可编程控制器的应用技术第8章

1、 可编程控制器应用技术第8章 可编程控制器(PLC)第第8章章 可编程控制器可编程控制器(PLC)8.2 可编程控制器的程序编制可编程控制器的程序编制8.3 可编程控制器应用举例可编程控制器应用举例 8.1 可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的结构和工作原理 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,重点是简单程序编制，重在应用。 继电接触控制系统在生产中得

2、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8章 可编程控制器(PLC)8.1.1 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 硬件系统结构图硬件系统结构图电电 源源I/O扩扩展展单单元元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I/O扩扩展展接接口口主机主机PLC编程器编程器打印机打印机磁带机磁带机计计算机算机扫描仪扫描仪CPU存储器存储器用户用户程序程序系统系统程序程序数数据据按钮按钮行程行程开关开关触点触点电磁阀电磁阀电磁电磁线圈线圈指

3、示灯指示灯1. 主机主机 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定，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序及各种暂存数据、中间结果。2. 输入输入/输出输出(I/O)接口接口 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、

4、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置的直流开关稳压电源 I/O接口是 PLC 与输入/输出设备联接的部件。I/O接口一般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰。 4. 编程器编程器 编程器是 PLC 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和计算机联接，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/输出端子数扩展单元与基本单元(即主机)联接在一起。5. 输入输出扩展接口 此接口可将编程器、打印机

5、、条形码扫描仪等外部设备与与主机相连。主机相连。8.1.2 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“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。输入端子输入端子输入锁存器输入锁存器输入状态寄存器输入状态寄存器输出锁存器输出锁存器输出状态寄存器输出状态寄存器输出端子输出端子程序执行程序执行读读读读写写输入采样输入采样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一条指令所需时间一般不超过一条指令所需时间一般不超过 100 ms。 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

6、将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，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处理阶段才能被读入。 PLC在执行阶段，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它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。 在所有指令执行完毕后，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寄存器，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

7、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处理阶段才能改变。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。1. I/O点数指PLC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。 2. 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, 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

8、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。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-C2

9、4可编程控制器编程元件的编号范围与功能说明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输入继电器器输出继电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

10、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 C100 C143 共共 44 点点WR0 WR62 共共63个个8.1.4 可编程控制器的主要功能和特点可编程控制器的主要功能和特点(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。 能进行数据传输、比较、移位数制转换、算术运算和逻辑运算等操作。(5) 过程控制(6) 运动控制(7) 通信联网(

11、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和多种控制。如用于数控机床、机器人等控制。 通过PLC之间的联网及与计算机的联接，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。 (1) 可靠性高，抗干扰能力强。由于采用大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件的设计和制造的过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，具有很高的可靠性。 (2) 编程简单，使用方便。PLC硬件采用模块化结构，可

12、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。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要求，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) 体积小，易于实现机电一体化。8.2 可编程控制器的程序编制8.2.1 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编写的应用程序。

13、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. 梯形图梯形图 是在继电控制系统电气原理图基础上开发出来的一种图形语言。它继承了继电器触点、线圈、串联、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示 PLC输入和输出之间逻辑关系的图形。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动断触点表线圈(ED)X2X1Y1Y1动合动合触点触点输输出出继继电电器器线线圈圈动合动合触点触点 PLC 输入输入继继电电 器动断触点器动断触点KM12SB1SB2KM (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。

14、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。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“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

15、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 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(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。梯形图梯形图左左母母线线(ED)X2

16、X1Y1Y10 ST X2 1 OR Y12 AN/ X13 OT Y1 4 ED指指 令令地址地址 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。 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。1. 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，且不能直接与左边母线相连。不正确不正确正确正确(3) 编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左重右轻”

17、。不合理不合理合理合理 (4) 在梯形图中应避免触点画在垂直线上，因为它无法用指令语句编程。Y2X5X4X1Y1X2无法编程无法编程X4X2Y1X3X1X5X1Y2X3X2(5) 应避免同一继电器线圈在程序中重复输出，否则将引起误操作。电动机直接起动控制电动机直接起动控制 (6) 外部输入设备动断触点的处理：(a)KMSB1SB2KMFRSB1SB2EX2X1Y1COMPLCCOMKMFR (b)X2X1Y1Y1(c) 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 X

18、1 是闭合的。按下 SB1，断开输入继电器，它才断开。SB1SB2EX2X1Y1COMPLCCOMKMFR 两边各自两边各自的公共端子的公共端子 通常由通常由 PLC内部电源提供内部电源提供 外接外接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。2. 编程方法编程方法KM2SB1SB3FRSB2KM1KM2KM1KM2KM1QFRFUM3 KM1KM2 以笼型电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 (1)确定I/O点数及分配2. 编

19、程编程方法方法 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，即电动机正反转控制外部接线图SBFSBREX2X1Y2COMPLCCOMKMRFRY1KMF KMFKMRSB1X0(2)编制梯形图和指令语句表编制梯形图和指令语句表梯形图梯形图指令语句表指令语句表 指指 令令地址地址0 ST X11 OR Y12 AN/ X03 AN/ Y24 OT Y15 ST X26 OR Y27 AN/ X08 AN/ Y19 OT Y210 ED X1X0Y1Y1Y2X2X0Y2Y2Y1(ED)8.2.3 可编程控制器的指

