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1、项目一：门铃控制（点动）在家门口安装一个简单的门铃，按下按钮门铃响起，松开按钮门铃停止声响。要让门铃响起来，请思考有多少种方法可以实现？你会想到用PLC去进行控制吗？本项目采用PLC实现门铃控 制。二、项目分析门铃是我们最熟悉不过得东西，只要按下按钮就门铃是我们最熟悉不过得东西，只要按下按钮就会发出声音，松开按钮就会停止声响。最简单的是在喇叭与供电线路之间用一只按钮来连接与控制，优点是成本低，适用于近距离控制。为了适应能在别墅区hl和智能家居中使用，会选择低电压的喇叭和其他电子的文件名），然后单击确定,如图1-9所示。图1-9创建新工程对话框此时编辑工具被激活，并显示梯形图编辑区或指令表编辑区
2、，及梯形图符号工具栏。程序编辑界面如图1-10所小。Cl Dmlopcr 工WAifiK人 Ull 1Z Iv 皆Q 示idXJiiz ） *!。w a *11科-i1剑圈之sifilrk Fl- F *二UJ 一 I软元件梯形图符号工具栏川阳蓿徵份1*1彳1川方1匐圜匐兴SjI _ J 11, v 寓可至四刈ri祖-ld引注j:0.1|匐上二上1，山1 万丘|,上 1阔| | | I I I I I I I”图1-10梯形图编辑界面图1-10梯形图编辑界面梯形图编辑光标耳rM 9tt9tt mR-Jx2）.输入程序PLC编程语言有梯形图、指令表及顺序功能图（简称SFC ）等，它们之间可以相互
3、转换。其中现有连续控制程序如下，用梯形现有连续控制程序如下，用梯形梯形图作为PLC程序设计的一种最常用的编程语言，被广泛应用。图将程序输入。输入/输出分配见表1-2。梯形图指令表xoooHF-xooi好( X000 X000END01234LD OR AMIOUTEMDX000Y000X001Y000表1-2电动机连续运转PLC控制输入/输出分配（1）按工具栏中廿一出现对话框IA.卜 刁/I确定取消I帮削I一输入信号功能说明输出信号功能说明X0相当于启动按钮Y0驱动电动机正转接触器输入软元件名X0-确定。（2 ）按工具栏中# L出现对话框P T 卜 X1确定I取消一输入软元件名XI-确定。（3
4、）按工具栏中1台 yO确定取消帮助一输入软元件名丫0一确定。当输入输出继电器线圈确定后自动换行。H p（4 ）按工具栏中sF5 一出现对话框i_ Y0输入软元件名Y0-确定。完成自锁控制程序的输入（END结束指令自动生成），如图1-11所示。此时已编辑部分为灰色。F1ELSOFT系列GX Developer工程未设重梯形用（马入）1AIR 1步二工程制 浜辑胤查找/皆我知 显示9 在伐Q）诊撕） IAO）窗口0 帮助Q0 口修。I皇曳HI I典氮值幺1旬我直曳maiaifii*糜阀蚓1匕床周图里后回回国网必翔创iii 1-1金二111 口1*僧I阙酒七|川|哥|割易砧怙|留|古口七|温质|.于
5、隰度因催心高|哥阊石J匐XJ-工桂未设置I由所 X）就元件注叵缪散 国软元件可XOOO X001 *SQ3X001wu/_YV3b左特YV4AJUttXOM1TKM(c)机器人工作行程示意图(d )机器人控制PLC输入/输出(d )机器人控制PLC输入/输出(e )机器人控制液压/气动执行元件图机器人控制过程可想而知，用继电-接触器控制将是非常复杂。但采用PLC控制，只需将一些控制按钮及其限位 触点作为PLC的输入信号，将接通夹紧/放松、上升/下降、左移/右移的执行元件的信号作为PLC 中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID 子程序。过程
6、控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。6 ）数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、 查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考 值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数 据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶 金、食品工业中的一些大型控制系统。7 ）通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动 化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重
7、视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产 的PLC都具有通信接口 ,通信非常方便。4. PLC的国内外状况世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条 件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑 控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便 熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作 为主要编程语言，并将参加运算及处理
8、的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术 和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶 段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体 积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地 位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器 发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程 控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可 编程控制器的
