《盾构机电气与plc控制技术》课件-任务3 PLC编程基础与指令系统

《盾构机电气与PLC

控制技术》1.初识PLC●是一种工业控制装置，在电器控制

技术和计算机技术的基础上开发出

来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技

术、通信技术融为一体的新型工业

控制装置。●中文名称为可编程控制器；●英文名称为ProgrammableLogic

Controller,

简称PLC

。什么是PLC?●2023年12月27日下午，在中国工业互联网研究院举办的“国产高端工

控系统研讨会”上，华龙讯达成功

发布国产木星大型PLC产品JIC

PLC8010。什么是PLC?PLC

的产生与应用PLC硬件系统结构PART

ONE

PART

TWOPLC的产生与应用一

、PLC

的产生与应用(一)可编程控制器的产生●因为继电器逻辑电路配线复杂。背景●1968年美国通用汽车公司(GM),为了适应汽车

型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实

现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业

控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。一

、PLC

的产生与应用(一)可编程控制器的产生●1969年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，并应

用于工业现场。一

、PLC

的产生与应用(一)可编程控制器的产生(二)可编程控制器的应用领域制造业一

、PLC

的产生与应用娱乐业健康和医疗建筑/环境食品工业交通农业/渔业●开关量逻辑控制：注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、包装生产线、电镀生产线等。一

、PLC

的产生与应用(二)可编程控制器的应用领域一

、PLC

的产生与应用●过程控制：温度，压力，流量，液位和速度的连续变化的量。(二)可编程控制器的应用领域一

、PLC

的产生与应用(二)可编程控制器的应用领域●运动控制物流机器人电梯机械、机床●高性能、高速度、大容量发展；●向小型化和大型化两个方向发展；●大力开发智能模块，加强联网与通信能力；●增强外部故障的检测与处理能力；●编程语言多样化。一

、PLC

的产生与应用(三)可编程控制器的发展PLC

硬件系统结构二、PLC

硬件系统结构~110V/220V

市电现场用户输入设备现场信号按钮、开关传感器外部设备编程设备计算机打印机等现场用户输出设备执行器中间继电器电磁阀扩展设备扩展单元通讯模块功能模块PLC基本单元电源变换器微处理器

(CPU)通讯及编程接口输入部件输出部件扩

展

接

□PLC

系统结构示意图系

统

存

储

器用户存储器控制器运算器PART

ONE

PART

TWO什么是PLC?

PLC

可以做什么?思考

/

THINKING●目前有哪些最新的PLC芯片?《盾构机电气与PLC

控制技术》2.2PLC

的梯形图编程语言梯形图编程程序的基本组成X、Y

编程元件梯形图的编写规则PART

ONE

PART

TWO

PART

THREE梯形图编程程序的基本组成一、梯形图编程程序的基本组成x⁰oo

X⁰01Y00o5

[END图1-1梯形图程序●梯形图编写程序是一种图形语言，是在继电器控制原理图的基础上产生的一种形象、

直观的逻辑编程语言。●沿用继电器的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，并增加了一些控制符号。●形象、直观，易于被熟悉继电器控制系统的电气技术人员所掌握，因而应用广泛，

被厂家作为第一编程语言。●两侧的垂直公共线称为公共母线，左侧的母线称为左母线，右侧的母线称为右母线。●在分析梯形图逻辑关系时，把左侧母线假想为“火线”,右侧母线假想为“零线”。●

触点：

●

“线圈”

●

程序结束语：·

“动合触点”

xooo·

“动断触点”xo2一、梯形图编程程序的基本组成5-图1-1梯形图程序x⁰01

(Y000[END梯形图的编写规则04913xoob/

(Yoop3).器器捧

启动Yoo计数器

电机pX001

(co电机Yoop电机cq光电传感

计数器X0o2计数器复位按钮

[RST

c

数]ENO●书写顺序：先左后右，自上而下。●每一行左母线开始，右母线为止，触点

在左边，线圈在最右边。●程序结束，画出结束符号。二、梯形图的编写规则(

一)总体原则图1-2梯形图程序(二)关于触点的原则●可多个触点串并联使用，且触点数量不受限制，如图1-3所示。(a)

