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1、PLC可编程控制器基础知识北京松下控制装置有限公司制造技术课编制北京松下控制装置有限公司制造技术课编制可编程控制器是一种工业计算机 可编程控制器是现代自动化设备中最广泛可编程控制器是现代自动化设备中最广泛使用的核心控制器件，它是从继电器顺序控制使用的核心控制器件，它是从继电器顺序控制技术发展而来，应用计算机技术进行逻辑判断技术发展而来，应用计算机技术进行逻辑判断与运算的控制器。以可编程控制器为核心加入与运算的控制器。以可编程控制器为核心加入各种辅助器件（传感器、驱动器件等）构成控各种辅助器件（传感器、驱动器件等）构成控制系统，以顺序制系统，以顺序+反馈的方式实现设备的自动反馈的方式实现设备的自
2、动化运转。下面，我们分几部分来认识可编程控化运转。下面，我们分几部分来认识可编程控制器和以它为中心的控制系统。制器和以它为中心的控制系统。一一.基本硬件结构基本硬件结构 1.控制器各主要部分作用控制器各主要部分作用微处理器：微处理器：显然是控制器的核心部件，它实现各种逻辑运算、算术运算，还要对整个控制系统的各个部分的工显然是控制器的核心部件，它实现各种逻辑运算、算术运算，还要对整个控制系统的各个部分的工作进行协调与控制。作进行协调与控制。存储器：存储器：数据的存储区域，用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量、输入数据的存储区域，用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量、输入/输出状态的映像、以及各种
3、其它输出状态的映像、以及各种其它数据信息。数据信息。输入输入/输出接口：输出接口：即即I/O接口，可编程控制器与被控对象接口，可编程控制器与被控对象设备、或者周边其它控制器相互联系、交换信息与指令的设备、或者周边其它控制器相互联系、交换信息与指令的通道。通道。电源：电源：整个控制器的电力供给中心；其一为内部电源整个控制器的电力供给中心；其一为内部电源内部的微处理器、存储器等的工作用电，一般是内部的微处理器、存储器等的工作用电，一般是直流直流5V；其二为外部电源（也称用户电源）其二为外部电源（也称用户电源）用于传送设备上各传感器信号、用于驱动设备的各用于传送设备上各传感器信号、用于驱动设备的各种
4、执行元件，一般是直流种执行元件，一般是直流24V、而且功率较小。而且功率较小。I/O扩展部分：扩展部分：为控制系统扩展输入为控制系统扩展输入/输出的点数而设计，根据不同的控制器型号能扩充的最大点数也不相同，而且输出的点数而设计，根据不同的控制器型号能扩充的最大点数也不相同，而且扩展的功能模块也不尽相同，高版本的输入、输出、模扩展的功能模块也不尽相同，高版本的输入、输出、模/数、数数、数/模转换等。模转换等。外部设备：外部设备：开发及维护设备的可编程控制器系统时，及设计与调试应用程序、监控系统运行状态的各种辅助设开发及维护设备的可编程控制器系统时，及设计与调试应用程序、监控系统运行状态的各种辅助
5、设备，我们公司内常用到的是安装有备，我们公司内常用到的是安装有NPST-GR软件的笔记本电脑、或者是手持编程器等。软件的笔记本电脑、或者是手持编程器等。2.基本工作方式基本工作方式可编程控制器的基本工作方式可编程控制器的基本工作方式扫描扫描扫描扫描依次对各种规定的操作项目全部进行访问与处依次对各种规定的操作项目全部进行访问与处理；每扫描完成一个循环即为一个扫描周期。理；每扫描完成一个循环即为一个扫描周期。在第一个在第一个“I/O更新更新”的过程中，微处理器从输入的过程中，微处理器从输入/输出单元接收输出单元接收设备等外围装置的当前状态，存入存储器中备用；设备等外围装置的当前状态，存入存储器中备
