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1、(5-1)第第11章章可编程序控制器及其应用可编程序控制器及其应用 (5-2)第第11章章 可编程序控制器（可编程序控制器（PLC）11-1 概述概述11-2 PLC的组成和工作原理的组成和工作原理11-3 PLC指令及编程方法指令及编程方法11-4 PLC应用举例应用举例及其应用及其应用(5-3)一、什么是一、什么是PLC?PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。是一种专门用于工业控制的计算机。早期的早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。是用来替代继电器、接触器控制的。能实现逻辑运算。因此，能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器被称为可编程逻辑控制器（Programmable l
2、ogic controller，简称，简称PLC)。随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器功能已远远超出了逻辑运算范围。应被称控制器功能已远远超出了逻辑运算范围。应被称为为可编程控制器可编程控制器（Programmable controller，简称，简称PC)。但但为区别为区别Personal Computer沿用沿用PLCPLC 简称。简称。11-1 概述概述(5-4)1.抗干扰能力强、可靠性很高、功耗低。抗干扰能力强、可靠性很高、功耗低。2.模块化组合式结构，使用灵活方便。模块化组合式结构，使用灵活方便。3.编制程序简单，便于普及。编制
3、程序简单，便于普及。4.可进行在线修改。可进行在线修改。5.网络通讯功能，便于实现分散式测控系统。网络通讯功能，便于实现分散式测控系统。二、二、PLC的优点的优点综上所述，综上所述，PLCPLC是实现机电一体化的重要手段是实现机电一体化的重要手段(5-5)中中央央处处理理单单元元存存储储器器数数据据存存储储器器输输出出接接口口地址总线地址总线 控制总线控制总线数据总线数据总线编程编程单元单元照明照明电磁装置电磁装置执行机构执行机构。电源单元电源单元输输入入接接口口模拟量输入模拟量输入行程开关行程开关继电器接点继电器接点各种按钮各种按钮11-2 PLC的组成和工作原理的组成和工作原理一、一、PL
4、C的结构的结构(5-6)二、各组成部分的作用二、各组成部分的作用2、存储器：存储器：RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。1、CPU：(1)将各种输入信号取入存储器。将各种输入信号取入存储器。(2)编译、执行指令。编译、执行指令。(3)把结果送到输出端。把结果送到输出端。(4)响应各种外部设备的请求。响应各种外部设备的请求。(5-7)4、各种接口、高功能模块：、各种接口、高功能模块：便于扩展。便于扩展。小型机：小型机：一体机。有接口可扩展。一体机。有接口可
5、扩展。中、大型机：中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合模块式。可根据需要在主板上随意组合。3、编程器：、编程器：是是PLC的人机对话工具，它由键盘、显的人机对话工具，它由键盘、显示器和工作方式选择开关等组成。示器和工作方式选择开关等组成。5、输入形式：、输入形式：直流、交流直流、交流 输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器-低速大功率低速大功率 可控硅可控硅-高速大功率高速大功率 晶体管晶体管-高速小功率高速小功率(5-8)PLC输入电路（直流输入型）输入电路（直流输入型）LED1LED2光电隔离措施光电隔离措施6、输入、输出接口（输入、输出接口（I/O）：）：采用光电隔离，减小了
6、电采用光电隔离，减小了电磁干扰。磁干扰。(5-9)CPU POWERPCFP1-C16小型机：小型机：中、大型机：中、大型机：(5-10)西门子西门子S7-200系列系列CPU224外形外形 外接输入设备外接输入设备外接输出设备外接输出设备通信接口通信接口方式选择开关方式选择开关(5-11)三、三、工作方式工作方式PLC：循环扫描。循环扫描。CPU从第一条指令开始执行，遇到结束符又从第一条指令开始执行，遇到结束符又 返回第一条，不断循环。返回第一条，不断循环。这种工作方式这种工作方式有什么好处？有什么好处？答：对慢速响应系统，答：对慢速响应系统，增强了抗干扰能力。增强了抗干扰能力。一个扫描周期
