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1、第第6 6章章 可编程序控制器可编程序控制器(PLC)(PLC)应用基础应用基础第第1 1节节 概述概述第第2 2节节 PLCPLC硬件构成及工作原理硬件构成及工作原理第第3 3节节 设备控制程序编程概述设备控制程序编程概述第第4 4节节 PLCPLC控制程序编程基础控制程序编程基础第第5 5节节 PLCPLC编程软件编程软件2第第1 1节节 概概 述述1. 1. 问题的提出问题的提出 控制逻辑的不可变性（固定接线）控制逻辑的不可变性（固定接线） 元件工作的不可靠性（分立元件）元件工作的不可靠性（分立元件） 自动化生产系统要求（信息交换、保存、系统联网）自动化生产系统要求（信息交换、保存、系统
2、联网）（2 2）解决方法）解决方法 采用可编程序控制器（工业专用计算机）采用可编程序控制器（工业专用计算机）（1 1）继电器系统存在的问题）继电器系统存在的问题42. PLC 2. PLC 控制系统特点控制系统特点（1 1）可变的控制逻辑（控制逻辑编程）可变的控制逻辑（控制逻辑编程） 体积小、可靠性高、故障体积小、可靠性高、故障 率低；率低； 程序编制、修改、转换和存储功能程序编制、修改、转换和存储功能; ; 各种计算控制功能各种计算控制功能; ; 控制结构模块化功能控制结构模块化功能; ; 计算机通讯功能计算机通讯功能; ; 打印功能。打印功能。 概概 述述（3 3）工业专用计算机（具有计算
3、机的各种功能）工业专用计算机（具有计算机的各种功能）（2 2）大规模集成电路元件）大规模集成电路元件3. 3. 普通计算机与普通计算机与PLCPLC比较比较（1 1） 语言不同语言不同（2 2） 运算功能的差异（强化的功能面）运算功能的差异（强化的功能面） 逻辑运算、计数等功能加强；逻辑运算、计数等功能加强； 简单的计算功能。简单的计算功能。（3 3） 接口设计不同接口设计不同 用于工业环境，要求抗干扰能力强，工作可靠性高；用于工业环境，要求抗干扰能力强，工作可靠性高； 适应控制系统外设连接，及控制信号的输入适应控制系统外设连接，及控制信号的输入/ /输出。输出。 PLC PLC使用面向机器的
4、语言；使用面向机器的语言； 语言简单，语句数量少；语言简单，语句数量少； 采用梯形图的形式直观易懂。采用梯形图的形式直观易懂。 概概 述述4. 4. 可编程序控制器在工业控制可编程序控制器在工业控制中的应用中的应用行业分布行业分布机械制造机械制造25%冶金冶金29%轻工、化工、轻工、化工、 交通交通35%能源能源6%科研及其他科研及其他5%（1）应用的范围）应用的范围 概概 述述710PLC系统系统继电器系统继电器系统寿命寿命 工作条件工作条件 摄氏摄氏 060环境温度环境温度 相对湿度相对湿度 595%环境温度环境温度 摄氏摄氏 40相对湿度相对湿度 85%抗震性能抗震性能1055Hz频率、
5、频率、0.5mm振幅、振幅、2G牛顿力牛顿力不显著的冲击和振动不显著的冲击和振动瞬时停电瞬时停电停电时间停电时间20 ms抗干扰抗干扰尖峰干扰尖峰干扰1000V、1 ms故障率故障率无故障时间无故障时间1万小时以上万小时以上新品达新品达45万小时万小时存放条件存放条件摄氏摄氏4085 环境温度环境温度6102 . 1(2) (2) 控制系统可靠性比较控制系统可靠性比较可编程序控制器在工业控制中的应用可编程序控制器在工业控制中的应用(3) (3) 故障分故障分布布1 1）偶发性故障（暂时性故障）偶发性故障（暂时性故障）2 2）永久性故障（不可恢复性故障）永久性故障（不可恢复性故障）3 3）故障分
