電工電子技術(shù)課件：第十六講 可編程序控制器

1、10.3.1 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理*10.3 可編程序控制器10.3.2 可編程序控制器的 基本指令和編程第10章10.3.3 可編程序控制器的 應(yīng)用舉例返回上頁下頁概述 可編程序控制器（Programmable Controller)，是采用微計(jì)算機(jī)技術(shù)制造的一種通用自動(dòng)控制裝置。簡稱PC。第10章返回上頁下頁翻頁概述可編程序控制器的定義： 可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電 輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的返回上頁下頁第10

2、章翻頁可編程序控制器的特點(diǎn)（1）靈活、通用 繼電器控制系統(tǒng)中，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成整個(gè)系統(tǒng)。若改變工藝，就需要重新接線。耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間。返回上頁下頁第10章翻頁 可編程序控制器是通過存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能的，只要編寫程序以及極少的接線即可。 可編程序控制器可用于不同的控制對(duì)象，改變軟件就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制要求。返回上頁下頁第10章翻頁部件屏蔽多級(jí)濾波電源調(diào)整與保護(hù) 光電隔離模塊式結(jié)構(gòu)監(jiān)控程序定期檢測信息保護(hù)和恢復(fù) 電池后備（2）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 可編程序控制器采用微電子技術(shù)，大量的工作動(dòng)作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的，提高了可靠性、抗干擾能力。

3、硬件措施：軟件措施：返回上頁下頁第10章翻頁（3）編程簡單、使用方便 可編程序控制器使用專門的指令語言編程，指令少、語法簡單。 可編程序控制器均采用繼電控制形式的“梯形圖”編程方式。沿用了繼電器控制線路中的一些圖形符號(hào)和定義，直觀清晰。返回上頁下頁第10章翻頁（4）功能強(qiáng)、體小量輕、易于機(jī)電一體化 可編程序控制器能完成控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)步進(jìn)等控制功能還能完成A/D、D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通訊聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程監(jiān)控等。返回上頁下頁第10章翻頁 可編程序控制器是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用、功耗低。易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化十分理想的控制設(shè)備。返回上頁下頁

4、第10章翻頁 可編程序控制器是一種以計(jì)算機(jī)（微處理器）為核心的通用的工業(yè)控制裝置，按結(jié)構(gòu)形式的不同分為整體式和組合式兩類。整體式： 將中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、通信接口、電源等部件構(gòu)成主機(jī)。另有獨(dú)立的I/O 擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。返回上頁下頁第10章翻頁10.3.1 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理組合式： 將 CPU 單元、智能I/O單元、輸入輸出單元、通信單元等部件分別組裝成模塊，各模塊插在底板上模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。返回上頁下頁第10章翻頁 可編程序控制器是以微處理器為核心的電子系統(tǒng)，包括輸入、輸出單元，中央處理器及電源等，加上外圍設(shè)備組成最基本的可編程序控制器控制系

5、統(tǒng)。返回上頁下頁第10章翻頁P(yáng)C組成框圖中央處理器按照系統(tǒng)程序賦予的功能，完成以下任務(wù)：將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。在運(yùn)行狀態(tài)，逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作。用掃描的方式接收輸入信號(hào)，送入PC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來。診斷電源、PC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯(cuò)誤。接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。返回上頁下頁第10章翻頁存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器EPROM 用來存放系統(tǒng)程序，用戶不能直接更改。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用。 系統(tǒng)程序的質(zhì)量，決定了可編程序控制器的性能。返回上頁下頁第10章翻頁用戶程序存儲(chǔ)器RAM 用來存

6、放用戶程序，其內(nèi)容可以由用戶任意修改或增刪。用戶程序是用戶根據(jù)控制功能要求編制的應(yīng)用程序。 用戶存儲(chǔ)器容量的大小，是反映可編程序控制器性能的重要指標(biāo)。返回上頁下頁第10章翻頁輸入和輸出變換電路輸入接口模塊輸入模塊是接收和采集外部控制信號(hào)的窗口。 輸入模塊接收操作指令和現(xiàn)場的狀態(tài)信息，通過輸入電路的濾波、光電隔離和電平轉(zhuǎn)換等將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成微處理器能夠接收和處理的數(shù)字信號(hào)。開關(guān)量輸入信號(hào)、模擬量輸入信號(hào)信號(hào)類型分為：返回上頁下頁第10章翻頁輸入組件 輸入組件主要包括光電耦合隔離、輸入接口和輸入狀態(tài)寄存器。 開關(guān)量輸入模塊按照輸入端電源類型的不同分為：直流輸入單元 交流輸入單元返回上頁下頁第10章