串联

(b)并联图1-3触点的串、并联二、梯形图的编写规则二、梯形图的编写规则(二)关于触点的原则●不允许交叉电路，如图1-4所示。Y001x⁰0110-图1-4交叉触点的处理[END(b)

正确X003

X004(a)

错误X002X005X001(二)关于触点的原则●串联触点多的在上，如图1-5所示。(a)

不正确

(b)

正确图1-5串联触点的处理二、梯形图的编写规则(二)关于触点的原则●并联触点多的在左，可减少程序步数，如图1-6所示。X0o2

(Y000

xo2

(Y000x003[END(a)

不正确

(b)

正确图1-6并联触点的处理二、梯形图的编写规则(二)关于触点的原则●输出线圈不能直接与左母线相连，如图1-7所示。(Y000

x0o0(a)

不正确(b)

正确图1-7

禁止“线圈连接左母线”二、梯形图的编写规则二、梯形图的编写规则5(a)

不正确(二)关于触点的原则图1-8禁止使用“双线圈”X001X002

X003(Y000(Y001[END(Y000(Y000[END(b)

正确X001X00202502X003(二)关于触点的原则●允许多个线圈并联输出，不允许串联输出，如图1-9所示。X001

Y000

Y001

Y002(a)

不正确(b)

正确图1-9多个线圈的连接二、梯形图的编写规则(二)关于触点的原则●线圈的右侧不写触点，如图1-10所示。X001

X002/

X0030(a)

不正确

(b)

正确图1-10触点右侧线圈的处理二、梯形图的编写规则(二)关于触点的原则●触点间的线圈放在前面编写，如图1-11所示，可减少程序步数。[END(a)

不正确

(b)正确图1-11

触点间线圈的处理二、梯形图的编写规则0

X⁰01

xoo2

(Y000(Y001x⁰01x⁰02(Y001X、Y

编程元件X0000X0012X003

X0044X⁰058图1-12梯形图程序三、X

、Y编程元件三、X

、Y编程元件三菱FX3U-32M

可编程控制器PLC

内部电路图软元件类型符号输入继电器X输出继电器Y辅助继电器M状态继电器S定时器T计数器C数据寄存器D指针P/I变址寄存器V/Z三、X

、Y编程元件表1-1

PLC

的软元件●用于接收外部元件(如按钮SB、

传感器、

行程开关等)发来的控制信号，与输入

端

子(

如X0

、X1

、X2)

相连，其核心

作用是将外部控制信号传递到PLC内部。●只有触点，没有线圈。●程序中只能读取其状态，不能强制修改。

采用八进制编号。●扩展时：X000~X367,共248个。X000—

—

——(Y000x001

—

—(Y001X003

X004

——(Y002X005X006[END三

、X、Y

编程元件(Y003图1-2梯形图01.

输入继电器X024710●用于将输出信号传递给外部负载，具有

一定的带负载能力。●既有触点，也有线圈。●采用八进制编号。●扩展时：Y000~Y

367,共248个。x001——(Y001X003

X004——(Y002X005X006(Y003[END三

、X、Y

编程元件02.

输出继电器YX000

—

—

——(Y000图1-2梯形图024710梯形图编程程序的基本组成X、Y

编程元件梯形图的编写规则PART

ONE

PART

TWO

PART

THREE思考

/

THINKING●梯形图的编写规则有哪些?●梯形图的组成元素有哪些?《盾构机电气与PLC

控制技术》2.3梯形图程序--点动、自锁、互锁及互控控

制规律PART

ONE

PART

TWO

PART

THREE

PART

FOUR4点动控制及串自锁控制

互锁控制互控控制并联逻辑点动控制及串并联逻辑●定义：操作某一输入设备时，对应输出

设备(控制对象)启动或停止。●实现方法：当“操作”某一输入设备致

输出设备工作，则使用动合触点驱动对

应输出线圈；若“操作”某一输入设备

致输出设备停止工作时，则使用动断触

点驱动对应输出线圈。xoo0 xO0(Y0007(Y001(Y002X005X006(Y0030[END一

、点动控制及串并联逻辑(一)点动控制程序图1-1

梯形图程序1●多个启动条件同时满足，对应控制对象工作，则采用串联逻辑与；●多个启动条件任意一个满足，对应控制

对象工作，可采用并联逻辑或。X000——(Y000X001X003—X004—(Y001(Y002X0Q6(Y003[END一

、点动控制及串并联逻辑(二)串、并联逻辑图1-1

梯形图程序0210自锁控制●自锁控制，也就是常说的“

启-停-保”

