного производства в стране систем и станков с числовым программным управлением (ЧПУ), начиная практически с нуля осваивать различные системы управления, регулируемые электроприводы, различную элементную базу. Этот производственный опыт, а также преподавание в Горьковском 
(Нижегородском) политехническом институте, отраслевом институте повышения квалификации и предопределило написание серии инженерных книг, сначала по промышленным комплектным электроприводам [44-48], а затем  
по дискретной станочной электроавтоматике [61-64]. 
Настоящая книга, возможно завершающая, посвящена электроавтоматике 
программируемых логических контроллеров. Толчком к ее написанию явился 
просмотр книги о PLC Жиля Мишеля [14] и замечательная фраза в предисловии 
Б. Жирара: «Речь идет о полной переработке книги, что следует приветствовать, ибо немногие авторы решаются пойти на это. Откровенно говоря, программируемые контроллеры заслужили появления новой книги…». Как это актуально в наши дни. 
Отечественная станкостроительная и инструментальная промышленность 
уничтожена. Страна живет за счет огромного задела металлорежущего оборудования, сделанного Советским Союзом [1, 2]. Часть оборудования покупается 
за рубежом, но в основном идет модернизация старых станков. Это не может 
продолжаться вечно, станочные структуры заканчиваются, поставки из-за рубежа могут быть сильно ограничены. 
Итак, представляю новую инженерную книгу по проектированию электроавтоматики локальных промышленных объектов на базе программируемых 
логических контроллеров. Очень надеюсь, что она поможет восстановить подготовку специалистов по автоматизации, и в конечном итоге, своего полноценного производства металлообрабатывающего и другого машиностроительного 
производства. 

ϰ
ˋ̨̖̬̦̏ʫ͘ʤ͘ʿˀʽʧˀʤʺʺʰˀ˄ʫʺW>
Цель книги: научить, показать, из каких узлов состоит электрооборудование универсальных металлорежущих станков и как разрабатывается электроавтоматика их управления. Главное, чему должен научиться инженер, это систематизации и общему подходу к решению поставленной задачи. Изучить, понять 
и запомнить информацию по всем существующим электроприводам, программируемым контроллерам, языковым средствам невозможно. Нужно знать последовательность решения задачи, какую минимальную информацию следует 
выбрать из огромного объема сопроводительной, часто непонятной, технической документации и как ей воспользоваться. После чего разработать типовое 
решение и всегда им пользоваться.  
Практический материал и типы PLC, приведенные в книге, определены 
последними разработками автора. Автор счел также необходимым привести 
начальные сведения по устройствам цифровой индикации, панелям оператора и 
электроприводам, практически всегда применяющимся совместно с контроллерами. Кроме того, глава 2 посвящена методологии проектирования алгоритмов 
управления дискретной электроавтоматики, являющихся основой при программировании контроллеров. Знания языков программирования бесполезны без 
умения проектировать алгоритмы управления.  
Желаю читателям успехов в творческой работе при разработке и эксплуатации электроавтоматики на базе PLC. 

ГЛАВА 1. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ 
КОНТРОЛЛЕРЫ, НАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ 
1.1. Общие сведения, классификация PLC 
Программируемый логический контроллер (ПЛК, в зарубежной литературе PLC - Programmer Logical Controller) - это специализированное вычислительное устройство, выполненное на базе микропроцессорной техники и предназначенное для реализации функций электроавтоматики промышленных механизмов. Впервые программируемые контроллеры появились на рубеже 60- 
70-х годов прошлого века, что стало возможным благодаря появлению соответствующей элементной базы и разработок в области математического обеспечения. Уже в это время сложность и степень автоматизации промышленного оборудования достигла такого высокого уровня, при котором релейно-контактная 
элементная база не могла обеспечить необходимую надежность работы оборудования. Благодаря неоспоримым преимуществам по сравнению с жесткими 
релейно-контактными и бесконтактными схемами: высокой надежностью, гибкостью в перестройке на другие условия работы, доступностью программирования и др. ПЛК нашел широкое применение в практике автоматизированного 
производства и в станкостроении. Здесь же добавим, что все современные системы числового программного управления имеют встроенный программируемый контроллер.  
При использовании ПЛК в качестве элементной базы электроавтоматики 
он может рассматриваться как «черный ящик» с клеммами для присоединения 
информационных каналов от входных и выходных сигналов (рис. 1.1). 
Принципиальная электрическая схема с объектом управления в этом случае представляет собой схему стыковки с ПЛК командных, контролирующих  
и исполнительных элементов электрооборудования. Необходимая функциональная зависимость между ними обеспечивается за счет программы, вводимой 
в память ПЛК. 
Следует сказать, что современный программируемый логический контроллер - это больше, чем просто средство для реализации функции дискретной 
электроавтоматики. Современные контроллеры характеризуются большим разнообразием архитектуры и, как следствие, языкового уровня программирования 
электроавтоматики. На них можно реализовать, например, следующие функции: 
- прямое аналоговое или цифровое управление регулируемыми электроприводами; 
- позиционное управление приводами, как с обратной связью по положению, так и без нее; 