7、翻頁直接輸入單元交流輸入單元輸出接口模塊是PC向外部設(shè)備輸出邏輯運(yùn)算結(jié)果的窗口。 輸出模塊將 CPU送出的弱電控制信號(hào)通過輸出電路的光電隔離和功率放大等轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥、電磁鐵等執(zhí)行元件。返回上頁下頁第10章翻頁輸出組件 輸出組件主要包括輸出狀態(tài)寄存器、輸出鎖存器、光電耦合器和功率放大器。 可編程序控制器的開關(guān)量輸出模塊按輸出電路所用開關(guān)器件的不同分為：繼電器輸出晶體管輸出晶閘管輸出返回上頁下頁第10章翻頁繼電器輸出：在輸出點(diǎn)頻繁通斷的場合不宜使用。 輸出電路采用的開關(guān)器件是繼電器。繼電器輸出電路中的負(fù)載電源可以根據(jù)需要選用直流或交流。返回上頁下頁第10章翻頁

8、晶體管輸出：在輸出點(diǎn)頻繁通斷的場合（脈沖輸出）使用。 輸出電路采用三極管作為開關(guān)器件。晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。無觸點(diǎn)輸出，使用壽命長，響應(yīng)速度快。返回上頁下頁第10章翻頁晶閘管輸出： 輸出電路采用的開關(guān)器件是雙向晶閘管。雙向晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載。返回上頁下頁第10章翻頁輸入、輸出接口方式有： 輸入、輸出方式分隔式輸入/出方式匯點(diǎn)式輸入/出方式返回上頁下頁第10章翻頁外圍接口并行接口： 可編程序控制器的CPU模塊需要通過外圍接口模塊才能與外部設(shè)備相連。按信息傳遞方式分為并行和串行兩種形式： CPU模塊的數(shù)據(jù)總線、控制總線、地址總線等通過扁平電纜直接與外設(shè)相連，傳送數(shù)據(jù)快但傳送距離比較短

9、。返回上頁下頁第10章翻頁串行接口： 近程的串行通訊可直接通過 RS-232 或RS-422接口進(jìn)行，遠(yuǎn)程的串行通訊則需要通過調(diào)制解調(diào)器，用通訊電纜進(jìn)行。 計(jì)算機(jī)可通過串行接口與可編程序控制器相連，進(jìn)行在線編程或監(jiān)控。返回上頁下頁第10章翻頁編程工具 主要作用是用來編輯程序、調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行。以及在線測試可編程序控制器的內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)。簡易編程器 只能輸入和編輯語句表程序，不能直接輸入和編輯梯形圖程序?？芍苯硬逶赑C的編程器插座上，或用電纜與PC相連。返回上頁下頁第10章翻頁圖形編程器通用計(jì)算機(jī) 可直接輸入梯形圖程序，還提供磁帶錄音機(jī)和打印機(jī)接口。 配用專用編程軟件包的通用計(jì)算機(jī)。返回

10、上頁下頁第10章翻頁可編程序控制器的分類 控制規(guī)模：主要是指控開關(guān)量的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)及模擬量的輸入、輸出路數(shù)。（主要以開關(guān)量計(jì)數(shù)）微機(jī)型：控制點(diǎn)數(shù)僅幾十點(diǎn)。小型機(jī)：控制點(diǎn)數(shù)100-500點(diǎn)左右。中型機(jī)：控制點(diǎn)數(shù)500-1000點(diǎn)左右。大型機(jī)：控制點(diǎn)數(shù)1000點(diǎn)以上。返回上頁下頁第10章翻頁 一次循環(huán)所用的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期，長短與用戶程序的長短以及PC本身性能有關(guān)。3、可編程序控制器的工作原理 可編程序控制器都采用掃描工作方式 可編程序控制器上電后，首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行循環(huán)工作過程。 一次循環(huán)過程可歸納為五個(gè)工作階段返回上頁下頁第10章翻頁 復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器，進(jìn)行硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等。

