电工学简明教程06可编程控制器.ppt

第6章可编程控制器 第6章可编程控制器 6 1可编程控制器的结构和工作方式 6 2可编程控制器的程序编制 6 3应用举例 第6章可编程控制器 由于继电接触器控制系统机械触点多 接线复杂 可靠性低 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 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 重量轻等优点 但它存储容量小 价格高 本章只为初学者提供PLC基础知识 重点是基本工作原理以及简单程序编制方法 6 1可编程控制器的结构和工作方式 6 1 1可编程控制器的结构及各部分的作用 PLC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 PLC可看作一个系统 外部的各种开关信号或模拟信号均为输入量 它们经输入接口寄存到PLC内部的数据存储器中 而后按用户程序要求进行逻辑运算和数据处理 最后以输出变量的形式送到输出接口 从而控制输出设备 PLC硬件系统结构图 电源 I O扩展接口 CPU 存储器 用户程序 系统程序 输入设备 输出设备 输出接口 外部设备接口 输入接口 主机 PLC 数据 1 主机 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 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 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 用户不得更改 用户程序及数据存储器 主要存放用户编制的应用程序输入输出变量及各种暂存数据和中间结果 2 输入 输出 I O 接口 4 编程器 5 输入 输出扩展接口 6 外部设备接口 I O 接口是PLC与输入 输出设备连接的部件 一般采用光电耦合电路 以减少电磁干扰 3 电源 PLC电源是指为CPU 存储器 I O接口等内部电子电路所配置的开关稳压电源 编程器是PLC重要的外部设备 用于手持编程 输入 输出扩展接口用于将扩充外部输入 输出端子数的扩展单元与主机连接在一起 外部设备接口将外部设备与主机相连 以完成相应操作 6 1 2可编程控制器的工作方式 扫描周期的长短视用户程序的指令条数及执行一条指令所需时间而定 一般不超过100ms 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取样 程序执行和输出刷新三个阶段 并进行周期循环 示意图如下 输入状态寄存器 输出接口 输出状态寄存器 输入接口 程序执行 程序执行 输入取样 输出刷新 一个扫描周期 读 读 写 输入端子 输出端子 6 1 3可编程控制器的主要技术指标 指PLC的外部输入和输出端子数 通常小型机有几十点 中型机有几百个点 而大型机超过千点 1 I O点数 2 用户程序存储容量 在PLC中 程序指令按 步 存储 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 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 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 其软件功能越强 6 1 3可编程控制器的主要技术指标 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 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 FP1 C24可编程控制器编程元件的编号范围与功能说明 6 2可编程控制器的程序编制 6 2 1可编程控制器的编程语言 PLC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 并且两者之间一一对应 可以相互转换 1 梯形图 梯形图是一种从继电接触器控制电路图演变而来的图形语言 它是借助于继电器的动合触点 动断触点 线圈以及串联与并联等术语和符号 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 1 梯形图 梯形图中用 表示PLC编程元件的动合触点 动断触点 线圈 编程元件的种类用图形符号及字母或数字加以区别 ED X2 X1 Y1 Y1 连接线路 梯形图 PLC输入继电器动断触点 动合触点 输出继电器线圈 动合触点 6 2 1可编程控制器的编程语言 几点说明 1 梯形图中的继电器不是 硬 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 其动合触点闭合 动断触点断开 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 并联接 最后是线圈与右母线相连 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 4 输入继电器用于接收外部输入信号 而不能由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 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 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 梯形图 左母线 AN 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 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 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 1 编程原则 2 PLC编程元件触点在编制程序时使用次数是无限的 1 梯形图的每一逻辑行 梯级 皆始于左母线 终止于右母线 各种元件的线圈接于右母线 不正确接线 正确接线 3 编制梯形图时 应尽量做到 上重下轻 左重右轻 以符合 从左到右 自上而下 的执行程序的顺序 并易于编写指令语句 不合理 合理 6 2 2可编程控制器的编程原则和方法 1 编程原则 4 在梯形图中应避免触点画在垂直线上 因它无法用指令语句编程 X4 X2 Y1 X3 X1 X5 X1 Y2 X3 X2 无法编程 5 应避免同一继电器线圈在程序中重复输出 否则引起误操作 电动机直接起动继电接触控制线路 X2 X1 Y1 Y1 6 外部输入设备动断触点的处理 FR SB1 SB2 E KM FR PLC控制 a SB1仍接成动断 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 未施加按动SB1的停止动作时 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 6 外部输入设备动断触点的处理 KM SB1 SB2 KM FR SB1 SB2 E KM FR 电动机直接起动继电接触控制线路 X2 X1 Y1 Y1 PLC控制 b SB1接成动合形式 则在梯形图中 