电工学原理 PLC课件

1、第7章可编程控制器7.1 概述7.2 硬件配置7.3 编程元件和基本指令7.4系统程序设计7.1 概述产生： 起源追溯到60年代，美国通用汽车公司为了适应汽车型号不断翻新的需要，通过改变存储在里面的指令的方法来改变生产线的控制流程，从而提供了继电器控制系统无法比拟的灵活性。 但这一时期它主要是代替继电器系统完成顺序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，实际只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC（Programmable Logical Controller）发展： 从1968年到现在，PLC经历了四次换代： 一位机 8位机（系列化） 多功能及联网通讯 16位、32位高性能 CPU

2、（多功能产品 ）应用领域：开关量逻辑控制；模拟量、数字量控制；数据处理；通信与联网；监控；运动控制。7.2硬件配置7.2.1组成：内部主要由主机、输入 /输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几部分组成。CPUROM RAM电源部件输出模块输入模块外设接口打印机计算机编程器模拟量输入行程开关继电器触点各种开关传感器照明电磁装置执行机构采用光电隔离装置继电器、可控硅、晶体管电路 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。 内部存储器：输入/输出(

3、I/O)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、指示灯等）。 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。电源 指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。一般使用220V交流电源或24V直流电源供电。 7.2.2工作原理 PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式。在工作过程中，一般分为五个阶段：输入采样（输入扫描）阶段输入处理；程序执行（执行扫描）阶段程序执行；输出刷新（输出扫描）阶段输出处理。PLC处于工

4、作状态时还必须完成内部处理和通讯服务工作。1、内部处理：系统自检测、检查程序执行结果是否正确，进行奇偶校验； 检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位。对具有断电保持功能的继电器现有值的刷新。 判断程序执行时间是否超时，如果超时，则停止中央处理工作。3、输入处理(采样) ：PLC以扫描工作方式按顺序将所有的输入信号读入到输入映象寄存器中存储，这一过程称为采样。 在一个工作周期内，这个采样结果的内容不会改变，它是PLC程序执行时使用的输入量的依据。4、程序执行：PLC按顺序对程序进行扫描，即从上到下，从左到右的扫描每一条指令，并分别从输入映象寄存器中读入所需要的数据进行运算、“处理”，

5、再将每一条指令执行的结果送入元件映象寄存器，供后面指令程序执行时使用；当全部程序执行完毕以后，程序执行的结果输出继电器的状态被送入输出映象寄存器保存，这个结果在整个程序执行完毕之前不会送到输出端子上。Stop和RunPLC的基本工作状态有：Stop和Run状态。 当PLC处于停止状态时，只需完成内部处理和通讯服务工作。 内部处理通讯服务输入处理程序执行输出处理StopRun7.2.3S7-200系列PLC简介 一个基本的S7-200 Micro PLC应该包括： 一个S7-200 CPU模块 一台个人计算机（PC） STEP 7-Micro/WIN 32（3.1版）编程软件 一条通讯电缆，简称

6、(PC/PPI)电缆。 西门子PLC的外形图7.3 编程元件和基本指令7.3.1PLC的编程语言 IEC 1131-3标准的5种编程语言：(1) 顺序功能图(Sequential Function Chart)；(2) 梯形图(Ladder Diagram)；(3) 功能块图(Function Block Diagram)；(4) 指令表(Instruction List)；(5) 结构文本(Structured Text)。PLC的编程语言梯形图与语句表 功能块图 “能流”(Power Flow)只能从左向右流动。 1个网络（Network）中只能放1块独立电路。 功能块图（FBD）类似于数

