可编程逻辑控制器第一讲

第五章可编程逻辑控制器基础知识

可编程逻辑控制器概述

可编程控制器的组成和工作原理

可编程序控制器的编程语言

FX系列可编程序控制器梯形图中的编程元件

FX系列可编程序控制器的基本逻辑指令可编程逻辑控制器基础知识1

PLC的定义PLC的发展历史

PLC的特点

PLC的应用领域

PLC的发展趋势PLC和微机、接触控制比较

可编程控制器定义可编程序控制器是一种以微处理器为核心的电子系统，它是在继电器控制和计算机控制的基础上发展而来的一种新型工业自动控制装置。可编程控制器定义续1985年1月，国际电工委员会（IEC）的可对可编程控制器作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”可编程控制器的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下设计，它采用可编程控制器的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算等操作指令，并通过数字式、模拟式输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器的历史1968年，美国最大的汽车制造厂家-通用汽车公司（GM）提出了研制PLC的基本设想：能用于工业现场；能改变其控制“逻辑”，而不需要变动组成它的元件和修改内部接线；出现故障时易于诊断和维修。1969年，美国数字设备化司（DEC）研制出了世界上第一台可编程控制器。70年代，出现了使用微处理器并具有编程语言的PLC。可编程逻辑控制器的生产厂家在全世界有7家举足轻重的PLC制造厂家：美国的Rockwell自动化公司所属的A-B(Allen-Bradley)公司GE-Fanuc公司德国的西门子（Siemens）公司美国的Modicon公司法国TE（Telemecanique）公司日本三菱公司日本立石（OMRON）公司我国PLC的生产厂家我国的PLC生产目前也有一定的发展，小型PLC已批量生产，中型PLC已有产品，大型PLC已开始研制。国内PLC形成产品化的生产企业约30多家，国内产品市场占有率不超过10%。主要生产单位有：苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海兰星电气有限公司、天津市自动化仪表厂等。国内产品在价格上占有明显的优势。

世界最大的PLC生产厂家在全球PLC制造商中,根据美国AutomationResearchCorp(ARC)调查,世界PLC领导厂家的五霸分别为西门子公司、A-B公司、施耐德公司、三菱公司和欧姆龙公司。他们的销售额约占全球总销售额的三分之二。

