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1、PLCPLC基础与应用基础与应用基础与应用基础与应用内蒙古工业大学程海鹰2023/1/17主要内容主要内容主要内容主要内容1.PLC的基本结构的基本结构 2.PLC的工作原理的工作原理 3.PLC的编程语言的编程语言与基本指令4.PLC控制实例控制实例 PLCPLC基本结构基本结构基本结构基本结构一、PLC各部分的作用 1.CPU诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。采集现场的状态或数据，并送人PLC的寄存器中。逐条读取指令，完成各种运算和操作。将处理结果送至输出端。响应各种外部设备的工作请求。2.存储器存储器 系统程序存储器系统程序存储器：用以存放系统管理程序、监控程序及
2、系统内部数据。PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。用户存储器：用户存储器：包括用户程序存储区及工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的CMOS-RAM构成，其中的存储内容可读出并更改。注意：注意：PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。3、I/O接口接口1）输入接口电路）输入接口电路：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。直流输入交流输入2）输出接口电路：）输出接口电路：采用光电耦合电路，将将CPUCPU处理过的信处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，
3、号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。有三种类型：晶体管输出晶闸管输出继电器输出 PLC的直流输入接口电路 PLC的输入接口电路（直流输入型）PLC的输入接口电路（交流输入型）PLC的交流输入接口电路 继电器输出型继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的开关频率较低的直流负载直流负载或或交流负载交流负载回路回路。晶闸管输出型：晶闸管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。晶体管输出型晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。4.4.电源电源 PLC的电源的电源是指将外部输入的交流电
4、处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。5.5.手持编程器手持编程器 手持编程器采用助记符语言编程助记符语言编程，具有编辑、检索、修改程序、进行系统设置、内存监控等功能。可一机多用，具有使用方便、价格低廉的特点。缺点：缺点：不够直观不够直观 可通过PLC的RS232外设通讯口(或RS422口配以适配器)与计算机联机，利用专用工具利用专用工具软件软件（FX-10P-E、FX-20P-E、FX-PCS-/WIN-C）对对PLCPL
5、C进行编程和监控进行编程和监控。利用计算机进行编程和监控比手持编程工具更加直观和方便。6.6.输入输出输入输出I I0 0扩展接口扩展接口 若主机单元的IO点数不能满足需要时，可通过此接口用扁平电缆线将IO扩展单元与主机相连，以增加IO点数。PLC的最大扩展能力主要受CPU寻址能力和主机驱动能力的限制。2.1.2 PLC2.1.2 PLC的基本工作原理的基本工作原理一、继电器控制二、二、二、二、PLCPLCPLCPLC控制控制控制控制三、扫描过程示意三、扫描过程示意三、扫描过程示意三、扫描过程示意 一个扫描周期主要分为三个阶段：一个扫描周期主要分为三个阶段：1.输入刷新阶段 2.程序执行阶段
6、3.输出刷新阶段 输入刷新 程序执行程序执行输出刷新输出刷新一个扫描周期一个扫描周期输入刷新输入刷新 PLCPLC的扫描工作过程的扫描工作过程用用户户输输出出设设备备输输入入端端子子输输入入锁锁存存器器输输入入映映象象寄寄存存器器输输出出映映象象寄寄存存器器输输出出锁锁存存器器输输出出端端子子程程 序序执执行行用户输入设备写读读四、四、PLCPLC的基本工作原理的基本工作原理 微机：等待命令等待命令的工作方式 PLC：循环扫描循环扫描的工作方式 CPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描，如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，周而复
