第九章 可编程(3).ppt

1、电工电子技术 第九章 可编程序控制器,第九章 可编程序控制器原理及应用,9.1 概述 9.2 可编程控制器程序的编制方法 9.3 可编程控制器的应用示例,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,9.1概述(summary ),前面我们所讲的继电接触控制系统，是用导线把各种继电器、接触器、定时器等的触点按一定的逻辑关系连接起来组成的控制系统，系统中使用了大量的机械触点，因此可靠性不高，当改变生产工艺流程时，原有的控制盘柜就要改变，通用性和灵活性差，它的功能也只限于一般的逻辑控制（如开关的通断，线圈的通、断电）、定时等，体积庞大，这些都满足不了现代生产过程复杂多变的控制要求。 可编程控制器（简称PL

2、C）是70年代以来在传统的继电接触控制的基础上，结合计算机技术发展起来的一种新型工业控制装置，与继电接触控制系统相比，有如下特点。,一、PLC的特点 1. 提供了可编程的“软接线网络”，可靠性高；,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,2. 具有故障自诊断功能； 3. 体积小，重量轻； 4. 专为工业环境设计，抗干扰能力强。（其输入/输出采用光电隔离技术，外界电磁干扰受到很大的屏蔽。平均故障间隔时间达几十万小时） 5. 具有计算机功能，可完成复杂控制； 6. 具有通信功能，可与上级计算机联网。 7.采用模块化结构。便于现场维护和系统的扩展。 8. 编程简单易学。采用梯形图或逻辑语言，简单直观。

3、程序编制、修改灵活、方便。 因此，目前PLC应用已非常广泛。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,二、 PLC的结构和工作原理,（一）、 PLC结构示意图,输入信号,执行元件,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,（二）、各组成部分的作用,1. 中央处理器（简称CPU）,(1)按一定规律读入现场输入信号状态； (2)根据用户编制的应用程序处理有关数据； (3) 把运算结果送到输出端。 (4) 响应各种外部设备的请求。,中央处理器是PLC的核心部件，整个PLC的工作过程都是在中央处理器的统一指挥和协调下进行的。它的主要任务是：,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,2. 存储器,ROM：存放厂

4、商编制的PLC系统管理程序、用户指令解释程序等。 RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序用户程序。（EPROM/EEPROM),PLC属于专用的工业控制计算机，其内部存储器与一般计算机相似，是PLC存放系统程序、用户应用程序和运行数据的单元，包括只读存储器ROM和随机读写存储器RAM。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,3. 输入、输出接口：采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。,输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。,输出三种形式：继电器

5、 - 低速大功率 可控硅 - 高速大功率 晶体管 - 高速小功率,输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。,COM,光电三极管,发光二极管,直流电源,输入端子,PLC,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,继电器输出,（2）输出接口电路：均采用模块式。,以继电器形式为例：,PLC,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,4. 各种特殊接口、模块：高速技术模块、PID控制模块 5. 电源模块（供给PLC电源的单元，其作用是把外部的供电电源变换为PLC系统内部各单元所需的电源

6、） 6. 网络通讯模块 小型机：一体机。有接口可扩展。 中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,编程设备可以是专用的手持式的编程器；也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机。,7. 编程设备,用户可以通过键盘输入和调试程序；另外在运行时，还可以对整个控制过程进行监控。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,三、 PLC软件构成,PLC软件包括,系统软件,用户程序,1.系统软件：实现对系统硬件的监控与诊断，统一协调系统中各部分工作，解释用户程序代码，管理外设等。系统软件通常不对外公开，用户也不能对其修改。,

7、2.用户程序：由用户自己根据控制要求编写的程序。 通常所说的编程是指用户程序的编写，对使用者而言，编程时完全可以不考虑内部的复杂结构，只要把PLC看成由许多的“软继电器”构成的“逻辑部件”，理解“逻辑部件”的多少、名称、特点等主要数据就可以进行编程。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,四、 工作方式,PLC是采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作的。 PLC的扫描工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。并进行周期性循环，如下图所示,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,1.输入采样阶段： PLC首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并

