第11章可编程序控制器PLC

1、(5-1)第第11章章可编程序控制器及其应用可编程序控制器及其应用 (5-2)第第11章章 可编程序控制器（可编程序控制器（PLC）11-1 概述概述11-2 PLC的组成和工作原理的组成和工作原理11-3 PLC指令及编程方法指令及编程方法11-4 PLC应用举例应用举例及其应用及其应用(5-3)一、什么是一、什么是PLC ? ?PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。是一种专门用于工业控制的计算机。 早期的早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。是用来替代继电器、接触器控制的。能实现逻辑运算。因此，能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器被称为可编程逻辑控制器（Programmab

2、le logic controller，简称，简称PLC ) )。 随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器功能已远远超出了逻辑运算范围。应被称控制器功能已远远超出了逻辑运算范围。应被称为为可编程控制器可编程控制器（Programmable controller，简称，简称PC)。但但为区别为区别Personal Computer沿用沿用 简称。简称。11-1 概述概述(5-4)1. 抗干扰能力强、可靠性很高、功耗低。抗干扰能力强、可靠性很高、功耗低。2. 模块化组合式结构，使用灵活方便。模块化组合式结构，使用灵活方便。3. 编制程序简单，便于

3、普及。编制程序简单，便于普及。4. 可进行在线修改。可进行在线修改。5. 网络通讯功能，便于实现分散式测控系统。网络通讯功能，便于实现分散式测控系统。二、二、PLC的优点的优点综上所述，综上所述，是实现机电一体化的重要手段是实现机电一体化的重要手段(5-5)中中央央处处理理单单元元存存储储器器数数据据存存储储器器输输出出接接口口地址总线地址总线 控制总线控制总线数据总线数据总线编程编程单元单元照明照明电磁装置电磁装置执行机构执行机构。电源单元电源单元输输入入接接口口模拟量输入模拟量输入行程开关行程开关继电器接点继电器接点各种按钮各种按钮11-2 PLC的组成和工作原理的组成和工作原理一、一、P

4、LC的结构的结构(5-6)二、各组成部分的作用二、各组成部分的作用2、 存储器：存储器： RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。试的程序。 ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。1、 CPU： (1) 将各种输入信号取入存储器。将各种输入信号取入存储器。 (2) 编译、执行指令。编译、执行指令。 (3) 把结果送到输出端。把结果送到输出端。 (4) 响应各种外部设备的请求。响应各种外部设备的请求。(5-7)4、各种接口、高功能模块：、各种接口、高功能模块：便于扩展。便于扩展。 小型机：小型机：一体机。有

5、接口可扩展。一体机。有接口可扩展。 中、大型机：中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合模块式。可根据需要在主板上随意组合。3、编程器：、编程器：是是PLC的人机对话工具，它由键盘、显的人机对话工具，它由键盘、显示器和工作方式选择开关等组成。示器和工作方式选择开关等组成。5、输入形式：、输入形式：直流、交流直流、交流 输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器 - 低速大功率低速大功率 可控硅可控硅 - 高速大功率高速大功率 晶体管晶体管 - 高速小功率高速小功率(5-8)PLC输入电路（直流输入型）输入电路（直流输入型） LED1LED2光电隔离措施光电隔离措施6、输入、输出接口（输入、

6、输出接口（I/O）：）：采用光电隔离，减小了电采用光电隔离，减小了电磁干扰。磁干扰。(5-9)CPU POWERPCFP1-C16小型机：小型机：中、大型机：中、大型机：(5-10)西门子西门子S7-200系列系列CPU224外形外形 外接输入设备外接输入设备外接输出设备外接输出设备通信接口通信接口方式选择开关方式选择开关(5-11)三、三、 工作方式工作方式PLC：循环扫描。循环扫描。CPU从第一条指令开始执行，遇到结束符又从第一条指令开始执行，遇到结束符又 返回第一条，不断循环。返回第一条，不断循环。这种工作方式这种工作方式有什么好处？有什么好处？答：对慢速响应系统，答：对慢速响应系统，增