6、布）故障分布干扰因素：干扰因素：电磁干扰、高电磁干扰、高/ /低温、过电压、低电压等。低温、过电压、低电压等。 产生原因：产生原因：PLCPLC本身缺陷、外界影响损坏；本身缺陷、外界影响损坏；其他故障其他故障 5%5%；（其中：输入（其中：输入/ /出组件出组件 90%90%；内部器件、芯片；内部器件、芯片 10%10% ）。）。外部故障外部故障 95%95%；（检测机构、执行机构、接头电缆等）；（检测机构、执行机构、接头电缆等）；产生原因：产生原因：外部恶劣环境造成内部信息破坏，引起工外部恶劣环境造成内部信息破坏，引起工 作混乱；作混乱；解决方法：解决方法：改变外界条件，去除干扰因素，即可恢
7、复正常；改变外界条件，去除干扰因素，即可恢复正常；可编程序控制器在工业控制中的应用可编程序控制器在工业控制中的应用（4 4）经济性及费用）经济性及费用PLC费用分布费用分布处理器处理器6 %程序存储器程序存储器10 %电源、机壳电源、机壳13 %输入、输出组件输入、输出组件65 %延时等器件延时等器件6 %PLC费用比较费用比较继电器系统继电器系统PLC系统系统硬件设备硬件设备13 %37 %供应供应45 %15 %加工装配加工装配30 %3 %试运行试运行10 %5 %总计总计100% 60 %设备控制复杂程度设备控制复杂程度设设备备费费用用运行费用运行费用 * 故障率低、维修少、故障率低、
8、维修少、 工效提高工效提高30 %； * 整机功耗低、电器件少；整机功耗低、电器件少；可编程序控制器在工业控制中的应用可编程序控制器在工业控制中的应用5. 5. 分类分类（1 1） 按可编程序控制器（按可编程序控制器（PLCPLC）规模分类）规模分类* * 端口点数小于端口点数小于6464点、点、 程序长度小于程序长度小于1k-1k-小型机小型机* * 端口点数小于端口点数小于512512点、点、 程序长度程序长度1k 4k-1k 4k-中型机中型机* * 端口点数大于端口点数大于10241024点、点、 程序长度大于程序长度大于8k -8k -大型机大型机（2 2） 按可编程序控制器（按可编
9、程序控制器（PLCPLC）结构分类）结构分类 * * 超小型集中式超小型集中式主机主机CPUCPU、电源、输入、电源、输入/ /出组件、存储器、机壳；出组件、存储器、机壳； 输入输入/ /出组件扩展件；出组件扩展件；* * 模块组合式模块组合式主机主机CPUCPU、电源、输入、电源、输入/ /出组件、存储器等模块；输入出组件、存储器等模块；输入/ /出扩展模块；出扩展模块；A/DA/D、 D/AD/A转换模块；位置模块；温控模块；通讯模块；转换模块；位置模块；温控模块；通讯模块；（3 3） 可编程序控制器安装形式分类可编程序控制器安装形式分类* * 内置式内置式 * * 外置式外置式 概概 述
10、述电源电源+ +主机（存储器）主机（存储器）+ + 输入输入/ /输出组件输出组件模块式模块式PLCPLC小型集中式小型集中式PLCPLC通信接口通信接口输入输入/ /输出模块输出模块主机模块主机模块图形操作面板图形操作面板电源模块电源模块典型典型PLCPLC设备设备1. 1. 控制设备组成控制设备组成 信号类型：信号类型： SQ、SP、SB、SA； HL、KM、YV、EL；第第2 2节节 PLCPLC硬件构硬件构成及工作原理成及工作原理动力电路动力电路液压系统液压系统输出输出设备设备输入输入设备设备控制控制系统系统 检测检测信号信号操作台操作台 ： 显示信号显示信号 操作信号操作信号 2.