控制

。●是通过启动

(X001、X002)、

保持

(Y000、Y001)和停止(X000)触点

实现的

。●实现方法：将输出对应的动合触点并接

到启动元件。二、自锁控制(一)梯形图自锁控制程序x⁰03正转启动SB2Y0o0正转Y001反转X003热继电器图1-2电动机正反转梯形图X003热继电器Se1正[END互锁控制●定义：两个或两个以上控制输出，启动

1个控制输出，其他控制输出不能再启

动，直到该控制输出停止。●实现方法：通过将输出的动断触点串

联

在对方回路中实现互锁控制。三、互锁控制互控控制●定义：两个或两个以上控制输出，启

动1个控制输出，已启动的控制输出自行停

止。●实现方法：通过将输入的动断触点串

联

在对方回路中实现互控控制。o⁰(Y002-3交通灯控制梯形图程序四、互控控制xoo1黄灯SB2

绿灯SB1红灯SB3X002

xoo红灯SB3

绿灯SB

1黄灯SB2图1互控控制自锁控制

互锁控制

互控控制点动控制及串并联逻辑PART

ONE

PART

TWO

PART

THREE

PART

FOUR思考

/

THINKING●分析下图梯形图程序中包含的控制规律。图1-44人竞赛抢答器梯形图程序《盾构机电气与PLC

控制技术》2.4联锁控制及M元件PART

ONE联锁控制PART

TWOM

元件联锁控制●定义：某一控制对象的动作以另一个控

制对象的动作为前提。●实现方法：通过将前置控制对象线圈的

动合触点串联在后续控制对象线圈前实

现联锁控制。一、联锁控制图1-1

传动带电机启动梯形图程序M

元件表1-1

PLC的软元件软元件类型符号输入继电器X输出继电器Y辅助继电器M状态继电器S定时器T计数器C数据寄存器D指针P/I变址寄存器V/Z二、M

元件图1-1

传动带电机启动梯形图程序二、M

元件●辅助继电器(M):是PLC

内部的一种状态标志，相当于继电控制电路中的中间

继电器。●

采用十进制编号。表1-2辅助继电器分类编号数量一般用断电保持M0~M499500辅助继电器M500~M1023524特定功能辅助继电器M8000~M8511512●

有触点和线圈。●与输出继电器一样，该类辅助继电器只

能由程序来驱动，但不能直接驱动外部负载

。●常用于状态暂存或中间过程处理。X001Y000图1-1

传动带电机启动梯形图程序二

、M

元件(一)一般、断电保持辅助继电器X003

Xoo2MO(MO(一)一般用辅助继电器：M0~M499(Y000右驱动二、M

元件x0oo11图1-2电机控制往复运动梯形图程序(M1(Y001左驱动[END(二)断电保持辅助继电器：M500~M1023(M500(Y000右驱动(M501(Y001左驱动[END图1-3电机控制往复运动梯形图程序二、M

元件分类编号数量一般用断电保持辅助继电器M0~M499500M500~M1023524特定功能辅

助继电器M8000~M8511512二、M

元件(三)特殊辅助继电器：M8000~M8511类型编号功能触点型M8000运行监控，

PLC运行时为ON。M8002初始脉冲，PLC运行运行开始时接通一个扫描周期。M8005电池电压过低，PLC后备锂电池电压过低时接通。M801110ms时钟脉冲。M8012100ms时钟脉冲。M80131s时钟脉冲。M80141min时钟脉冲。线圈型M8031非保持型继电器、寄存器状态清除。M8032保持型继电器、寄存器状态清除。M8033线圈被驱动后，在PLC停止运行时，各软元件将保持运行时的状态。M8034线圈被驱动后，复位所有的输出(Y)。二、M

