Программирование логических контроллеров

Иванов В.Н. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ПРОГРАММИРОВАНИЕ 
ЛОГИЧЕСКИХ КОНТРОЛЛЕРОВ 
 
 
 
 
 
(Учебное пособие) 
 
 
 
 
 
 
 
 
СОЛОН-Пресс 
Москва 
2023 

УДК 681.5 
ББК 32.96 
     И20 
 
 
 
Иванов В.Н. 
Программирование логических контроллеров. Учебное пособие. — 
М. СОЛОН-Пресс, 2023. — 356 с. 
 
ISBN 978-5-91359-404-4 
 
В учебном пособии рассмотрено программирование пользующихся 
широкой известностью в нашей стране логических контроллеров OWEN, 
ONI и Siemens LOGO! Рассмотрена работа с программным обеспечением 
Multisim, Logo! Soft Comfort, ONI PLR Studio, Owen Logic, Codesys. 
При изложении материала автор постарался сохранить баланс между 
необходимым теоретическим минимумом и практикой программирования 
логических контроллеров. В процессе проведения лабораторных работ 
студенты 
имеют 
возможность 
поработать 
с 
«живыми» 
образцами 
программируемых контроллеров, в качестве которых использовались ONI 
PLR-S-CPU-1206, Owen ПР200 и LOGO! шестой и восьмой серий. 
Доступный стиль изложения делает возможным использовать учебное 
пособие, как в высших, так и средних профессиональных учебных 
заведениях. Некоторые материалы учебного пособия могут использоваться 
для занятий в инженерных классах средней школы.  
Автор Иванов Виктор Никитович, преподаватель высшей категории, 
кандидат технических наук. 
 
 
 
 
 
По вопросам приобретения обращаться: 
ООО «СОЛОН-Пресс» 
Тел: (495) 617-39-64, (495) 617-39-65 
E-mail: kniga@solon-press.ru, www.solon-press.ru 
 
 
 
 
ISBN 978-5-91359-404-4 
© СОЛОН-Пресс, 2023 
 
© Иванов В.Н., 2023 
 

 
Оглавление 
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................. 
6 
ГЛАВА 1. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО 
РЕГУЛИРОВАНИЯ 
............................................................................................... 
8 
1.1. Типовая схема автоматического регулирования ........................................... 
8 
1.2. Типовые динамические звенья ...................................................................... 
10 
1.3. Соединение звеньев в САУ 
............................................................................ 
18 
1.4. Регуляторы в автоматическом управлении 
.................................................. 
21 
1.5. Моделирование регуляторов в SimInTech ................................................... 
26 
Контрольные вопросы и задания ......................................................................... 
34 
ГЛАВА 2. ЭЛЕМЕНТЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ ....................................... 
37 
2.1. Основные понятия алгебры логики .............................................................. 
37 
2.2. Законы и правила алгебры логики ................................................................ 
40 
2.3. Проектирование логической схемы 
.............................................................. 
42 
2.4. Проектирование релейно-контактных схем 
................................................. 
52 
Контрольные вопросы и задания ......................................................................... 
57 
ГЛАВА 3. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ  
ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ КОНТРОЛЛЕРОВ 
.................. 
59 
3.1. Модульное исполнение .................................................................................. 
59 
3.2. Внутренняя структура контроллера 
.............................................................. 
61 
3.3. Входы и выходы контроллера ....................................................................... 
63 
3.4. Промышленные шины 
.................................................................................... 
68 
Контрольные вопросы и задания ......................................................................... 
71 
ГЛАВА 4. ЛОГИЧЕСКИЕ КОНТРОЛЛЕРЫ SIEMENS LOGO! .............. 
72 
4.1. Общая характеристика ................................................................................... 
72 
4.2. Базовые модули LOGO! ................................................................................. 
74 
4.3. Модули расширения ....................................................................................... 
78 
4.4. Подключение внешних цепей ....................................................................... 
80 
4.5. Программное обеспечение LOGO! Soft Comfort 
......................................... 
82 
4.5.1. Общие сведения ................................................................................... 
82 
4.5.2. Пользовательский интерфейс 
............................................................. 
83 
4.5.3. Построение коммутационной программы ........................................ 
88 
4.5.4. Таймеры ................................................................................................ 
93 
4.5.5. Счетчики ............................................................................................. 
105 
4.5.6. Аналоговые функции ........................................................................ 
109 
3 