7、一个扫描周期 O刷新刷新 I刷新刷新执行程序执行程序输入采样输入采样输出刷新输出刷新(5-12)1.输入输入/输出点数输出点数(I/O点数点数)。2.扫描速度。扫描速度。单位：单位：ms/1000步步 或或 s/步步3.内存容量。内存容量。4.指令条数。指令条数。5.内部寄存器数目。内部寄存器数目。6.高功能模块。高功能模块。四、四、主要主要技术性能技术性能五、五、应用应用1.用于开关逻辑控制。用于开关逻辑控制。2.用于机加工数字控制。用于机加工数字控制。3.用于闭环过程控制。用于闭环过程控制。4.用于组成多级控制系统。用于组成多级控制系统。(5-13)六、控制原理六、控制原理处理由输入部分所
8、取得的信息，并处理由输入部分所取得的信息，并根据用户程序的要求，使输出达到根据用户程序的要求，使输出达到控制结果。控制结果。收集被控设备的各种开关信息或操收集被控设备的各种开关信息或操作命令。作命令。驱动被控设备按程序要求动作。驱动被控设备按程序要求动作。输入部分输入部分：逻辑部分逻辑部分：输出部分输出部分：(5-14)输入部分输入部分输出部分输出部分逻辑部分逻辑部分(5-15)七、七、PLC的主要逻辑部件的主要逻辑部件 PLC存储器中有许多个存储单元，可以把这些存存储器中有许多个存储单元，可以把这些存储单元理解为储单元理解为继电器继电器继电器继电器，每个存储单元对应于一个继电，每个存储单元对
9、应于一个继电器。器。为了和传统的物理继电器相区别，为了和传统的物理继电器相区别，这里的继电器这里的继电器称为称为软继电器软继电器。1、继电器逻辑、继电器逻辑软继电器软继电器有两类触点，即：有两类触点，即：常开触点常开触点和和常闭触点常闭触点，符号分别为：符号分别为：(5-16)西门子西门子S7-200系列系列CPU224 PLC中提供的继电器逻辑有：中提供的继电器逻辑有：输输入寄存器入寄存器 I0.0-I0.7，I1.0-I 1.5 共共14点点接受外部接受外部输输入入设备设备信号信号输输出寄存器出寄存器 Q0.0-Q0.7，Q1.0-1.1 共共10点点输输出程序出程序执执行行结结果果驱动驱
10、动外部外部设备设备辅辅助助继电继电器器 M0.0-M31.7 共共256个个程序内部使用，不程序内部使用，不提供提供输输出出(5-17)定定时时器器T0，T64 共共2个个通通电电延延时时，保持型，保持型，1msT1 T4，T65 T68 共共8个个通通电电延延时时，保持型，保持型，10msT5 T31，T69 T95 共共54个个通通电电延延时时，保持型，保持型，100msT32，T96 共共2个个通通电电/断断电电延延时时，1msT33 T36，T97 T100 共共8个个通通电电/断断电电延延时时，10msT37 T63，T101 T255 共共182个个通通电电/断断电电延延时时，10
11、0ms计计数器数器C0 C255 共共256个个累加累加计计数数2 2、定时器、定时器/计数器计数器西门子西门子S7-200系列系列CPU224 PLC中提供的有：中提供的有：(5-18)3 3、其他寄存器、其他寄存器高速高速计计数器数器HC0 HC5 共共6个个用来累用来累计计比比CPU速率速率更快的脉冲更快的脉冲顺顺序控制器序控制器S0.031.7 共共256个个提供控制程序的提供控制程序的逻辑逻辑分段分段变变量存量存储储器器VB0.0VB5119.7 共共40960个个数据数据处处理用的数理用的数值值存存储储元件元件局部存局部存储储器器LB0.0LB63.7 共共512个个暂时暂时寄存器
12、寄存器特殊存特殊存储储器器SM0.0 SM549.7 共共4400个个用于用于CPU与用与用户户交交换换信息信息（只（只读读）特殊）特殊存存储储器器SM0.0 SM29.7 共共240个个CPU执执行行时标时标志位的志位的状状态态累加器累加器AC0 AC3 共共4个个用来存放用来存放计计算中算中间值间值西门子西门子S7-200系列系列CPU224 PLC中提供的有：中提供的有：(5-19)指令表（助记符）语言指令表（助记符）语言梯形图语言梯形图语言流程图语言流程图语言布尔代数语言布尔代数语言常用常用助记符语言：助记符语言：类似于微机中的汇编语言。类似于微机中的汇编语言。梯形图语言：梯形图语言：