7、强了抗干扰能力。增强了抗干扰能力。一个扫描周期一个扫描周期 O刷新刷新 I刷新刷新执行程序执行程序输入采样输入采样输出刷新输出刷新(5-12)1. 输入输入/输出点数输出点数 ( I/O点数点数 )。2. 扫描速度。扫描速度。 单位：单位： ms /1000步步 或或 s /步步3. 内存容量。内存容量。4. 指令条数。指令条数。5. 内部寄存器数目。内部寄存器数目。6. 高功能模块。高功能模块。 四、四、 主要主要技术性能技术性能五、五、 应用应用1. 用于开关逻辑控制。用于开关逻辑控制。2. 用于机加工数字控制。用于机加工数字控制。3 . 用于闭环过程控制。用于闭环过程控制。4 .用于组成

8、多级控制系统。用于组成多级控制系统。(5-13)六、控制原理六、控制原理处理由输入部分所取得的信息，并处理由输入部分所取得的信息，并根据用户程序的要求，使输出达到根据用户程序的要求，使输出达到控制结果。控制结果。收集被控设备的各种开关信息或操收集被控设备的各种开关信息或操作命令。作命令。驱动被控设备按程序要求动作。驱动被控设备按程序要求动作。输入部分输入部分：逻辑部分逻辑部分：输出部分输出部分：(5-14)输入部分输入部分输出部分输出部分逻辑部分逻辑部分(5-15)七、七、 PLC的主要逻辑部件的主要逻辑部件 PLC存储器中有许多个存储单元，可以把这些存存储器中有许多个存储单元，可以把这些存储

9、单元理解为储单元理解为，每个存储单元对应于一个继电，每个存储单元对应于一个继电器。器。为了和传统的物理继电器相区别，为了和传统的物理继电器相区别，这里的继电器这里的继电器称为称为软继电器软继电器。1、继电器逻辑、继电器逻辑软继电器软继电器有两类触点，即：有两类触点，即：常开触点常开触点和和常闭触点常闭触点，符号分别为：符号分别为：(5-16)西门子西门子S7-200系列系列CPU224 PLC中提供的继电器逻辑有：中提供的继电器逻辑有：输入寄存器输入寄存器 I0.0-I0.7，I1.0- I 1.5 共共14点点接受外部输入设备接受外部输入设备信号信号输出寄存器输出寄存器 Q0.0-Q0.7，

10、Q1.0-1.1 共共10点点输出程序执行结果输出程序执行结果驱动外部设备驱动外部设备辅助继电器辅助继电器 M0.0- M31.7 共共256个个程序内部使用，不程序内部使用，不提供输出提供输出(5-17)定时器定时器T0，T64 共共2个个通电延时，保持型，通电延时，保持型，1msT1 T4，T65 T68 共共8个个通电延时，保持型，通电延时，保持型，10msT5 T31，T69 T95 共共54个个通电延时，保持型，通电延时，保持型，100msT32，T96 共共2个个通电通电/断电延时，断电延时，1msT33 T36，T97 T100 共共8个个通电通电/断电延时，断电延时，10msT

11、37 T63，T101 T255 共共182个个通电通电/断电延时，断电延时，100ms计数器计数器C0 C255 共共256个个累加计数累加计数2 2、定时器、定时器/ /计数器计数器西门子西门子S7-200系列系列CPU224 PLC中提供的有：中提供的有：(5-18)3 3、其他寄存器、其他寄存器高速计数器高速计数器HC0 HC5 共共6个个用来累计比用来累计比CPU速率速率更快的脉冲更快的脉冲顺序控制器顺序控制器S0.031.7 共共256个个提供控制程序的逻辑提供控制程序的逻辑分段分段变量存储器变量存储器VB0.0VB5119.7 共共40960个个数据处理用的数值存数据处理用的数值

12、存储元件储元件局部存储器局部存储器LB0.0LB63.7 共共512个个暂时寄存器暂时寄存器特殊存储器特殊存储器SM0.0 SM549.7 共共4400个个用于用于CPU与用户交换与用户交换信息信息（只读）特殊（只读）特殊存储器存储器SM0.0 SM29.7 共共240个个CPU执行时标志位的执行时标志位的状态状态累加器累加器AC0 AC3 共共4个个用来存放计算中间值用来存放计算中间值西门子西门子S7-200系列系列CPU224 PLC中提供的有：中提供的有：(5-19)指令表（助记符）语言指令表（助记符）语言梯形图语言梯形图语言流程图语言流程图语言布尔代数语言布尔代数语言常用常用助记符语言

