电气控制与PLC熊幸明

1、 第第4章章 第第4章章 可编程控制器的组成与工作原理可编程控制器的组成与工作原理 第第4章章 4.1 概述概述 分类：分类： 第第4章章 411 PLC的特点的特点1使用灵活、通用性强。使用灵活、通用性强。 。412 PLC的发展趋势的发展趋势 2. 大型、多功能、网络化大型、多功能、网络化 。3. 与智能控制系统相互渗透和结合。与智能控制系统相互渗透和结合。 第第4章章 w 42 可编程控制器的组成可编程控制器的组成 w 421 PLC的组成的组成w 1. PLC的硬件的硬件 w （1）CPUw （2）存储器）存储器w （3）输入）输入/输出输出w 接口电路接口电路412 PLC的发展趋势

2、的发展趋势 图图4-1 PLC结构框图结构框图 第第4章章 w 1）输入接口电路）输入接口电路 图图4-2 直流输入单元电路直流输入单元电路 图图4-3 交流输入单元电路交流输入单元电路 第第4章章 图图4-4 汇点输入接线示意图汇点输入接线示意图 图图4-5 独立输入接线示意图独立输入接线示意图 第第4章章 w 2）输出接口电路）输出接口电路 图图4-6 继电器输出电路继电器输出电路图图4-7 晶体管输出电路晶体管输出电路 图图4-8 双向晶闸管输出电路双向晶闸管输出电路 第第4章章 图图4-9 汇点输出接线示意图汇点输出接线示意图 图图4-10 独立输出接线示意图独立输出接线示意图 第第4

3、章章 第第4章章 w (4)电源电源 w (5)扩展接口扩展接口 w (6)存贮器接口存贮器接口 w (7)外设接口外设接口 w 2. PLC的软件的软件 w (1)监控程序监控程序 w 由生产厂家编制，用于管理、协调由生产厂家编制，用于管理、协调PLC各部分工作，方便各部分工作，方便用户使用的通用程序。用户使用的通用程序。 w 1）系统配置登记及初始化）系统配置登记及初始化w 2）系统自诊断）系统自诊断 w 3）命令识别与处理）命令识别与处理 w 4）用户程序编译）用户程序编译 w 5）模块化子程序及调用管理）模块化子程序及调用管理 w (2)用户程序用户程序 第第4章章 w 1）用户数据结

4、构）用户数据结构 w 第一类为第一类为bit数据，属于逻辑量，其值为数据，属于逻辑量，其值为“0”或或“1”。 w 第二类为字数据，其数制、位长有多种形式。通常采用第二类为字数据，其数制、位长有多种形式。通常采用BCD码形式。码形式。FX2N系列和系列和A系列中为系列中为4位位BCD、双字节为、双字节为8位位BCD码。码。 w 第三类为字与第三类为字与bit的混合，即同一元件既有的混合，即同一元件既有bit元件，又有元件，又有字元件。例如字元件。例如T（定时器）和（定时器）和C（计数器），它们的触点（计数器），它们的触点为为bit，设定值寄存器和当前值寄存器则为字。，设定值寄存器和当前值寄存器

5、则为字。 w 2）元件）元件 w 用户使用的每一个输入、输出端子及内部的存贮单元都称用户使用的每一个输入、输出端子及内部的存贮单元都称为元件，每个元件有其固定的地址。元件的数量由监控程为元件，每个元件有其固定的地址。元件的数量由监控程序规定，它的多少决定序规定，它的多少决定PLC整个系统的规模及数据处理能整个系统的规模及数据处理能力。力。 (3) 用户环境用户环境 第第4章章 w PLC是专为工业控制设计的专用计算机，就电路作用而言，可看作是是专为工业控制设计的专用计算机，就电路作用而言，可看作是由一般继电器、定时器、计数器等元件组成由一般继电器、定时器、计数器等元件组成. (4) PLC的内

6、部等效电路的内部等效电路图图4-11 PLC的内部等效电路的内部等效电路 第第4章章 w 1描述描述PLC性能的几个术语性能的几个术语w 位指二进制的一位，仅有位指二进制的一位，仅有0、1两种取值。一个位两种取值。一个位对应对应PLC一个继电器，某位的状态为一个继电器，某位的状态为0，对应该继，对应该继电器线圈断电；状态为电器线圈断电；状态为1，则对应该继电器线圈通，则对应该继电器线圈通电。电。 w 4位二进制数构成一个数字，这个数字可以是位二进制数构成一个数字，这个数字可以是00001001（十进制），也可以是（十进制），也可以是00001111（十（十六进制）。六进制）。 w 两个数字或两