13、沿袭了传统的控制图。直观明了，易沿袭了传统的控制图。直观明了，易于掌握。于掌握。PLC 的编程语言有：的编程语言有：11-3 PLC指令及编程方法指令及编程方法(5-20)一、编程指令介绍一、编程指令介绍 S7-200系列系列PLC的基本指令共有的基本指令共有42条，其中逻条，其中逻辑指令辑指令27条、控制指令条、控制指令15条。条。指令代指令代码码（指令名称）（指令名称）图图形符号形符号含含义义LD（取指令）（取指令）表示某个表示某个继电继电器的常开触点，器的常开触点，并且并且对应对应的的逻辑逻辑行从行从这这个指个指令开始。令开始。LDN（取非指令）（取非指令）表示某个表示某个继电继电器的常
14、器的常闭闭触点，触点，并且并且对应对应的的逻辑逻辑行从行从这这个指个指令开始。令开始。=（输输出指令）出指令）输输出出逻辑结逻辑结果，果，驱动驱动一个指一个指定的定的继电继电器。可用于器。可用于输输出出继继电电器、器、辅辅助助继电继电器，但不能器，但不能用于用于输输入入继电继电器。器。(5-21)梯形图梯形图Q0.7=0003I0.1LDN0002Q0.0=0001I0.0LD0000数据数据指令指令地地 址址指令语句表指令语句表例例I0.0Q0.0I0.1Q0.7()()(5-22)指令代指令代码码（指令名称）（指令名称）图图形符号形符号含含义义A（与指令）（与指令）串联一个常开触点。串联一
15、个常开触点。AN（与非指令）（与非指令）串联一个常闭触点。串联一个常闭触点。(5-23)梯形图梯形图I0.4AN0004I0.2A0001Q0.1=0005I0.3LD0003Q0.0=0002I0.0LD0000数据数据指令指令地地 址址 指令语句表指令语句表例例I0.0I0.3Q0.0Q0.1I0.2I0.4()()(5-24)指令代指令代码码（指令名称）（指令名称）图图形符号形符号含含义义O（或指令）（或指令）并联一个常开触点。并联一个常开触点。ON（或非指令）（或非指令）并联一个常闭触点。并联一个常闭触点。(5-25)梯形图梯形图I0.2ON0004Q0.0O0001Q0.1=0005
16、I0.1LD0003Q0.0=0002I0.0LD0000数据数据指令指令地地 址址指令语句表指令语句表例例I0.0Q0.0I0.1Q0.1Q0.0I0.2（）（）(5-26)电路块：以电路块：以LD或或LD-NOT构成的一个触点组构成的一个触点组指令代指令代码码（指令名称）（指令名称）图图形符号形符号含含义义ALD（电路块串联指令）（电路块串联指令）串联联接一个电路块。串联联接一个电路块。OLD（电路块并联指令）（电路块并联指令）并联联接一个电路块。并联联接一个电路块。(5-27)I0.5LD0005Q0.0=0008-ALD0007I0.6O0006指令语句表指令语句表-ALD0004I0
17、.2ON0001I0.4O0003I0.3LDN0002I0.0LD0000数据数据指令指令地地 址址例例梯形图梯形图I0.0I0.2Q0.0I0.3I0.4I0.5I0.6()(5-28)例例I0.5LD0005Q0.0=0008-OLD0007I0.6A0006指令语句表指令语句表-OLD0004I0.2AN0001I0.4AN0003I0.3LDN0002I0.1LD0000数据数据指令指令地地 址址梯形图梯形图I0.1Q0.0I0.2I0.3 I0.4I0.5 I0.6（）(5-29)TON（/F）（通（通电电（/断断电电）延延时时指令）指令）实现导实现导通延通延时时操作（相当操作（相
18、当于通于通电电延延时继电时继电器）。当器）。当输输入端入端IN接通接通时时，定，定时时器器T#开始开始计时计时，当定，当定时时器当器当前前值值大于、等于大于、等于预预置置值值（PT）时时，定，定时时器触点器触点动动作，当作，当IN断开断开时时，定，定时时器器复位。定复位。定时时器的定器的定时时精度精度分分别为别为1ms、10ms、100ms。TONR（保持型通（保持型通电电延延时时指令）指令）保持型通保持型通电电延延时继电时继电器器实实现导现导通延通延时时操作（同上述操作（同上述通通电电延延时时指令指令TON）。当）。当输输入端入端IN断开断开时时，定，定时时器器暂暂停停计时计时，但是不复位。