11、 檢查正常，進(jìn)行下面的操作。若有異常情況，根據(jù)錯(cuò)誤的嚴(yán)重程度發(fā)出報(bào)警或停止運(yùn)行。公共處理返回上頁下頁第10章翻頁 在程序執(zhí)行階段，CPU按先左后右，先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行解釋、執(zhí)行。CPU從輸入映象寄存器中讀出各繼電器的狀態(tài)，根據(jù)用戶程序給出的邏輯關(guān)系進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再寫入元件映象寄存器中。執(zhí)行程序返回上頁下頁第10章翻頁 若設(shè)定掃描周期為固定值，則進(jìn)入等待循環(huán)，直到該固定值到，再往下進(jìn)行。 掃描周期計(jì)算處理返回上頁下頁第10章翻頁輸出刷新：將輸出繼電器的元件映象寄存器的狀態(tài)傳送到輸出鎖存電路，經(jīng)過輸出電路隔離和功率放大，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。I/O刷新輸入刷新：CPU從輸入電路中讀出各輸

12、入點(diǎn)狀態(tài)，并將此狀態(tài)寫入輸入映象寄存器中。輸入刷新輸出刷新返回上頁下頁第10章翻頁外設(shè)端口服務(wù) 完成與外設(shè)端口連接的外圍設(shè)備或通訊適配器的通信處理。 編程器將編輯、修改的參數(shù)和命令發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)將要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)等發(fā)送給編程器進(jìn)行相應(yīng)的顯示。編程器通信：返回上頁下頁第10章翻頁 PC將接收上位機(jī)發(fā)送來的指令并進(jìn)行相應(yīng)操作，把現(xiàn)場的I/O狀態(tài)、PC 的工作狀態(tài)、各種數(shù)據(jù)參數(shù)發(fā)送給上位機(jī)和下位機(jī)。上、下位機(jī)的通信：返回上頁下頁第10章翻頁 根據(jù)PC的工作過程，輸入端子到輸出端子的信號(hào)傳遞過程如下：返回上頁下頁第10章翻頁 梯形圖 梯形圖表達(dá)式是在原電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器梯形圖基礎(chǔ)上

13、演變而來的，它與電氣控制原理圖相呼應(yīng)，形象、直觀和實(shí)用。10.3.2 可編程序控制器的基本指令和編程1、PC程序的表達(dá)式返回上頁下頁第10章翻頁動(dòng)斷觸點(diǎn)表示為：PC內(nèi)部繼電器線圈表示為：動(dòng)合觸點(diǎn)表示為： 可編程序控制器梯形圖在形式上類似于繼電器控制梯形圖，用圖形符號(hào)連接而成。 助記符返回上頁下頁第10章翻頁 語句表是一種與匯編語言類似的助記符編程表達(dá)式用操作命令組成的語句表將梯形圖控制邏輯描述出來，并通過編程器輸入到機(jī)器中去。 不同的可編程序控制器，語句表使用的助記符不相同。 語句表返回上頁下頁第10章翻頁可編程序控制器的語句：操作碼：用來指定要執(zhí)行的功能。操作數(shù)：包含為執(zhí)行該操作所必須的信息

14、。 語句是用戶程序的基礎(chǔ)單元，每個(gè)控制功能由一條或多條語句組成的用戶程序來完成。 每條語句是規(guī)定CPU動(dòng)作的指令。返回上頁下頁第10章翻頁2. PC的器件與器件編號(hào)返回上頁下頁第10章翻頁 基本指令直接對(duì)輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行操作，包括輸入、輸出和邏輯“與”、“或”、“非”基本運(yùn)算等。 可編程序控制器通過編制程序來確定控制對(duì)象的動(dòng)作，程序是由一系列語句組成的。語句和微機(jī)的匯編語言形式類似，由指令組成。3、F1-40MR基本指令返回上頁下頁第10章翻頁LD和LD I指令LD、LD I指令的梯形圖符號(hào)：N：繼電器編號(hào)功能： LD指令表示動(dòng)合觸點(diǎn)與左側(cè)母線連線； LD I指令表示動(dòng)斷觸點(diǎn)與左側(cè)母線連接。 L