7、始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为IO刷新阶段。实际上，除了执行程序和IO刷新外，PLC还要进行各种错误检测(自诊断功能)并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务”。一般在程序执行后进行。扫描周期的长短主要取决于程序的长短。由于每一个扫描周期只进行一次I0刷新，故使系统存在存在输入、输出滞后现象输入、输出滞后现象。这对于一般的开关量控制系统不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。反而可以增强系统的抗干扰能力。但对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少
8、因扫描周期造成的响应滞后。五 PLC的主要技术指标1.输入输出点数（I/O点数）2.内存容量 注意：注意：“内存容量”实际是指用户程序容量，不包括系统程序存储器的容量。3.扫描速度(单位：msk或s/步。)4.指令条数 5.内部继电器和寄存器数目 6.编程语言及编程手段 7.高级模块 主控模块可实现基本控制功能，高级模块可实高级模块可实现一些特殊的专门功能。现一些特殊的专门功能。如AD和DA转换模块等。2.2.3 PLC2.2.3 PLC2.2.3 PLC2.2.3 PLC的编程语言的编程语言的编程语言的编程语言 不采用微机的编程语言，采用梯形图语言、指令助记符语言、控制系统流程图语言、布尔代
9、数语言等。其中梯形图、指令助记符语言最为常用。梯形图、指令助记符语言最为常用。PLC的设计和生产至今尚无国际统一标准，不同厂不同厂家所用语言和符号也不尽相同。家所用语言和符号也不尽相同。但它们的梯形图语言的基本结构和功能是大同小异大同小异的。1 1梯形图语言梯形图语言 梯形图是梯形图是在原继电器接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言一种图形语言。它是目它是目前用得最多的前用得最多的PLCPLC编程语言。编程语言。注意注意：梯形图表示的并并不是一个实际电路而只是一不是一个实际电路而只是一个控制程序，个控制程序，其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系，即所谓“软接线”。常开触点：常
10、闭触点：线圈：注意：注意：注意：注意：它们并非是物理实体，而是它们并非是物理实体，而是“软继电器软继电器”。每个每个“软继电器软继电器”仅对应仅对应PLCPLC存储单元中的一位。存储单元中的一位。该位状态为“1”时，对应的继电器线圈接通，其常开触点闭合、常闭触点断开；状态为“0”时，对应的继电器线圈不通，其常开、常闭触点保持原态。电气控制梯形图电气控制梯形图电气控制梯形图电气控制梯形图PLCPLC梯形图梯形图梯形图梯形图PLCPLCPLCPLC梯形图在形式上类似继电器控制梯形图梯形图在形式上类似继电器控制梯形图梯形图在形式上类似继电器控制梯形图梯形图在形式上类似继电器控制梯形图梯形图与继电器控
11、制图的主要区别梯形图与继电器控制图的主要区别梯形图与继电器控制图的主要区别梯形图与继电器控制图的主要区别继电器控制系统中的继电器触点在继电器控制系统中的继电器触点在PLCPLC中是存储器中的中是存储器中的“数数”，而继电器的触点数量有限，设计时要合理分配使用，而继电器的触点数量有限，设计时要合理分配使用，而而PLCPLC中存储器的中存储器的“数数”可以反复使用可以反复使用继电器控制图中梯形图就是电线连接图，施工费力，更改继电器控制图中梯形图就是电线连接图，施工费力，更改困难，而困难，而PLCPLC中的梯形图是利用计算机制作的，更改简单，中的梯形图是利用计算机制作的，更改简单，调试方便调试方便继
12、电器控制系统中继电器是按照触点的动作顺序和时间延继电器控制系统中继电器是按照触点的动作顺序和时间延迟，逐个动作；而迟，逐个动作；而PLCPLC是按扫描方式工作是按扫描方式工作梯形图两侧的线对继电器控制系统是继电器的电源线，而梯形图两侧的线对继电器控制系统是继电器的电源线，而PLCPLC中此线无意义中此线无意义在继电器控制系统中，控制电路的动作顺序与梯形图的编在继电器控制系统中，控制电路的动作顺序与梯形图的编写无关，而写无关，而PLCPLC中对梯形图的执行顺序与梯形图的编写的中对梯形图的执行顺序与梯形图的编写的顺序一致顺序一致梯形图特点梯形图特点梯形图特点梯形图特点1、梯形图中的继电器不是物理继