8、将其存入（写入）各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。在程序执行阶段，即使输入状态有变化，输入状态寄存器的内容也不会改变。变化了的输入信号状态只能在下一个扫描周期的输入采样阶段被读入。,2. 程序执行阶段：PLC在程序执行阶段，按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，所需的执行条件可从输入状态寄存器和当前输出状态寄存器中读入，经过相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中。所以，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。,3.输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中并通过一定方式（继电器、晶体

9、管或晶闸管）输出，驱动相应的输出设备工作，这就是PLC的实际输出。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,1. 输入/输出点数 ( I/O点数 )。 2. 扫描速度。 单位： ms /1000步 或 s /步 3. 内存容量。 4. 指令条数。 5. 内部寄存器数目。 6. 高功能模块。,五、 主要技术性能,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,9.2 可编程控制器程序的编制方法(Preparation method of Programmable controller PLC program),一、PLC编程语言的分类,PLC提供的编程语言分为三类,1.梯形图,2.语句表,3.功能图,1.梯

10、形图 梯形图在形式上类似继电接触控制电路，它也引入了常开、常闭、线圈等名词术语，并且用常开、常闭、线圈等图形符号连接而成。每一个接点（常开或常闭点）或线圈均对应一个编号。编号的字母描述了器件的性质，后面的数字确定了该器件的地址。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,如右图所示梯形图,第一行：X0为常开触点，X表示物理输入，0表示器件地址，Y表示输出线圈，器件地址为0。,第二行：X0为常闭接点，X表示物理输入，0表示器件地址。,2. 语句表 语句表类似于计算机的汇编语言，它是用指令的助记符来编写的，不同可编程控制器的指令助记符不同，但在语句的表达上是相似的，均由操作码和操作数两部分组成。,电工

11、电子技术 第九章 可编程序控制器,以松下FP0为例，与右梯形图对应的语句表为：,3.功能图,功能图是一种较新的编程方法，它的作用是用功能图来表达一个顺序控制过程，此方法需掌握一定数字电路知识。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,二、梯形图基本概念,1.梯形图中的继电器不是物理继电器，是“软继电器”，实质上是PLC存储器中的一个存储单元，可以置“0”，也可以置“1”。,寄存器：是一个16位二进制单元 位（触点）：16位中的每一位是一个“触点”，对应外部的一个输入或者输出端子。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,2.梯形图按从左到右，自上而下的顺序排列，每一逻辑行起始于左母线，然后是触点的

12、串、并连接，最后是线圈与右母线相连接。,3.左、右侧竖母线，相当于电源的正负极，但不是真正接电源，只是形象地表示导通时构成回路，即形象地描述线圈接通的条件。,4.每个线圈所在的回路称为一个梯级，每个梯级流过的电流不是物理电流，而是“概念电流”。,5.输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其他继电器的触点来驱动。因此梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。,6.输出继电器输出程序执行结果提供给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈接通时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而是通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的接点可供内部使用。,电工电子技术 第九

13、章 可编程序控制器,7. 同一“软继电器”的接点可使用多次，但线圈只能使用一次。,8.每个梯级必须有接点和线圈两种元素组成。,9. 一段梯形图的结尾要有结束表示符（END）,三、PLC资源,不同型号的PLC，硬件结构不同，软件不同，其内部提供的资源（软继电器）也不同，松下FP0可编程控制器的资源见下表。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,松下可编程控制器资源表,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,四、可编程控制器内部资源的使用,1.输入/输出继电器,（1）输入继电器：用X表示输入接点，用X后数字表示输入地址。 作用：将外设（如启动、停止按钮、限位开关等）的信号送入PLC。直接对应物理输入