PLC的特点配套齐全，，功能完善善，通用性性强可靠性高、、抗干扰能能力强编程方法简简单易学使用简单，，调试维修修方便体积小、重重量轻、功功耗低配套齐全，，功能完善善，通用性性强PLC发展到今天天，已经形形成了大、、中、小各各种规模的的系列化产产品，可以以用于各种种规模的工工业控制场场合，要改改变控制功功能只需改改变程序即即可，具有有较强的通通用性。现代PLC除了逻辑处处理功能外外，大多具具有数据处处理能力，，可用于各各种数字控控制领域。。近年来，随随着PLC多种智能模模块的出现现，使PLC渗透到了位位置控制、、温度控制制、CNC控制等各种种工业控制制中。加上上PLC通讯能力的的增强及人人机界面技技术的发展展，使用PLC组成各种控控制系统变变得非常容容易。PLC的应用领域域开关量控制制模拟量控制制运动控制过程控制数据处理通信联网运动控制早期PLC的运动控控制直接接用开关关量I/O模块连接接位置传传感器和和执行机机构，现现在一般般使用专专用的运运动控制制模块，，如驱动动步进电电机或伺伺服电机机的单轴轴或多轴轴位置控控制模块块。过程控制制PLC的过程控控制是指指对温度度、压力力和流量量等模拟拟量的闭闭环控制制。PID控制PLC的发展趋趋势向两极化化（大型型化和小小型化））方向发发展编程语言言和编程程工具向向标准化化和多样样化发展展I/O组件标准准化、功功能组件件智能化化通讯网络络化向大记忆忆容量，，快处理理速度发发展发展故障诊断断技术和容容错技术术大型化和和小型化化三菱公司司推出12点的的PLC产品，立立石公司司推出的的C20、、C40H、C60P等小型PLC产品GOLD公司的584L－PC的I/O点多达8192个。莫迪康公公司的984～～785型的PLC的最大I/O点数已达达到16384点。向大记忆忆容量，，快处理理速度发发展记忆容量量由过去去的64K，已增加到到500K以上，如如Triconxw公司的Faulttolerant型机记忆忆容量为为512K，InteractiveMicroware公司的MFC03型记忆容容量为848K，ASEA公司的Terpiece200/1型机记忆忆容量到到4MB记忆芯片片过去主主要是随随机存取取存储器器（RAM）、可擦写可可编程只只读存储储器（EPROM），今后主要要是电可可擦写可可编程只只读存储储器（EEPROM）、UVEPROM、BATRAM、NVRWM等发展故障诊断断技术和容容错技术术故障智能能诊断方方法：智智能可编编程I/O系统，供供用户了了解IO组件的状状态和监监测系统统的故障障；故障障监测程程序；共共回路远远程诊断断和网络络诊断技技术等。容错功能能，如双双机热备备、自动动切换I/O、双机表决决（当输输出状态态与PLC逻辑状态态相比较较出错时时，会自自动断开开该输出出）和I/O三重表决决（当输输出状态态进行软软件硬件件表决，，取2个相同的的）可编程控控制器与与微机的的区别学习难易易程度不不同PLC继承了继继电器系系统的基基本格式式和习惯惯，对于于有继电电器控制制经验的的人，学学习起来来容易。。微机需要要更多的的知识储储备。通用性不不同PLC一般是由由电气控控制器的的制造厂厂家研制制生产，，各厂家家的产品品不通用用。微机是由由通用计计算机推推广应用用发展起起来的，，标准化化程序高高，兼容容性强。。运行方式式不同PLC不能直接接使用微微机的许许多软件件。PLC一般具有有模块结结构，可可针对不不同对象象进行组组合和扩扩展。微机可使使用通用用微机的的各种编编程语言言，对要要求快速速，实时时性强、、模型复复杂的工工业对象象的控制制占有优优势，但但它要求求使用者者具有一一定计算算机专业业知识。相同点：：PLC和微机都都是专为为工业现现场应用用环境而而设计的的，都具具有很高高的可靠靠性，可编程控控制与继继电接触触器控制制的区别别◆控制逻辑辑不同PLC为“软接接线”技技术，继继电接触触为硬接接线逻辑辑。◆控制逻辑辑方面PLC：：同一个器器件的线线圈和它它的各触触点动作作不同时时发生。。继电接触触：同一继电电器的所所有触点点与线圈圈通电或或断电同同时发生生◆控制速度度PLC：：速度极快；继继电接接触：速速度慢◆定时/计计数PLC定时精度度高，范范围大，，有计数数功能，，继电接触触：定时时精度不不高，范范围小，，无计数数功能可编程控控制与继继电接触触器控制制的区别别续设计与施施工PLC：：现场施工工与程序序设计同同步进行行，周期期短，调调试和维维修方便便。