6、用；在在“演算演算/处理处理”过程中，微处理器把存储器中的过程中，微处理器把存储器中的I/O状态与用户状态与用户程序结合进行逻辑和数字运算，生成的运算结果也存入存储器中；程序结合进行逻辑和数字运算，生成的运算结果也存入存储器中；在第二个在第二个“I/O更新更新”过程中，微处理器把演算、处理的结果送入过程中，微处理器把演算、处理的结果送入输出单元，通过接口传给设备等外围装置。输出单元，通过接口传给设备等外围装置。3.输入输出方式输入输出方式可编程控制器的输入输出方式可以分为：继电器输可编程控制器的输入输出方式可以分为：继电器输入入/输出型、晶体管输入输出型、晶体管输入/输出型等。输出型等。NAI
7、SFP1就是继电器输入输出型的可编程控制器就是继电器输入输出型的可编程控制器输入回路里一般都输入回路里一般都把公共端接电源的把公共端接电源的+24V端，而把输入端经过开端，而把输入端经过开关后引到电源的关后引到电源的0V端；端；输出回路里一般把输出回路里一般把公共端接电源的公共端接电源的0V端，端，把输出端经过负载后引把输出端经过负载后引到电源的到电源的+24V端。端。二二.可编程控制器的软件可编程控制器的软件 继电器种类及功能继电器种类及功能继电器序号及说明继电器序号及说明基本程序指令基本程序指令 基本程序回路基本程序回路 继电器种类及功能继电器种类及功能可编程控制器是从继电器序列控制装置的
8、基础上可编程控制器是从继电器序列控制装置的基础上运用计算机技术发展而来的，所以其程序、符号等均运用计算机技术发展而来的，所以其程序、符号等均保留着原来的称呼保留着原来的称呼继电器，程序也是与电气控制继电器，程序也是与电气控制图相近图相近梯形图；先看我们可以在程序中使用的资梯形图；先看我们可以在程序中使用的资源源继电器的种类列表继电器的种类列表存储器区域名称存储器区域名称功能功能继继电电器器外部输入外部输入X根据外部输入的状态根据外部输入的状态ON/OFF切换切换外部输出外部输出Y把把ON/OFF状态向外部输出状态向外部输出内部继电器内部继电器R根据程序结果确定其根据程序结果确定其ON/OFF状
9、态状态定时器定时器T延迟到定时器设定的时间后延迟到定时器设定的时间后ON计数器计数器C按照记数器的设定，记数满时按照记数器的设定，记数满时ON特殊内部继电器特殊内部继电器 R特定条件下特定条件下ON/OFF、各种运算的标志位等各种运算的标志位等继电器序号及说明继电器序号及说明 根据不同种类的可编程控制器，继电器的序号编码方式是不根据不同种类的可编程控制器，继电器的序号编码方式是不一样的，下面针对我公司最常用到的一样的，下面针对我公司最常用到的松下系列可编程控制器，松下系列可编程控制器，作以简单介绍：作以简单介绍：外部输入、外部输出、内部继电器外部输入、外部输出、内部继电器 以外部输入以外部输入
10、X X为例，如下面图示：最低位是以为例，如下面图示：最低位是以1616点为基础单位，点为基础单位，是十六进制数是十六进制数0 0F F，除最低位以外均采用十进制数。是一种十进除最低位以外均采用十进制数。是一种十进制数与十六进制数结合的表示方法。制数与十六进制数结合的表示方法。定时器、计数器定时器、计数器如下面的图示：如下面的图示：接点序号和相应的定时器与计数器对应，都是由接点序号和相应的定时器与计数器对应，都是由1010进制数组成。进制数组成。WX、WY、WR和和X、Y、R的关系：的关系：以以WX为例，为例，WX0WX0作为一个寄存器单元对应着作为一个寄存器单元对应着X0XFX0XF这这161
