电工电子-第6章

1、6.1 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6.2 可编程控制器的程序编制可编程控制器的程序编制6.3 应用举例应用举例退出退出 可编程控制器可编程控制器( (PLC) )是以中央处理器为核心，综合了计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。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。功耗低、体积小，重量轻等优点

2、。但它存储容量小，价格高。 本章只为初学者提供本章只为初学者提供 PLC 基础知识，重点是简单程序编制，基础知识，重点是简单程序编制，重在应用。重在应用。 由于继电接触控制系统机械触点多、接线复杂、可靠性低、由于继电接触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。求。6.1 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6.1.1 可编程控制器的结构及各部分的作用可编程控制器的结构及各部分的作用 PLC 一般由主机、输入一般由主机、输入/ /输出接口、电源、编程器、扩输出接口、

3、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。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号均为输入量，它们经输入接口寄存到 PLC 内部的数据存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，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。最后以输出变量的形式送到输出接口，从而控制输出设备。电电 源源I/O扩扩展展接接口口I/O扩扩展展单单元元CPU存储器存储器用户用户程序程序系统系统程序程序

4、输入设备输入设备输出设备输出设备输输出出接接口口外外部部设设备备接接口口输输入入接接口口编程器编程器数数据据打印机打印机磁带机磁带机计计算机算机扫描仪扫描仪电磁电磁阀阀电磁电磁线圈线圈指示灯指示灯按钮按钮行程行程开关开关触点触点1. 主机主机 主机部分包括主机部分包括中央处理器中央处理器 CPU 、系统程序存储器、系统程序存储器和和用户程序及数据存储器用户程序及数据存储器。 CPU 是是 PLC 的核心，主要用来运行用户程序，监控输的核心，主要用来运行用户程序，监控输入入/输出接口状态。输出接口状态。PLC 内部存储器内部存储器系统程序存储器系统程序存储器用户程序及数据存储器用户程序及数据存储

5、器 系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用系统程序存储器，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。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。输入输出变量及各种暂存数据和中间结果。输入输入/ /输出输出( (I/ /O) )接口接口4. . 编程器编程器输入输入/ /输出输出扩展扩展接口接口外部设备接口外部设备接口 ( (I/ /O) )接口是接口是 PLC 与输入与输入/ /输出设备联接的部件。一般采输出设备联接的部件。一般

6、采用光电耦合电路，以减少电磁干扰。用光电耦合电路，以减少电磁干扰。电源电源 PLC 电源是指为电源是指为 CPU、存储器、存储器、I/O 接口等内部电子电接口等内部电子电路所配置的开关稳压电源。路所配置的开关稳压电源。编程器是编程器是 PLC 重要的外部设备，用于手持编程。重要的外部设备，用于手持编程。 输入输入/ /输出输出扩展扩展接口用于将扩充外部输入接口用于将扩充外部输入/ /输出端子数的输出端子数的扩展单元与主机联接在一起。扩展单元与主机联接在一起。外部设备外部设备接口将外部设备与主机相联，以完成相应操作。接口将外部设备与主机相联，以完成相应操作。 扫描周期的长短视用户程序的指令条数及

7、执行一条指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，一般不超过令所需时间而定，一般不超过 100 ms。6.1.2 可编程控制器的工作方式可编程控制器的工作方式 PLC 采用采用“顺序扫描、不断循环顺序扫描、不断循环”的方式进行工作。其工的方式进行工作。其工作过程分为作过程分为输入采样输入采样、程序执行程序执行和和输出刷新输出刷新 三个阶段，并三个阶段，并进行周期循环。示意图如下：进行周期循环。示意图如下：输输入入状状态态寄寄存存器器输输出出端端输输出出状状态态寄寄存存器器输输入入端端程程序序执执行行程序执行程序执行输入采样输入采样 输出刷新输出刷新一个扫描周期一个扫描周期

8、读读读读写写6.1.3 可编程控制器的主要技术指标可编程控制器的主要技术指标 指指 PLC 的外部输入和输出端子数。通常小型机有几十点，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。中型机有几百个点，而大型机超过千点。 1. . I/ /O点数点数2. . 用户程序存储容量用户程序存储容量 在在 PLC 中，程序指令按中，程序指令按“步步”存存，一，一 “步步” ” 占用一个地占用一个地址单元，一条指令有的往往不止一址单元，一条指令有的往往不止一“步步”。一个地址单元一般。一个地址单元一般占两个字节。占两个字节。3. . 扫描速度扫描速度 指扫描指扫描 100

