PLC編程入門基礎知識

第一章 可編程控制器簡介可編程序控制器，英文稱Programmable Controller，簡稱PC。但由于PC容易和個人計算機（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤晳T地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于生產(chǎn)實踐。一、PLC的結(jié)構(gòu)及各部分的作用 PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入/輸出接口、電源擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖1-1-11、主機主機部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。CPU是PLC的核心，它用以運行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應外部設備（如電腦、打印機等）的請求以及進行各種內(nèi)部判斷等。PLC的內(nèi)部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器，主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。2、輸入/輸出（I/O）接口I/O接口是PLC與輸入/輸出設備連接的部件。輸入接口接受輸入設備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關等）的控制信號。輸出接口是將主機經(jīng)處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動輸出設備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。I/O點數(shù)即輸入/輸出端子數(shù)是PLC的一項主要技術指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千點。3、電源 圖中電源是指為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設備提供直流電源。4、編程 編程是PLC利用外部設備，用戶用來輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示PLC的工作情況。通過專用的PC/PPI電纜線將PLC與電腦聯(lián)接，并利用專用的軟件進行電腦編程和監(jiān)控。5、輸入/輸出擴展單元I/O擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴展單元與基本單元（即主機）連接在一起。6、外部設備接口此接口可將打印機、條碼掃描儀,變頻器等外部設備與主機相聯(lián)，以完成相應的操作。實驗裝置提供的主機型號有西門子S7-200系列的CPU224(AC/DC/RELAY)。輸入點數(shù)為14，輸出點數(shù)為10；CPU226(AC/DC/RELAY)，輸入點數(shù)為26，輸出點數(shù)為14。二、PLC的工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應的運算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應輸出設備工作。三、PLC的程序編制1、 編程元件 PLC是采用軟件編制程序來實現(xiàn)控制要求的。編程時要使用到各種編程元件，它們可提供無數(shù)個動合和動斷觸點。編程元件是指輸入寄存器、輸出寄存器、位存儲器、定時器、計數(shù)器、通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能存儲器等。 PLC內(nèi)部這些存儲器的作用和繼電接觸控制系統(tǒng)中使用的繼電器十分相似，也有“線圈”與“觸點”，但它們不是“硬”繼電器，而是PLC存儲器的存儲單元。當寫入該單元的邏輯狀態(tài)為“1”時，則表示相應繼電器線圈得電，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。所以，內(nèi)部的這些繼電器稱之為“軟”繼電器。