13、电器，每个继电器是映象寄存器中的一位，被称为”软继电器”。因此：（1 1）用户程序解算时，输入触点和输出线圈的状态是从）用户程序解算时，输入触点和输出线圈的状态是从I/OI/O映象寄存器中读取的，不是解算时现场开关的实际状态映象寄存器中读取的，不是解算时现场开关的实际状态（2 2）继电器状态可以反复读取，因此可以认为继电器有无）继电器状态可以反复读取，因此可以认为继电器有无限多个常开触点和常闭触点，程序中可以反复引用限多个常开触点和常闭触点，程序中可以反复引用2、梯形图是PLC形象化的编程手段，梯形图两端是没有任何电源可接的。梯形图中并没有真实的电源，而仅只是“概念”电流，且可能从左向右流动；
14、3、输入继电器供PLC接受外部输入信号，因此，在梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现输入继电器的线圈；4、输出继电器供PLC作输出控制用。它通过开关量输出模块对应的输出开关去驱动外部负载；5、当PLC处于运行状态时，PLC对梯形图是按扫描方式顺序执行程序。举例：举例：举例：举例：FD1FD1FD1FD1FD3FD3FD3FD3为火灾报警器，为火灾报警器，为火灾报警器，为火灾报警器，AlarmAlarmAlarmAlarm是报警器，是报警器，是报警器，是报警器，Fire Fire Fire Fire WarningWarningWarningWarning是火灾报警指是火灾报警指是火灾报警指
15、是火灾报警指示灯，示灯，示灯，示灯，MAN1MAN1MAN1MAN1是手动试验是手动试验是手动试验是手动试验按钮，按钮，按钮，按钮，Clear AlarmClear AlarmClear AlarmClear Alarm为为为为清除按钮，清除按钮，清除按钮，清除按钮，R RR RS SS S是触发是触发是触发是触发器功能模块。器功能模块。器功能模块。器功能模块。2指令助记符语言 助记符语言类似于计算机汇编语助记符语言类似于计算机汇编语言言，用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。同一厂家的PLC产品，其助记符语言与梯形图语言是相互对应的，可互相转换。助记符语言常用于手持编程器中，助记符语
16、言常用于手持编程器中，梯形图语言则多用于计算机编程环境梯形图语言则多用于计算机编程环境中。中。FXFXFXFX系列有系列有系列有系列有27272727条基本逻辑指令，此外还有一百多条功能指令。条基本逻辑指令，此外还有一百多条功能指令。条基本逻辑指令，此外还有一百多条功能指令。条基本逻辑指令，此外还有一百多条功能指令。仅用基本逻辑指令就可以编制出开关量控制系统的用户程序。仅用基本逻辑指令就可以编制出开关量控制系统的用户程序。仅用基本逻辑指令就可以编制出开关量控制系统的用户程序。仅用基本逻辑指令就可以编制出开关量控制系统的用户程序。PLCPLCPLCPLC控制系统设计的一般步骤控制系统设计的一般步
17、骤控制系统设计的一般步骤控制系统设计的一般步骤1、深入了解控制要求，确定控制的操作方式，应完、深入了解控制要求，确定控制的操作方式，应完 成成的动作。的动作。2、确定所需的信号输入元件、输出执行元件、据此确定、确定所需的信号输入元件、输出执行元件、据此确定PLC的的I/O点数。进行点数。进行I/O点的分配。点的分配。3、选定、选定PLC型号。型号。4、绘制、绘制PLC的外部接线图，设计控制系统的主电路。的外部接线图，设计控制系统的主电路。5、设计、设计PLC控制程序。控制程序。6、模拟调试。、模拟调试。7、制作控制柜。、制作控制柜。8、进行现场调试。、进行现场调试。9、编制技术文件。、编制技术
18、文件。本章主要内容本章主要内容本章主要内容本章主要内容第一部分 梯形图的基本电路第二部分 梯形图的经验设计法第一部分第一部分第一部分第一部分 梯形图的基本电路梯形图的基本电路梯形图的基本电路梯形图的基本电路起保停电路双向控制电路时间电路1 1 起保停电路起保停电路起保停电路起保停电路电机的起动、保持、停止控制电机的起动、保持、停止控制电机的起动、保持、停止控制电机的起动、保持、停止控制说明：这种电路具有说明：这种电路具有自锁和自保持作用，按一作用，按一下停止按钮，常闭触点下停止按钮，常闭触点X1断开，使线圈断开，使线圈Y0断断电，接触器电，接触器KM也断电，电机停转。也断电，电机停转。2 双向