13、：助记符语言：类似于微机中的汇编语言。类似于微机中的汇编语言。梯形图语言：梯形图语言：沿袭了传统的控制图。直观明了，易沿袭了传统的控制图。直观明了，易于掌握。于掌握。PLC 的编程语言有：的编程语言有：11-3 PLC指令及编程方法指令及编程方法(5-20)一、编程指令介绍一、编程指令介绍 S7-200系列系列PLC的基本指令共有的基本指令共有42条，其中逻条，其中逻辑指令辑指令27条、控制指令条、控制指令15条。条。 指令代码指令代码（指令名称）（指令名称）图形符图形符号号含义含义LD（取指令）（取指令）表示某个继电器的常开触点表示某个继电器的常开触点，并且对应的逻辑行从这个，并且对应的逻辑

14、行从这个指令开始。指令开始。LDN（取非指令）（取非指令）表示某个继电器的常闭触点表示某个继电器的常闭触点，并且对应的逻辑行从这个，并且对应的逻辑行从这个指令开始。指令开始。=（输出指令）（输出指令）输出逻辑结果，驱动一个指输出逻辑结果，驱动一个指定的继电器。可用于输出继定的继电器。可用于输出继电器、辅助继电器，但不能电器、辅助继电器，但不能用于输入继电器。用于输入继电器。(5-21)梯形图梯形图Q0.7=0003I0.1LDN0002Q0.0=0001I0.0LD0000数据数据指令指令地地 址址指令语句表指令语句表例例I0.0Q0.0I0.1Q0.7( )( )(5-22)指令代码指令代码

15、（指令名称）（指令名称）图形符号图形符号含义含义A（与指令）（与指令）串联一个常开触点。串联一个常开触点。AN（与非指令）（与非指令）串联一个常闭触点。串联一个常闭触点。(5-23)梯形图梯形图I0.4AN0004I0.2A0001Q0.1=0005I0.3LD0003Q0.0=0002I0.0LD0000数据数据指令指令地地 址址 指令语句表指令语句表例例I0.0I0.3Q0.0Q0.1I0.2I0.4( )( )(5-24)指令代码指令代码（指令名称）（指令名称）图形符号图形符号含义含义O（或指令）（或指令）并联一个常开触点。并联一个常开触点。ON（或非指令）（或非指令）并联一个常闭触点。

16、并联一个常闭触点。(5-25)梯形图梯形图I0.2ON0004Q0.0O0001Q0.1=0005I0.1LD0003Q0.0=0002I0.0LD0000数据数据指令指令地地 址址指令语句表指令语句表例例I0.0Q0.0I0.1Q0.1Q0.0I0.2（ ）（ ）(5-26)电路块：以电路块：以LD或或LD-NOT构成的一个触点组构成的一个触点组指令代码指令代码（指令名称）（指令名称）图形符号图形符号含义含义ALD（电路块串联指令）（电路块串联指令）串联联接一个电路块。串联联接一个电路块。OLD（电路块并联指令）（电路块并联指令）并联联接一个电路块。并联联接一个电路块。(5-27)I0.5L

17、D0005Q0.0=0008-ALD0007I0.6O0006指令语句表指令语句表-ALD0004I0.2ON0001I0.4O0003I0.3LDN0002I0.0LD0000数据数据指令指令地地 址址例例梯形图梯形图I0.0I0.2Q0.0I0.3I0.4I0.5I0.6( )(5-28)例例I0.5LD0005Q0.0=0008-OLD0007I0.6A0006指令语句表指令语句表-OLD0004I0.2AN0001I0.4AN0003I0.3LDN0002I0.1LD0000数据数据指令指令地地 址址梯形图梯形图I0.1Q0.0I0.2I0.3 I0.4I0.5 I0.6（ ）(5-2