7、字逻辑门电路，“LOGO！”使用STEP 7-Micro/WIN的IEC 61131-3指令集只提供梯形图、功能块图。地址前加“”，其指令不区分数据类型。编程语言的相互转换和选用 梯形图程序中输入信号与输出信号之间的逻辑关系一目了然，易于理解，与继电接触器电路图的表达方式极为相似。设计开关量控制程序时建议选用梯形图语言。 语句表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计复杂的开关量控制程序时一般使用梯形图语言。7.3.2编程元件1输入继电器（I）2输出继电器（Q）3位存储器（M）4特殊存储器（SM），如：SM0.0：通电后一直为1状态5顺序控制继电器（S）6.定时器（T）7.计数器（

8、C）7.3.3基本指令LD，LDN，= 指令A，AN 指令 O、ON指令LDI、LDNI、AI、ANI、OI 、ONI指令 栈 操 作 指 令 OLD (Or Load) 与ALD (And Load) 指令S、R指令和SI、 RI指令 NOT、EU、ED和NOP N指令LD，LDN，= 指令(2)LD I0.0= Q0.0LDN I1.0= Q1.0= Q1.1LD T33= Q1.2 LD、LDN指令可以用于I, Q, V, M, S, T和C，它们还可以与OLD、ALD指令配合，用于分支电路的起点。 = 指令可以用于Q, V, M和S，但是不能用于I（输入继电器）。= 指令可以连续使用多

9、次, 相当于线圈 的 并联。LD( )Q0.0I0.0=( )Q1.0I1.0LD=( )Q1.1=LD( )Q1.2T33=A，AN 指令A (And)：常开触点串联连接指令。AN(And Not)：常闭触点串联连接指令。AANALD I0.0A I0.1= Q0.0LD Q0.1AN I1.4= Q0.2A T33= Q0.4 A和AN指令可以用于I、Q、V、M、T、C和S。 单个触点与左边的电路串联时，使用A和AN指令，串联触点的个数没有限制。图中，= Q0.2指令之后通过T33的触点去驱动Q0.4，称为连续输出。只要按正确的次序设计电路，可以连续多次使用连续输出。( )Q0.0I0.0

10、( )Q0.2I0.1I1.4Q0.1( )Q0.4T33O、ON指令O(Or)：常开触点的并联连接指令。ON (Inverse Not )：常闭触点的并联连接指令。LD I0.1O I1.1ON M0.2= Q0.1LD Q0.5A I1.2O M1.3AN I2.1ON M1.0= M1.3OONLDI0.1I1.1M0.2Q0.1Q0.5I1.2I2.1M1.3M1.3M1.0 O和ON指令可以用于I、Q、V、M、T、C和S。 O和ON指令用于单个触点与前面电路的并联，并联触点的左端接到LD点上，右端与前一条指令对应的触点的右端相连。并联触点总是并在它前面已经连好的电路的两端。LDI、L

11、DNI、AI、ANI、OI 、ONI、=I指令LDI、LDNI、AI、ANI、OI、ONI和=I指令也称为立即指令，I表示立即（Immediate），LDI、LDNI、AI、ANI、OI、ON为立即触点指令，只能用于输入I；=I为立即输出指令，只能用于输出量（Q）。LDNIOIAILDIONI=ANI= II0.5I0.1I1.4I0.4I0.2Q0.3I0.0Q3.4I0.0I0.1I0.2I0.4I0.5Q0.3Q3.4IIIIIII1.4( )( )I立即触点与立即输出指令 执行立即触点指令时，立即读入物理输入点的值，根据该值决定触点的接通/断开状态，但是并不更新该物理输入点对应的映象寄

12、存器。 执行立即输出指令（= I）时，将栈顶值立即写入指定的物理输出位和对应的输出映象寄存器。栈操作指令(1)堆栈的基本概念 S7-200有1个9位的堆栈，栈顶用来存储逻辑运算的结果，下面的8位用来存储中间运算结果 。堆栈中的数据一般按“先进后出”的原则存取。( )I1.4I0.3Q5.3C24I3.2T16I1.2Q3.4LDNAiv0iv1iv2iv3iv4iv5iv6iv7iv8iv0iv1iv2iv3iv4iv5iv6iv7I1.4iv0iv1iv2iv3iv4iv5iv6iv7S0第2层 第1层(栈顶) 第9层(栈底) 第3层 第4层 第5层 第6层 第7层 第8层 S0=I1.4*