11、PLC2. PLC系统组成与工作关系系统组成与工作关系基本组件：主机基本组件：主机CPU、电源、存储器、输入、电源、存储器、输入/输出组件；输出组件；PLCPLC硬件构成及工作硬件构成及工作原理原理 保证保证PLCPLC正常运行供电，提供各种电器所需的电压；正常运行供电，提供各种电器所需的电压； 电网中断供电时（关机）保证电网中断供电时（关机）保证PLCPLC内部存储器信息不丢失；内部存储器信息不丢失； 1 1）内部电源）内部电源 备用电池（锂电池）备用电池（锂电池） 2 2）外部电源）外部电源 电网电源（单相）电网电源（单相） 用于用于PLCPLC主机运行供电、输入电路、输出放大电路；主机运
12、行供电、输入电路、输出放大电路； PLC PLC的核心器件（常用有的核心器件（常用有 80518051单片机、生产厂家自定芯片、单片机、生产厂家自定芯片、 以及以及 其他其他 芯片）。芯片）。（1 1）电源组件）电源组件PLCPLC系统组成与工作关系系统组成与工作关系（2 2）微处理器）微处理器CPUCPU 用于存放系统程序、应用子程序、用户控制程序、运行数据；用于存放系统程序、应用子程序、用户控制程序、运行数据； 器件器件ROM ROM 存放系统程序、应用子程序；存放系统程序、应用子程序； 器件器件EPROMEPROM和和EEPROMEEPROM用于用户控制程序拷贝；用于用户控制程序拷贝；
13、器件器件RAM RAM 存放用户程序和运行数据；存放用户程序和运行数据；（3 3）存储器）存储器组成：光电偶合隔离输入接口；组成：光电偶合隔离输入接口； 输入状态寄存器；输入状态寄存器；（4 4）输入输出组件）输入输出组件1）输入组件）输入组件PLCPLC系统组成与工作关系系统组成与工作关系 接受现场信号，存放在相应的数据区，提供接受现场信号，存放在相应的数据区，提供CPUCPU运用；运用；2）输出组件）输出组件 将将PLC输出信号传送给外部负载（被控设备），输出信号传送给外部负载（被控设备）， 并将输出状态存放输出状态寄存器。并将输出状态存放输出状态寄存器。输入输出组件输入输出组件 工作过程
14、：工作过程： CPU计算结果计算结果 输出状态寄存器输出状态寄存器 输出锁存器输出锁存器 光电偶合隔离输入接口光电偶合隔离输入接口 功率放大电路放大信号功率放大电路放大信号 驱动执行件驱动执行件输出状态寄存器；输出状态寄存器；输出锁存器；输出锁存器；光电偶合隔离输出接口；光电偶合隔离输出接口；功率放大电路；功率放大电路；组成：组成：输出组件输出组件输出接口类型：输出接口类型：晶体管输出接口、晶闸管输出接口、继电器输出接口；晶体管输出接口、晶闸管输出接口、继电器输出接口；（5）PLC端子与外部电器元件接线端子与外部电器元件接线PLCPLC系统组成与工作关系系统组成与工作关系1. 工作方式工作方式
15、 周期工作方式周期工作方式 分为五个阶段：分为五个阶段： 自诊断、外设通讯、输入扫描、自诊断、外设通讯、输入扫描、 执行程序、输出刷新。执行程序、输出刷新。2. 工作过程工作过程 注意：注意： * 顺序工作；顺序工作； * 程序执行阶段程序执行阶段 输入信号变化，不影响程序计算；输入信号变化，不影响程序计算； 输出信号变化，影响程序计算。输出信号变化，影响程序计算。 * 程序执行为串行方式；继电器系统为并行。程序执行为串行方式；继电器系统为并行。 * 中断处理功能（响应新的输入和输出）。中断处理功能（响应新的输入和输出）。 * 立即刷新。立即刷新。3. PLC3. PLC工作原理工作原理PLC
16、PLC硬件构成及工作硬件构成及工作原理原理4. 4. 外部设备外部设备（1） 机架机架（2） 编程设备编程设备 袖珍编程器袖珍编程器 计算机编程软件计算机编程软件（3） 通讯电缆通讯电缆（4） 打印设备打印设备PLCPLC硬件构成及工作硬件构成及工作原理原理5. 5. 控制应用方式控制应用方式PLCPLC硬件构成及工作硬件构成及工作原理原理单机应用系统单机应用系统多机应用系统多机应用系统 网络应用系统网络应用系统 输入继电器输入继电器 X （I） 指针指针 P 输出继电器输出继电器Y （Q） 状态器状态器 S 辅助继电器辅助继电器M （F） 数据寄存器数据寄存器 D 定时器定时器T 计数器计数