18、9)TON（/F）（通电（通电（ /断电）断电）延时指令）延时指令）实现导通延时操作（相当实现导通延时操作（相当于通电延时继电器）。当于通电延时继电器）。当输入端输入端IN接通时，定时器接通时，定时器T#开始计时，当定时器当开始计时，当定时器当前值大于、等于预置值（前值大于、等于预置值（PT）时，定时器触点动作）时，定时器触点动作，当，当IN断开时，定时器复断开时，定时器复位。定时器的定时精度分位。定时器的定时精度分别为别为1ms、10ms、100ms。TONR（保持型通电延时（保持型通电延时指令）指令）保持型通电延时继电器实保持型通电延时继电器实现导通延时操作（同上述现导通延时操作（同上述通

19、电延时指令通电延时指令TON）。当）。当输入端输入端IN断开时，定时器断开时，定时器暂停计时，但是不复位。暂停计时，但是不复位。(5-30)注释：注释：定时器的定时精度分别为定时器的定时精度分别为1ms、10ms、100ms1、1ms定时器由系统每隔定时器由系统每隔1ms刷新一次，与扫描刷新一次，与扫描周期及程序无关，即采用中断刷新方式。定时最大周期及程序无关，即采用中断刷新方式。定时最大值值32.767s。2、10ms定时器由系统在每个扫描周期开始时自定时器由系统在每个扫描周期开始时自动刷新。定时最大值动刷新。定时最大值327.67s。3、100ms定时器则只有在该指令执行时被刷新定时器则只

20、有在该指令执行时被刷新。定时最大值。定时最大值3276.7s。(5-31)梯形图梯形图Q0.0=0003T32LD0002T32,+15000TON0001I0.0LD0000数据数据指令指令地址地址指令语句表指令语句表例例时序图时序图I0.0T32T32Q0.0150001ms( )15sI0.0Q0.0(5-32)CTU（加计数指令）（加计数指令）进行加法计数操作。计数进行加法计数操作。计数器的计数范围为器的计数范围为-3276832768。CU端是计数脉冲端是计数脉冲输入端，每输入一个计数输入端，每输入一个计数脉冲，计数值加脉冲，计数值加1，PV为为设定值，当计数值大于、设定值，当计数值

21、大于、等于设定值等于设定值PV时，计数器时，计数器C#ON。R端是复位输入端是复位输入端，当端，当R端为端为0时计数、为时计数、为1时恢复为初始计数值时恢复为初始计数值0。如果如果R端的信号和端的信号和CU端的端的信号同时到来，信号同时到来，R端的信端的信号优先起作用。号优先起作用。(5-33)CTUD（加、减计数指令）（加、减计数指令）进行加法、减法计数操作进行加法、减法计数操作。计数器的计数范围为。计数器的计数范围为-3276832768。CU端是端是加计数脉冲输入端，每输加计数脉冲输入端，每输入一个计数脉冲，计数值入一个计数脉冲，计数值加加1，CD端是减计数脉冲端是减计数脉冲输入端，每输

22、入一个计数输入端，每输入一个计数脉冲，计数值减脉冲，计数值减1，PV为为设定值，当计数值大于设设定值，当计数值大于设定值定值PV时，计数器时，计数器C#ON。R端是复位输入端是复位输入端，当端，当R端为端为0时计数、为时计数、为1时恢复为初始计数值。时恢复为初始计数值。(5-34)梯形图梯形图I0.1LD1Q0.0=4C10LD3C10+3CTU2I0.0LD0数据数据指令指令地址地址指令语句表指令语句表例例时序图时序图Q0.0I0.1I0.0复位复位 允许计数允许计数3R端端ON(1)，计数器复位。，计数器复位。R端端OFF(0)，允许计数。，允许计数。C10I0.0C10Q0.0I0.1+

23、3CTUCURPV（ ）(5-35)SHRB DATA，S_BIT，N（移位寄存器指令）（移位寄存器指令）移位寄存器指令，当移位寄存器指令，当EN接通接通时，将时，将DATA的值移入移位寄的值移入移位寄存器。存器。S_BIT指定移位寄存指定移位寄存器的起始位，器的起始位，N指定移位寄存指定移位寄存器的长度和移位方向，当器的长度和移位方向，当N0时左移（向高位移位）时左移（向高位移位），当，当N0时右移（向低位移时右移（向低位移位）。位）。SRB IN，N（右移指令）（右移指令）字节右移指令。当字节右移指令。当EN接通时接通时，将字节，将字节IN向右移向右移N位。位。EN每接通一次右移每接通一次