19、控制电路说明：双向控制电路要求说明：双向控制电路要求2各各接触器接触器KM1和和KM2不能同时得不能同时得电，否则会造成电机电源得短电，否则会造成电机电源得短路。路。a a）梯形图）梯形图 b b）外部接线图）外部接线图 3 时间电路 时间电路主要用于延时、定时和脉冲控制中。时间电路主要用于延时、定时和脉冲控制中。1）延时电路 用用X0控制控制Y1，X0的常开触点接通后，的常开触点接通后，T0开始定时，开始定时，9S后后T0的常开触点接通，使的常开触点接通，使Y1变为变为ON。X0为为ON时其常时其常闭触点断开，使闭触点断开，使T1复位，复位，X0变为变为OFF后后T1开始定时，开始定时，7S
20、后后T1的常闭触点断开，使的常闭触点断开，使Y1变为变为OFF，T1亦被复位。亦被复位。22）闪烁回路）闪烁回路）闪烁回路）闪烁回路输入输入输入输入X400X400X400X400通电，通电，通电，通电，输出输出输出输出Y430Y430Y430Y430就周期就周期就周期就周期地地地地“通电通电通电通电”和和和和“断电断电断电断电”，“通电通电通电通电”和和和和“断电断电断电断电”的的的的时间分别等于时间分别等于时间分别等于时间分别等于T251T251T251T251和和和和T250T250T250T250的设的设的设的设定值。定值。定值。定值。33）顺序脉冲发生器）顺序脉冲发生器当当X400接
21、通时，计时器接通时，计时器T250开始开始计时、同时计时、同时Y431产生脉冲，计时产生脉冲，计时时间到时，时间到时，T250常闭触点断开，常闭触点断开，Y431线圈断电；线圈断电；T250常开触点闭常开触点闭合，合，T251开始计时，同时开始计时，同时Y432输输出脉冲；出脉冲；T251计时时间到时，其常闭触点计时时间到时，其常闭触点断开，断开，Y432输出也断开；同时，输出也断开；同时，T251常开触点闭合，常开触点闭合，T252开始计开始计时，时，Y433输出脉冲；输出脉冲；T252计时时间到时，计时时间到时，Y433输出断输出断开，此时，如果开，此时，如果X400还接通，则还接通，则重
22、新开始产生顺序脉冲。重新开始产生顺序脉冲。第二部分第二部分第二部分第二部分 梯形图的经验设计方法梯形图的经验设计方法梯形图的经验设计方法梯形图的经验设计方法 有一些简单的梯形图可以借鉴借鉴继电器控制的电路图来设计，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，进行修改和改善，得到符合控制要求的梯形图。因此把这种设计方法称为经验设计方法。经验设计法举例经验设计法举例例例1 1：小车自动控制系统：小车自动控制系统 送料小车在限位开关送料小车在限位开关X4X4处装料，处装料，10s10s后装料结束，后装料结束，开始右行，碰到开始右行，碰到X3X3后停下来后停下来卸料，卸料，1515后左
23、行，碰到后左行，碰到X4X4后后又停下来装料，不断循环。又停下来装料，不断循环。设计步骤：设计步骤：1 1、理解控制策略、理解控制策略 2 2、I/OI/O分配分配 3 3、设计梯形图、设计梯形图I/OI/O分配分配分配分配输入：右行启动按钮输入：右行启动按钮输入：右行启动按钮输入：右行启动按钮X0X0 左行启动按钮左行启动按钮左行启动按钮左行启动按钮X1X1 停止按钮停止按钮停止按钮停止按钮X2X2 右端行程开关右端行程开关右端行程开关右端行程开关X3X3 左端行程开关左端行程开关左端行程开关左端行程开关X4X4 输出：右行接触器输出：右行接触器Y0 左行接触器左行接触器Y1 装料电磁阀装料
24、电磁阀Y2 卸料电磁阀卸料电磁阀Y3I/OI/O分配：分配：分配：分配：右行启动按钮右行启动按钮右行启动按钮右行启动按钮X0X0左行启动按钮左行启动按钮左行启动按钮左行启动按钮X1X1停止按钮停止按钮停止按钮停止按钮X2X2例例例例22：两处小车卸料的自动控制系统：两处小车卸料的自动控制系统：两处小车卸料的自动控制系统：两处小车卸料的自动控制系统设计步骤：1、理解控制策略 2、I/O分配 3、设计梯形图I/OI/O分配分配输入：右行启动按钮输入：右行启动按钮X0X0 左行启动按钮左行启动按钮X1X1 停止按钮停止按钮X2X2 右端行程开关右端行程开关X3X3 左端行程开关左端行程开关X4X4 中间行程开关中间行程开关X5X5输出：右行接触器输出：右行接触器Y0Y0 左行接触器左行接触器Y1Y1 装料电磁阀装料电磁阀Y2Y2 卸料电磁阀卸料电磁阀Y3Y3I/OI/O分配：分配：分配：分配：右行启动按钮右行启动按钮右行启动按钮右行启动按钮X0X0左行启动按钮左行启动按钮左行启动按钮左行启动按钮X1X1停止按钮停止按钮停止按钮停止按钮X2X2