19、，但是不复位。(5-30)注释：注释：定时器的定时精度分别为定时器的定时精度分别为1ms、10ms、100ms1、1ms定时器由系统每隔定时器由系统每隔1ms刷新一次，与扫描刷新一次，与扫描周期及程序无关，即采用中断刷新方式。定时最大周期及程序无关，即采用中断刷新方式。定时最大值值32.767s。2、10ms定时器由系统在每个扫描周期开始时自定时器由系统在每个扫描周期开始时自动刷新。定时最大值动刷新。定时最大值327.67s。3、100ms定时器则只有在该指令执行时被刷新。定时器则只有在该指令执行时被刷新。定时最大值定时最大值3276.7s。(5-31)梯形图梯形图Q0.0=0003T0LD0
20、002T0,+15000TON0001I0.0LD0000数据数据指令指令地址地址指令语句表指令语句表例例时序图时序图I0.0T0T0Q0.0150001ms()15sI0.0Q0.0(5-32)CTU（加（加计计数指令）数指令）进进行加法行加法计计数操作。数操作。计计数数器的器的计计数范数范围为围为-3276832768。CU端是端是计计数脉冲数脉冲输输入端，每入端，每输输入一个入一个计计数数脉冲，脉冲，计计数数值值加加1，PV为为设设定定值值，当，当计计数数值值大于、大于、等于等于设设定定值值PV时时，计计数器数器C#ON。R端是复位端是复位输输入入端，当端，当R端端为为0时计时计数、数、
21、为为1时时恢复恢复为为初始初始计计数数值值0。如果如果R端的信号和端的信号和CU端的端的信号同信号同时时到来，到来，R端的信端的信号号优优先起作用。先起作用。(5-33)CTUD（加、减（加、减计计数指令）数指令）进进行加法、减法行加法、减法计计数操作。数操作。计计数器的数器的计计数范数范围为围为-3276832768。CU端是端是加加计计数脉冲数脉冲输输入端，每入端，每输输入一个入一个计计数脉冲，数脉冲，计计数数值值加加1，CD端是减端是减计计数脉冲数脉冲输输入端，每入端，每输输入一个入一个计计数数脉冲，脉冲，计计数数值值减减1，PV为为设设定定值值，当，当计计数数值值大于大于设设定定值值P
22、V时时，计计数器数器C#ON。R端是复位端是复位输输入入端，当端，当R端端为为0时计时计数、数、为为1时时恢复恢复为为初始初始计计数数值值。(5-34)梯形图梯形图I0.1LD1Q0.0=4C10LD3C10+3CTU2I0.0LD0数据数据指令指令地址地址指令语句表指令语句表例例时序图时序图Q0.0I0.1I0.0复位复位 允许计数允许计数3R端端ON(1)，计数器复位。，计数器复位。R端端OFF(0)，允许计数。，允许计数。C10I0.0C10Q0.0I0.1+3CTUCURPV（）(5-35)SHRB DATA，S_BIT，N（移位寄存器指令）（移位寄存器指令）移位寄存器指令，当移位寄存
23、器指令，当EN接通接通时时，将，将DATA的的值值移入移位寄移入移位寄存器。存器。S_BIT指定移位寄存器指定移位寄存器的起始位，的起始位，N指定移位寄存器指定移位寄存器的的长长度和移位方向，当度和移位方向，当N0时时左移（向高位移位），当左移（向高位移位），当N0时时右移（向低位移位）。右移（向低位移位）。SRB IN，N（右移指令）（右移指令）字字节节右移指令。当右移指令。当EN接通接通时时，将字将字节节IN向右移向右移N位。位。EN每每接通一次右移接通一次右移1位，最左位，最左边边的的位用位用0填充，移位填充，移位结结果存放在果存放在OUT中。中。SLB IN，N（左移指令）（左移指令）
24、字字节节左移指令。左移指令。(5-36)梯形图梯形图I0.0I0.2M10.1M10.2M10.3Q0.0I0.2ENS-BITDATANM10.0M10.1+15()I0.0M10.0M10.1Q0.0()M11.7M11.7SHRB(5-37)梯形图梯形图I0.2ENS-BITDATANM10.0M10.1+15()I0.0M10.0M10.1Q0.0()M11.7SHRBM10.0,M10.1,+15SHRBI0.2LDI0.0LD数据数据指令指令指令语句表指令语句表=M10.0LDM10.1ANM11.7=Q0.0(5-38)EU（上升沿微分指令）（上升沿微分指令）EU是上升沿微分指令