元件表1-3

特殊辅助继电器PART

ONE联锁控制PART

TWOM

元件思考

/

THINKING●根据如下控制要求编写梯形图程序：设计一个四路抢答器与PLC输入相连，对应4个抢答指示灯与PLC

输出相连，

只有最早按下抢答按钮的人，其对应

抢答指示灯才会亮起，后续按下抢答

按钮均不会有输出。当主持人按下复

位按钮后，该抢答器复位，进入下一

轮抢答。若突然停电，该抢答器仍能保持断电前的状态。《盾构机电气与PLC

控制技术》2.5计数控制及C

元件PART

ONE

PART

TWO计数控制

C元件计数控制一、计数控制案例按以下控制要求编写梯形图程序：●场景：在流水线上，需要电机带动传送带，每次送料3个产品到指定位置。●实现：用一个传感器(如光电开关)来检测每个产品。●每检测到一个产品，计数器加1。●当计数达到10时，计数器发出信号，控制电机停止。一、计数控制13

[END图1-1

传送带计数控制梯形图程序(Y000启动按钮

计数器

电机计数器[RST计数器Yooo电

机Yooo电机计数器X001光电传感

器X002复位按钮计数控制(COK3●定义：对输入信号的通断次数进行计数，

达到设定值后改变控制对象的工作状态。●实现方法：通过输入信号后串接计数器

线圈。并将计数器的动合/动断触点作为

控制对象的启动/停止条件。一、计数控制计数器复位按钮计数器13图1-1传送带计数控制梯形图程序X000启动按钮i计数器Y000电

机Y000电机光

器C元件●相当于继电器控制控制系统中的计数继电

器。●

有触点和线

圈。●

采用十进制编号。●其设定值范围为：16位计数器为

0~32767,32位计数器为-2,147,483,648~2,147,483,648。分类编号数量(个)16位加计数一般用CO~C99100断电保持C100~C19910032位加/减

计数一般用C200~C21920断电保持C220~C23415二

、C元件(一)计数器表1-1计数器分类编号数量(个)16位加计数一般用CO~C99100断电保持C100~C199100X000X001[RSTC0K4Co(C0二、C