14、点，因此，输入继电器没有线圈。,（2）输出继电器：用Y表示输出接点，Y后面的数字表示地址。 作用：输出PLC程序执行结果，并使外部设备（如电磁阀或电动机动作）,输出继电器的线圈只能使用一次，而接点可无限使用。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,2.内部继电器 内部继电器也称辅助继电器，常用字母R表示。 这种继电器与外界没有联系，仅在PLC内部传递信号，线圈由PLC内部元素接点驱动，常开、常闭接点可无限使用。,3.定时器, 定时器用T表示。,松下FP0定时器的定时单位有四种：,TML （0.001S）,TMR （0.01S）,TMX （0.1S）,TMY （1S）,电工电子技术 第九章 可编

15、程序控制器, 时间设定单位值以单位时间数表示,如：时间设定值为30，使用TML计时器，则设定时间为：,如：使用TMX定时器，则设定时间为：, 定时器线圈由任意继电器逻辑控制，接点可无限使用。, 接通定时器线圈时，开始计数，计时值从0开始，当累计时间达到预定值时，它的接点开始动作，当定时器线圈断电时，定时器接点复位，定时器数值复零。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,当X0闭和，定时器线圈T5得电，定时器开始定时，定时时间为 ，3S时间到，T5接点动作，Y0线圈得电。,当X0断开，定时器线圈断电，定时器接点复位，定时器数值复零。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,4. 计数器 计数器用C

16、表示，提供计数操作。 它有两个输入端，一个是计数的脉冲输入端，一个是复位端。, 计数器的预置值是指要计的脉冲数。 计数器进行减1操作，当计数器减为0时，计数器的接点作。, 当复位端接通时，计数器接点复位，计数器复原到原预置值。,右图计数器,当X0闭合10次时，计数器接点C100闭合；接通Y0线圈；当X1闭合时，计数器C100复位，既Y0断开，计数值恢复原值。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,5.主控继电器,在梯形图中，由一个接点或接点组控制多条逻辑行的电路称为主控，通常用MC和MCE表示主控的开始和结束。,当条件满足时，执行MC和MCE之间的逻辑语句，否则直接跳转到MCE之后，主控之间的

17、逻辑变为OFF。,右图所示电路,当X0闭合时，主控继电器得电，执行以下主控区域的两行逻辑；如X0断开时，该区域被跳过，Y1、Y2被断开，执行MCE以后的逻辑。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,6.步进继电器、特殊继电器（略）,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,9.3 可编程控制器的应用（apply of Programmable controller PLC ),一、PLC应用设计步骤 1.确定控制对象及控制内容 （1）深入理解和分析被控对象的工作原理，工艺流程。 （2）列出该控制系统应具备的全部控制功能。 （3）制定控制方案，在满足控制要求的情况下，尽可能地保证系统的简单、经济、可

18、靠。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,2.PLC机型的选择 （1）确定I/O点数：统计被控系统的所有输入/输出点数，选择合适的PLC，并为以后系统的扩展留出一定的余量。 （2）确定用户程序存储器的存储容量，存储器的容量与控制程序的复杂程度及编程水平有关，通常输入/输出点愈多，所需容量愈大。,（3）输入、输出方式：根据系统输入/输出信号的形式，选择符合输入/输出要求的机型。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,3.硬件设计 确定各种输入设备及被控对象与PLC的连接方式，设计外围的辅助电路（如输出保护电路），画出输入输出端子接线图。 4.软件设计 （1）根据硬件确定的输入/输出接点，对PL

19、C进行输入/输出端口的定义。 （2）根据被控系统的控制流程及各动作的逻辑关系，合理划分程序模块，编制梯形图。 5.系统调试,编制完成的用户程序要经过模拟调试，经过修改完善直至准确无误后，接到系统中，进行总装调试，直到达到设计指标要求。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,二、应用举例,1.鼠笼式电动机正反转控制,（1）确定输入/输出点数,停止按钮SB1、正转按钮SBF、反转按钮SBR是输入设备，须接在PLC的,三个输入端子上，分别分配X0、X1、X2来接收输入信号，正转接触器线圈KMF和反转接触器线圈KMR是输出设备，须接在两个输出端子上，分别分配Y1和Y2，共需要5个I/O点。,（2）输入

