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1、第第11章章 可编程控制器可编程控制器及其应用及其应用 11.2 可编程控制器的程序编制11.3 可编程控制器应用举例 11.1 可编程控制器的结构和工作原理11.5 可编程控制器微机编程与监控软件简介(略)11.4 松下FPX系列、欧姆龙(OMRON)C系列和 西门子S7200系列可编程控制器常用基本 指令对照(略)第1页/共65页 可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术发展起来的一种新型工业控制器，专门用于工业现场的自动控制装置。PLC 具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单以及功耗低、体积小等优点。但它存储容量小，价格高。本章只为初学者提供 PL
2、C 基础知识，重点是简单程序编制，重在应用。继电接触器控制系统在生产中得到广泛应用。但由于它的机械触点多、接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性差，因此已不能满足现代化生产过程复杂多变的控制要求。第11章 可编程控制器及其应用第2页/共65页 PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同,但其结构和工作方式则大同小异,一般由主机、输入/输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几个主要部分构成。11.111.1 可编程控制器的结构和工作方式可编程控制器的结构和工作方式可编程控制器的结构和工作方式可编程控制器的结构和工作方式可编程控制器的结构及各部分的作用 PLC 可看作一个系统，外部的各种开
3、关信号或模拟信号均为输入变量，它们经输入接口寄存到 PLC 内部的状态寄存器和数据存储器中，而后按用户程序要求进行逻辑运算或数据处理，最后以输出变量的形式送到输出接口，从而控制输出设备。第3页/共65页 PLC 硬件系统结构图第4页/共65页1.主机 CPU是PLC的核心，主要用来运行用户程序，监控输入/输出接口状态。主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。PLC 内部存储器系统程序存储器用户程序及数据存储器 系统程序存储器：主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固化，用户不能更改。用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应用程
4、序及各种暂存数据、中间结果。第5页/共65页2.输入/输出(I/O)接口 输入接口用于接收输入设备(如按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备(如接触器、电磁阀、指示灯等)。3.电源 PLC电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。I/O接口是 PLC 与输入/输出设备连接的部件。I/O接口电路一般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰。第6页/共65页PLC的输入接口电路(直流输入型)第7页/共65页PLC的继电器输出接口电路第8页/共65页PLC的晶体管输出接口电路第9页/共65页4.编程器 编程器是 P
5、LC 重要的外部设备，用于手持编程。利用编程器可输入、检查、修改、调试用户程序或在线监视PLC工作状况。除手持编程器外，目前使用较多的是利用通信电缆将PLC和计算机连接，并利用专用的工具软件进行编程或监控。6.外部设备接口 I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元(即主机)连接在一起。5.输入/输出扩展接口 此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相连。第10页/共65页可编程控制器的工作方式 PLC 采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作。其工作过程分为输入采样、程序执行和输出刷新 三个阶段，并进行周期循环。一条指令所需时间一般不超过 100 ms。第1