25、，用是上升沿微分指令，用于在左于在左侧侧接通母接通母线时线时，对对应输应输入信号脉冲的上升沿，入信号脉冲的上升沿，产产生一个生一个扫扫描周期的脉冲。描周期的脉冲。ED（下降沿微分指令）（下降沿微分指令）*ED是下降沿微分指令，用是下降沿微分指令，用于在在左于在在左侧侧接通母接通母线时线时，对应输对应输入信号脉冲的下降入信号脉冲的下降沿，沿，产产生一个生一个扫扫描周期的描周期的脉冲。脉冲。(5-39)时序图时序图EU输出输出ED输出输出()NI0.0梯形图梯形图P()Q0.0Q0.1I0.0Q0.0Q0.1I0.0EU0101=ED0102LD0100数据数据指令指令地地 址址Q0.001030
26、104=Q0.1(5-40)1）每一条逻辑线都是从最左边的母线开始，以表示）每一条逻辑线都是从最左边的母线开始，以表示逻辑结果的线圈或计时器、计数器等为结束。逻辑结果的线圈或计时器、计数器等为结束。二、二、编程规则编程规则2）画梯形图编程时，同一个继电器的触点可以无限）画梯形图编程时，同一个继电器的触点可以无限多次使用。多次使用。3）梯形图应画成水平形式，而不应画成垂直形式，）梯形图应画成水平形式，而不应画成垂直形式，否则没法编程，对于含有垂直形式的，必须转化成水否则没法编程，对于含有垂直形式的，必须转化成水平形式。平形式。(5-41)4）表示逻辑结果的线圈）表示逻辑结果的线圈可以并联联接。可
27、以并联联接。I0.0I0.3I0.1I0.4I0.2()Q0.0I0.0Q0.0I0.1I0.0 I0.2 I0.4I0.3 I0.2 I0.1I0.3 I0.4()I0.0Q0.0Q0.1()()(5-42)5）触点不能放在表示逻）触点不能放在表示逻辑结果的线圈的右边。辑结果的线圈的右边。I0.2Q0.0I0.4I0.6()I0.2Q0.0I0.4 I0.6()(5-43)三、三、编程技巧编程技巧1）对于复杂的梯形图，可以对其分块，再将各）对于复杂的梯形图，可以对其分块，再将各电路块相串联或并联。电路块相串联或并联。2）在有几个支路并联时，应将包含触点最多）在有几个支路并联时，应将包含触点最
28、多的支路放在梯形图的最上方；在有几个电路块的支路放在梯形图的最上方；在有几个电路块串联时，应将包含并联支路最多的电路块放在串联时，应将包含并联支路最多的电路块放在梯形图的最左边。梯形图的最左边。这样安排能使所编制的程序简单明了，语这样安排能使所编制的程序简单明了，语句较少。句较少。(5-44)一、用一、用PLC实现三相异步电动机正反转的控制实现三相异步电动机正反转的控制1、控制要求：、控制要求：1）正转时，按正转按钮）正转时，按正转按钮SBF，KMF吸合，电机正转。吸合，电机正转。3）停止时，按停止按钮）停止时，按停止按钮SB1，电机停转。，电机停转。4）过载时，热继电器）过载时，热继电器FR
29、动作，其常闭触点断开，动作，其常闭触点断开，使交流接触器失电，电机停转。使交流接触器失电，电机停转。2）反转时，按反转按钮）反转时，按反转按钮SBR，KMR吸合，电机反转。吸合，电机反转。11-3 PLC应用举例应用举例(5-45)热继电器的热元件串联在电动机的主回路中，热继电器的热元件串联在电动机的主回路中，其常闭触点直接串联在接触器线圈的回路中，可不其常闭触点直接串联在接触器线圈的回路中，可不用用PLC控制。控制。正转按钮正转按钮SBFI0.0反转按钮反转按钮SBRI0.1停止按钮停止按钮SB1I0.2输入输入正转交流接触器正转交流接触器KMFQ0.0反转交流接触器反转交流接触器KMRQ0
30、.1输出输出2、I/O分配表分配表(5-46)3、PLC输入输出接线图及梯形图输入输出接线图及梯形图梯形图梯形图220VPLC接线图接线图I0.0I0.1Q0.01LKMFSBFSBRPLC1MQ0.1KMRI0.2SB1FRFUI0.0Q0.0Q0.0Q0.1I0.2I0.1Q0.1Q0.1Q0.0I0.2 正转正转 反转反转（）（）(5-47)4、根据梯形图写指令语句表、根据梯形图写指令语句表Q0.1=I0.1LDQ0.1OI0.2ANQ0.0ANQ0.0=Q0.0OQ0.1ANI0.2ANI0.0LD数据数据指令指令I0.0Q0.0Q0.0Q0.1I0.2I0.1Q0.1Q0.1Q0.0I0.2 正转正转 反转反转（）（）(5-48)本章小结本章小结一、了解一、了解PLC的组成，及各部分的作用。的组成，及各部分的作用。二、掌握二、掌握PLC的工作方式。的工作方式。三、三、熟悉熟悉PLC的主要基本的主要基本指令和编程规则。指令和编程规则。四、会分析和设计梯形图。四、会分析和设计梯形图。作业：作业：1、预习实验、预习实验 2、设计星角控制电动机电路、设计星角控制电动机电路