用的是动断触点X1 未施加按动SB1的停止动作时 因SB1断开 这时对应的输入继电器断开 其动断触点X1仍然闭合 按下SB1 接通输入继电器 动断触点X1才断开 6 外部输入设备动断触点的处理 SB1 SB2 E KM FR PLC控制 通常由PLC内部电源提供 外接 两边各自的公共端子 FR的触点只能接成动断的 并且不作为PLC的输入信号 而将其直接通断接触器线圈 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 笼型电动机正反转的控制线路 KMF FR FU SB1 SBF KMF KMF FR QS KMR KMR SBR KMR KMF KMR 2 编程方法 以此电路为例 介绍PLC控制的编程方法 2 编程方法 1 确定I O点数及其分配 共需5个I O点 即 电动机正反转控制外部接线图 2 编程方法 2 编制梯形图和指令语句 梯形图 指令语句 指令 地址 0STX11ORY12AN X03AN Y24OTY15STX26ORY27AN X08AN Y19OTY2 10ED 6 2 3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 从左母线开始取用动断触点作为该逻辑行运算开始 1 ST ST 指令可使用的编程元件为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 3 OT指令不能直接用于左母线 可以使用若干次 这相当于线圈的并联 当X0闭合时 则Y0 Y1 Y2均接通 2 触点串联指令AN AN 与触点并联指令OR OR 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 1 AN AN OR OR 指令的使用元件为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 0STX01OTY02 3OTY1 3 反指令 当X0闭合时 Y0接通 Y1断开 反之 则相反 4 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 4 块串联指令ANS与块并联指令ORS X3 X1 X0 Y0 X2 指令块1 指令块2 指令块1 指令块2 0STX01ORX22STX13OR X34ANS5OTY0 0STX01ANX12STX23AN X34ORS5OTY0 4 块串联指令ANS与块并联指令ORS 0STX01ORX22STX13OR X34ANS5OTY0 0STX01ANX12STX23AN X34ORS5OTY0 指令使用说明 1 每一指令块均以ST 或ST 开始 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指令不带使用元件 0STX01ORX12STX23ANX34STX45AN X56ORS7ORX68ANS9OR X710OTY0 例1 写出图中所示梯形图的指令语句表 解 指令语句表如右图所示 5 定时器指令TM TMR 定时单位为0 01s的定时器 TMX 定时单位为0 1s的定时器 TMY 定时单位为1s的定时器 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5s 则无输出 X0 Y0 5s 2s 动作时序图 TMR和TMX指令各占三个地址号 TMY指令占四个地址号 定时器编号 定时器设置值定时时间50 0 1s 5s 5 定时器指令TM 指令使用说明 1 定时设置值为K0 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 其动合触点闭合 动断触点断开 定时器的时钟脉冲CP由PLC内部产生 3 如果在定时器工作期间 X0断开 则运行中断 定时器复位 回到原始值 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 没有限制 0STX01TMX1K304STY05AN X06TMX2K409STT110ORY011AN T212OTY013ED 指令 地址 例2 试编制延时3s接通 延时4s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 即延时分别为3s和4s 梯形图 动作时序图 指令语句表 X1 Y0 6 计数器指令CT X0 CT指令的用法 当计数到4时 计数器动合触点C100闭合 线圈Y0接通 计数设置值 计数脉冲输入端 复位脉冲端输入端 CT指令占三个地址号 C100 计数器编号 6 计数器指令CT CT指令使用说明 1 计数设置值为K0 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 回到原始之值 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 例3 试编制实现下述控制要求的梯形图 用一个开关来通断输入触点X0而获得计数脉冲以控制三个灯Y1 Y2 Y3的亮灭 开关 X0 闭合一次 Y1点亮 闭合两次 Y2点亮 闭合三次 Y3点亮 再闭合一次 三个灯全灭 解 R0是内部辅助继电器 Y1 Y2 X0 Y3 0STX01PSHS2ANX13OTY04RDS5AN X26OTY17POPS8ANX39OTY2 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 PSHS RDS POPS 7 堆栈指令PSHS RDS POPS X0 Y2 Y1 Y0 X3 X2 X1 PSHS RDS POPS 指令使用说明 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 2 堆栈指令是组合指令 不能单独使用 PSHS POPS在程序中各出现一次 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 0STX01DF2OTY03STX14DF 5OTY1 8 微分指令DF DF DF 当检测到触发信号上升沿时 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 X0 Y1 Y0 X1 DF DF 指令用法 梯形图 指令语句表 8 微分指令DF DF 指令使用说明 1 DF DF 指令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 X0 Y0 Y1 X1 一个扫描周期 9 置位 复位指令SET RST SET 触发信号X0闭合时 Y0接通 RST 触发信号X1闭合时 Y0断开 指令用法 梯形图 动作时序图 指令语句表 0STX01SETY04STX15RSTY0 9 置位 复位指令SET RST 指令使用说明 1 SET RST指令的使用元件为Y R 2 当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 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X1闭合时 Y0断开复位 0STX01STX12KPY0 指令用法 X0 Y0 X