9、0 步用户程序所需的时间，以步用户程序所需的时间，以 ms / /千步为单位。千步为单位。有时也用扫描一步指令的时间计，如有时也用扫描一步指令的时间计，如 s/s/步。步。4. . 指令系统条数指令系统条数 PLC 具有具有基本指令和高级指令，指令的种类和数量越多，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。其软件功能越强。6.1.3 可编程控制器的主要技术指标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、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、通用定时器、计数器、通用“字字”寄

10、存器、数据寄存器及特殊功寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等，其能继电器等，其种类和数量种类和数量的多少是的多少是衡量衡量 PLC 硬件硬件功能强功能强弱的一个指标。弱的一个指标。 PLC 内部内部“继电器继电器”是存储是存储 器的存储单元。当写入器的存储单元。当写入该单元逻辑状态为该单元逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器的线圈接时，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。所以通，其动合触点闭合，动断触点断开。所以 PLC 内部这内部这些继电器称为些继电器称为“软软”继电器。继电器。元件名称元件名称代表字母代表字母编号范围编号范围功能说明功能说明输入继电器输入继电器输出继电

11、器输出继电器辅助继电器辅助继电器 通用通用“字字”寄存器寄存器计数器计数器定时器定时器XYRTCWRX0 XF 共共16点点 接收外部输入的信号接收外部输入的信号输出程序执行结果输出程序执行结果给外部输出设备给外部输出设备在程序内部使用，在程序内部使用，不能提供外部输出不能提供外部输出延时定时继电器，其延时定时继电器，其触点在程序内部使用触点在程序内部使用减法计数继电器，其减法计数继电器，其触点在程序内部使用触点在程序内部使用每个每个WR由相应的由相应的16个辅助个辅助继电器继电器 R 构成构成Y0 Y7 共共 8 点点R0 R62F 共共 1008 点点T0 T99 共共 100 点点 C1

12、00 C143 共共 44 点点WR0 WR62 共共63个个返回返回6.2 可编程控制器的程序编制可编程控制器的程序编制6.2.1 可可编程控制器的编程语言编程控制器的编程语言PLC 的的程序有程序有系统程序系统程序和和用户程序用户程序两种。两种。系统程序用户不能修改。系统程序用户不能修改。 用户程序是用户根据控制要求，用户程序是用户根据控制要求，利用利用 PLC 厂家厂家提供的程提供的程序编制语言编写的应用程序。序编制语言编写的应用程序。 PLC 的编程的编程语言以梯形图语言和指令语句表语言最为常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。用，并且两者常常联合使用。1.

13、 梯形图梯形图 梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语梯形图是一种从继电接触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，根据控制要求联接而成的联与并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示表示 PLC 输输入和输出之间逻辑关系的图形。入和输出之间逻辑关系的图形。1. 梯形图梯形图梯形图中用梯形图中用表示表示 PLC 编程编程元件的元件的动合触点动合触点动断触点动断触点线圈线圈编程元件的种类用图形符号及字母或数字加以区别。编程元件的种类用图形符号及字母或数字加以区别。( (ED

14、) )X2X1Y1Y1连连动动线线路路梯梯形形图图PLC 输入输入继电器继电器动断触点动断触点动合触点动合触点动合触点动合触点KM12SB1SB2KM6.2.1 可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言 ( (1) ) 梯形图中的继电器不是梯形图中的继电器不是“硬硬”继电器，继电器，是是 PLC 存储存储器器的一个存储单元。当写入该单元的的一个存储单元。当写入该单元的 逻辑状态为逻辑状态为“1”1”时，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。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

15、。每一梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行逻辑行( (或称梯级或称梯级) )起始于左母线，然后是触点的串、并联起始于左母线，然后是触点的串、并联连接，最后是线圈与右母线相联。连接，最后是线圈与右母线相联。 ( (3) ) 梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念概念电流电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流概念电流”只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。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输入继电器用于接收外部输入

16、信号，而不能由，而不能由PLCPLC内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，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继电器口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。、晶体管或晶闸管才能实现。几点说明几点说明输出继电器的触点也可供内部编程使用。输出继电器的触点也可

17、供内部编程使用。 2. . 指令语句表指令语句表 指令语句表是一种用指令助记符指令语句表是一种用指令助记符来编制来编制 PLC 程序的语言，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指令组成的程序就是指令语句表 笼型笼型电动机电动机直接直接起动起动控制控制的指令语句表的指令语句表 ST 起始指令起始指令( (取取指令指令) )：从左母线：从左母线( (即输入公共线即输入公共线) )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

18、梯形图左左母母线线 AN/ / 触点串联反指令触点串联反指令( (也称也称与非与非指令指令) )：用于单个动断触：用于单个动断触点的串联，图中串联点的串联，图中串联 X1。 OR 触点并联指令触点并联指令( (也称也称或或指令指令) )：用于单个动合触点的并：用于单个动合触点的并联，图中并联联，图中并联 Y1。 ED 程序结束指令程序结束指令。 OT 输出指令输出指令：用于将运算结果驱动指定线圈，图中驱：用于将运算结果驱动指定线圈，图中驱动输出继电器线圈动输出继电器线圈 Y1。( (ED) )X2X1Y1Y10 ST X21 OR Y12 AN/ X14 OT Y15 ED指令指令地址地址6.