20、/输出点分配,输入,SB1 X0,SBF X1,SBR X2,输出,KMF Y1,KMR Y2,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,（3）控制原理或过程,按下正转按钮SBF，电动机正转；按下反转按钮SBR，则电动机反转，无论按SBF或SBR，电动机均可起动，但在正转时如要求反转，或在反转时要求正转，都必须先按下停止按钮SB1，控制系统中的自锁和互锁触点是利用PLC内部的“软触点”实现的。,（4）设计硬件接线图及梯形图,外部接线时，停止按钮SB1有两种接法,（a）,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,上图（a）中，SB1按钮仍接成常闭，接在PLC输入继电器X0端子上，则在编制梯形图时，X0用

21、的是常开点，因SB1是闭和的，对应的输入继电器X0线圈接通，这时X0的常开点是闭合的，按下SB1时，输入继电器X0的线圈断电，X0常开接点断开。,（b）,上图（b）中将SB1接成常开形式，则在编制梯形图时，X0用的是常闭接点。因SB1是断开的，对应的输入继电器X0线圈断电，这时它的常闭点是闭和的，按SB1时，X0接通，X0常闭点断开。,为了使梯形图和继电接触控制电路对应，SB1外部接成常开。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,2. 三相异步电动机的星三角启动控制,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,（1） 输入/输出点分配,输入,（停止） SB1 X1,（启动） SB2 X2,输出,KM

22、1 Y1,（三角）KM2 Y2,（星形）KM3 Y3,（2）控制要求,按下启动按钮SB2时，电机以Y形连接降压启动，在电机工作一段时间后自动切换到三角形连接，电机在额定电压下工作。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,（3）梯形图,控制过程分析 启动时按下SB2，常开 触点X2闭合，R0、Y1 和Y3均接通，接触器 KM1和KM3通，电动机 星形启动。,同时，常开触点R0接通 定时器T0，开始延时， 5S钟后动作，其常闭触点断开，使输出继电器,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,线圈Y1和Y3断开，即断开了KM1和KM3。同时，常开触点T0接通定时器T1开始延时，1S后动作，线圈Y2和Y1

23、相继接通，即接通KM2和KM1，电动机转换为三角形连接正常运行。 在本例中使用了定时器T1，避免发生KM3尚未断开时KM2就接通的现象，即两者不会同时接通而使电源短路，T0、T1的延时时间可根据需要设定。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,左重右轻,ST X1 OR Y0 AN / X0 AN / Y1 OT Y0 ST X2 OR Y1 AN / X0 AN / Y0 OT Y1 ED,编程注意：,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,ST X2 AN / X3 AN X4 ST X2 AN X5 AN / X6 AN X7,ST X2 AN X5 AN/ X6 AN X8 AN/ X9

24、 ORS OT Y0 ED,逻辑关系应尽量清楚(避免左轻右重),电工电子技术 第九章 可编程序控制器,ST X3 AN X5 OR X1 AN X2 OT Y1,ST X1 AN X5 OR X3 AN X4 OT Y2 ED,避免出现无法编程的梯形图,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,例3：定时器应用举例(高频加热时间控制）,分配I/O： X0 SB1 X1 SB2 Y0 KM TMX0 KT,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,例：设计一个顺序控制电路: 启动时，电机D1先启动， 3s后电机D2启动，再过 5s后电机D3启动。,I/O分配： X0

25、：启动按钮 X1：停车按钮 Y0：电机D1 Y1：电机D2 Y2：电机D3,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,0 ST X0 1 ST X1 2 ST X2 3 SR WR1 4 F 0 5 WR1 6 WY0 7 ED,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,思考.传送指令、移位指令举例:节日彩灯控制,设计要求: 开机后输出指示灯Y0Y7全灭，每隔1秒从Y0至Y7依次 点亮1个；8个灯全亮持续5秒，然后每隔1秒从Y0至Y7依次熄灭 1个；8个灯全灭，然后再从Y0至Y7依次点亮。如此重复进行， 直至停机为止。（教材P515例9-4）,电工电子技术 第九章