ʽ̛̣̣̖̦̖̐̌̏ 
4.5.7. Тексты сообщений. 
............................................................................ 
127 
4.5.8. Реализация циклического подключения выходов 
.......................... 
132 
4.5.9. Примеры управляющих программ в LOGO! Soft Comfort 
............ 
140 
ГЛАВА 5. ЛОГИЧЕСКИЕ КОНТРОЛЛЕРЫ ONI ..................................... 
148 
5.1. Номенклатура контроллеров ONI ............................................................... 
148 
5.2. Базовые контроллеры. .................................................................................. 
150 
5.3. Микро ПЛК ONI PLR-M .............................................................................. 
153 
5.4. Программируемые реле ONI PLR-S ........................................................... 
154 
5.5. Программное обеспечение ONI PLR Studio 
............................................... 
158 
5.5.1. Пользовательский интерфейс 
........................................................... 
158 
5.5.2. Примеры управляющих программ в ONI PLR Studio 
.................... 
161 
Контрольные вопросы и задания ....................................................................... 
175 
ГЛАВА 6. ЛОГИЧЕСКИЕ КОНТРОЛЛЕРЫ ОВЕН ................................. 
177 
6.1. Общая характеристика программируемых логических контроллеров ... 
177 
6.2. Общая характеристика логических реле (ПЛР) ОВЕН 
............................. 
181 
6.3. Монтаж электрических цепей ..................................................................... 
184 
6.4. Среда программирования OWEN LOGIC .................................................. 
187 
6.4.1. Пользовательский интерфейс 
........................................................... 
187 
6.4.2. Создание нового проекта .................................................................. 
191 
6.4.3. Размещение компонентов на рабочем поле и создание  
коммутационной программы 
...................................................................... 
192 
6.4.4. Работа с панелью симуляции. .......................................................... 
196 
6.4.5. Библиотека компонентов .................................................................. 
198 
6.4.6. Примеры управляющих программ в OWEN Logic ........................ 
199 
Контрольные вопросы и задания ....................................................................... 
210 
ГЛАВА 7. ПРОГРАММИРОВАНИЕ ОВЕН В CODESYS 
......................... 
212 
7.1. Установка Codesys на компьютер ............................................................... 
212 
7.2. Пользовательский интерфейс ...................................................................... 
212 
7.3. Константы и переменные. 
............................................................................ 
214 
7.4. Библиотеки .................................................................................................... 
217 
7.5. Обзор языков программирования ............................................................... 
218 
7.5.1. Язык ST 
............................................................................................... 
218 
7.5.2. Примеры управляющих программ на языке ST ............................. 
231 
7.5.3. Язык LD .............................................................................................. 
243 
7.5.4. Язык CFC 
............................................................................................ 
254 
Контрольные вопросы и задания ....................................................................... 
270 
ГЛАВА 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЛОГИЧЕСКОГО 
УПРАВЛЕНИЯ 
................................................................................................... 
272 
8.1. Планирование системы логического управления ..................................... 
272 
8.2. Разработка логической схемы. .................................................................... 
273 
4 

ʽ̛̣̣̖̦̖̐̌̏ 
8.3. Разработка управляющей программы. ....................................................... 
275 
8.4. Разработка электрической схемы. 
............................................................... 
278 
ГЛАВА 9. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ 
....................................................... 
279 
9.1. Лабораторные работы с контроллером Siemens LOGO! .......................... 
280 
9.1.1. Описание лабораторного стенда ...................................................... 
280 
9.1.2. Лабораторная работа №1 «Тестирование таймеров» 
..................... 
284 
9.1.3. Лабораторная работа №2 «Тестирование аналоговых  
функций» ...................................................................................................... 
290 
9.1.4. Лабораторная работа №3 «Автоматическая система импульсного 
регулирования температуры воздуха в помещении» 
............................... 
296 
9.1.5. Лабораторная работа №4 «Автоматическая система  
регулирования температуры воздуха в помещении с помощью  
ПИ-регулятора» ........................................................................................... 
299 
9.1.6. Лабораторная работа №5 «Система автоматического  
регулирования скорости двигателя постоянного тока  
с помощью П-, И-, ПИ-регуляторов» ........................................................ 
304 
9.1.7. Лабораторная работа №6 «Подсветка взлетной полосы» ............. 
309 
9.2. Лабораторные работы с контроллером ONI .............................................. 
321 
9.2.1. Лабораторная работа №7 «Многоканальный пожарный  
извещатель» 
.................................................................................................. 
321 
9.2.2. Лабораторная работа №8 «Сигнал SOS» ........................................ 
327 
9.2.3. Лабораторная работа №9 «Управление двумя вентиляторами» .. 
329 
9.3. Лабораторные работы с контроллером ОВЕН........................................... 
333 
9.3.1. Лабораторная работа №10 «Светофор» .......................................... 
333 
9.3.2. Лабораторная работа №11 «Элементы автоматики» ..................... 
337 
9.3.3. Лабораторная работа №12 «Охранная сигнализация  
с ИК датчиком движения» .......................................................................... 
343 
9.3.4. Лабораторная работа №13 «Охранная сигнализация  
с инфракрасным и микроволновым датчиками движения» .................... 
347 
9.3.5. Лабораторная работа №14 «Подключение к контроллеру  
силовой нагрузки» ....................................................................................... 
351 
ЛИТЕРАТУРА 
.................................................................................................... 
355 
 