ϲ
ˋ̨̖̬̦̏ʫ͘ʤ͘ʿˀʽʧˀʤʺʺʰˀ˄ʫʺW>
- решать задачи интерполяции; 
- выполнять различные арифметические и тригонометрические действия, как с целыми числами, так и с числами с плавающей запятой; 
- работать с матричными операндами; 
- реализовывать ПИД-регулирование; 
- создавать сетевые структуры и многое другое. 
Конструктивно ПЛК могут иметь стандартное блочное исполнение, модульное исполнение или компактное исполнение. Отдельное направление, это 
контроллеры, встроенные в системы ЧПУ (см. гл. 9). Они дополнительно решают много специальных задач [62, 63]. 
Ï    
ð    
î    
ã    
ð    
à    
ì    
ì    
è    
ð    
ó    
å    
ì    
û    
é    
ê    
î    
í    
ò    
ð    
î    
ë    
ë    
å    
ð    
(    
P    
L    
C    
)    
=    
2    
4    
V    
+    
-    
Ö    
Ï    
=    
2    
4   
V  
+    - 
À    
ä    
ð    
À    
ä    
ð    
Ñ    
ï    
å    
ö    
è    
à    
ë    
ü    
í    
û    
å    
ó    
ñ    
ò    
ð    
î    
é    
ñ    
ò    
â    
à    
1    
7    
3    
3    
È    
Ï    
È    
Ï    
À    
Ë    
Ó    
    
õ    
1    
    
û    
õ    
1    
1    
Õ    
0    
.    
0    
Y    
0    
.    
0    
1    
À    
ê    
ê    
ó    
ì    
ó    
ë    
ÿ    
ò    
î    
ð    
    
õ    
2    
2    
Õ    
0    
.    
1    
    
û    
õ    
2    
Y    
0    
.    
1    
2    
    
õ    
3    
Ä    
à    
í    
í    
û    
å    
3    
Õ    
0    
.    
2    
    
û    
õ    
3    
Y    
0    
.    
2    
3    
    
õ    
4    
4    
Õ    
0    
.    
3    
À    
ä    
ð    
å    
ñ    
à    
Ê    
î    
ì    
à    
í    
ä    
û    
-    
-    
-    
-    
-    
-    
-    
-    
-    
-    
-    
-    
    
û    
õ    
1    
6    
    
õ    
3    
2    
Y    
0    
.    
1    
5    
1    
6    
3    
2    
Õ    
0    
.    
3    
1    
Ï    
à    
ì    
ÿ    
ò    
ü    
ä    
à    
í    
í    
û    
õ    
(    
Î    
Ç    
Ó    
)    
Ï    
à    
ì    
ÿ    
ò    
ü    
ï    
ð    
î    
ã    
ð    
à    
ì    
ì    
(    
Ï    
Ç    
Ó    
)    
Á    
ë    
î    
ê    
ï    
è    
ò    
à    
í    
è    
ÿ    
Ó    
ï    
ð    
à    
â    
ë    
å    
í    
è    
å    
Ï    
ð    
î    
ã    
ð    
à    
ì    
ì    
à    
ò    
î    
ð    
 
Рис. 1.1. Вариант структурной схемы программируемого логического контроллера 
 
В состав ПЛК могут входить следующие блоки: 
- блок питания; 
- модуль центрального процессора; 
- модули дискретных входов и выходов; 
- модули аналоговых входов и выходов; 
- блоки позиционирования; 