11、6点点X X，WX1WX1则对应着则对应着X10X1FX10X1F这这1616点的点的X X，WX7WX7，参考下面的图示，参考下面的图示，：关于程序继电器的使用说明：关于程序继电器的使用说明：外部输入外部输入X：没有进行机能设定的外部输入不能使用；没有进行机能设定的外部输入不能使用；无法通过程序的演算改变外部输入的无法通过程序的演算改变外部输入的ON/OFF状态状态 在程序上的使用次数没有限制。在程序上的使用次数没有限制。外部输出外部输出Y：没有进行机能设定的外部输出，能作内部继电器没有进行机能设定的外部输出，能作内部继电器 ，但不能作为保持型；作为接点使用的时候没有次，但不能作为保持型；作
12、为接点使用的时候没有次 数的限制；作为演算的输出继电器使用时，如：数的限制；作为演算的输出继电器使用时，如：OT、KP等命令中，原则上一个程序中只能用一等命令中，原则上一个程序中只能用一 次（禁止二重出力）。次（禁止二重出力）。内部继电器内部继电器R：作为接点使用的时候，没有次数的限制；作为作为接点使用的时候，没有次数的限制；作为 演算的输出继电器使用时，如：演算的输出继电器使用时，如：OT、KP等命令等命令 ，原则上一个程序中只能用一次（禁止二重出力，原则上一个程序中只能用一次（禁止二重出力)有保持型和非保持型两种，保持型继电器在切断电有保持型和非保持型两种，保持型继电器在切断电 源、或从源
13、、或从RUN切换到切换到PROG方式时，对当前方式时，对当前 ON/OFF状态保持记忆，恢复电源、或恢复到状态保持记忆，恢复电源、或恢复到RUN RUN 方式后仍然能恢复到原来的状态。方式后仍然能恢复到原来的状态。定时器定时器T：预制计时定时器通过预先设定的数据，在条件（定预制计时定时器通过预先设定的数据，在条件（定 时器线圈接通时）具备时逐步递减，减小至时器线圈接通时）具备时逐步递减，减小至“零零”时时 其接点其接点“ON”ON”；定时器的执行条件定时器的执行条件OFF时，定时器接时，定时器接 点全点全OFF；接点使用次数没有限制。接点使用次数没有限制。计数器计数器C：当计数输入的上升沿，对
14、预先设置的数据执行减计当计数输入的上升沿，对预先设置的数据执行减计 数，当计数值减为数，当计数值减为“零零”时计数器接点时计数器接点ON；计数器的复位输入时，计数器接点计数器的复位输入时，计数器接点OFF；接点的使用次数不限。接点的使用次数不限。定时器与计数器的相关项目：定时器与计数器的相关项目：定时器与计数器使用的是共同的存储器区，可以通过设定存储器区定时器与计数器使用的是共同的存储器区，可以通过设定存储器区域的大小，确保定时器域的大小，确保定时器/计时器的数目；但是二者之和是由可编程控制计时器的数目；但是二者之和是由可编程控制系统版本限定的，总数不能更改；定时器全部是非保持型，计数器有非系
15、统版本限定的，总数不能更改；定时器全部是非保持型，计数器有非保持型和保持型，根据可编程控制系统版本不同，有的可以进行非保持保持型和保持型，根据可编程控制系统版本不同，有的可以进行非保持型和保持型数目的设定。型和保持型数目的设定。基本程序指令基本程序指令 可编程控制器的基础是下面的这些基本指令，许多的基本指令都是依照继电可编程控制器的基础是下面的这些基本指令，许多的基本指令都是依照继电器顺序控制的原形发展而来，基本的功能与继电器、开关、定时器等相同，由于器顺序控制的原形发展而来，基本的功能与继电器、开关、定时器等相同，由于采用了计算机技术，也就提供了众多的应用命令，如对数据的传送、移位、逻辑采用