24、右移1位，最左边位，最左边的位用的位用0填充，移位结果存放填充，移位结果存放在在OUT中。中。SLB IN，N（左移指令）（左移指令）字节左移指令。字节左移指令。(5-36)梯形图梯形图I0.0I0.2M10.1M10.2M10.3Q0.0I0.2ENS-BITDATANM10.0M10.1+15( )I0.0M10.0M10.1Q0.0( )M11.7M11.7SHRB(5-37)梯形图梯形图I0.2ENS-BITDATANM10.0M10.1+15( )I0.0M10.0M10.1Q0.0( )M11.7SHRBM10.0,M10.1,+15SHRBI0.2LDI0.0LD数据数据指令指令

25、指令语句表指令语句表=M10.0LDM10.1ANM11.7=Q0.0(5-38)EU（上升沿微分指令）（上升沿微分指令）EU是上升沿微分指令，用是上升沿微分指令，用于在左侧接通母线时，对于在左侧接通母线时，对应输入信号脉冲的上升沿应输入信号脉冲的上升沿，产生一个扫描周期的脉，产生一个扫描周期的脉冲。冲。ED（下降沿微分指令）（下降沿微分指令）*ED是下降沿微分指令，用是下降沿微分指令，用于在在左侧接通母线时，于在在左侧接通母线时，对应输入信号脉冲的下降对应输入信号脉冲的下降沿，产生一个扫描周期的沿，产生一个扫描周期的脉冲。脉冲。(5-39)时序图时序图EU输出输出ED输出输出( )NI0.0

26、梯形图梯形图P( )Q0.0Q0.1I0.0Q0.0Q0.1I0.0EU0101=ED0102LD0100数据数据指令指令地地 址址Q0.001030104=Q0.1(5-40)1）每一条逻辑线都是从最左边的母线开始，以表示）每一条逻辑线都是从最左边的母线开始，以表示逻辑结果的线圈或计时器、计数器等为结束。逻辑结果的线圈或计时器、计数器等为结束。二、二、 编程规则编程规则2）画梯形图编程时，同一个继电器的触点可以无限）画梯形图编程时，同一个继电器的触点可以无限多次使用。多次使用。3）梯形图应画成水平形式，而不应画成垂直形式，）梯形图应画成水平形式，而不应画成垂直形式，否则没法编程，对于含有垂直

27、形式的，必须转化成否则没法编程，对于含有垂直形式的，必须转化成水平形式。水平形式。(5-41)4）表示逻辑结果的线）表示逻辑结果的线圈可以并联联接。圈可以并联联接。I0.0I0.3I0.1I0.4I0.2( )Q0.0I0.0Q0.0I0.1I0.0 I0.2 I0.4I0.3 I0.2 I0.1I0.3 I0.4( )I0.0Q0.0Q0.1( )( )(5-42)5）触点不能放在表示逻）触点不能放在表示逻辑结果的线圈的右边。辑结果的线圈的右边。I0.2Q0.0I0.4I0.6( )I0.2Q0.0I0.4 I0.6( )(5-43)三、三、 编程技巧编程技巧1）对于复杂的梯形图，可以对其分

28、块，再将各）对于复杂的梯形图，可以对其分块，再将各电路块相串联或并联。电路块相串联或并联。2）在有几个支路并联时，应将包含触点最多）在有几个支路并联时，应将包含触点最多的支路放在梯形图的最上方；在有几个电路块的支路放在梯形图的最上方；在有几个电路块串联时，应将包含并联支路最多的电路块放在串联时，应将包含并联支路最多的电路块放在梯形图的最左边。梯形图的最左边。 这样安排能使所编制的程序简单明了，语这样安排能使所编制的程序简单明了，语句较少。句较少。(5-44)一、用一、用PLC实现三相异步电动机正反转的控制实现三相异步电动机正反转的控制1、控制要求：、控制要求：1）正转时，按正转按钮）正转时，按正转按钮SBF，KMF吸合，电机正转。吸合，电机正转。3）停止时，按停止按钮）停止时，按停止按钮SB1，电机停转。，电机停转。4）过载时，热继电器）过载时，热继电器F