S7-200系列CPU224、CPU226部分編程元件的編號范圍與功能說明如下表所示表1-1-1元件名稱符號編號范圍功 能 說 明輸入寄存器II0.0I1.5共14點接受外部輸入設備的信號輸出寄存器QQ0.0Q1.1共10點輸出程序執(zhí)行結(jié)果并驅(qū)動外部設備位存儲器MM0.0M31.7在程序內(nèi)部使用，不能提供外部輸出 定時器 256(T0t255)T0,T64保持型通電延時1msT1T4,T65T68保持型通電延時10msT5T31,T69T95保持型通電延時100msT32,T96ON/OFF延時,1msT33T36,T97T100ON/OFF延時,10msT37T63,T101T255ON/OFF延時,100ms計數(shù)器CC0C255加法計數(shù)器，觸點在程序內(nèi)部使用高速計數(shù)器HCHC0HC5用來累計比CPU掃描速率更快的事件順控繼電器SS0.0S31.7提供控制程序的邏輯分段變量存儲器VVB0.0VB5119.7數(shù)據(jù)處理用的數(shù)值存儲元件局部存儲器LLB0.0LB63.7使用臨時的寄存器，作為暫時存儲器特殊存儲器SMSM0.0SM549.7CPU與用戶之間交換信息特殊存儲器SM(只讀)SM0.0SM29.7接受外部信號累加寄存器ACAC0AC3用來存放計算的中間值2、編程語言 所謂程序編制，就是用戶根據(jù)控制對象的要求，利用PLC廠家提供的程序編制語言，將一個控制要求描述出來的過程。PLC最常用的編程語言是梯形圖語言和指令語句表語言，且兩者常常聯(lián)合使用。1） 梯形圖（語言）梯形圖是一種從繼電接觸控制電路圖演變而來的圖形語言。它是借助類似于繼電器的動合、動斷觸點、線圈以及串、并聯(lián)等術語和符號，根據(jù)控制要求聯(lián)接而成的表示PLC輸入和輸出之間邏輯關系的圖形，直觀易懂。梯形圖中常用 圖形符號分別表示PLC編程元件的動合和動斷觸點；用 （ ） 表示它們的線圈。梯形圖中編程元件的種類用圖形符號及標注的字母或數(shù)加以區(qū)別。觸點和線圈等組成的獨立電路稱為網(wǎng)絡，用編程軟件生成的梯形圖和語句表程序中有網(wǎng)絡編號，允許以網(wǎng)絡為單位給梯形圖加注釋。 梯形圖的設計應注意到以下三點： 梯形圖按從左到右、自上而下地順序排列。每一邏輯行（或稱梯級）起始于左母線，然后是觸點的串、并聯(lián)接，最后是線圈。 梯形圖中每個梯級流過的不是物理電流，而是“概念電流”，從左流向右，其兩端沒有電源。這個“概念電流”只是用來形象地描述用戶程序執(zhí)行中應滿足線圈接通的條件。 輸入寄存器用于接收外部輸入信號，而不能由PLC內(nèi)部其它繼電器的觸點來驅(qū)動。因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入寄存器的觸點，而不出現(xiàn)其線圈。輸出寄存器則輸出程序執(zhí)行結(jié)果給外部輸出設備，當梯形圖中的輸出寄存器線圈得電時，就有信號輸出，但不是直接驅(qū)動輸出設備，而要通過輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實現(xiàn)。輸出寄存器的觸點也可供內(nèi)部編程使用。2）指令語句表 指令語句表是一種用指令助記符來編制PLC程序的語言，它類似于計算機的匯編語言，但比匯編語言易懂易學，若干條指令組成的程序就是指令語句表。一條指令語句是由步序、指令語和作用器件編號三部分組成。下例為PLC實現(xiàn)三相鼠籠電動機起/停控制的兩種編程語言的表示方法：I0.1 Q0.0I0.0 KM 步序 指令語 器件號 SS ST I0.0 0 LD I0.0 KM Q0.0 1 O Q0.0 2 AN I0.1(1)繼電接觸控制線路圖 (2)梯形圖 3 = Q0.04 END 圖1-1-2第二章 基本指令簡介S7-200的SIMATIC基本指令簡表：助記符節(jié)點命令功能說明LDLDNNN裝載(開始的常開觸點)取反后裝載(開始的常閉觸點)AANNN與(串聯(lián)的常開觸點)取反后與(串聯(lián)的常閉觸點)OONNN或(并聯(lián)的常開觸點)取反后或(并聯(lián)的常閉觸點)EUED上升沿檢測下降沿檢測=N賦值SRS_BIT,NS_BIT,N置位一個區(qū)域復位一個區(qū)域SHRBDATA,S_BIT,N移位寄存器SRBSLBOUT,NOUT,N字節(jié)右移N位字節(jié)左移N位RRBRLBOUT,NOUT,N字節(jié)循環(huán)右移N位字節(jié)循環(huán)左移N位TON TOFTxxx,TPTxxx,TP通電延時定時器斷電延時定時器CTUCTDCxxx,PVCxxx,PV加計數(shù)器減計數(shù)器END程序的條件結(jié)束STOP切換到STOP模式JMPN跳到指定的標號ALDOLD電路塊串聯(lián)電路塊并聯(lián) (其他指令見附表)一、標準觸點指令LD動合觸點指令，表示一個與輸入母線相連的動合觸點指令，即動合觸點邏輯運算起始。