6、1页/共65页1.1.输入采样阶段输入采样阶段 PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将其存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行阶段，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能被读入。2.2.程序执行阶段程序执行阶段 PLC在程序执行阶段，按先左后右，先上后下的步序执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存器和其他元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态,并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。第12页/共65页3.3.输出刷新阶段输出刷新阶段 在所有指令执行完
7、毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态,在输出刷新阶段转存到输出锁存器中,去控制各物理继电器的通/断,这才是PLC的实际输出。由PLC的工作过程可见,在PLC的程序执行阶段,即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期输入采样阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。第13页/共65页可编程控制器的主要技术性能1.I/O1.I/O点数点数 指PLC外部输入和输出端子
8、数。通常小型机有几十个点,中型机有几百个点，而大型机超过千点。2.2.用户程序存储容量用户程序存储容量 用来衡量PLC所能存储用户程序的多少。在 PLC 中，程序指令按“步”存储储,一“步”占用一个地址单元,一条指令有的往往不止一“步”。一个地址单元一般占两个字节。3.3.扫描速度扫描速度 指扫描1000步用户程序所需的时间，以ms/千步为单位。有时也用扫描一步指令的时间计,如 s/步。第14页/共65页4.指令系统条数 PLC 具有基本指令和高级指令，指令的种类和数量越多，其软件控制功能越强。5.编程元件的种类和数量 编程元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用“字”
9、寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等，其种类和数量的多少是衡量 PLC 硬件功能强弱的一个指标。PLC 内部“继电器”是存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为1时，则表示相应“继电器”的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。所以 PLC 内部这些“继电器”称为“软”继电器。第15页/共65页FPX-C30FPX-C30可编程控制器编程元件的编号范围与功能说明可编程控制器编程元件的编号范围与功能说明第16页/共65页第17页/共65页可编程控制器的主要功能和特点1.1.主要功能主要功能(1)开关逻辑控制用PLC取代传统的继电接触器进行逻辑控制。(3)步进控制(4)数据处理(2)定时/计数控
10、制 用PLC的定时/计数指令来实现定时和计数控制。用步进指令实现一道工序完成后，再进行下一道工序操作的控制。能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算和逻辑运算等操作。第18页/共65页(5)过程控制(6)运动控制(7)通信连网(8)监控(9)数字量与模拟量的转换 可实现对温度、压力、速度、流量等非电量参数进行自动调节。通过高速计数模块和位置控制模块进行单轴或多轴控制。如用于数控机床、机器人等控制。通过PLC之间的连网及与计算机的连接，实现远程控制或数据交换。能监视系统各部分的运行情况,并能在线修改控制程序和设定值。能进行A/D和D/A转换，以适应对模拟量的控制。第19页/共65页2.2.
11、主要特点主要特点 (1)可靠性高，抗干扰能力强。PLC采用大规模集成电路和计算机技术，对电源进行屏蔽，对I/O接口采取光电耦合；在软件方面定期进行系统状态及故障检测。而这些都是继电接触器控制系统不具备的。(2)编程简单，使用方便。(3)通用性好，具有在线修改能力。PLC硬件采用模块化结构，可以灵活地组态以适应不同的控制对象、控制规模和控制功能的要求。且可通过修改软件，来实现在线修改的能力，因此其功能易于扩展，具有广泛的工业通用性。第20页/共65页 (4)(4)缩短设计、施工、投产的周期缩短设计、施工、投产的周期,维护容易。维护容易。目前PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据控制系统的