元件(二)16位加计数器(Y000

)037分类编号数量(个)16位加计数一般用CO~C99100断电保持C100~C199100X002X003[RSTC100K4C100

—(C100)——(Y001

)二、C

元件(二)16位加计数器91216X004X005(M8200X006[RSTC200

]K-3C200(C200

)(Y002分类编号数量(个)32位加/减计数一般用C200~C21920断电保持C220~C23415二、C

元件(三)32位加/减计数器18212430X007X010(M8234

)X011[RST

C234

K-3C234——(C234——(Y003

)分类编号数量(个)32位加/减计数一般用C200~C21920断电保持C220~C23415二、C

元件(三)32位加/减计数器32353844分类编号数量(个)32位加/减

计数一般用C200~C21920断电保持C220~C23415●可使用特殊辅助继电器M8200~M8234

指

定加/减计数器的方向；●对于CXXX

计数器，当驱动特殊继电器

M2XX

后，为减计数器，不驱动继电器

时为加计数器。二、C

元件X000

co启动按钮iY000计数器(Y000电

机电机Y000

X001K3电机

光电传感(C计0

数器co

X002C0计数器

复位按钮[RST

计数器[END4计数控制

C元件9130PART

TWOPART

ONE(

h

E上E思考

/

THINKING●用计数器知识编写梯形图程序，实现单按钮控制电动机启停的功能。具体

要求如下：第一次单击按钮SB1,

电

动机启动运行；第二次单击按钮SB1,

电动机停止运行；第三次单击按钮

SB1,

电动机启动运行，如此往复。《盾构机电气与PLC

控制技术》2.6延时控制及T元件PART

ONE

PART

TWO延时控制

T元件延时控制一、延时控制案例按以下控制要求编写梯形图程序：●有两台电动机M1、M2,按下启动按钮，电动机M1

启动，延时5s后，电动机

M2

自动启动，实现顺序启动控制；当按下停止按钮时，电动机M2

先停止运行，

然后过10s后，电动机M1自动停止运行，实现电动机的逆序停止。●

定义：输入信号变为ON

状态一段时间后，控制对象才处于ON状态。●实现方法：输入信号后串联定时器线圈，

并将定时器动断触点作为控制对象的启动

条

件

。(Yo00M¹启动K50延时接通(Y001M2启动Mo动[END电机先后延时启动梯形图程序一

、延

时

控

制xooo

xoo1

启动SB1|停止vooM1启动voooM1启动To猛时接遇停止Yoo1Mzxoo1停止图1-1(一)延时接通081218●

定义：输入信号变为ON

状态以后，

保

持控制对象在一定时间内处于ON状态。●实现方法：将定时器线圈并联到控制对

象输出线圈上，并将其动断触点作为控

制对象的停止条件。一、延时控制(二)延时断开图1-1

电机先后延时启动梯形图程序T元件分类编号数量一般用100msT0~T19920010msT200~T24546累计1msT246~T2494100msT250~T2556●相当于继电器控制控制系统中的时间继

电

器。●

有触

点和线

圈。●

采

用十进制编号

。●其设定值范围为：1~32767二、T

元件(一)定时器表1-1定时器分类编号数量一般用100msT0~T19920010msT200~T24546X000K1450

(T156T156(Y000二、T

元件0.1s

x145=14.5s(二)一般用定时器图1-2

梯形图程序1分类编号数量一般用100msT0~T19920010msT200~T24546X001K12(T202T202(Y001二、T

元件(二)一般用定时器0.01s

x123=1.23s图1-3

梯形图程序26103分类编号数量累计1msT246~T2494100msT250~T2556X002K1250.001s

x125=0.125s

(T248T248(Y002X003RST

T248二、T

元件(三)累计定时器-4梯形图程序3121618图1孔PART

ONE

PART

TWO延时控制

T元件思考

/

THINKING●用定时器实现指示器周期闪烁控制，要求指示灯灭3s闪

1s。《盾构机电气与PLC

控制技术》2.7PLC

的基本指令4置位与复位指令SET/RST逻辑取及驱动线

圈

指

令

LD/LDI/OUT逻辑取及驱动线圈指令

LD/LDI/OUTPART

ONE

PART

TWO

PART

THREE

PART

FOUR电路块指令ANB/ORB7运算结果脉冲

化

指

令

MEP/MEF脉冲式触点指令LDP/LDF/ANDP/

ANDF/ORP/ORF栈

操作

指

令MPS/MRD/MPP脉冲输出指令PLS/PLFPART

FIVE

PART

SIX

PART

SEVEN

PART

EIGHT空操作和程序结束指令

NOP/END逻辑运算取反指令INVPART

NINE

PART

TEN●

“指令表语言”作

为PLC

的另一种编程

语言，常应用于通过手持编程器录入程

序的情况。●指令表语言就是助记符编程语言。●通常一条指令由助记符和元件编号组成。助

记

符

元件编号0LD

X0041

OR

X0062

ORI

M1023

OUT

Y0054LDI

Y0055

AND

X0076OR

M1037

ANIX0108

OR

M1109

OUT

M103指令表PLC

的基本指令指令表语言OROR1ANDX010梯形图(Y005ANI(M103X004X006M102Y005M103M110X007OROR逻辑取及驱动线圈指令LD/LDI/OUT符号、名称功能电路表示操作元件程序步LD取动合触点逻辑