16、了计算机技术，也就提供了众多的应用命令，如对数据的传送、移位、逻辑与数学运算等，主要包括：基本顺序指令、基本功能指令、控制指令、比较指令。与数学运算等，主要包括：基本顺序指令、基本功能指令、控制指令、比较指令。下面是对一些常用的基本命令与其梯形图程序的简单介绍：下面是对一些常用的基本命令与其梯形图程序的简单介绍：ST常开触点与母线连接，开始逻辑运算常开触点与母线连接，开始逻辑运算；ST/常常闭触点与母线连接，开始逻辑运算闭触点与母线连接，开始逻辑运算；AN串联常开触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作串联常开触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作结结果果与与指指定定继继电电器器内内
17、容容相相与与；并并把把这这一一结结果果存存入入结结果果寄寄存存器器AN/串联常闭触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作串联常闭触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作结结果果与与指指定定继继电电器器内内容容相相与与；并并把把这这一一结结果果存存入入结结果果寄寄存存器器OR并联常开触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作并联常开触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作结结果果与与指指定定继继电电器器内内容容相相或或；并并把把这这一一结结果果存存入入结结果果寄寄存存器器OR/并联常闭触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作并联常闭触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作结
18、结果果与与指指定定继继电电器器内内容容相相或或；并并把把这这一一结结果果存存入入结结果果寄寄存存器器 左左图图是是可可编编程程控控制制器器的的两两个个基基本本的的块块指指令令（触触点点组组用用法）：法）：ANS两两个个基基本本指指令令组组之之间间是是“与与”的的逻逻辑辑关关系系；两两块块电电路路组组总总体体上上是是“串串联联”；ORS两两个个基基本本指指令令组组之之间间是是“或或”的的逻逻辑辑关关系系；两两块块电电路路组组总总体体上上是是“并并联联”；DF上升沿微分指令，上升沿微分指令，仅仅在在其其前前面面条条件件ON的的上上升升沿沿时时，输输出出ON信信号号一个扫描周期；一个扫描周期；DF/
19、下降沿微分指令，下降沿微分指令，仅仅在在其其前前面面条条件件ON的的下下降降沿沿时时，输输出出ON信信号号一个扫描周期；一个扫描周期；NOT取取反反指指令令，对对它它前前 面的运算结果取反；面的运算结果取反；NOP空操作指令，不执空操作指令，不执 行任何操作；行任何操作；PSHS保保存存前前面面的的演演算算结结果果，以以备备后后面面使使用用，相相当当于于堆堆栈栈的的入栈指令；入栈指令；RDS读读取取前前面面保保存存的的演演算算结结果果，继继续续演演算算，相相当当于于堆堆栈栈的的读读栈指令；栈指令；POPS释放前释放前面保存的演算结果面保存的演算结果,继继续演算，相当于堆栈的续演算，相当于堆栈的
20、出栈指令。出栈指令。左左图图是是可可编编程程控控制制器器的的三三个个基基本本的输出指令：的输出指令：OT输输出出继继电电器器线线圈圈，同同一一序号只能用一次；序号只能用一次；TM定定时时器器线线圈圈，同同一一序序号号 只只 能能 用用 一一 次次；例例 中中 的的TMX19对对应应着着设设定定值值区区SV19、经经过过值值区区EV19；计计时时器器是是逐逐步递减的计时方式；步递减的计时方式；SET、RST对继电器线圈直对继电器线圈直接进行操作，同一继电器可接进行操作，同一继电器可多次使用，使用此种命令不多次使用，使用此种命令不受多重输出的禁止限制；受多重输出的禁止限制；CT计数器的线圈，同一计