17、器C第第3 3节节 设备控制设备控制程序编程概述程序编程概述 编程语言编程语言 梯形图编程（梯形图编程（Ladder Programming） 指令编程（指令编程（Instruction Programming） 功能图编程（功能图编程（ Function Chart Programming） 逻辑图编程（逻辑图编程（ Logic Chart Programming ） 编程元素编程元素（1）梯形图编程（）梯形图编程（Ladder Programming） 注意：注意：* 梯形图是逻辑函数的图形表达方式，图中电流为虚拟电流；梯形图是逻辑函数的图形表达方式，图中电流为虚拟电流；* 梯形图按从上向
18、下，从左向右的顺序绘制；梯形图按从上向下，从左向右的顺序绘制；* 梯形图线圈为输出元件（内部输出和外部输出）；梯形图线圈为输出元件（内部输出和外部输出）；* 梯形图触点可以使用无限次，线圈只能使用一次；梯形图触点可以使用无限次，线圈只能使用一次；* 程序执行梯形图控制逻辑时，按从上向下，从左向右的顺序执行。程序执行梯形图控制逻辑时，按从上向下，从左向右的顺序执行。X0Y.0Y0Y1Y1X11. 1. 编程语言编程语言KM1KM2SB1KM1KM2SB2（2）指令编程（）指令编程（Instruction Programming）LD X001OR Y001 ANDN X002OUT Y001LD
19、 X003OUT Y002END语句表格式：语句表格式： 操作码操作码 操作数操作数 助记符助记符 元件地址元件地址编程语言编程语言（3）功能图编程（）功能图编程（ Function Chart Programming）SET Y1Y0RET Y1Y3T1Y2X0 S1X1 S21T0 S22X2 S23X3 K10编程语言编程语言( 4) 逻辑图编程（逻辑图编程（ Logic Chart Programming ）Y001=（ X002 +Y001 ）* X 001 11 &Y001X002X001 编程语言编程语言2. 编程元素编程元素 ( (数数据类型据类型) )( 1) 输入继电器输入
20、继电器 X （西门子（西门子PLC编号：编号：I） 对应对应PLC输入端；现场信号到达，状态寄存器置输入端；现场信号到达，状态寄存器置“1”。PLC内部内部输入电路输入电路外部外部输入输入信号信号输入状态寄存器输入状态寄存器置位置位地址分配：规定编号地址分配：规定编号梯形图：梯形图：SB1X0X0（2）输出继电器）输出继电器Y （西门子西门子PLC编号：编号：Q） 对应对应PLC输出端口，状态寄存器的控制信号输出驱动设备。输出端口，状态寄存器的控制信号输出驱动设备。地址分配：规定编号地址分配：规定编号 梯形图：梯形图：PLC内部内部输出电路输出电路外部外部负载负载输出状态寄存器输出状态寄存器K
21、MY0X0Y0编程元素编程元素(数据类型数据类型)* 无掉电保护辅助继电器无掉电保护辅助继电器 * 有掉电保护继电器有掉电保护继电器 -在备用电源的支持下具有记忆功能在备用电源的支持下具有记忆功能* 特殊辅助继电器特殊辅助继电器 触点使用型特殊辅助继电器触点使用型特殊辅助继电器 M8000-开机运行状态、开机运行状态、 M8002-开机初始化脉冲、开机初始化脉冲、 M8011、 M 8012-时钟脉冲发生器时钟脉冲发生器 线圈输出型特殊辅助继电器线圈输出型特殊辅助继电器 M8028-时间转换标记时间转换标记 M8034-禁止对外输出辅助继电器禁止对外输出辅助继电器（3）内部器件（）内部器件（M