 
 
5 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Первый программируемый логический контроллер (ПЛК) появился в 1968 
году. Это было громоздкое и дорогое устройство. Но начиная с 1972 года, с 
появлением мощных и недорогих микроконтроллеров, рынок ПЛК начал 
стремительно развиваться. В России ПЛК начали активно применяться 
сравнительно недавно. Они пришли на смену релейно-контактным схемам 
управления, 
собранным 
на 
дискретных 
компонентах 
жесткой 
логики. 
Принципиальное отличие ПЛК от релейных схем заключается в том, что в ПЛК 
все алгоритмы управления реализованы программно. При этом надежность 
работы системы не зависит от ее сложности. Использование ПЛК позволяет 
заменить одним логическим контроллером любое количество отдельных 
элементов релейной автоматики, что увеличивает надежность системы, 
минимизирует затраты на ее тиражирование, ввод в эксплуатацию и 
обслуживание. С появлением ПЛК произошел революционный прорыв в сфере 
автоматизации. ПЛК используются в системах противоаварийной защиты, в 
станках с ЧПУ, в системах управления дорожным движением, в системах 
коммунального хозяйства, в медицинском оборудовании, в робототехнике, в 
системах связи, в системах автоматизации технологических процессов. Этот 
неполный список применения логических контроллеров в настоящее время 
продолжает только расти. До сих пор остается много отраслей промышленности, 
куда программируемые логические контроллеры начинают только проникать, 
например, ПЛК находят все более широкое применение в области создания 
интеллектуальных устройств. 
Первые 
логические 
контроллеры 
имели 
свои 
системы 
команд, 
разработанные только для данного контроллера. Программа, написанная для 
одного контроллера, не могла использоваться для другого контроллера. В 1993 
году был принят стандарт IEC (МЭК) 1131-3, (позже был переименован в IEC 
61131-3) который систематизировал языки программирования логических 
контроллеров. Стандарт IEC 61131-3 установил пять языков программирования 
логических контроллеров: 
x ST (Structured Text) – структурированный текст; 
x SFC (Sequential Function Chart) – последовательные функциональные схемы;  
x FBD (Function Block Diagram) – диаграммы функциональных блоков;  
x LD (Ladder Diagram) – релейно-контактные схемы или релейные диаграммы;  
x IL (Instruction List) – список инструкций.  
Языки SFC, FBD, LD являются графическими языками, языки IL и ST являются 
текстовыми языками. Появление стандарта способствовало расширению областей 
применения 
контроллеров, 
а 
также 
обеспечило 
повторяемость 
и 
взаимозаменяемость программ, написанных для разных контроллеров.  
В учебном пособии рассмотрено программирование широко известных, 
применяемых в нашей стране контроллеров ONI, OWEN и Siemens LOGO! Главы 
6 