继电接触触：设计计、现场场施工、、调试必必须依次次进行，，周期长长，而且且修改困困难可靠性和和维护性性PLC连线少，，使用方方便，并并具有自自诊断作作用等价格PLC：：贵（长远远利益））继电接触触：便宜宜（短期期利益））可编程控控制器基基础知识识21、可编编程控制制器的组成和工作原理理2、FX系列型号号名称的的含义3、编程器与与外部设设备可编程逻逻辑控制制器的组组成一般由CPU模块、输入模块块、输出出模块和其他可可选部件件（或扩扩展单元元）组成成开关量I/O模块的外外部接线线方式模拟量输输入模块块输出模块块CPU模模块主要包括括微处理理器（CPU芯芯片）和和存储器器两部分分I/0模块使过程状状态和参参数输入入到PLC的通道以以及实时时控制信信号输出出的通道1类是从从按钮、、选择开开关、数数字拨码码开关、、限位开开关、接接近开关关、光电电开关、、压力继继电器等等输入的的开关量信号号另一类是由由电位器、、热电偶、、测速电机机和各种变变送器等输输入的连续续变化的模拟量信号号I/O模块中包含含由光电耦耦合器、光光电可控硅硅、小型继继电器等器器件组成的的滤波电路、、耦合电路路或电平转转换电路等开关量I/O模块的外部部接线方式式开关量I/O模块的输入入输出信号号仅有接通通和断开两两种状态。。电压等级级有直流5V、12V、24V、48V等，交流有有110V、220V开关量I/O模块的点数数一般是2的n次方。I/O模块的外接线方式式有汇点式、分分组式和分分隔式三种。I/O模块的外接接方式输入模块1输入模块2输出模块输出模块根根据功率放放大元件主主要分为：：驱动直流流负载的大大功率晶体体管和场效效应管、驱驱动交流负负载的双向向可控硅，，以及可驱驱动交流负负载又可驱驱动直流负负载的小型型继电器。。输出电流的的额定值与与负载的性性质、温度度有关。继电器输出出电路、晶体管集电电极输出电电路、双向可控硅硅输出电路路。继电器输出出电路晶体管集电电极输出电电路双向可控硅硅输出电路路可编程控制制器的工作作原理PLC的工作原理理（M100）（Y430)输出刷新阶阶段用户程序执执行阶段输入采样阶阶段输入端子输入映象寄寄存器元件映象寄寄存器输出锁存器器输出端子扫描周期X4读出(Y430)写入读出FX系列型号名名称的含义义编程器与外外部设备编程器的作作用。专用编程器器个人计算机机程序开发发系统数据存取单单元其他外部设设备编程器的作作用用来生成用用户程序，，并对它进进行编辑、、检查和修修改。将用户程序序写入EPROM，EEPROM，，磁带或磁盘盘中。驱动打印机机打印出顺顺序功能图图、梯形图图程序或指指令个程序序。监视系统运运行的情况况。专用编程器器简易编程器器（只能输输入和编辑辑指令表程程序。）图形编程器器（可直接接生成和编编辑梯形图图程序）个人计算机机程序开发发系统编程软件文件编制软软件数据采集和和分析软件件实时操作接接口软件仿真软件其他软件数据存取单单元FX-20DU-E数据存取单单元使用带带背景光的的蓝色液晶晶显示器，，画面正常常时为绿底底黑字，警警报状态为为红底黑字字。其他外部设设备人/机接口口装置外存储器打印机EPROM写入器可编程序控控制器基础础知识3可编程序控控制器编程程语言的国国际标准梯形图的主主要特点可编程序控控制器编程程的国际标标准IEC1131-3规定了可编编程序控制制器的编程程语言共有有5种语言言。顺序功能图图（Sequentialfunctionchart）梯形图（Ladderdiagram）功能块图（Functionblockdiagram）指令表（Instructionlist））结构文本（Structuredtext）顺序功能图图（SFC）梯形图（LD）梯形图与继继电器控制制系统的电电路图很相相似，一般般有线圈、、常开触点点、常闭触触点，还有有其他功能能块。梯形形图称为电电路或程序序，设计梯梯形图叫编编程。功能块图（（fbd））类似数字逻逻辑电路的的编程语言言，即用类类似与门、、或门的方方框来表不不逻辑运算算关系等。。指令表（IL）由若干条指指令组成的的程序叫做做指令表程程序。结构文本Pascal,Basic,c等高高级编程语语言结构文本是是为IEC1131-3标标准创建一一种专用高高级编程语语言。用结构文本本有两个优优点：能实实现复杂的的数学运算算，其二是是非常简洁洁和紧凑。。梯形图的主主要特点PLC梯形图中的的某些编程程元件沿用用了继电器器这一名称称。但不是是真实的继继电器。梯形图两两侧的垂直直公共线称称为公共母母线，能流流只能从左左到右。梯形图的逻逻辑运算：：根据梯形形图各触点点的状态和和逻辑关系系，求出与与图中各线线圈对应的的编程元件件的ON/OFF状态，逻辑辑运算是从从左到右，，从上到下下进行的。。梯形图中各各编程元件件的常开触触点和常闭闭触点可以以无限多次次的使用。。可编程逻辑辑控制器基基础知识4FX系列可编程程序控制器器梯形图中中的编程元元件FX系列可编程程序控制器器的编程元元件FX系列可编程程序控制器器的性能指指标与编程程元件输入继电器器（X）输出继电器器（Y）辅助继电器器（M）状态（S）定时器（T）计数器（C）数据寄存器器（D）指针P/IFX系列可编程程序控制器器的性能指指标表3-3输入继电器器（X）输入继电器器用八进制制数表示。。输入继电器器是可编程程序控制器器接收外部部输入的开开关量信号号窗口。