PLC基礎(chǔ)培訓(xùn)教材

1、 PLC編程理論與控制原理 目錄第一章 PLC基本工作原理11 基本原理312掃描原理 313 I/O映象區(qū)314 輸入輸出操作 415中斷處理 4第二章 PLC硬件結(jié)構(gòu)21 處理器單元 522 EEPROM存儲(chǔ)模塊 623 擴(kuò)展單元724 手執(zhí)式編程器725 安裝設(shè)備DIN道軌 7第三章 PLC I/O接口31電源電路的連接及性能 832 接地833 輸入輸出934安裝位置圖10第四章 基本指令和基本邏輯說(shuō)明41 基本邏輯指令 1142 基本邏輯指示說(shuō)明 12第五章 PLC用戶(hù)程序編程51 完成一個(gè)用戶(hù)程序的步驟 1852 梯形圖（LAD） 1853 掃描周期 1954語(yǔ)句表（STL）19

2、第一章 PLC基本工作原理 PLC（Programmable Logic Controller)是目前工控的主要工具，具有高可靠性、豐富的I/O接口模塊、模塊化結(jié)構(gòu)、編程簡(jiǎn)單、安裝維護(hù)方便、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試周期短等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于邏輯控制、計(jì)數(shù)控制、順序控制、PID控制、數(shù)據(jù)處理、通信和聯(lián)網(wǎng)等工業(yè)控制領(lǐng)域。 1 基本原理 可編程序控制器要完成控制任務(wù)是在其硬件的支持下,通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶(hù)程序來(lái)完成的。這一點(diǎn)是和計(jì)算機(jī)的工作原理一致的， 所以可編程序控制器工作的基本原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理之上的，其實(shí)質(zhì)上也是一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，只不過(guò)它具有比計(jì)算機(jī)更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程想連的接口，具有更適合用

3、于控制要求的編程語(yǔ)言。 可編程序控制器的CPU是采用按順序逐條掃描用戶(hù)程序的運(yùn)行方式工作的，它的輸入輸出是在掃描到該I/O點(diǎn)時(shí)才讀入開(kāi)關(guān)信號(hào)或刷新輸出信號(hào)，考慮到繼電器控制裝置中各類(lèi)觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100MS以上，故可編程序控制器掃描用戶(hù)程序的時(shí)間一般都小于100MS。 2 掃描原理 可編程序控制器對(duì)用戶(hù)程序的掃描不是執(zhí)行一就結(jié)束,而是對(duì)整個(gè)程序一遍一遍不停的循環(huán)執(zhí)行,直至停機(jī). 掃描周期的長(zhǎng)短,首先與每條指令執(zhí)行的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān),其次與所用的指令類(lèi)型以及包含指令條數(shù)的多少有關(guān)。前者取決于機(jī)器的主頻既時(shí)鐘的快慢，機(jī)器選定之后，主頻也就卻定了，后者取決于被控系統(tǒng)的復(fù)雜程度及編程人員的水平。 3

4、 I/O映象區(qū) 在PLC系統(tǒng)中，決定被控變量狀態(tài)的邏輯關(guān)系組成因素多數(shù)來(lái)自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。從現(xiàn)場(chǎng)采集這些信息的方式有兩種。 1） 在程序執(zhí)行中，需要某一信息，就到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)去采集該信息，采集到的信息是實(shí)時(shí)的，但采集時(shí)間可能略多。 2） 在每一循環(huán)掃描周期內(nèi)，定時(shí)將所需要的現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)信息采集到控制器中，存放在預(yù)先準(zhǔn)備好的一定區(qū)域，即RAM的某一地址，稱(chēng)為輸入映象區(qū)，輸出映象區(qū)亦然。 I/O映象區(qū)的建立，使系統(tǒng)工作變成一個(gè)采集控制系統(tǒng)；并使可編程序控制器工作時(shí)只和內(nèi)存有關(guān)地址單元內(nèi)所存信息狀態(tài)發(fā)生關(guān)系，而系統(tǒng)輸出也只是給內(nèi)存某一地址單元設(shè)定一個(gè)狀態(tài)，因此，這時(shí)的控制系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)離實(shí)際控制對(duì)象，這一點(diǎn)為系統(tǒng)的標(biāo)