22、、T、C）1） 辅助继电器辅助继电器 M 中间继电器的作用中间继电器的作用 不能直接对外输出，只作为中间控制信号，存放在存储器中；不能直接对外输出，只作为中间控制信号，存放在存储器中；地址分配：规定编号地址分配：规定编号编程元素编程元素(数据类型数据类型)地址分配：地址分配：*定时精度为定时精度为 100ms*定时精度为定时精度为 10ms计时设定：常数计时设定：常数K设定、数据寄存器设定。设定、数据寄存器设定。地址分配：地址分配：通用加计数器通用加计数器 C0C13（132767）；掉电保护加计数器掉电保护加计数器C14、C15；计数设定：常数计数设定：常数K设定、数据寄存器设定。设定、数据
23、寄存器设定。C02 K2Y02CRX01X02C02K20T01Y01X00T013） 计数器计数器C 利用计数值进行控制；利用计数值进行控制；2） 定时器定时器T 同时间继电器功能；同时间继电器功能；内部器件（内部器件（M M、T T、C C）（6 6） 状态器状态器 S SSET Y1Y0RET Y1Y3T1Y2X0 S1X1 S21T0 S22X2 S23X3 K102）复位状态器）复位状态器 S10S19由状态器内的控制信号触发。由状态器内的控制信号触发。 断电后保持接通。断电后保持接通。 由控制信号直接触发。由控制信号直接触发。1）初始状态器）初始状态器 S0S9 由控制信号直接触发
24、复位。由控制信号直接触发复位。3）通用状态器）通用状态器 S20S4994）掉电保护状态器）掉电保护状态器 S500S899编程元素编程元素(数据类型数据类型)（7） 指针指针 P程序程序A程序程序B程序程序CnoP1yesX=1指针编号：指针编号： P 0 P 63（8） 数据寄存器数据寄存器 D通用数据寄存器通用数据寄存器 D0 D199保持数据寄存器保持数据寄存器 D200D511编程元素编程元素逻辑控制指令逻辑控制指令 用于描述控制梯形图的控制逻辑；用于描述控制梯形图的控制逻辑；其他功能控制指令其他功能控制指令 用于特定功能（用于特定功能（定时、计数等定时、计数等）；）；第第4 4节节
25、 PLCPLC控制控制程序编程基础程序编程基础 基本指令：基本指令：程序控制指令：程序控制指令： 用于程序的转移、分支等控制；用于程序的转移、分支等控制；功能指令：功能指令： 用于使用特殊功能，相当于子程序调用；用于使用特殊功能，相当于子程序调用； 程序编制规则程序编制规则 依据程序编写规则编写正确的控制程序依据程序编写规则编写正确的控制程序1. 1. 基本指令基本指令（1）逻辑指令）逻辑指令 LD/LDI AND/ANI OR/ORI OUT ANB ORBPLCPLC控制程序编程基础控制程序编程基础 脉冲指令脉冲指令 PLSPLS 强制置位强制置位/ /复位指令复位指令 SET / RST
26、SET / RST（2）其他指令）其他指令基本指令基本指令 定时指令定时指令 计数指令计数指令其他指令其他指令 主控指令主控指令 MC/MCRMC/MCR存在问题存在问题解决问题解决问题其他指令其他指令 栈指令栈指令 MPS/MRD/MPPMPS/MRD/MPP其他指令其他指令2. 2. 程序控制指令程序控制指令（2）END 结束程序指令；也用于分段检验程序；结束程序指令；也用于分段检验程序；（1）CJ 条件选择跳转指令；条件选择跳转指令；程序程序A程序程序B程序程序CnoP1yesX=1PLCPLC控制程序编程基础控制程序编程基础3. 3. 程序编制程序编制规则规则（2 2）输出线圈在最右边
27、；）输出线圈在最右边；（1 1）垂直线上无触点；）垂直线上无触点；PLCPLC控制程序编程基础控制程序编程基础（5 5）复杂梯形图遵循从左向右，自上向下的原则正确划块，顺序编程。）复杂梯形图遵循从左向右，自上向下的原则正确划块，顺序编程。（4 4）对不可编程电路图给与重新安排；）对不可编程电路图给与重新安排；（3 3）多分支电路：串联多的支路在上方，并联多的支路在左方；）多分支电路：串联多的支路在上方，并联多的支路在左方；程序编制规程序编制规则则4. 控制程序编制应控制程序编制应用举例用举例工作内容工作内容： 设备工作过程分析设备工作过程分析 主电路绘制或液压系统分析主电路绘制或液压系统分析