在梯形图中中可以外接接常开触点点或常闭闭触点，也也可以接多多个触点组组成的串并并联电路在梯形图中中可以多次次使用输入入继电器的的常开触点点和常闭触触点。例子输入和输出出继电器例例子输出继电器器是PLC向外部负载载发送信号号的窗口。。输出继电电器用来将将PLC的输出信号号传送给输输出模块，，再由后者者驱动外部部负载。在梯形图中中，每一个个输出继电电器常开和和常闭触点点可多次使使用。例子辅助继电器器（M）辅助继电器器是用软件件实现，不不能接收外外部的输入入信号，也也不能直接接驱动外部部负载。通用辅助继继电器M0~M499断电保持辅辅助继电器器M500~M3071特殊辅助继继电器M8000~M通用辅助继继电器M0~M499共500点点可用软件设设定为断电电保持辅助助继电器断电保持辅辅助继电器器M500~M3071电源中断时时，中断瞬瞬时的状态态，可在重重新通电后后的第一个个扫描周期期再现其状状态。其中M500~M1023可用软件设设定为非断断电保持辅辅助继电器器。使用举例特殊辅助继继电器M8000~M共有256点用来表示PLC的某些状态态、提供时时钟脉冲、、标志（如如进位、借借位标志））、设定PLC的运行方式式，或者用用于步进顺顺控、禁止止中断、设设定计数器器是加计数数或是减计计数等。分为触点利用型型和线圈驱驱动型。触点利用型型和线圈驱驱动型。如M8000（运行监视））M8002（初始化脉冲冲）M8005（锂电池电压压降低）线圈驱动型型如：M8030线圈通电时时，PLC由RUN进入STOP状态时，映映像寄器与与数据寄存存器中的内内容保持不不变。M9034(禁止输出)状态（S））用于编制顺顺序控制程程序的一种种编程元件件，一般与与步进梯形形指令STL一起使用。。通用状态（（S0~S499）没有断电保保持功能，，但可用程程序设定有有断电保持持功能。定时器（T）包括设定值值寄存器、、当前值寄寄存器和一一个用来储储存其输出出触点状态态的映像寄寄存器。分为通用定定时器（T0~T245）和积算定时时器(T246~T255)。T0~T199为100ms定时器，定定时范围为为0.1~3276.7s.T192~T199为了程序和和中断服务务程序专用用的定时器器。T200~T245为10ms定时器，定定时范围为为0.01~327.67s.例子定时器例子子计数器（C）分为内部计计数器和高高速计数器器。内部计数器器对plc的内部信号号X、Y、M、S等计数，内部计数器器分16位位计数器（C0~C99为通用型，，C100~C199为断电保持持型）和32位加加/减计数数器。（C200~C219为通用型，，C220~C234为断电保持持型）32位加/减计数器器的加/减减计数方式式由特殊辅辅助继电器器M8200~M8234设定，对应应的特殊辅辅助继电器器为ON时，为减计计数，反之之为加计数数。计数器的工工作原理计数器的工工作原理数据寄存器器（D）数据寄存器器D在模拟量检检测与控制制以及位置置控制等场场合用来储储存数据和和参数，数数据寄存器器为16位位，可双字字节。通用数据寄寄存器D0~D199,M8033ON时，有断电电保持功能能。断电保持数数据寄存器器D200~D7999，其中D200~D511有断电保持持功能，利利用外部设设备的参数数设定，可可改变其与与通用数据据寄存器的的分配。D490~D509供通信用。。D512~D7999的断电保持持功能不能能用软件改改变，可用用RST和ZRST指令清除内内容。特殊数据寄寄存器D8000~D8255用来监控PLC的运行状态态，如电池池电压、扫扫描时间等等。变址寄存器器V0~V7和Z0~Z7的内容用来来改变编程程元件的元元件号。指针P/I1包括分支指指针P0~P127和15点中中断用指针针。分支指针P0~P127用来指示跳跳转指令（（CJ）的跳步目标标和子程序序调用指令令（CALL））调用的了程程序的入口口地址，执执行到子程程序中的SRET时返回主程程序。指针P/I2中断用指针针用来指明明某一中断断源的中断断程序入口口标号，执执行到IRET指令时返回回主程序。。定时器中断断使PLC以指定的周周期定时执执行中断子子程序，定定时循环处处理某些任任务，处理理的时间不不受PLC扫描周期的的限制。计数器中断断用于PLC内置的高速速计数器，，根据高速速计数器的的计数当前前值与计数数设定值的的关系来确确定是否执执行相应的的中断服务务程序。可编程序控控制器基础础知识5FX系列可编程程序控制器器的基本逻逻辑指令FX系列可编程程序控制器器的基本逻逻辑指令FX系列PLC共有27条条基本逻辑辑指令，一一百多条功功能指令。。LD、LDI、OUT指令AND与ANI指令OR与ORI指令LDP、LDF、、ANDP、ANDF、、ORP和ORF指令ORB指令ANB指令栈存储器与与多重输出出指令主控与主控控复位指令令MC，MCR取反指令PLS与PLF指令SET与RST指令NOP与END指令编程注意事事项LD、LDI、OUT指令LD：常开触点与与母线连接接的指令LD