5、準(zhǔn)化生產(chǎn)，大規(guī)模生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。 4 輸入輸出操作 PLC的工作方式是循環(huán)掃描執(zhí)行用戶(hù)程序，所建立的輸入輸出映象區(qū)，只是在掃描周期的適當(dāng)時(shí)刻，在操作系統(tǒng)的組織下，將輸入映象區(qū) 信息全部?jī)A卸給外設(shè)，同時(shí)也可以從外設(shè)讀入信息。對(duì)一般的外設(shè)來(lái)講，這種輸入輸出方式可以滿(mǎn)足要求。但是PLC的功能在不斷的擴(kuò)展，特別是特殊模塊、智能模塊被當(dāng)作I/O外設(shè)以及中斷控制的利用等，對(duì)響應(yīng)的及時(shí)性提出了新的要求。所以，輸出交換正常的周期性輸入信息就無(wú)法滿(mǎn)足要求。系統(tǒng)的周期性?huà)呙枧c外設(shè)希望的及時(shí)響應(yīng)矛盾的解決辦法是設(shè)法將有關(guān)要輸入或輸出的信息分離出來(lái)，即這一部分信息的輸入輸出與系統(tǒng)CPU的周期掃描脫離，利用專(zhuān)門(mén)的硬件模

6、塊或通過(guò)軟件利用專(zhuān)門(mén)指令去執(zhí)行某一個(gè)I/O映象區(qū)的輸入輸出。所以，PLC的循環(huán)掃描工作方式對(duì)外設(shè)希望及時(shí)響應(yīng)要求的實(shí)現(xiàn)有一定的困難。 5 中斷處理 PLC中斷處理的特點(diǎn)： 1）中斷的響應(yīng)是在系統(tǒng)循環(huán)掃描的各個(gè)階段。系統(tǒng)在工作過(guò)程中，不僅對(duì)用戶(hù)程序進(jìn)行掃描，而且對(duì)輸入、輸出、通信模塊和自診斷程序都實(shí)行循環(huán)掃描。所以，對(duì)中斷的響應(yīng)不僅僅在掃描用戶(hù)程序階段，而且在循環(huán)掃描的各個(gè)階段。 2）在PLC系統(tǒng)中，用戶(hù)程序是循環(huán)掃描反復(fù)執(zhí)行的。但是， 對(duì)于中斷程序來(lái)說(shuō)，只有中斷申請(qǐng)被接受后中斷程序被掃描一次。 3）中斷源排隊(duì)的先后順序，在PLC中， 中斷源的信息是通過(guò)輸入點(diǎn)而進(jìn)入系統(tǒng)的，中斷源的先后順序按照它

7、們占用的輸入點(diǎn)編號(hào) 的前后順序自動(dòng)排隊(duì)的。 在PLC中，中斷服務(wù)程序的編制與一般微機(jī)系統(tǒng)基本一致。但無(wú)中斷嵌套關(guān)系，且中斷服務(wù)程序執(zhí)行的結(jié)果應(yīng)盡快輸出給外設(shè)。第二章 PLC硬件結(jié)構(gòu) PLC是以微CPU為中心的一個(gè)小型邏輯單元。其主要組成部分是由MCPU、CMOSLSI、CMOSIC、LSTTL（Triac relay）組成，其中內(nèi)部還有DC 24V電源。 從PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)的方式來(lái)說(shuō)，應(yīng)包括下面幾種部件。 * 基本單元（處理器單元） * 擴(kuò)展單元 * 編程器單元 * EEPROM存貯器模塊 * 通信線纜 1 基本單元（處理器單元） 處理器單元內(nèi)部裝有由I/O接口電路以及存貯器集合而成的固體電

8、路，該處理器將處理和控制編程信息，在控制軟件的管理下是輸出設(shè)備設(shè)備為響應(yīng)輸入設(shè)備的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)而接通或斷開(kāi)。 其原理方框圖如下： 編程信息用編程器輸入，也可通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入用戶(hù)程序，PLC將用戶(hù)程序存儲(chǔ)在處理器CMOS RAM中，當(dāng)處理器斷電時(shí)，由備用電池供電，以保證存貯器內(nèi)容不變。處理器EEPROM模塊和編程器（手執(zhí)式）的直流操作電源，由控制器內(nèi)部帶熔絲的電源供電。 處理器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： A：電源進(jìn)線端子，一般具有自提升壓線板，為接線提供了方便，并能確保接線的可靠。 B：輸出接線端子；輸入接線端子與電源進(jìn)線相同。 C：自診斷指示器： DC POWER（綠色）：指示處理器單元已啟動(dòng)，直流電源已在供電。