ʧʸʤʦʤϭ͘W>ʹʽʥˍʰʫˁʦʫʪʫʻʰ˔ 
ϳ 
- модули быстрых счетчиков; 
- сетевые модули и др. 
Источник питания формирует стабилизированные напряжения, необходимые для работы элементной базы, на которой реализован программируемый 
контроллер. 
Центральный процессор (ЦП) является главным звеном контроллера, он 
управляет всеми блоками ПЛК в соответствии с командами программы, т. е. 
обеспечивает выполнение операций считывания и отработки команд в заданной 
последовательности, управляет процессом считывания и записи результатов 
выполнения операций в память, а также выдачей результатов вычислений в выходной модуль. ЦП реализуется на базе современной микропроцессорной техники и позволяет производить обработку, как битов информации, так и работы 
с байтами и словами.  
Возможность работы с битами информации обеспечивает выполнение 
базовых логических операций И, ИЛИ, НЕ, эквивалентности и др. над дискретными логическими переменными, т. е. решать задачи электроавтоматики, аналогичные задачам, решаемым жесткой бесконтактной или релейно-контактной 
логикой. 
Возможность обработки байтов и слов значительно расширяет возможности ПЛК, приближая его к вычислительным возможностям микро-ЭВМ. 
Входные модули предназначены для приема сигналов от командных 
(кнопки управления, тумблеры, переключатели, и др.) и контролирующих (конечные выключатели, различного рода датчики и др.) элементов электрооборудования, их нормализации до уровня сигнала, определяемого элементной базой 
контроллера. Одновременно осуществляется гальваническая развязка, фильтрация от действия помех и индикация состояния входов. 
Входные модули обычно выполняются на 8…32 входа с возможностью 
расширения общего числа входов ПЛК путем набора необходимого числа модулей. 
Выходные модули преобразуют информацию, полученную от центрального процессора или модуля памяти в сигналы, управляют работой выходных силовых элементов электроавтоматики (промежуточных реле, пускателей, усилителей, электромагнитов, электромагнитных муфт и др.). 
Предусматриваются модули на 8…32 выходов различной коммутационной 
способности, на различное напряжение и выполненные, в зависимости от назначения, на электромагнитных реле, транзисторах, симисторах и другой элементной базе. Индикация состояния выходов обычно выполняется малогабаритными 
сигнальными элементами расположенными непосредственно у выводов. 
Расширение ПЛК до требуемого числа выходов также осуществляется 
путем набора необходимого числа модулей. 
 

ϴ
ˋ̨̖̬̦̏ʫ͘ʤ͘ʿˀʽʧˀʤʺʺʰˀ˄ʫʺW>
В целях дальнейшего повышения гибкости в компоновке ПЛК применяются также смешанные модули, включающие в себя как входные, так и выходные элементы. 
Общее число входов и выходов при каскадном соединении каркасов  
с модулями может достигать 1024, 2048, 4096 и более. 
Контроллер может включать также различные специальные модули, 
например, аналоговые входные (АЦП) и выходные (ЦАП) модули, модули позиционирования, модули быстрых счетчиков и др. 
Блок памяти во многом определяет технические характеристики и возможности ПЛК. По функциональному назначению в архитектуре контроллера 
предусматривается два типа памяти: служебная и рабочая. 
Служебная память предназначена для хранения программ управления работой контроллера, программ трансляторов и недоступна пользователю. 
Рабочая память предназначена для хранения программ и информации 
пользователя и, следовательно, программно доступна. В рабочей памяти хранятся таблицы состояний входных и выходных сигналов, результаты промежуточных вычислений, уставки и текущие значения счетчиков, разрядов регистров, таймеров и др. 
Память программ - это обычно память типа ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). Международное обозначение ROM (Read Only Memory). 
Подобная память классифицируется следующим образом: 
- собственно ПЗУ (ROM), т. е. память, запрограммированная изготовителем, последующее изменение информации невозможно; 
- программируемое ПЗУ (ППЗУ). Международное обозначение PROM 
(Programmable Read Only Memory). Пользователь может сам программировать память подобного типа, например, выжиганием адресованных диодов в матрице микросхемы, после чего дальнейшее изменение 
содержимого памяти невозможно; 
- репрограммируемое (или стираемое) ППЗУ - РППЗУ. Международное 
обозначение REPROM. Информация, записанная в память подобного 
типа может стираться и записываться вновь несколько раз. Применяется репрограммируемая память типа EPROM (erasably programmable 
ROM) с ультрафиолетовым стиранием, и типа EAROM (electrically 
alterable ROM) с электрическим стиранием. 
Память данных - это память типа ОЗУ (оперативное запоминающее 
устройство). Международное обозначение RAM (Random Acsess Memory).  
В подобную память можно многократно записывать, стирать и считывать информацию, которая сохраняется при наличии питания. Обычно предусматривается подпитка от аккумуляторов или батареи. 