12、要求，就可选用相应的模块进行组合设计，同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减轻了接线工作，同时PLC还具有故障检测和显示功能，使故障处理时间缩短。(5)(5)体积小，易于实现机电一体化。体积小，易于实现机电一体化。第21页/共65页11.2 可编程控制器的程序编制可编程控制器的程序编制可编程控制器的编程语言可编程控制器的程序有系统程序和用户程序两种。系统程序用户不能修改。用户程序是用户根据控制要求，利用 PLC 厂家提供的程序编制语言和指令编写的应用程序。PLC 的编程语言以梯形图语言和指令语句表语言最为常用，并且两者常常联合使用。1.1.梯形图梯形图 梯形图是在继电控制系统电气原理图基
13、础上开发出来的一种图形语言。它是继承了继电器触点、线圈、串联、并联等术语和符号，根据控制要求连接而成的表示 PLC输入和输出之间逻辑关系的图形。第22页/共65页1.1.梯形图梯形图编程元件的种类用图形符号及字母或数字加以区别。梯形图中用表示 PLC 编程元件的动合触点表示动断触点表示线圈例例:用用PLCPLC组成电机起停控制电路组成电机起停控制电路(1)(1)继电接触控制图继电接触控制图(2)(2)利用梯形图编制控制程序利用梯形图编制控制程序第23页/共65页 (1)梯形图中的继电器不是物理继电器，是 PLC存储器的一个存储单元。当写入该单元的逻辑状态为1时，则表示相应继电器的线圈接通，其动
14、合触点闭合，动断触点断开。几点说明：几点说明：(2)梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行(或称梯级)起始于左母线，然后是触点的串、并联连接，最后通过线圈与右母线相连。(3)梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中满足线圈接通的条件。第24页/共65页 (4)输入继电器用于接收外部输入信号，它不能由PLC内部其他继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备。当梯形图中的输出继电器线圈接通时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备
15、，而要通过输出接口的“硬”继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点也可供内部编程使用。2.指令语句表 指令语句表是一种用指令助记符来编制 PLC 程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言容易理解。若干条指令组成的程序就是指令语句表。第25页/共65页笼型电动机直接起动控制的指令语句表 ST 起始指令(取指令):从左母线(即输入公共线)开始取用动合触点作为该逻辑行运算的开始，图中取用 X2。OR 触点并联指令(也称或指令):用于单个动合触点的并联，图中并联 Y1。第26页/共65页 ED 程序结束指令。OT 输出指令:用于将运算结果驱动指定线圈，图中驱动输出继电器线圈 Y1。A
16、N/触点串联反指令(也称与非指令):用于单个动断触点的串联，图中串联 X1。第27页/共65页可编程控制器的编程原则和方法1.1.编程原则编程原则 (1)PLC编程元件的触点在编制程序时使用次数是无限的。每个继电器的线圈在梯形图中只能出现一次,它的触点可以使用无数次。(2)梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止于右母线。线圈总是处于最右边，且不能直接与左母线相连。不正确正确第28页/共65页(3)编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左重右轻”。不合理合理 (4)在梯形图中应避免将触点画在垂直线上，因为它无法用指令语句编程。第29页/共65页 (5)应避免同一继电器线圈在程序中重复输出，否则将引
17、起误操作。电动机直接起动控制 (6)外部输入设备动断触点的处理如下图所示。第30页/共65页 在(b)图中,SB1 接成动断,接在 PLC 输入继电器的X1 端子上,则在编制梯形图时,用的是动合触点X1。因SB1闭合，对应的输入继电器接通,这时它的动合触点X1是闭合的。按下SB1,断开输入继电器,动合触点X1才断开。两边各自的公共端子 通常由 PLC内部电源提供 外接 FR的触点只能接成动断触点，且不作为PLC的输入信号，而将其触点接在输出电路中直接用于通断接触器线圈。为了使梯形图和继电接触器控制电路一一对应，PLC 输入设备的触点应尽可能接成动合形式。第31页/共65页2.编程方法 以笼型电