13、I0.3栈操作指令(2)LPS、LRD、LPP指令 LPS（入栈，Logic Push）指令：复制栈顶的值并将其压入堆栈的下一层，栈中原来的数据依次向下一层推移，栈底值被推出丢失。 LRD（读栈，Logic Read）指令：将堆栈中第2层的数据复制到栈顶。29层的数据不变，但原栈顶值消失。栈操作指令(3)LPS、LRD、LPP指令 LPP（出栈，Logic Pop）指令：使栈中各层的数据向上移动一层，第2层的数据成为堆栈新的栈顶值，原来栈顶的数据从栈内消失。 LDS n（装载堆栈，Load Stack, n = 18）指令：复制堆栈内第n层的值到栈顶。栈中原来的数据依次向下一层推移，栈底值被推

14、出丢失。 栈操作指令(4)LPS、LRD、LPP指令 栈操作指令(5)LPS、LRD、LPP指令-应用举例 LRDLPS( )Q0.0I0.0I0.1I1.4( )Q0.4I0.5( )Q0.3I1.4LPPLD I0.0A I0.1LPSAN I0.4= Q0.0LRDA I0.5= Q0.4LPPAN I1.4= Q0.3OLD(Or Load)与ALD(And Load)指令(1)OLD(Or Load)：串联电路块的并联连接指令。 ALD(And Load)：并联电路块的串联连接指令。 两个以上的触点串联连接而成的电路块称为“串联电路块”，将串联电路块并联连接时用OLD指令。OLD指令

15、不带元件号，它相当于触点间的一段垂直连线。每个串联电路块的起点都要用LD或LDN指令，电路块的后面用OLD指令。OLD(Or Load)与ALD(And Load)指令(2) ALD指令将并联电路块与前面的电路串联，在使用ALD指令之前，应先完成并联电路块的内部连接。并联电路块中各支路的起始触点使用LD或LDN指令。OLDALD ALD指令相当于两个电路块之间的串联连线，该点也可以视为它右边的并联电路块的LD点。OLD(Or Load)与ALD(And Load)指令(3) S1S0S2S3S4 OLD(Or Load)与ALD(And Load)指令(4)OLD(Or Load)：串联电路块

16、的并联连接指令。 ALD(And Load)：并联电路块的串联连接指令。 I0.0I1.1I0.2I0.3OLDOLDI0.4I0.5(Q0.6)LDLDLDLDI0.00ANI1.11LDI0.22AI0.33OLD4LDI0.45ANI0.56OLD7=Q0.68S、R指令和SI、 RI指令(1)S (Set，置位或置1)：置位指令，使操作保持置位（1状态）的指令。R(Reset，复位或置0)：复位指令，使操作保持复位（0状态）的指令。SI（Set Immediate，）：立即置位指令RI（Reset Immediate，）：立即复位指令。S、R指令和SI、 RI指令(2)图中N = 1

17、NOT、EU、ED和NOP N指令NOT（Not）取反指令：取反触点将它左边电路的逻辑运算结果取反。EU(Edge Up，上升沿)和ED(Edge Down，下降沿)指令。空操作指令（NOP N）不影响程序的执行，操作数N = 0255。 EU 和ED指令没有操作数，触点符号中间的“P”和“N”分别表示表示正跳变(Positive Transition)和负跳变(Negative Transition) 例题分析(1)例1 已知梯形图程序如下,试写出对应的语句表(指令表)。LD I0.0AN I0.1OR I0.2A I0.3ON C5= Q0.3= Q1.4AN I3.4= Q2.6例题分析