15、D、LD I指令只能以位為單位進(jìn)行操作，且不影響標(biāo)志位。返回上頁下頁第10章翻頁LD 指令符號(hào)LDI 指令符號(hào) 若輸出位為PLC的輸出點(diǎn)，則運(yùn)算結(jié)果輸出到PLC的外部。 若輸出位為PLC的內(nèi)部繼電器，則邏輯運(yùn)算結(jié)果為中間結(jié)果不輸出到PLC外部。OUT 指令OUT 指令的梯形圖符號(hào)N：繼電器編號(hào)功能：返回上頁下頁第10章翻頁LD 指令符號(hào)AND和ANI指令A(yù)ND、ANI指令的梯形圖符號(hào)：N：繼電器編號(hào)功能： ANI指令表示動(dòng)斷觸點(diǎn)與前面的觸點(diǎn)電器相串聯(lián)，即ANI后面的位取“反”后再與其前面的狀態(tài)進(jìn)行邏輯“與”的運(yùn)算。并聯(lián)觸點(diǎn)的個(gè)數(shù)沒有限制。返回上頁下頁第10章翻頁AND 指令符號(hào)ANI 指令符號(hào)

16、 ORI指令表示動(dòng)斷觸點(diǎn)與前面的觸點(diǎn)電路相并聯(lián)，即ORI后面的位取“反”后再與其前面的狀態(tài)進(jìn)行邏輯“或”的運(yùn)算。并聯(lián)觸點(diǎn)的個(gè)數(shù)沒有限制。OR和OR I指令OR、OR I指令的梯形圖符號(hào)N：繼電器符號(hào)功能：返回上頁下頁第10章翻頁OR 指令符號(hào)ORI 指令符號(hào) ANB指令用于邏輯塊的串聯(lián)連接，即對(duì)邏輯塊進(jìn)行邏輯”與“的操作。每一個(gè)邏輯塊都以LD或LD I指令開始。 ANB指令單獨(dú)使用，后面沒有操作數(shù)。塊處理指令（ANB）ANB指令的使用：功能：返回上頁下頁第10章翻頁 ORB指令用于邏輯塊的并聯(lián)連接，即對(duì)邏輯塊進(jìn)行邏輯“或”的操作。每一個(gè)邏輯塊都以LD或LDI指令開始。 ORB指令單獨(dú)使用，后面

17、沒有操作數(shù)。塊處理指令（ORB）ORB指令的使用：功能：返回上頁下頁第10章翻頁 END指令表示程序結(jié)束。 END指令用于程序的結(jié)尾處，如果有子程序，則END指令放在最后一個(gè)子程序后。 若整個(gè)程序沒有END指令，則PC不執(zhí)行程序，并顯示出錯(cuò)誤信息。結(jié)束指令( END )END指令的梯形圖符號(hào)：功能：返回上頁下頁第10章翻頁END 指令符號(hào) 梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。 梯形圖的最左邊似起始母線，每一邏輯行必須從起始母線開始畫起，然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后終于繼電器線圈。 梯形圖中的每個(gè)編程元件應(yīng)按一定的規(guī)則加注字母和數(shù)字串。4、基本編程規(guī)則返回上頁下頁第10章翻頁 用基本編程指令編制

18、控制程序，每個(gè)邏輯行中觸點(diǎn)的串并聯(lián)次數(shù)沒有限制，指令表中基本編程指令的使用次數(shù)沒有限制?；揪幊讨噶顟?yīng)用返回上頁下頁第10章翻頁例10.3.1繼電器時(shí)序控制電路10.3.3 可編程序控制器應(yīng)用舉例返回上頁下頁第10章翻頁用可編程序控制器來實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制返回上頁下頁第10章翻頁可編程序控制器控制的等效電路圖返回上頁下頁第10章返回上頁下頁第10章翻頁例10.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)星形三角形起動(dòng)控制.第10章返回上頁下頁返回下頁翻頁MQSFUKM1FRKMKMU1V1W1U2W2V2主電路控制功能如下：起動(dòng)時(shí)接觸器KMI和KMY通電，電動(dòng)機(jī)接成星型降壓啟動(dòng)。經(jīng)過一定延時(shí)（預(yù)先設(shè)定）后，接觸器KMY斷電， KM通電，電動(dòng)機(jī)接成三角形，在額定電壓下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。第10章返回上頁下頁返回下頁翻頁MQSFUKM1FRKMKMU1V1W1U2W2V2主電路PC外部接線SBTSBPFRKM1KMKM電源PCX400X401X402COMY431Y432Y433COM第10