26、 可编程序控制器,专用寄存器(FP1机：WR900WR903)。常用的如下：,R900A : “”标志 R900B: “=”标志 R900C: “”标志 R9010: 常ON继电器 R9011: 常OFF继电器 R9013: 仅在第一个扫秒周期ON，其他时候均为OFF R9014: 仅在第一个扫秒周期OFF，其他时候均为ON,时钟脉冲发生器 R9018 周期 0.01s R901B 周期0.2s R9019 周期0.02s R901C 周期1s R901A 周期0.1s R901D 周期2s 用于给定时器和移位提供一个内部时钟,SR WR0,R901C,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,

27、R7（WR0的第7位）=1（8个灯全亮）时，起动定时器，定时5秒，使灯全亮5秒。时间到TM0反=0，给WR0输入0，使灯逐个熄灭。, R10=0（关机）时，将常数0传送给WY0，8个灯全灭, R10=1（开机）时，将WR0传送给WY0，输出, TM0反=1时，给WR0输入1，使灯逐个点亮 R10=1时，R901C产生周期1秒的移位时钟 R11信号将WR0清0, X1信号的上升沿求微分，在R11产生一个正脉冲，用于WR0清0, X1通断一次起动，R10=1；X0通断一次停机，R10=0,节日彩灯控制梯形图,功能解释,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,第二部分 上机操作练习 实验一 键盘及编辑

28、命令练习 实验二 基本指令练习 第四部分 综合练习 补充1 三相异步电机正反转控制 补充3 三相异步电机Y-起动,实验内容,实验2人一组，要认真预习！,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,习题9-8,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,键盘指令：可从键盘上 直接键入的指令,扩展功能指令：用F键加功 能号方可键入的指令。,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,例：设计一个顺序控制电路: 启动时，电机D1先启动， 3s后电机D2启动，再过 5s后电机D3启动。,I/O分配： X0：启动按钮 X1：停车按钮 Y0：电机D1 Y1：电机D2 Y2：电机D3,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,电

29、工电子技术 第九章 可编程序控制器,三、 移位指令,(1) 左移指令 SR,（1）SR指令只能对WR型寄存器进行移位。 （2）IN：串行输入端（补位），接点通，补1， 接点断，补0。 （3）CP：移位脉冲 （4）CLR：复位清零。,说明：,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,2,1,0,5,3,4,SW2,SW3,SW1,MV,SW1:检测有无次品 SW2:检测凸轮的突起 SW3:检测有无次品落下,SW1,SW2,SW3为光电传感器:,凸轮每转一圈发出一个脉冲，且每个脉冲过一个物品。当次品移到4号位时，电磁阀MV打开，次品落入次品箱内。无次品则自动掉入正品箱内。有一复位按钮SB实现手动复位。

30、,I/O分配： X0: SW1 X1: SW2 X2: SW3 X3: SB Y0: MV,例：,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,I/O分配： X0: SW1 检测有无次品 X1: SW2 检测凸轮的突起 X2: SW3 检测有无次品落下 X3: SB 复位 Y0: MV,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,(2) 双向移位指令 LRSR,DIR：移位方向。 ON:左移 OFF:右移 IN：串行输入端 CP：移位脉冲 CLR：复位清零,说明：D1，D2为移位区的首址和末址。可使用的 寄存器有： WY, WR, SV, EV, DT,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,例一：冲压机控制程序,4.5.4 应用举例,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,例二：楼宇电梯自动控制,顺序控制,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,例三：电机变速及精密位置控制,其他信号有： 启动、 停车、 紧急停车、运动方向控制等等,电工电子技术 第九章 可编程序控制器,例四：在智能建筑技术中的应用,智能建筑的七个层次 （7）楼宇专用信息 （6）楼宇共用信息处理 （5）楼宇运营管理 （4）楼宇设备自动控制 （3）楼宇通讯 （2）智能建筑环境 （1）一般建筑,PLC在其中的应用： （1）防盗、防火系统 （2）供热