18、(2)例2 已知梯形图程序如下，试写出对应的语句表(指令表)。LD I0.0O Q2.5AN I2.3LDN M4.5O Q0.3A T1LDN M5.6A C5OLDALDO M3.2= Q0.3例题分析(3)例3 已知梯形图程序如下，试写出对应的语句表(指令表)。LD I0.7AN Q3.2O I0.2AI I0.3LDI I0.5A M2.5OLD LPSNOT=I Q0.3LPPA C42SI Q0.5,1LDN I3.4O M1.3ALDO M3.5R M2.4,1例题分析(4)例4 已知语句表(指令表)程序如下,试写出对应的梯形图。LDI I1.4A I0.3LD I3.2AN T

19、16OLDLDN C24ON I1.2ALDO Q3.4= Q5.3( )Q5.3I0.3C24Q3.4I1.2I3.2OLDALDT16I1.4IQ0.3例题分析(5)例5 已知语句表,试写出对应的梯形图。( )M3.7PI0.0I0.2III0.1I0.4M3.7M0.2Q2.1I1.5I0.5I0.4I0.4NOT( )Q0.3SI1S1S1S2S3S4S6S5S2S3S4S5S6OLDALDLPSLPP定时器指令通电延时定时器指令断电延时定时器指令保持型通电延时定时器指令TON T*，PT 通电延时定时器指令(1)通电延时定时器(TON)输入端(IN)的输入电路接通时开始定时。当前值大

20、于等于PT（Preset Time，预置时间）端指定的设定值时(PT = 132 767)，定时器位变为ON，对应定时器的常开触点闭合，常闭触点断开。达到设定值后，定时器保持接通，直到输入电路断开，定时器被复位。INTONPT100msT3730( )Q0.1I2.3T37TON T*，PT 通电延时定时器指令(2)LD I2.3TON T37，30LD T37= Q0.0 定时器的设定时间等于设定值与分辨率的乘积，定时器有1ms、10ms和100ms三种分辨率，分辨率取决于定时器号。 INTONPT100msT3730( )Q0.1I2.3T37TON T*，PT 通电延时定时器指令(3)定

21、时器号与分辨率类型分辨率定时范围定时器号TONR1ms32,767sT0,T6410ms327.67sT1T4,T65T68100ms3 276.7sT5T31,T69T95TONTOF1ms32 767sT32,T9610ms327.67sT33T36,T97T100100ms3 276.7sT37T63,T101T255图中的T37为100ms定时器，设定时间为100ms 4 = 0.4s。INTONPT100msT3730( )Q0.1I2.3T37TOF T*，PT断电延时定时器指令(1)断电延时定时器(TOF)用来在IN输入电路断开后延时一段时间，再使定时器位OFF。它用输入从ON到

22、OFF的负跳变启动定时。INTOFPT10msT33200( )Q0.1I0.0T33TOF T*，PT断电延时定时器指令(2)接在定时器IN输入端的输入电路接通时，定时器位变为ON，当前值被清零。输入电路断开后，开始定时，当前值从0开始增大。当前值等于设定值时，输出位变为OFF，当前值保持不变，直到输入电路接通。LD I0.0TOF T33 , 200LD T33= Q0.0INTOFPT10msT33200( )Q0.1I0.0T33TOF T*，PT断电延时定时器指令(3)TOF与TON不能共享相同的定时器号，例如不能同时使用TON T33 和 TOF T33。可用复位(R)指令复位定时

23、器。复位指令使定时器位变为OFF，定时器当前值被清零。在第一个扫描周期，TON和TOF被自动复位，定时器位OFF，当前值为0。INTOFPT10msT33200( )Q0.1I0.0T33INTONPT100msT3330( )Q0.1I2.3T33不允许在同一程序中出现TONR T*,PT保持型通电延时定时器指令保持型通电延时定时器（Retentive On-Delay Timer，TONR) 的输入电路接通时，开始定时。当前值大于等于PT端指定的设定值时，定时器位变为ON。达到设定值后，当前值仍继续计数，直到最大值32767输入电路断开时，当前值保持不变。复位指令(R)用来清除它的当前值，