7、个数字或8位二进制数构成一个字节。位二进制数构成一个字节。 w 两个字节构成一个字。在两个字节构成一个字。在PLC术语中，字称为通术语中，字称为通道。一个字含道。一个字含16位，或者说一个通道含位，或者说一个通道含16个继电个继电器。器。 422 PLC的主要性能指标的主要性能指标 第第4章章 w 2PLC的主要性能指标的主要性能指标 w （1）存储器容量）存储器容量 w （2）I/O点数点数 w （3）扫描速度）扫描速度 w （4）内部寄存器）内部寄存器w （5）指令系统）指令系统 w （6）特殊功能及模块）特殊功能及模块 w （7）扩展能力）扩展能力 第第4章章 w431扫描的概念扫描的概

8、念w所谓扫描，就是所谓扫描，就是CPU依次对各种规定的操作项目进行访依次对各种规定的操作项目进行访问和处理。问和处理。 w每扫描一个循环所用的时间称为扫描周期。每扫描一个循环所用的时间称为扫描周期。 w432 PLC的工作过程的工作过程w1. 自诊断自诊断w2. 与外设通信与外设通信w3. 输入采样输入采样w4. 程序执行程序执行 w5. 输出刷新输出刷新 43 可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理 图图4-12 PLC的扫描工作过程的扫描工作过程 第第4章章 w 1输入继电器（输入继电器（X000X027）w 专门用于接收从外部开关或敏感元件来的信号，其线圈与专门用于接收从外部开关或

9、敏感元件来的信号，其线圈与输入端相连，可提供多对电子常开、常闭触点，供编程时输入端相连，可提供多对电子常开、常闭触点，供编程时调用。调用。 w 只能由外部信号驱动，不能由内部指令驱动。只能由外部信号驱动，不能由内部指令驱动。 433 PLC的元件的元件图图4-13 输入继电器电路示意图输入继电器电路示意图 第第4章章 w 2输出继电器（输出继电器（Y000Y027）w 只能由程序内部指令驱动，它提供一个外部输出触点带负只能由程序内部指令驱动，它提供一个外部输出触点带负载，另外提供多对电子常开、常闭触点供编程时使用。载，另外提供多对电子常开、常闭触点供编程时使用。w 3辅助继电器（辅助继电器（M

10、）w 只能由只能由PLC内各软元件的触点驱动，不能直接驱动外部负内各软元件的触点驱动，不能直接驱动外部负载载. 图图4-14 输出继电器电路示意图输出继电器电路示意图 图图4-15 辅助继电器电路示意图辅助继电器电路示意图 第第4章章 w （1）通用型辅助继电器）通用型辅助继电器w 有有500点，编号为点，编号为M0M499 w （2）掉电保护型辅助继电器）掉电保护型辅助继电器w 有有2572点，编号为点，编号为M500M3071w 图图4-16 失电数据保持电路失电数据保持电路w （3）特殊辅助继电器）特殊辅助继电器w 有有256点，编号为点，编号为M8000M8255，每一个均具有特定功能

11、，每一个均具有特定功能，分为两大类：分为两大类： w 1）线圈由）线圈由PLC自己驱动，用户只能利用其触点。自己驱动，用户只能利用其触点。 w 2）可驱动线圈型。用户驱动线圈后，）可驱动线圈型。用户驱动线圈后，PLC作特定动作。作特定动作。 第第4章章 w 4状态继电器（状态继电器（S）w 与步进顺控指令与步进顺控指令STL组合使用。编号为组合使用。编号为S0S999，共，共1000点。点。 w 初始化用初始化用：S0S9，共，共10点；点；w 回原点用回原点用：S10S19，共，共10点；点；w 通用通用：S20S499，共，共480点；点；w 掉电保持用掉电保持用：S500S899，w 共

12、共400点；点；w 报警用报警用：S900S999，共，共100点。点。w 以机械手抓取工件的运动为例，以机械手抓取工件的运动为例，w 说明状态器的功能和作用：说明状态器的功能和作用：w 三个动作：下降三个动作：下降夹紧夹紧上升，是典型的步进顺序控制上升，是典型的步进顺序控制. 图图4-17 机械手抓取工件步进机械手抓取工件步进 顺控流程图顺控流程图 第第4章章 w 5. 指针（指针（P、I） w （1）分支指令用指针）分支指令用指针P0P127（128点）点）w w w 图图418 分支用指针的用法分支用指针的用法w （2）中断用指针）中断用指针I0I8（15点）点） 第第4章章 w 使用中