ʧʸʤʦʤϭ͘W>ʹʽʥˍʰʫˁʦʫʪʫʻʰ˔ 
ϵ 
По местоположению элементы памяти делятся на внутренние и внешние. 
Внутренняя память обеспечивает автономную работу ПЛК, внешняя, как правило, расположенная в программаторе - отладку и хранение программ. 
Система шин команд, адресов и данных предназначена для обеспечения 
обмена и передачи информации между процессором, памятью, входными и выходными модулями. Центральный процессор имеет не показанную на рис. 1.1 
свою собственную разветвленную шинную структуру. 
Устройство управления (УУ) обеспечивает координацию работы ПЛК  
в соответствии с заданным циклом его функционирования. 
Как правило, в состав ПЛК входят также различные интерфейсные модули, обеспечивающие связь с ЭВМ высшего ранга и различными периферийными устройствами, например, с телетайпом, принтером, перфоратором, панелями 
оператора и т. д.  
Контроллеры могут быть как общего, так и специализированного назначения. 
Программируемые контроллеры характеризуются большим разнообразием архитектуры и, как следствие, языкового уровня программирования электроавтоматики. Согласно международному стандарту IEC-1131 производители 
контроллеров применяют следующие типы языков программирования: 
- язык релейно-контактных символов (LD - Ladder Diagram); 
- аккумуляторный язык (IL - Instruction List); 
- язык функциональных схем (FBD - Functional Blok Diagram); 
- язык последовательного функционального управления (SFC - Sequential 
Function Chat). 
При работе с программируемыми контроллерами следует помнить, что в 
разных типах контроллеров всегда отличаются схемы подключения, система 
адресации входов, выходов и промежуточной памяти, синтаксис языка и процедурные вопросы. Однако всегда сохраняется общий подход при решении любой задачи и, изучив какой-либо один тип контроллера, сделав несколько проектов, будет легко адаптироваться к другому типу.  
Последовательность проектирования электроавтоматики следующая: 
1. Изучить принцип работы автоматизируемого механизма. 
2. Определить количество электроприводов и принять идеологию их 
управления. 
3. Разработать систему органов управления. 
4. Составить таблицу дискретных входов и выходов, определить их необходимое число. 
5. Выбрать тип контроллера, отвечающий требованиям со стороны автоматизируемого объекта. 
 

ϭϬ
ˋ̨̖̬̦̏ʫ͘ʤ͘ʿˀʽʧˀʤʺʺʰˀ˄ʫʺW>
6. Изучить систему подключения контроллера, систему адресации входов и выходов и начертить принципиальную схему. 
7. Изучить синтаксис языка электроавтоматики контроллера. 
8. Разработать алгоритмы управления, поставить на компьютер необходимое программное обеспечение и набрать программу электроавтоматики на 
компьютере. 
9. Установить связь между компьютером и контроллером, записать 
набранную программу в контроллер. 
10. Отладить программу на стенде.  
Примечание. В общей структуре электроавтоматики объекта автоматизации могут присутствовать также другие сложные аппаратные устройства, 
например: 
- устройство цифровой индикации в комплекте с датчиками положения; 
- программируемая панель оператора; 
- регулируемые и сервоприводы; 
- блоки электромагнитных муфт и другое.  
В этом случае проделать аналогичную работу по изучению принципов их 
подключения, задания параметров, программирования и установки связи между 
ними. 
Ниже излагаются общие начальные сведения о работе с PLC. Подробное 
изложение материала рассматривается в последующих главах. 
1.2. Принципы функционирования контроллера 
Пользователю исключительно важно знать основные принципы работы 
контроллера, так как в отличие от жестких релейно-контактных и бесконтактных схем электроавтоматики, осуществляющих параллельную обработку информации, программируемый контроллер работает по строго фиксированному 
вычислительному циклу и осуществляет последовательную обработку информации в соответствии с записанной в его памяти программой. 
Основу работы ПЛК задает вычислительный цикл, в общем случае состоящий из трех этапов (рис. 1.2): 
1. Считывание и запоминание во входном регистре логических значений 
входных сигналов (0 или 1), а также фиксация значений на данный момент всех 
сигналов промежуточной памяти. 
2. Последовательная обработка данных в соответствии с программой, 
записанной в памяти контроллера и помещение результатов вычислений в адресованные промежуточные ячейки выходного регистра или промежуточной 
памяти.