9、 PC RUN （綠色）：指示處理器單元正在運(yùn)行操作方式。 CPU FUALT（紅色）：指示已檢測(cè)到處理器或RAM出現(xiàn)故障，停止操作。 BATTERY LOW（紅色）：為CMOS RAM提供備用電源的電池，其電壓降低到極限值，LED燈亮警示用戶(hù)更換電池。 FORMED I/O（淡黃色）：指示一個(gè)或多個(gè)輸入，輸出地址已被強(qiáng)制接通或斷開(kāi)。 D：輸入電源保險(xiǎn)絲：如果電源的進(jìn)線端有電壓，而DC POWER燈不亮，可能是保險(xiǎn)死斷。 E：輸入狀態(tài)指示燈：當(dāng)一個(gè)輸入電路被接通時(shí)，則相應(yīng)的狀態(tài)指示燈亮。 F：輸出狀態(tài)指示燈：當(dāng)一個(gè)已編程的輸出指令是“真”時(shí)，則其相應(yīng)的輸出狀態(tài)指示燈亮。 G：自動(dòng)/手動(dòng)開(kāi)關(guān)：當(dāng)

10、處理器單元電壓下降或斷開(kāi)后，重新啟動(dòng)的方式由開(kāi)關(guān)的位置決定。 H：EEPROM 存貯器模塊組件：任選的存貯器模塊可插入處理器單元中。 I ：編程器連接器：當(dāng)需編程、編輯或監(jiān)視操作時(shí)，并與編程器或電腦相連接。 J： 擴(kuò)展單元的連接：用專(zhuān)用電纜連接。 k：備用電池：一般使用的備用電池為鋰電池。 2 EEPROM存貯器模塊 這是一任選的器件，他能很方便地插入到處理器單元中。其功能： A：存貯（復(fù)制）處理器內(nèi)RAM中之內(nèi)容，達(dá)到保存用戶(hù)程序的目的。 B：傳遞EEPROM中之內(nèi)容到RAM中。 3 擴(kuò)展單元 其基本尺寸及外形結(jié)構(gòu)與基本單元（處理器單元）相同，擴(kuò)展單元只在于擴(kuò)展I/O地址。其I/O地址是按照

11、擴(kuò)展單元的排列次序順延。 4 編程器（手執(zhí)式） 它是一種用于編程、編輯、監(jiān)視控制器操作的便攜式編程裝置。當(dāng)需要時(shí)，它可用電纜連接到處理器上。其是用戶(hù)與控制器之間的通信手段，能立即響應(yīng)寫(xiě)入的信息，并提示該做什么和出錯(cuò)信息。 功能：在線操作； 編程讀出、寫(xiě)入、插入、刪除； 監(jiān)視內(nèi)部軟元件監(jiān)視、程序檢查、工作狀態(tài)監(jiān)視； 測(cè)試強(qiáng)制ON/OFF，T、C、D當(dāng)前值及設(shè)定值的變 更；寫(xiě)入文件寄存器等。 特點(diǎn)：清晰的液晶畫(huà)面 充實(shí)的軟件 應(yīng)用指令查詢(xún)的HELP功能 自動(dòng)步進(jìn)（+）、（-）功能 體積小，隨帶方便。 5 安裝DIN道軌 處理器可直接安裝在電氣制柜上，也可以安裝在DIN道軌上，處理器、擴(kuò)展單元及其它

12、一些輔助控制單元上有方便安裝在DIN道軌的槽和鎖定夾。第三章 PLC I/O接口 1 電源電路的連接及性能 PLC的電源一般來(lái)說(shuō)是120VAC240VAC，適用電壓范圍較寬。其外接電源線連接到PLC的N、L端口。 必須注意： A：基本單元與擴(kuò)展單元的電源，務(wù)必同時(shí)接通或斷開(kāi)。 B：在緊急停止時(shí)，PLC的輸出電路應(yīng)在PLC外部切斷。 C：電源若發(fā)生未滿(mǎn)10MS的瞬間停電，PLC的 動(dòng)作可以連續(xù)，長(zhǎng)時(shí)間 的停電或電壓過(guò)底，PLC就會(huì)停止動(dòng)作，輸出OFF狀態(tài)，一旦電源恢復(fù)，PLC自動(dòng)或受動(dòng)再啟動(dòng)運(yùn)行（RUN輸入為ON）。 D：為不使電源電壓降低，應(yīng)選用2m的電源線。 2 接地 A：接地必須用 2m的