24、同时使定时器位OFF。 LD I2.1TONR T2 , 10LD T2= Q0.0LD I0.3R T2，1计数器指令加计数器指令减计数器指令加减计数器指令CTU Cxxx, PV加计数器指令当复位输入（R）电路断开，加计数（Count Up）脉冲输入（CU）电路由断开变为接通（即CU信号的上升沿），计数器的当前值加1，直至计数最大值32 767。当前值大于等于设定值（PV）时，该计数器位被置1。当复位输入（R）ON时，计数器被复位，计数器位变为OFF，当前值被清零。如图所示。 在语句表中，栈顶值是复位输入（R），加计数输入值（CU）放在栈顶下面一层。CTD Cxxx, PV减计数器指令在脉

25、冲输入（CD）的上升沿（从OFF到ON），从设定值开始，计数器的当前值减1，减至0时，停止计数，计数器位被置1。装载输入（LD）为ON时，计数器位被复位，并把设定值装入当前值。CTDD Cxxx, PV减计数器指令在脉冲输入（CU）的上升沿，计数器的当前值加1，在减计数脉冲输入（CD）的上升沿，计数器的当前值减1，当前值大于等于设定值（PT）时，计数器位被置位。复位输入（R）ON，或对计数器执行复位（R）指令时，计数器被复位。如图所示。 计数器的编号范围为C0C255。不同类型的计数器不能共用同一计数器号。 练习举例(1)例1：写出图示梯形图的语句表程序LDN C22O M1.3O M3.5L

26、D M2.1AN I0.4 A T21LD I0.2ANI I2.7OLDON Q0.4ALDO I1.4LPSEUSI Q3.3,1LPPA M2.2TON T37,100 练习举例(2)例2：写出图示梯形图的语句表程序LD I0.7AN Q3.2O I0.2AI I0.3LDI I0.5 A M2.5OLDLPSNOT=I Q0.3LPPA C42SI Q0.5,1LDN I3.4O M1.3ALDO M3.5 R M2.4,1练习举例(3)例3：画出如下语句表程序的梯形图。习题15.5(b)I0.1I0.0I0.2I0.4(Q2.1)I4.6 Q0.3( R ) 1I0.5(M3.6)I

27、0.4INTONPT100msT3725练习举例(4)例4：画出如下语句表程序的梯形图。习题15.5(c)I0.7I2.7Q0.3 II2.5 Q0.4( I ) I0.2M0.1I0.5M3.5I4.6I0.2NOTNCUPVCTURC41307.4系统程序设计（梯形图经验设计法）基本电路 1.有记忆功能的电路 起、保、停电路I0.0起动Q0.0保持I0.1停止LD I0.0O Q0.0AN I0.1= Q0.0LD I0.0S Q0.0,1LD I0.1R Q0.0,12.定时器应用电路延时接通/延时断开电路LD I0.0T0N T37,90LD T37T0F T38,70LD T38=

28、Q0.13.定时器应用电路长延时电路1LD I0.2 AN T37TON T37,30000LD T37LDN I0.2CTU C4,12000LD C4= Q0.02.定时器应用电路长延时电路25000hQ0.1I0.1LD SM0.4LD I0.1CTU C2,30000LD C2= Q0.14.定时器应用电路闪烁电路I0.02sQ0.03sLD I0.0AN T38TON T37,20LD T37TON T38,30= Q0.0经验法设计举例1.异步电动机的正反转控制按下正转（或反转）起动按钮SB2（SB3），使KM1（KM2）的线圈通电，电机开始正（反）转运行。按下停止按钮SB1，使KM1（KM2）的线圈断电，电动机停止运行。MKM2KM1FU1FU2AC 380VABCSB2SB3KM1KM2FRSB1KM1KM2KM1KM2FRSB2SB3FRCOM1COMSB1SB2SB3AC 220VKM1KM2KM1KM2I0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1I0.2I0.1( )Q0