运算起始X、Y、M、T、C、S1LDI取反动断触点逻辑

运算起始×4X、Y、M、T、C、S1OUT输出线圈驱动(Y1Y、M、T、C、SY、M:1S

、特

M

:2T:3C:3~5一、逻辑取及驱动线圈指令LD/LDI/OUT一、逻辑取及驱动线圈指令LD/LDI/OUT指令表：0

LD

X0002

LDI

X001TO(空格键)K

19左母线LDX⁰000X0012LDITO右母线(Y000(M100K19(TO(Y001与母线相连驱动指令驱动定时器设定常数与母线相连

驱动指令用法实例OUTK常数触点串并联指令AND/ANI/OR/ORI符号、名称功能电路表示操作元件程序步AND与动合触点串联连接X、Y、M、T、C、S1ANI与非动断触点串联连接X、Y、M、T、C、S1OR或动合触点并联连接X、Y、M、T、C、S1ORI或非动断触点并联连接X、Y、M、T、C、S1二、触点串并联指令AND/ANI/OR/ORI二、触点串并联指令AND/ANI/OR/ORIY005X007X010ORM103ORM110ANI8X004指

令

表

：X004X006M102Y005Y005X007M103X010M110M103并联触点并联触点用法实例OROR1ANDOUTLDIANDORANIOROUTX006M1022ORI电路块指令ANB/ORB符号、名称功能电路表示操作元件程序步O

R

B电

路

块

或串联电路块的

并联连接无1ANB电路块与并联电路块的

串联连接X6X1014X12

X11无1三、电路块指令ANB/ORB用法实例●串联电路块并联时，各电路块分支开始时用LD或LDI

指

令

，分支结尾用ORB

指令。●有多个并联回路时，在每个电路块中使用ORB

指令，实现并联连接。三、电路块指令ANB/ORB(Y006串联电路块

并联用ORBX001X003X⁰05串联块X⁰00X⁰02X⁰04●并联电路块串联时，各分支开始时用LD

或LDI指令，在并联好电路块后，使用

ANB

指令与前面的电路块串联。●有多个并联电路块串联，依次以ANB

指

令与前面支路连接。三、电路块指令ANB/ORB用法实例X000LD

X002X001X⁰04(Y007ORB—串联电路块并联X⁰03X⁰05ORBORX006ANBX003指令表：0

LDORLDANDLDIANDX000X001X002-X003X004-X005ANBANB后的OR7分

支

起

点

8ANB前的ORX003X⁰06置位与复位指令SET/RST助记符功能梯形图表示指令对象SET(置位)令元件保持ON状态[SETY、M、SRST(复位)令元件保持OFF状态—[RSTY、M、S、C、D、V/Z四、置位与复位指令SET/RST四、置位与复位指令SET/RST用法实例栈操作指令MPS/MRD/MPP符号、名称功能电路表示操作元件程序步MPS进栈进栈无1MPSMRDMRD读栈读栈无1MPP出栈出栈无1MPP五、栈操作指令MPS/MRD/MPP在PLC

中，有11个被称为堆栈的内存，用于记忆运算的中间结果(ON

或OFF)。堆栈采用先进后出的数据存储方式。①MPS:进栈指令，用于存储电路中分支节点处的逻辑运算结果，以便后续处理。②MPP:出栈指令，读取并删除堆钱最上层单元的数据，每使用一次MPP

指

令

，

堆栈中各层的数据顺次向上移动一层(最上层的数据在读出后从栈内消失)。③MRD:读栈指令，读取堆栈最上层的数据(堆栈中的数据不会发生上移或下移

等任何变化)。堆栈指令的注意事项：MPS

、MRD

、MPP

指令都是不带操作元件的无操作数指令。五、栈操作指令MPS/MRD/MPP五、栈操作指令MPS/MRD/MPPX002(Y000(Y005)(Y006X000X⁰03MRSMRDMRDMPPX001MPSMPPX⁰04X005X006X007用法实例脉冲输出指令PLS/PLF符号、名称功能梯形图表示指令对象程序步PLS上升沿脉冲上升沿微分输出[PLSY、M2PLF下降沿脉冲下降沿微分输出[PLF

HY、M2六、脉冲输出指令PLS/PLF六、脉冲输出指令PLS/PLFX0000

[PLS

M0HM03

[SET

Y000

HX0015

PLF

M1M¹8

[RSTY000指令表：0LD

X0001

PLS