20、令系统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：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开始。指指 令令地址地址0 ST X01 OT Y02 ST/ X13 OT R0 (1)ST，ST/ 指令的使用元件为 X，Y，R，T，C；OT 指令的使用元件为 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。X0Y0X1R0 (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。X0Y0Y1Y2指指 令令地址地址0 ST X01 OT Y02 O

21、T 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/ 指指 令令地址地址0 ST X01 AN X12 OT Y03 ST X24 AN/ X35 OT Y16 ST X47 OR X58 OT Y29 ST X6 10 OR/ X711 OT Y32. 触点串联指令 AN, AN/ 与触点并联指令 OR, OR/X1Y0Y1X2X0Y2Y3X3X4X5X6X7 (1) AN，AN/，OR，O

22、R/ 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。指令使用说明指令使用说明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。0 ST X01 OR X22 ST X13 OR/ X34 ANS 5 OT Y0指指 令令地址地址X3X1X0Y0X2指令块指令块1指令块指令块20 ST X01 AN X12 S

23、T X23 AN/ X34 ORS 5 OT Y0指指 令令地址地址3.块串联指令 ANS 与块并联指令 ORSX0Y0X1X2X3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。指令块指令块1指令块指令块20 ST X01 OR X12 ST X23 AN X34 ST X4 5 AN/ X56 ORS 7 OR X68 ANS 9 OR/ X710 OT Y0 指指 令令地址地址例例1：写出下图所示梯形

24、图的指令语句表写出下图所示梯形图的指令语句表。X5X2X0Y0X1X3X4X6X7解：指令语句表如右图所示。4.反指令/X0Y0Y1当 X0 闭合时，Y0 接通，Y1 断开；反之，则相反。指指 令令地址地址0 ST X01 OT Y02 / 3 OT Y15. 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。TMR 和 TMX 指令各占三个地址号，TMY指令占四个地址号。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

25、合时间不到 5 s，则无输出。X0Y0T2TMX 502动作时序图动作时序图X0Y05s2s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 指指 令令地址地址指令语句表指令语句表指令使用说明 (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。 (3) 如果在定时器工作期间, X0 断开, 则运行中断，定时器复位, 回到原始之值, 同时其动合、动断触点恢复常态。 (4)

26、程序中每个定时器只能使用一次,但其触点可多次使 用。0 ST X01 TMX 1 K 304 ST Y05 AN/ X0 6 TMX 2 K 40 9 ST T110 OR Y0 11 AN/ T212 OT Y0 13 ED 指指 令令地址地址 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,即延时分别为 3 s 和 4 s。梯梯形形图图动作动作时序时序图图指指令令语语句句表表X0X0Y0Y0T2TMX 301 Y0TMX 402 T1(ED)X0Y03s4s0 ST X

27、01 ST X12 CT 100 K 45 ST C1006 OT Y0 指 令地址X1Y06. 计数器指令计数器指令 CTX0 当计数到 4 时，计数器动合触点 C100 闭合，线圈 Y0 接通。CT 指令占三个地址号C100X0Y0CT 4100 X1CR计数脉冲输入端复位脉冲输入端计数设置值计数器编号梯形图指令语句表指令语句表6. 计数器指令 CT指令使用说明指令使用说明(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

28、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。0 ST X01 PSHS 2 AN X13 OT Y04 RDS5 AN/ X26 OT Y17 POPS8 AN X39 OT Y2 指指 令令地址地址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联于同一点的分支通路，并要用到同一中间运算结果的场合。X0Y2Y1Y0X3X2X1梯形图梯形图指令语句表表 (1) 在分支开始处用 PSHS 指令，它存储分

29、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。指令使用说明指令使用说明X0Y2Y1Y0X3X2X1X0X0等效梯形图等效梯形图9. 置位、复位指令 SET，RSTSET：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X0Y0X1SY0R梯形图梯形图动作时序图动作时序图0 ST

30、X01 SET Y0 4 ST X15 RST Y0 指令指令地址地址指令语句表指令语句表Y0X1X0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。9. 置位、复位指令 SET，RST0 ST X01 SET Y0 4 ST X15 RST Y0 指令指令地址地址指令语句表X0Y0X1SY0R梯形图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,

31、 指定继电器线圈 Y0 接通并保持；当 X1 闭合时，Y0 断开复。0 ST X01 ST X1 2 KP Y0 指令指令地址地址指令用法X0Y0X1KPSRX1Y0X0 置位置位输入端输入端 复位复位输入端输入端指令使用说明 (1) NOP 指令占一步，当输入NOP指令时，程序容量将有所增加，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。梯形图梯形图R1Y0NOP0 ST R11 NOP2 OT Y0 指令指令地址地址指令语句表指令语句表8.3 可编程控制器应用举例分析控制对象确定控制内容选择PLC类型硬件设计软件设计系统总装统调符合设计要求投入运行调整硬件否否调整软件否否是是8.3.1 利用PLC实现电动机的Y- 起动(1) I/O 点分配输入输入 输出输出SB1 X1 KM1 Y1SB2 X2 KM2 Y2 KM3 Y3SB2EX2Y3COMPLCCOMKM3FRY2 KM2S