18、动机正反转的控制电路为例介绍PLC控制的编程方法笼型电动机正反转的控制电路第32页/共65页 (1)确定I/O点数及分配2.编程方法电动机正反转控制外部接线图 输 入 输 出 SB1 X0 SBF X1 SBR X2 KMF Y1KMR Y2共需 5 个 I/O 点，即第33页/共65页(2)编制梯形图和指令语句表梯形图指令语句表 第34页/共65页 可编程控制器的指令系统1.起始指令ST，ST/与输出指令OT指令使用说明：ST/起始反指令(也称取反指令)：从左母线开始取用动断触点作为该逻辑行运算的开始。指 令地址0 ST X01 OT Y02 ST/X13 OT R0(1)ST，ST/指令可
19、使用的编程元件为 X，Y，R，T，C；OT 指令可使用的编程元件为 Y，R。(2)ST，ST/指令也可与 ANS 或 ORS 块操作指令配合用于分支回路的起始处。第35页/共65页 (3)OT 指令不能直接用于左母线，可以连续使用若干次，这相当于线圈的并联。指 令地址0 ST X01 OT Y02 OT Y13 OT Y2 当 X0 闭合时，则 Y0、Y1，Y2 均接通。AN，AN/指令分别用于单个动合和动断触点的串联。OR，OR/指令分别用于单个动合和动断触点的并联。指令使用说明：2.触点串联指令 AN,AN/与触点并联指令 OR,OR/第36页/共65页2.触点串联指令 AN,AN/与触点
20、并联指令 OR,OR/(1)AN，AN/,OR,OR/指令可使用的编程元件为X，Y，R，T，C。(2)AN，AN/，指令可多次连续串联使用。OR,OR/指令可多次连续并联使用。串联或并联次数没有限制。指令使用说明第37页/共65页3.块串联指令 ANS 与块并联指令 ORS ANS(块与)和 ORS(块或)分别用于指令块的串联和并联连接,ANS 用于将两组并联的触点(指令块 1 和指令块 2)串联；ORS 用于将两组串联的触点(指令块 1 和指令块 2)并联。指令块1指令块2第38页/共65页3.块串联指令 ANS 与块并联指令 ORS指令使用说明：(1)每一指令块均以ST(或ST/)开始。(
21、2)当两个以上指令块串联或并联时，可将前面块并联或串联的结果作为新的“块”参与运算。(3)指令块中各支路的元件个数没有限制。(4)ANS 和 ORS 指令后面不带任何编程元件。指令块1指令块2第39页/共65页例1：写出下图所示梯形图的指令语句表。解：指令语句表如右图所示。第40页/共65页4.反指令/当 X0 闭合时，Y0 接通，Y1 断开；反之，则相反。指 令地址0 ST X01 OT Y02 /3 OT Y1反指令是将该指令所在位置的运算结果取反。5.定时器指令 TMTMR：定时单位为 0.01 s 的定时器；TMX：定时单位为 0.1 s 的定时器；TMY：定时单位为 1 s 的定时器
22、。TMR 和 TMX指令各占三个地址号，TMY指令占四个地址号。第41页/共65页TM 指令用法 当定时触发信号发出后，触点X0闭合，定时开始，5s 后定时时间到，定时器触点T2 闭合,线圈Y0也就接通。如果 X0闭合时间不到 5 s，则无输出。动作时序图定时器设置值定时时间50 0.1s=5s 定时器编号0 ST X01 TMX 2 K 504 ST T25 OT Y0 指 令地址指令语句表第42页/共65页指令使用说明：(1)定时设置值为 K1 K32767 范围内任意一个十进制常数。(2)定时器为减 1 计数，每来一个时钟脉冲 CP，定时设置值减 1，至减为 0 时，定时器动作，其动合触
23、点闭合,动断触点断开。(3)如果在定时器工作期间,X0 断开,则运行中断，定时器复位,回到原设置值,同时其动合、动断触点恢复常态。(4)程序中每个定时器只能使用一次,但其触点可多次使用。第43页/共65页 例2:试编制延时3 s 接通、延时4 s 断开的电路的梯形图和指令语句表。解:利用两个TMX 指令的定时器 T1 和 T2,其定时设置值 K分别为30 和 40,即延时时间分别为 3 s 和 4 s。梯形图动作时序图指令语句表第44页/共65页X1Y06.计数器指令 CTX0 当计数到 4 时，计数器动合触点 C1008 闭合，线圈Y0 接通。CT 指令占三个地址号计数脉冲输入端计数设置值梯
24、形图指令语句表复位脉冲输入端计数器编号第45页/共65页6.计数器指令 CT指令使用说明：(1)计数设置值为 K1 K32767 范围内任意一个十进制常数。(2)计数器为减 1 计数，每来一个计数脉冲上升沿，计数设置值减 1，至减为 0 时，计数器动作，其动合触点闭合，动断触点断开。(3)如果在计数器工作期间，复位端 R 输入复位信号，使计数器复位，则运行中断，回到原设置值，同时其动合、动断触点恢复常态。(4)程序中每个计数器只能使用一次，但其触点可多次使用。第46页/共65页7.堆栈指令 PSHS，RDS，POPS PSHS(压入堆栈)，RDS(读出堆栈)，POPS(弹出堆栈)常用于梯形图中