21、数器的线圈，同一序号只能用一次；序号只能用一次；K99为为十十进进制制预预置置常常数数99；也可以使用其它进制也可以使用其它进制的常数的常数计计数数器器的的计计数数方方式式为为减减计计数数（定时器也一样）；（定时器也一样）；例例中中的的CT101对对应应着着设设定定值值区区SV101、经过值区经过值区EV101；KP指令 相当于一个锁存继电器，当置位输入为ON时，使输出接通为ON并保持。X0X1KPY0置位触发信号复位触发信号输出地址TMR、TMX、TMY指令TMR：以0.01秒为单位设置延时ON定时器；TMX：以0.1秒为单位设置延时ON定时器；TMY：以1秒为单位设置延时ON定时器；T5T
22、MX305X0Y0预置值定时器指令编号CT计数指令 为预置计数器,完成减计数操作,当计数输入端信号从OFF变为ON时,计数值减1,当计数值减为0时,计数器为ON,使其常开接点闭合,常闭接点打开.X0X1CT10计数触发信号复位触发信号预置值100C100Y0MC(主控继电器)和MCE（主控继电器结束）指令当预置触发信号接通时，执行MC至MCE之间的指令（MC 0）Y0 Y1（MCE 0）X0X2X1R0X3R1预置触发信号MC指令编号LOOP（循环）和LBL（标号）指令 跳转到与跳转到与LOOP指令相同编号的指令相同编号的LBL指令，并反复执指令，并反复执行行LBL指令之后的程序，直到规定的操
23、作数变为指令之后的程序，直到规定的操作数变为0。（LBL 1）R1 Y1 LOOP 1 DT0 X0X5R2Y0R1预置触发信号X1LBL指令编号基本程序回路：基本程序回路：自锁回路自锁回路互锁回路互锁回路顺序动作回路顺序动作回路自锁回路自锁回路 在在输输入入X0“ON”之之后后，输输出出继继电电器器R线线圈圈得得电电、动动作作，以以自自身身的的触触点点维维持持自自身身线线圈圈的的电电源源，所所以以称称自自锁锁；只只有有在在输输入入断断开开的的X1“ON”后后才才会会切切断断继继电电器器R的的电电源源；广广泛泛应应用用于于需需要要保保持持的的动动作作中中，如如电电机机的的起起动动与与停停止止的
24、的控控制制等等。自锁也提供失电保护的机能。自锁也提供失电保护的机能。左左图图的的上上、下下两两者者都都是是自自锁锁，但但是是又有些区别：又有些区别：上上面面复复位位优优先先：以以输输入入断断开开为为优优先先，在在断断开开有有输输入入时时，无无法法接接通通动动作作继电器；继电器；下下面面动动作作优优先先，以以输输入入动动作作为为优优先先，在在动动作作有有输输入入时时，无无法法断断开开动动作作继电器；继电器；基于这种区别，我们所使用的安全基于这种区别，我们所使用的安全回路往往是采用断开优先的方式，以保回路往往是采用断开优先的方式，以保证安全回路动作后，能可靠地切断输出。证安全回路动作后，能可靠地切
25、断输出。互锁回路互锁回路 当当输输出出继继电电器器R1动动作作后后，R1通通过过自自锁锁保保持持了了本本身身的的线线圈圈电电源源，同同时时通通过过自自身身的的常常闭闭触触点点切切断断了了继继电电器器R2的的线线圈圈电电源源，使使其其无无法法动动作作；只只有有在在R1断断开开后后，其其常常闭闭触触点点恢恢复复接接通通，R2才才可可能能动动作作；同同理理，R2动动作作也也会会使得使得R1无法动作。无法动作。这这样样的的两两个个继继电电器器动动作作互互相相制制约约称称互互锁锁；广广泛泛应应用用于于不不能能同同时时存存在在的的几几个个动动作作之之间间，如如控控制制3相相电电机机的的正正反反转转.互互锁