13、断指令时应注意：使用中断指令时应注意：w 中断指针必须编在中断指针必须编在FEND指令后作为标号；指令后作为标号；w 中断点数不能多于中断点数不能多于15点；点；w 中断嵌套不能多于中断嵌套不能多于2 层；层；w 中断指针中百位数上的数字不可重复使用；中断指针中百位数上的数字不可重复使用；w 用于中断的输入端子，不能再用于用于中断的输入端子，不能再用于SPD指令或其指令或其它高速处理。它高速处理。 第第4章章 w6定时器（定时器（T）w（1）通电延时型定时器（）通电延时型定时器（T0T245）w1) 100ms定时器（定时器（T0T199）w2) 10ms定时器（定时器（T200T245） 图

14、图4-19 通电延时型定时器原理示意图通电延时型定时器原理示意图 图图4-20通电延时型定时器动作时序图通电延时型定时器动作时序图 第第4章章 w （2）积算型定时器（积算型定时器（T246T255）w 1）1ms积算定时器（积算定时器（T246T249） w 2）100ms积算定时器（积算定时器（T250T255） 图图4-21 积积算定时器原理示意图算定时器原理示意图 图图4-22 积算定时器动作时序图积算定时器动作时序图 第第4章章 w 7. 计计数器（数器（C） w （1）内部信号计数器（）内部信号计数器（C0C234）w 1）16bit增计数器（增计数器（C0C199）w 通用型：通

15、用型：C0C99，共，共100点；点；w 掉电保持型：掉电保持型：C100C199，共，共100点。点。 图图4-23 16bit增计数器的用法增计数器的用法 图图4-24 16bit增计数器动作时序图增计数器动作时序图 第第4章章 w 2）32bit双向计数器（双向计数器（C200C234）w 通用型：通用型：C200C219，共，共20点；点；w 掉电保持型：掉电保持型：C220C234，共，共15点。点。图图4-25 32bit双向计数器的用法双向计数器的用法 图图4-26 32bit双向计数器动作时序图双向计数器动作时序图 第第4章章 w （2）高速计数器（）高速计数器（C235C25

16、5） 第第4章章 w8. 数据寄存器数据寄存器(D)w通用通用*1：D0D199，共，共200点；点；w掉电保持用掉电保持用*2：D200D511，共，共312点；点；w掉电保持专用掉电保持专用*3：D512D7999，共，共7488点；点；w特殊用：特殊用：D8000D8195，共，共106点。点。 w9. 变址寄存器（变址寄存器（V、Z）w编号为编号为V0V7、Z0Z7，都是，都是16位数据寄存器，可像其位数据寄存器，可像其它的数据寄存器一样进行数据的读写。它的数据寄存器一样进行数据的读写。 图图4-27 变址寄存器的用法变址寄存器的用法 第第4章章 w 三种形式：梯形图、指令表和状态转移

17、图三种形式：梯形图、指令表和状态转移图(SFC) w 441 梯形图语言梯形图语言w 左右两条垂直线称作左母线和右母线。在左、右两母线之左右两条垂直线称作左母线和右母线。在左、右两母线之间，触点在水平线上相串联，相邻的线也可以用一条垂直间，触点在水平线上相串联，相邻的线也可以用一条垂直线连接起来，作为逻辑的并联。触点的水平方向串联相当线连接起来，作为逻辑的并联。触点的水平方向串联相当于于“与与”(AND)，垂直方向的触点并联，相当于，垂直方向的触点并联，相当于“或或”(OR). 44 可编程控制器可编程控制器的编程语言的编程语言 图图4-28 典型的梯形图典型的梯形图 第第4章章 w 类似于计算机的助记符语言，是类似于计算机的助记符语言，是PLC最基础的编程语言。最基础的编程语言。 w 每段的开始用每段的开始用LD(LDI)指令，触点的串并联用指令，触点的串并联用ANDOR指令，线圈的驱动总是放在最右边，用指令，线圈的驱动总是放在最右边，用OUT指令指令 .442 指令表语言指令表语言图图4-29 基本指