19、2.2 可编程控制器的编程原则和方法可编程控制器的编程原则和方法1. 编程原则编程原则 ( (1) ) PLC 编程元件触点在编制程序时使用次数是无限的。编程元件触点在编制程序时使用次数是无限的。 ( (2) ) 梯形图的每一逻辑行梯形图的每一逻辑行( (梯级梯级) )皆始于左母线，终止于皆始于左母线，终止于右母线。各种元件的线圈接于右母线。右母线。各种元件的线圈接于右母线。不正确接线不正确接线正确接线正确接线 ( (3) ) 编制梯形图时，应尽量做到编制梯形图时，应尽量做到 “上重下轻、左重右轻上重下轻、左重右轻”以符合以符合“从左到右、自上而下从左到右、自上而下”的执行程序的顺序，并易于编

20、的执行程序的顺序，并易于编写指令语句。写指令语句。不不合合理理合合理理1. 编程原则编程原则 ( (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。指令语句编程。X3Y2X5X4X1Y1X2X4X2Y1X3X1X5X1Y2X3X2无法编程无法编程 ( (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。误操作。电动机直接起动电动机直接起动继电接触控制线路继电接触控制线路X2X1Y1Y1 ( (6) ) 外部输入设备动断触点的处理。外部输入设备动断触点的处理。SB1SB2E

21、 EX2X1Y1COMPLCCOMKMFR PLC 控制控制 ( (a) ) SB1 仍接成仍接成动断动断，接，接在在 PLC 输入继电器的输入继电器的 X1 端子上，则端子上，则在编制梯形图时，用的是在编制梯形图时，用的是动合动合触点触点 X1。因。因 SB1闭合，对应的输闭合，对应的输入继电器接通，这时它的动合触点入继电器接通，这时它的动合触点 X1 是闭合的。按下是闭合的。按下 SB1，断，断开输入继电器，它才断开。开输入继电器，它才断开。KMSB1SB2KMFR ( (6) ) 外部输入设备动断触点的处理。外部输入设备动断触点的处理。SB1SB2E EX2X1Y1COMPLCCOMKM

22、FR 电动机直接起动电动机直接起动继电接触控制线路继电接触控制线路X2X1Y1Y1PLC 控制控制 (b)(b) SB1 接成接成动合动合形式，则在梯形图中，用的形式，则在梯形图中，用的是是动断动断触点触点 X1。因因 SB1 断开，这时对应的输入继电器断开断开，这时对应的输入继电器断开 ，其动断触点，其动断触点 X1 仍仍然闭合。按下然闭合。按下 SB1，接通输入继电器，它才断开。，接通输入继电器，它才断开。KMSB1SB2KMFR ( (6) ) 外部输入设备动断触点的处理。外部输入设备动断触点的处理。SB1SB2E EX2X1Y1COMPLCCOMKMFR PLC 控制控制通常由通常由

23、PLC内部电源提供内部电源提供外接外接两边各自两边各自的公共端子的公共端子FR 的触点只能接成的触点只能接成动断触点，并且不动断触点，并且不作为作为PLC 的输入信的输入信号号，而将其直接通，而将其直接通断接触器线圈。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，为了使梯形图和继电接触器控制电路一一对应，PLC 输入输入设备的触点应尽可能接成动合形式。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笼型电动机正反转的控制线路KMFFRFUSB1SBFKMFKMFFRQM3 KMRKMRSBRKMRKMFKMR2. 编程方法编程方法以此电路为例，以此电路为例，介绍介绍 PLC 控制控制的编程方法。的编程方法。2. 编程编程方法方法( (1) ) 确定确定 I/O 点数点数及其分配及其分配 输输 入入 输输 出出 SB1 X0 SBF X1 SBR X2 KMF Y1 KMR Y2共需共需 5 个个 I/O 点，即点，即电动机正反转电动机正反转控制外部接线图控制外部接线图SBFSBRE EX2X1Y2COMPLCCOMKMRFRY1KMF KMFKMRSB1X02. 编程方法编程方法( (