9、发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机 和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移 等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可 编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢 铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中 大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC的应用。目前， 我国自己已可以生产中小型可编程控制器
10、。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂 生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多 种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中 外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我 国将有更广阔的应用天地。5. PLC未来展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制 器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看， 会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产
11、品的品种会更丰富、规格更齐全， 完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自 生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面， 会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构 成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS ( Distributed Control System )中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为 自动化控制网络和国二、PLC基本结构通俗地说，PLC是一种工业控制用的专用计算机，它的组成与计
12、算机基本相同，也由硬件系统 和软件系统两大部分组成。但它和一般计算机相比，具有功能更强的与工业过程相连接的输入输出 接口、更适用于控制要求的编程语言及更适用于工业环境的抗干扰性能。(1)硬件系统硬件系统即主机系统，由中央处理单元、存储单元、输入输出单元、电源、外围设备接口、扩 展接口等组成。其结构框图如图1-14所示，虚线框内为PLC硬件组成。模拟量Q 其他信号Q电磁阀信号灯L接触器L编程器 图形显示器 电脑 其他设备通信接 路 电 口 接 出 输输入接口电路限位开关 IT按钮 V传感器 十维电器触点 i模拟量 一 o 信号图1-14 PLC的硬件系统框图中央处理单元：中央处理单元简称CPU
13、,是PLC的核心部分。能执行监控程序和用户程序 (它们分别相当于普通微机中的系统软件和应用软件)，完成数据和信息的处理，产生各种控制信 号，通过输出单元完成用户指令规定的各种操作，与外部设备进行通讯，故障诊断并显示相应信息 等。存储单元：存储单元是PLC存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。输入输出单元：输入输出单元是PLC实现外部功能的唯一通道。输入单元接受来自用户设备 的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、传感器输出信号、外部设置数据等。而输出单元则是将 CPU处理结果输出给受控部件，如指示灯、数码显示装置以及继电器线圈等。总之，PLC主要是通 过输入输出单元的外部接线实现对工业设备和控
14、制过程的检测和控制，它既可检测到所需的信息， 又可将处理结果传送给外部器件，驱动各种执行机构。(2 )软件系统软件系统和硬件系统一样是PLC的组成部分，它们共同构成完整的PLC系统。软件系统包括系 统程序和用户程序。系统程序：系统程序由PLC制造企业编制，主要包括系统管理程序、用户指令解释程序。前 者主要控制PLC的运行，使整个PLC按部就班的工作；后者将PLC编程语言变为机器语言指令, 再由CPU执行这些指令。用户程序：用户程序是根据生产过程控制的要求，由用户使用制造企业提供的编程语言自行 编制的应用程序。用户程序常用的有开关量逻辑控制程序，也是PLC用户程序中最重要和最基本的部分。用户程序
15、一般采用梯形图、指令表等编程语言编制。不同的PLC产品有不同形式的编程语 言，目前还没有一种全部兼容的编程语言，但其实质基本一致。三、PLC工作原理PLC有一套独特的程序执行方式，称之为扫描执行，了解它对编程很有好处。扫描执行又称为 批处理”的程序执行方式，如图1-15所示。输入信号*输出锁存器输出端干*输出信号输入采样阶段程序执行阶段篇出刷新阶段图1-15 PLC程序执行方式PLC从RUN/STOP开关置于RUN进入运行状态，首先将输入端子上X的状态全部 读入输入映像寄存器；然后，根据用户程序存放的先后顺序进行逐条读取、解释和执行直至END语句为止，完成用户程序中规定的各种操作；最后将执行结