28、端子图绘制端子图绘制 工作流程图绘制工作流程图绘制 梯形图绘制梯形图绘制 指令表指令表（机械手工作自动循环控制）（机械手工作自动循环控制）PLCPLC控制程序编程基础控制程序编程基础（1） 设备工作过程分析设备工作过程分析夹紧工件夹紧工件SB1SB1SQ3SQ3SQ2SQ2SQ1SQ1SQ4SQ4手臂正转手臂正转手臂反转手臂反转松开工件松开工件例例 机械手工作自动循环控制机械手工作自动循环控制 通电状态工步电磁换向阀电磁铁状态工步转换主令夹紧YV11放松YV12正转YV21反转YV22夹紧工件SB1手臂正转SQ3松开工件SQ2手臂反转SQ4原位SQ1* 工作循环图分析（决定工步、转换主令）工作
29、循环图分析（决定工步、转换主令）* 驱动分析（驱动分析（KM通断电组合、通断电组合、YV通断电组合）通断电组合）* 确定输入与输出确定输入与输出* 端子分配表与端子图端子分配表与端子图（2） 端子分配与端子图端子分配与端子图输入输入输出输出 现场现场信号信号端口地址端口地址说明说明 现场现场信号信号端口地址端口地址说明说明1 1SB1SB1X000X000起动按钮信号起动按钮信号1 1YV1YV11 1Y001Y001驱动夹紧电磁铁驱动夹紧电磁铁2 2SB2SB2X005X005停止按钮信号停止按钮信号2 2YV1YV12 2Y002Y002驱动放松电磁铁驱动放松电磁铁3 3SQ1SQ1X00
30、1X001手臂原位行程开关信号手臂原位行程开关信号3 3YV2YV21 1Y003Y003驱动正转电磁铁驱动正转电磁铁4 4SQ2SQ2X002X002手臂终点行程开关信号手臂终点行程开关信号4 4YV2YV22 2Y004Y004驱动反转电磁铁驱动反转电磁铁5 5SQ3SQ3X003X003工件夹紧到位行程开关信号工件夹紧到位行程开关信号 6 6SQ4SQ4X004X004工件放松到位行程开关信号工件放松到位行程开关信号 端子图绘制端子图绘制:端子分配与端子图端子分配与端子图X01X02X03COMY01Y02COMSB324v220vKM1KM2FRFU1SB1SB2（3） 绘制工作流程图
31、绘制工作流程图工步工步启动条件启动条件停止条件停止条件输出输出(4)绘绘制制梯梯形形图图第第5 5节节 PLCPLC编程软件编程软件1. 1. 编程软件功能编程软件功能2. 2. 编程软件应用编程软件应用新建控制程序文件选择PLC机型输入控制程序保存控制程序文件控制程序下传PLC主机PLCPLC编程软件编程软件由由PLC供应商处购供应商处购买买PLC时方能同时时方能同时获得使用获得使用PLC应用应用程序的权利，使用程序的权利，使用本教学课件，可链本教学课件，可链接利用自己已有的接利用自己已有的编程软件。编程软件。方法：用右键单击方法：用右键单击链接应用程序链接应用程序打开打开浮动菜单，确定动浮
32、动菜单，确定动作设置，链接到应作设置，链接到应用软件的执行程序。用软件的执行程序。3. Windows 3. Windows 环境下的应用软件环境下的应用软件 三菱软件三菱软件FXGPWINFXGPWIN应用程序界面应用程序界面PLCPLC编程软件编程软件由由PLC供应商处购供应商处购买买PLC时方能同时时方能同时获得使用获得使用PLC应用应用程序的权利，使用程序的权利，使用本教学课件，可链本教学课件，可链接利用自己已有的接利用自己已有的编程软件。编程软件。方法：用右键单击方法：用右键单击链接应用程序链接应用程序打开打开浮动菜单，确定动浮动菜单，确定动作设置，链接到应作设置，链接到应用软件的执行程序。用软件的执行程序。 西门子软件西门子软件Win 32Win 32西门子应用程序界面西门子应用程序界面Windows 环境下的应用软件环境下的应用软件PLCPLC编程软件编程软件