13、電線，接地電阻必須小于100歐。但切 勿與強(qiáng)電系統(tǒng)共地（如接地困難，可不接地，PLC仍能正 常工作。） B： 擴(kuò)展單元與擴(kuò)展模塊和基本單元的接地端應(yīng)互相連接，并 在基本單元側(cè)接地。（即使不接地，兩者也應(yīng)連接）。另 外，各單元SG端也應(yīng)用2m以上的電線連接器來(lái)。 3 輸入/輸出 PLC輸入/輸出有兩種方式接線，即共源極和共漏極接法。共源極接法是將COM端接到直流電源的負(fù)極，其另一端通過(guò)元件接正極。共漏極接法是將COM端接到直流電源的正極，其另一端接負(fù)極。這樣接法是根據(jù)你所選用的輸入型號(hào)元件的類(lèi)型和負(fù)載情況來(lái)決定其連接方法，并照此完成I/O口的連接。 PLC 輸出有三種方式： 1：晶體管（TTL）

14、輸出方式：適用的負(fù)載電源是DC 24V 。 2：可控硅輸出方式：適用的負(fù)載電源可以是DC和AC。 3：繼電器輸出方式： 適用的負(fù)載電源可以是DC和AC。 以上2、3中的負(fù)載電源盡管可以使用直流或交流負(fù)載，但我們?cè)谑褂弥羞€是習(xí)慣用繼電器負(fù)載輸出型的PLC使用DC電源；而可控硅使用AC電源。 4 安裝位置圖 為了PLC安全、可靠的工作，有必要安裝隔離變壓器，并在電控柜壁有散熱孔和風(fēng)機(jī)。 說(shuō)明： 1：一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、適合于用戶(hù)的并能避免用戶(hù)控制器受電噪和空 氣污染的電控柜。 2：斷路裝置，用來(lái)切斷系統(tǒng)電源。 3：帶熔絲的隔離變壓器或恒壓變壓器，根據(jù)用戶(hù)選擇。 4：主控繼電器/緊急停止電路。 5：端子板或

15、接線槽。 6：電控柜壁排氣孔。 7：風(fēng)機(jī)。 第四章 基本指令和基本邏輯說(shuō)明 各個(gè)PLC制造公司在競(jìng)相推出自己的產(chǎn)品序列的同時(shí)，同樣推出自己相應(yīng)的用戶(hù)程序軟件包，并有自己的編程規(guī)則和指令結(jié)構(gòu)。 1：基本指令介紹： 幾乎所有的PLC基本編程指令只有20個(gè)左右。盡管指令的表達(dá)方式不一致，但內(nèi)容是一樣的。下面介紹一下三菱PLC 20個(gè)基本編程指令。符號(hào)稱(chēng)號(hào)功能電路表示 對(duì)稱(chēng)要素 LD 取指令運(yùn)算開(kāi)始常開(kāi)接點(diǎn) LDI 取反指令運(yùn)算開(kāi)始常閉接點(diǎn) AND 與串聯(lián)連接常開(kāi)接點(diǎn) ANI 與非串聯(lián)連接常閉接點(diǎn) OR 或并聯(lián)連接常開(kāi)接點(diǎn) ORI 或非并聯(lián)連接常閉接點(diǎn) ANB 電路塊與電路塊串聯(lián)連接 ORB 電路塊或

16、電路塊并聯(lián)連接 OUT 輸出線圈驅(qū)動(dòng)指令 NOP 空操作無(wú)動(dòng)作消去程序或空格用 SET 置位保持線圈工作的指令 RST 點(diǎn)位清除線圈工作的指令 PLS 脈沖檢測(cè)上升沿的指令 PLF 脈沖檢測(cè)下降沿的指令 MC 主控公共串聯(lián)接點(diǎn)用線圈指令 MCR 主控復(fù)位公共串聯(lián)接點(diǎn)用清除指令 MPS 進(jìn)棧運(yùn)算記憶 MRD 讀棧記憶讀出 MPP 出棧記憶讀出復(fù)位 END 結(jié)束程序結(jié)束程序結(jié)束（回到0 步） 2 基本邏輯指示說(shuō)明（1）邏輯賦值與輸出線圈LD賦值指令，常開(kāi)觸點(diǎn)邏輯運(yùn)算開(kāi)始LDI取反賦值指令，常閉觸點(diǎn)邏輯運(yùn)算開(kāi)始OUT輸出，線圈驅(qū)動(dòng)（2）觸點(diǎn)串聯(lián)：AND與指令，常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)連接，可重復(fù)多次使用ANI與