16、果送至输出端。从程序起始指 令执行开始到END语句程序结束称为一个扫描周期，如此反复循环，直到PLC由RUN状 态转到STOP状态为止。因此一个用户程序是被不断地重复执行，以便PLC的输出能及时响应 随时可能变化的输入信号。在一个扫描周期内，即使输入状态发生了改变，对本周期的程序执行无 影响，要等到下一个扫描周期时才能得到响应。PLC的工作过程为：输入处理一程序处理一输出处理，输入处理一程序处理一输出处理，!1!1 . PLC的优点PLC将传统的继电-接触器控制技术和现代的计算机信息处理技术的优点有机结合起来，采用可 编程的存储器，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
17、操作的命 令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种机械或生产过程。与继电-接触器控制系统相比，可靠性高，适应性和通用性强。如前所述，实现电动机点动、连 续、正反转等各种控制时，继电-接触器控制电路必须通过真实的继电器、接触器和它们之间的连线 达到的，具控制功能包含在固定线路之中，功能专一，系统变更、扩充必须更改硬连接，灵活性 差。而PLC采用软件编程来完成控制任务，外部只需要在端子上接入相应的输入输出信号即可。而 且系统的I/O点数和内存容量等在允许范围内可自由扩充，并可进行在线或离线编程或修改，以适 应系统控制要求的改变。因此，同一台PLC不改变硬件仅改变软件，就可适应各种控制，通用性极
18、 强。另一方面，PLC控制速度快（一般每条指令的执行时间在微秒数量级），而继电-接触器控制触 动作一般在几十ms数量级，且易出现抖动、磨损等现象。而且除了具有远程通信联网及与计算机 实现群控外，还能对模拟量进行处理，实现各种复杂控制功能。当然，性能优越价格也高。一般， 系统中10个继电器以下装置采用继电-接触器控制系统比较经济，而10个以上或控制4台以上电 机时使用PLC比较经济。与普通PC机相比，应用范围，功能专一，编程语言简单，可在恶劣环境下工作，主要用于工业 控制。当然，PLC采用循环扫描方式，速度慢，价格便宜。与单片机相比，具有编程语言简单，外 围接口少，可靠性高等优势。总之，由于它用
19、软件代替了传统的继电-接触器控制系统中复杂的硬件线路，可靠性高，抗干扰 能力强。而且编程简单易学，程序修改方便，使用维护方便，体积小、重量轻、功耗低，设计施工 周期短。所以，PLC是工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备之一，在国内外已广泛应用 于钢铁、采矿、石化、电力、机械制造、汽车制造、环保及娱乐等各行各业，如机床电气、电动机 控制，高炉上料、电梯控制、自动化流水线、机械手、数控机床、机器人、造纸、冶金、食品工业 中一些大型控制系统等。而且，PLC具有D/A、A/D转换及算术运算功能，以及通信功能，可以实 现对整个生产过程的信息控制和管理,成为了现代工业生产自动化三大支柱（PLC、CA
20、D/CAM、机 器人）之一。2 .PLC主要技术指标输入输出点数，包括主机的I/O点数和最大扩展I/O点数。小型PLQ/O点数小于128点, 512点以上就是大型PLC。一般数控机床中PLC点数均在128点以下，而对于大型数控机床、加工 中心或柔性生产线帽需要128点以上甚至512点以上的PLCO存储容量，是指用户程序存储器的容量。PLC程序指令按步存放，按步执行。一条指令往往不 止一步，而存放一步占两个字节。如内存容量为1000步的PLC,可推知其内存为2K字节。扫描速度，一般指执行一步指令的时间，单位为“/步。编程语言与指令系统，编程语言一般有梯形图、助记符、SFC以及高级语言。编程指令的
21、功能 越强、数量越多，PLC处理能力也就越强，用户编程也就越简单。寄存器，用以存放输入输出变量的状态、逻辑运算的中间结果、定时器/计数器的数据等。内部 寄存器的种类、数量越多PLC存储处理信息的能力越强。功能模块，除了主模块还可以配置各种扩展功能模块。可扩展能力，包括I/O点数、存储容量扩展，联网功能扩展和各种功能模块扩展。五、编程方法L梯形图编制方法梯形图简单明了，是PLC编程最常用的编程语言。梯形图和继电器控制电路图相似，都具有动 合触点、动断触点、线圈等，但符号和绘制的方法不同，实现同一功能的原理和过程更是有本质区 别。为了便于理解，将梯形图符号与继电器符号对比见表1-3。表1-3梯形图
22、符号与继电器符号对比梯形图绘制遵循如下原则:动合触点动断触点线圈继电器电路梯形图旌1(1 )梯形图按从上到下、从左到右的原则绘制。每个继电器为一个逻辑行即一层阶梯。每一逻 辑行起于左母线(相当于相线)，终于右母线(相当于中性线)。整个逻辑图形成阶梯形，且按触 点多上并左的原则，即如果有串联电路块并联，应将串联触点多的电路块放在最左上角。如果有并 联电路块串联，则应将并联触点多的电路块靠近左母线，如图1-16所示。X003 X(XM XOOIT H IY001)X0O2图1-16梯形图触点多上并左原则(2 )梯形图中，动合触点用如表示，动断触点用帆上表示，输出线圈用表 示。还有其它一些符号，如定时器、计数器等，不同型号的PLC表示方式不尽相同，在以后具体介 绍指令时再作说明。(3)在梯形图中，同一个继电器的动合、动断触点可以无限次反复使用，而输出线圈一般只能使用一次，如图1-17所示。(a)不正确梯形图(b)正确梯形图图1-17梯形图线圈一次使用原则(4)梯形图中，要求线圈止于右母线，不能直接接在左母线上，需要的话，可先连接一个不动|II(YOOI )(a )不正确梯形图etup Launcher