LDN動斷觸點指令，表示一個與輸入母線相連的動斷觸點指令，即動斷觸點邏輯運算起始。A 與動合觸點指令，用于單個動合觸點的串聯(lián)。AX 與非動斷觸點指令，用于單個動斷觸點的串聯(lián)。O 或動合觸點指令，用于單個動合觸點的并聯(lián)。ON 或非動斷觸點指令，用于單個動斷觸點的并聯(lián)。LD、LDN、A、AN、O、ON觸點指令中變量的數(shù)據(jù)類型為布爾(BOOC)型。LD、LDN兩條指令用于將接點接到母線上，A、AN、O、ON指令均可多次重復使用，但當需要對兩個以上接點串聯(lián)連接電路塊的并聯(lián)連接時，要用后述的OLD指令。例子：（ ）（ ）（ ）Q0.3I 0.3I 0.1I 0.0Q0.4I 0.5Q0.6I0.2 I0.4步序指令器件號步序指令器件號0LDI0.05=Q0.31AN I0.16=Q0.42O I0.27ANI0.53AI0.38=Q0.54ONI0.4二、串聯(lián)電路塊的并聯(lián)連接指令OLD兩個或兩個以上的接點串聯(lián)連接的電路叫串聯(lián)電路塊。串聯(lián)電路塊并聯(lián)連接時，分支開始用LD、LDN指令，分支結(jié)束用OLD指令。OLD指令與后述的ALD指令均為無目標元件指令，而兩條無目標元件指令的步長都為一個程序步。OLD有時也簡稱或塊指令。三、并聯(lián)電路的串聯(lián)連接指令ALD兩個或兩個以上接點并聯(lián)電路稱為并聯(lián)電路塊，分支電路并聯(lián)電路塊與前面電路串聯(lián)連接時，使用ALD指令。分支的起點用LD、LDN指令，并聯(lián)電路結(jié)束后，使用ALD指令與前面電路串聯(lián)。ALD指令也簡稱與塊指令，ALD也是無操作目標元件，是一個程序步指令。四、輸出指令 =1、= 輸出指令是將繼電器、定時器、計數(shù)器等的線圈與梯形圖右邊的母線直接連接，線圈的右邊不允許有觸點，在編程中，觸點以重復使用，且類型和數(shù)量不受限制。五、置位與復位指令S、RS為置位指令，使動作保持；R為復位指令，使操作保持復位。從指定的位置開始的N個點的寄存器都被置位或復位,N=1255如果被指定復位的是定時器位或計數(shù)器位,將清除定時器或計數(shù)器的當前值。六、跳變觸點EU,ED正跳變觸點檢測到一次正跳變(觸點的入信號由0到1)時,或負跳變觸點檢測到一次負跳變(觸點的入信號由1到0)時,觸點接通到一個掃描周期.正/負跳變的符號為EU和ED,他們沒有操作數(shù),觸點符號中間的”P”和”N”分別表示正跳變和負跳變七、空操作指令NOPNOP指令是一條無動作、無目標元件的一個序步指令?？詹僮髦噶钍乖摬叫驗榭詹僮?。用NOP指令可替代已寫入指令，可以改變電路。在程序中加入NOP指令，在改動或追加程序時可以減少步序號的改變。八、程序結(jié)束指令ENDEND是一條無目標元件的一序步指令。PLC反復進行輸入處理、程序運算、輸出處理，在程序的最后寫入END指令，表示程序結(jié)束，直接進行輸出處理。在程序調(diào)試過程中，可以按段插入END指令，可以按順序擴大對各程序段動作的檢查。采用END指令將程序劃分為若干段，在確認處于前面電路塊的動作正確無誤之后，依次刪去END指令。要注意的是在執(zhí)行END指令時，也刷新監(jiān)視時鐘。第三章 可編程控制器梯形圖編程規(guī)則一、編程的幾個步驟 （一）決定系統(tǒng)所需的動作及次序。 當使用可編程控制器時，最重要的一環(huán)是決定系統(tǒng)所需的輸入及輸出。輸入及輸出要求：(1) 第一步是設定系統(tǒng)輸入及輸出數(shù)目。(2) 第二步是決定控制先后、各器件相應關系以及作出何種反應。（二）對輸入及輸出器件編號 每一輸入和輸出，包括定時器、計數(shù)器、內(nèi)置寄存器等都有一個唯一的對應編號，不能混用。（三）畫出梯形圖。 根據(jù)控制系統(tǒng)的動作要求，畫出梯形圖。 梯形圖設計規(guī)則（1）觸點應畫在水平線上，并且根據(jù)自左至右、自上而下的原則和對輸出線圈的控制路徑來畫。（2）不包含觸點的分支應放在垂直方向，以便于識別觸點的組合和對輸出線圈的控制路徑。（3）在有幾個串聯(lián)回路相并聯(lián)時，應將觸頭多的