26、锁动动作作的的优优先先程度是并列的。程度是并列的。顺序动作回路顺序动作回路 只只有有在在R1动动作作，R1的的接接点点自自锁锁后后，R2才才可可能能动动作作；只只有有在在R2动动作作，R2的的接接点点自自锁锁后后，R3才可能动作；才可能动作；这样就形成了后这样就形成了后续的动作以前面的动续的动作以前面的动作为条件的动作顺序，作为条件的动作顺序，所以也称为条件动作。所以也称为条件动作。在在我我们们公公司司的的设设备备中中，有有很很多多要要严严格格限限制制动动作作顺顺序序的的时时候候；考考虑虑到到动动作作的的可可靠靠性性，往往往往在在回回路路中中加加入入确确认认动动作作到到位位的的传传感感器器信信
27、号号，以以构构成成一一种种闭闭环环的的控控制制系系统。统。如如左左面面图图示示中中的的R1与与R2间间的的动动作作关关联联，即即：R0动动作作+X10检检知知 R1动作。动作。有的时候，为了确有的时候，为了确保动作的到位，还在检保动作的到位，还在检知的后面加时间继电器知的后面加时间继电器延缓下一步动作。延缓下一步动作。可编程控制器实现的可编程控制器实现的F-FF-F回路回路 可编程控制器的梯可编程控制器的梯形图程序源自继电器控制形图程序源自继电器控制电路，现代计算机技术的电路，现代计算机技术的高速发展赋予了更多、更高速发展赋予了更多、更强大的功能，如计算、比强大的功能，如计算、比较等功能。抛开
28、这些高级较等功能。抛开这些高级功能不提，可编程控制器功能不提，可编程控制器的顺序性继电器控制要强的顺序性继电器控制要强得多，它严格按照其程序得多，它严格按照其程序的地址顺序执行，能取出的地址顺序执行，能取出条件上升沿、下降沿，所条件上升沿、下降沿，所以在考虑控制动作的时序、以在考虑控制动作的时序、时间竞争上要相对容易些。时间竞争上要相对容易些。在继电器控制的典型回路在继电器控制的典型回路中提到的中提到的F-FF-F回路，用可回路，用可编程控制器来实现要简单编程控制器来实现要简单得多得多 指令指令DFDF是关键所在，它把输入按是关键所在，它把输入按钮的信号转化成在前面的输入信号钮的信号转化成在前
29、面的输入信号X“ON”X“ON”的上升沿时仅的上升沿时仅“ON”ON”一个扫描一个扫描周期的瞬时输出信号，消除了时间竞周期的瞬时输出信号，消除了时间竞争，使得可编程控制器的扫描处理结争，使得可编程控制器的扫描处理结果得以确定。果得以确定。公司公司PLC程序典型组成部分程序典型组成部分 在我公司主要使用的可编程控制器为NAIS FP系列的PLC，包括FP-M FP-0 FP-1 FP-2 FP-3 FP-5 FP-10 FP-10SH 等，其程序大多数为使用基本指令编写的，程序的尺寸（步骤数）的大小依照设备的功能及动作的复杂而复杂，少则二百余步，多则五六千步。对于功能及动作复杂的设备其程序都是有
30、固定组成结构的，模块化的结构也是为了便于编写和修改。模块之间使用LBL标号指令予以标明加以分别，程序常见的组成模块主要有：报警模块、停机模块、启动模块、原位置模块、数据通讯模块、机构动作模块，下面就以TX1#弯曲包装机的程序为例加以介绍。报警模块 报警模块主要内容是各种应避免发生的状况的描述以及需要通知操作人员故障发生的内容。停机模块 主要包括各种异常、报警、人为等停机的程序，该部分是能使设备自动运转中停止下来的程序。启动模块 启动模块是包含有设备能够自动运转的所有条件的程序。全原位模块 该模块描述的是设备各部分的原位置情况，是设备在启动和停止时必不可少的条件。FP1-C56可编程控制器FP3可编程控制器FP10可编程控制器北京松下控制装置有限公司制造部制造技术课编制制造部制造技术课编制20052005年年7 7月月B M A C