ʦ̛̖̖̦̖̏̔ 
1…3 посвящены общим принципам автоматического регулирования, общим 
принципам построения логических выражений и логических схем, являющихся 
прообразом коммутационной программы на языке FBD, и общим принципам 
построения логических контроллеров. В главах 4…7 изложено описание линеек 
программируемых контроллеров Siemens LOGO!, ONI, OWEN. Рассмотрено 
программирование логических контроллеров на языках LD, ST, FBD, CFC в 
системах программирования LOGO! Soft Comfort, ONI PLR Studio, OWEN Logic, 
CoDeSys. В главе 8 полученные знания используются для проектирования 
системы автоматического управления освещением и охранной сигнализацией 
коттеджа. В главе 9 студентам предоставляется возможность поработать с 
«живыми» контроллерами. Особое внимание в этой главе уделено вопросу 
создания электрических схем соединений и вопросу переноса вновь созданной 
программы из компьютера в контроллер.   
Владение методикой программирования логических контроллеров является 
одним из необходимых навыков современного выпускника электротехнического 
учебного заведения. Специалисты, владеющие программированием контроллеров, 
кроме всего прочего, повышают свои шансы при трудоустройстве на интересную 
и высокооплачиваемую работу. 
При написании учебного пособия было использовано программное 
обеспечение: ПО «Multisim», предоставленное представительством компании 
National 
Instruments, 
ПО 
«LOGO! 
Soft 
Comfort», 
предоставленное 
представительством компании Siemens, ПО «SimInTech», предоставленное 
компанией «3В-сервис», ПО Owen Logic и Codesys, предоставленные компанией 
ОВЕН, ПО ONI PLR Studio компании ONI. 
Автор благодарит компанию ОВЕН за предоставленный для учебных целей 
комплект 
оборудования, 
которое 
было 
использовано 
при 
подготовке 
лабораторных работ с программируемым реле ОВЕН. 
 
 
7 

ГЛАВА 1. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ 
АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ 
 
1.1. Типовая схема автоматического регулирования 
 
Поскольку 
программируемые 
логические 
контроллеры 
широко 
используются в системах автоматического управления и регулирования, приведем 
некоторые сведения из теории этих систем и ознакомимся с некоторыми 
понятиями из этой области.  
Функциональная схема системы автоматического регулирования (САР) 
представлена на рис. 1.1. 
 
Рис. 1.1. Функциональная схема САР 
  
ОР – объект регулирования (печь, электродвигатель, резервуар и др.) или какойлибо управляемый технологический процесс; 
Р – регулятор; 
ИМ – исполнительный механизм (шаговый двигатель, сельсины, электромагнит и 
др.); 
Д – датчик (термопара, терморезистор, датчик уровня, скорости и др.); 
SP (Set Process) – заданное значение управляемого параметра процесса; 
PV (Process Value) – фактическое значение управляемого параметра процесса; 
е = SP-PV – ошибка регулирования;   
I – регулирующая переменная.  
В качестве примера рассмотрим схему регулирования температуры в 
помещении. Объектом регулирования является помещение, в котором 
поддерживается постоянная температура. Температура в помещении является 
регулируемой переменной. Требуемая температура в помещении является 
заданным значением регулируемой переменной и называется уставкой. При 
открытии окна температура в помещении может повышаться или понижаться, т.е. 
фактическое значение регулируемой переменной не равно заданному значению. 
Открытое окно назовем переменной возмущения. После открытия окна 
8 

ʧ̣̌̏̌ 1. ˑ̣̖̥̖̦̯̼ ̨̛̛̯̖̬ ̸̨̡̨̨̛̯̥̯̖̭̌̏̌̐ ̨̛̛̬̖̱̣̬̦̐̏̌́ 
температура в помещении должна быть скорректирована. Функцию управления 
температурой выполняет регулятор. Регулятор с помощью датчика считывает 
реальную температуру, сравнивает ее с заданным значением (уставкой), и выдает 
команду 
исполнительному 
механизму 
на 
компенсирование 
отклонения 
температуры от заданного значения. В качестве исполнительного механизма 
используется электронагреватель с реостатом. С помощью реостата изменяется 
ток через нагреватель, и, тем самым, изменяется количество тепла, отдаваемого 
электронагревателем. Ток через электронагреватель является регулирующей 
переменной. Задача регулятора – выработать такой управляющий сигнал, а в 
нашем случае так изменить ток через нагреватель, чтобы свести ошибку контура 
регулирования к нулю оптимальным образом. Ошибкой контура регулирования 
будет разность заданного и фактического значений регулируемой переменной. 
Иными словами, ошибка контура – это отклонение регулируемой переменной от 
заданного значения. 
 