17、非指令，常閉觸點(diǎn)串聯(lián)連接，可重復(fù)多次使用注：OUT 指令后，通過(guò)觸點(diǎn)對(duì)其它線圈使用 OUT 指令稱(chēng)之為*接輸出（上圖的 OUT y4 ），這種*接輸出如果順序不錯(cuò)，可以多次重復(fù)。（3）觸點(diǎn)并聯(lián)OR 或指令，常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)連接。ORI或非指令，常閉觸點(diǎn)并聯(lián)連接。0LDX4說(shuō)明：并聯(lián)邊接的次數(shù)理論上無(wú)限制，但由于編程器和打印機(jī)的功能對(duì)此有限制，所以并聯(lián)連接的實(shí)際次數(shù)限制在 24 行以下。1ORX62ORIM1023OUTY54LDIY55ANDX76ORM1037ANTX108ORM1109OUTM103（4）電路塊的串、并聯(lián)ORB 電路塊或串聯(lián)電路的并聯(lián)連接ANB 電路塊與并聯(lián)電路的串聯(lián)連接（5）

18、多重輸出電路MPS進(jìn)棧（Pvsh）MRD讀棧（Read）MPP出棧（Pop）PLC 中有11 個(gè)存儲(chǔ)運(yùn)算中間結(jié)果的存儲(chǔ)器，稱(chēng)之為棧存貯器。MPS / MRD / MPP 指令都是無(wú)操作元件號(hào)的指令。0LDX61MPS2ANDX73OUTY44MRD5ANDX106OUTY57MRD8ANDX119OUTY610MPP11ANDX1212OUTY7（6）主控觸點(diǎn)MC主控電路塊起點(diǎn)。MC 指令為 3 步指令MCR主控電路塊終點(diǎn)（復(fù)位）MCR 為2 步指令0LDX01MCN0SPM1004LDX15OUTY06LDX27OUTY18MCRN0說(shuō)明：N 的嵌套層數(shù)從 0 7 ，最多 8 層。（7）自保

19、持與解除SET置位令元件自保持 ONRST復(fù)位令元件自保持 OFF，清數(shù)據(jù)寄存器0LDX01SETY02LDX13RSTY0（8）脈沖輸出PLS上升沿微分輸出PLF下降沿微分輸出0LDX01PLSM03LDM04SETY05LDX16PLFM18LDM19RSTY0（9）空操作指令NOP表示與動(dòng)作、無(wú)元件程序若加入NOP 指令，改動(dòng)或追加程序時(shí)，可以減少步序號(hào)的改變，另外，用NOP 指令替換已寫(xiě)入的指令，也可改變電路。程序執(zhí)行全清操作時(shí)，全部指令變成NOP。（10）程序結(jié)束END輸入輸出處理程序回“第0 步”。PLC 反復(fù)進(jìn)行輸入處理、程序運(yùn)算、輸出處理，若在程序最后寫(xiě)入END指令，則以后的程序就不再執(zhí)行，直接進(jìn)行輸出處理。在程序調(diào)試過(guò)程中，按段插入 END 指令，可以順序擴(kuò)大對(duì)各程序段動(dòng)作的檢查。注意：執(zhí)行END 指令時(shí)，也刷新警戒（看門(mén)狗）時(shí)鐘（Watchdog timer) 第五章PLC 用戶(hù)程序編程利用PLC 強(qiáng)大的指令群，可以很方便的設(shè)計(jì)各種控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序，其用戶(hù)程序可以用 LAD （梯形圖）和 STL （語(yǔ)句表）來(lái)表達(dá)。不過(guò)普通的PLC 的應(yīng)用程序輸入是用指令輸入，其手寫(xiě)入器是用戶(hù)與PLC 對(duì)話(huà)的工具，手寫(xiě)入器體