25、多条连于同一点的分支通路，并要用到同一中间运算结果的场合。PSHSPSHSRDSRDSPOPSPOPS梯形图指令语句表第47页/共65页 (1)在分支开始处用 PSHS 指令，它存储分支点前的运算结果；分支结束用 POPS 指令，它读出和清除 PSHS 指令存储的运算结果；在两个指令之间的分支均用 RDS 指令,它读出PSHS 指令存储的运算结果。指令使用说明：等效梯形图 (2)堆栈指令是组合指令不能,单独使用。PSHS，POPS在同一分支程序中各出现一次(开始和结束时)，而 RDS在程序中视连接在同一点的支路数目的多少可多次使用。第48页/共65页8.微分指令 DF，DF/DF：当检测到触发
26、信号上升沿时，线圈接通一个扫描周期。DF/：当检测到触发信号下降沿时，线圈接通一个扫描周期。梯形图指令语句表第49页/共65页8.微分指令 DF，DF/指令使用说明：(1)DF，DF/指令仅在触发信号接通或断开状态变化时有效。(2)DF，DF/指令没有使用次数的限制。(3)如果某一操作只需在触点闭合或断开时执行一次，可使用 DF或DF/指令。当X0闭合时，Y0 接通一个扫描周期；当 X1 断开时，Y1 接通一个扫描周期。触点 X0、X1 分别称为上升沿和下降沿微分指令的触发信号。X0Y0Y1X1一个扫描周期第50页/共65页9.置位、复位指令 SET，RSTSET：触发信号 X0 闭合时，Y0
27、 接通。RST：触发信号 X1 闭合时，Y0 断开。指令用法动作时序图0 ST X01 SET Y0 4 ST X15 RST Y0 指令地址指令语句表第51页/共65页指令使用说明：(1)SET，RST 指令可使用的编程元件为 Y，R。(2)接通触发信号即执行 SET(RST)指令。不管触发信号随后如何变化，线圈将保持接通(断开)。(3)对同一继电器 Y(或 R),可以多次使用 SET 和 RST 指令，次数不限。9.置位、复位指令 SET，RST第52页/共65页10.保持指令 KP S 和 R 分别由输入触点 X0 和 X1 控制。当 X0 闭合时,指定继电器线圈 Y0 接通并保持；当
28、X1 闭合时，Y0 断开复位位。0 ST X01 ST X1 2 KP Y0 指令地址指令用法 置位输入端 复位输入端第53页/共65页指令使用说明：(1)KP 指令可使用的编程元件为 Y，R。(2)置位触发信号一旦将指定的继电器接通，则无论置位的触发信号随后是接通还是断开,指定的继电器都保持接通，直到复位触发信号接通。(3)若置位、复位触发信号同时接通，则复位触发信号优先。(4)当 PLC 电源断开时,KP 指令的状态不再保持。(5)对同一继电器 Y(或 R)一般只能使用一次 KP 指令。10.保持指令 KP第54页/共65页指令使用说明：(1)NOP 指令占一步，当输入NOP指令时，程序容
29、量将有所增加，但对运算结果没有影响。11.空操作指令 NOPNOP:指令不完成任何操作，即空操作。(2)插入NOP 指令可使程序在检查和修改时容易阅读。0 ST R11 NOP2 OT Y0 指令地址指令语句表第55页/共65页12.移位寄存器指令 SR 移位寄存器指令 SR 实现对内部“字”寄存器WR(通用“字”寄存器)中的数据移位。指令用法 数据输入端移位脉冲输入端复位端第56页/共65页12.移位寄存器指令 SR指令使用说明：(2)使用 SR 指令时,必须有数据输入、移位脉冲输入和复位信号输入。当移位脉冲信号和复位触发信号同时出现时，以复位触发信号优先。(1)SR 指令可使用的编程元件为
30、WR，可指定内部通用“字”寄存器中任意一个 WR 作为移位寄存器用。每个 WR 都由相应的 16 个辅助继电器 R0 RF构成，R0 是最低位。第57页/共65页11.3 可编程控制器应用举例第58页/共65页三相异步电动机Y换接起动控制(1)I/O(1)I/O 点分配点分配(b)外部接线图(a)主电路第59页/共65页 (c)(c)梯形图程序梯形图程序Y1 接通电源、Y2 形连接、Y3 星形连接第60页/共65页(2)控制过程 起动时，按下SB2，X2动合触点闭合，此时R0接通，定时器接通，Y1、Y3 也接通，KM1、KM3接触器接通，电动机进入星形联结降压起动。延时5s后，定时器T0动作，
31、其动断触点断开，使Y1、Y3断开，KM1、KM2断开。T0的动合触点闭合，接通定时器T1，延时1s后，T1动作，Y1、Y2接通，KM1、KM2接通，电动机三角形联结，进入正常工作。第61页/共65页加热炉自动上料控制1.1.系统要求系统要求 系统启动时，先将炉门打开，当炉门打开到最大时，给料机进，送料入炉。给料后，给料机退回到原位，并将炉门关闭。SB1为停车按钮SB2为启动按钮SQa为炉门上限位开关 SQb为给料机前限位开关 SQc为给料机后限位开关SQd为炉门下限位开关 KMF1为炉门开启接触器KMR1为炉门闭合接触器KMF2为给料机前进接触器KMR2为给料机后退接触器第62页/共65页(1)I/O 点分配加热炉自动上料控制第63页/共65页(3)梯形图程序(4)指令语句表第64页/共65页感谢您的观看！第65页/共65页