 
݁ൌܵܲെܸܲ
(1.1)
Пусть заданное значение температуры в помещении 20°C, а фактическая 
температура 18°C, тогда ошибка контура ݁ൌʹͲ െͳͺ ൌʹιܥ. Ошибка контура 
имеет положительное значение. Это значит, что понижение температуры в 
помещении необходимо компенсировать повышением тока через нагреватель. 
Если фактическая температура в помещении 22°C, тогда ошибка контура ݁ൌʹͲ െ
ʹʹ ൌȂ ʹιܥ  имеет отрицательное значение. Это значит, что повышение 
температуры в помещении необходимо компенсировать снижением тока через 
нагреватель.  Таким образом, между входом и выходом должна существовать 
обратная связь, и эта связь должна быть отрицательной: уменьшение 
регулируемой переменной на выходе должно компенсироваться увеличением 
регулирующей переменной на входе и наоборот. В этом и заключается смысл 
отрицательной обратной связи.   
Итак, необходимо определить, по какому закону должен изменяться 
электрический ток через электронагреватель, чтобы обеспечить скорейший 
возврат фактической температуры в помещении к заданному значению. 
Простейший вариант – регулирование температуры путем включения и 
выключения электронагревателя. Это дискретная схема управления. График 
изменения температуры в помещении и тока через нагреватель в зависимости от 
времени показаны на рис. 1.2. При таком изменении регулирующей величины 
невозможно достичь точного значения уставки, т.е. заданной температуры в 
помещении, она будет колебаться в некотором диапазоне. Такая система 
управления 
используется, 
например, 
для 
управления 
температурой 
в 
холодильнике. Рассмотрим другой пример. Предположим, для управления 
скоростью автомобиля используется автопилот (у автомобиля он называется 
круиз-контроль), в который заложен дискретный способ управления скоростью. 
Тогда, чтобы держать скорость, скажем 100 км/ч, автомобиль разгоняется до 
скорости 105 км/ч, затем двигатель отключается, и скорость автомобиля падает до 
95 км/ч, затем двигатель запускается, и автомобиль опять разгоняется до 105 км/ч, 
9 

ʧ̣̌̏̌ 1. ˑ̣̖̥̖̦̯̼ ̨̛̛̯̖̬ ̸̨̡̨̨̛̯̥̯̖̭̌̏̌̐ ̨̛̛̬̖̱̣̬̦̐̏̌́ 
затем скорость падает до 95 км/ч и т.д. Понятно, что такая система управления 
является некомфортной и потенциально аварийной. В данном случае дискретная 
система управления неприменима. 
 
Рис. 1.2. Диаграмма дискретного управления 
 
Для получения на выходе точного значения управляемого параметра 
применяют систему регулирования, в которой выходной сигнал регулятора 
изменяется по непрерывному закону. В цифровых системах регулирования 
регулятор представляет собой вычислительное устройство, которое вычисляет 
значение регулирующего параметра. В нашем примере регулятор определяет 
величину тока через электронагреватель в соответствии с заданным законом 
управления.  
Различают три закона изменения регулирующего параметра, в соответствии 
с которыми различают три основных типа регуляторов: 
 регулятор пропорционального действия (П-регулятор); 
 регулятор интегрального действия (И-регулятор); 
 регулятор дифференциального действия (Д-регулятор). 
Как правило, реально используемый регулятор представляет собой комбинацию 
перечисленных типов регуляторов. В частности, ПИ-регулятор представляет собой 
комбинацию П-регулятора и И-регулятора. Самым эффективным является ПИДрегулятор, который представляет собой комбинацию П, И, Д-регуляторов.  
 
Работу систем автоматики, в том числе регуляторов, можно смоделировать 
на компьютере. Для этого применяются различные программы, наиболее 
известные из которых: Vissim, Matlab Simulink, ПК МВТУ, SimInTech. В учебном 
пособии будет использоваться программа SimInTech (Simulation In Technic), 
описание которой приведено в [3]. Это программа российской разработки, 
является дальнейшим развитием программы ПК МВТУ.   
 
1.2. Типовые динамические звенья 
 
Перед тем, как изготавливать промышленную установку с автоматическим 
управлением, необходимо убедиться в ее работоспособности, а для этого 
необходимо проверить работоспособность установки на математической модели. 
Математическая модель системы управления состоит из уравнений, которые 
10