PLC可編程控制器基礎知識課件

1、PLC可編程控制器基礎知識北京松下控制裝置有限公司制造技術課編制第1頁，共39頁?？删幊炭刂破魇且环N工業(yè)計算機 可編程控制器是現(xiàn)代自動化設備中最廣泛使用的核心控制器件，它是從繼電器順序控制技術發(fā)展而來，應用計算機技術進行邏輯判斷與運算的控制器。以可編程控制器為核心加入各種輔助器件（傳感器、驅動器件等）構成控制系統(tǒng)，以順序+反饋的方式實現(xiàn)設備的自動化運轉。下面，我們分幾部分來認識可編程控制器和以它為中心的控制系統(tǒng)。 第2頁，共39頁。一.基本硬件結構 第3頁，共39頁。1.控制器各主要部分作用微處理器：顯然是控制器的核心部件，它實現(xiàn)各種邏輯運算、算術運算，還要對整個控制系統(tǒng)的各個部分的工作進行協(xié)

2、調與控制。存儲器：數(shù)據的存儲區(qū)域，用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量、輸入/輸出狀態(tài)的映像、以及各種其它數(shù)據信息。輸入/輸出接口：即I/O接口，可編程控制器與被控對象設備、或者周邊其它控制器相互聯(lián)系、交換信息與指令的通道。電源：整個控制器的電力供給中心；其一為內部電源內部的微處理器、存儲器等的工作用電，一般是直流5V；其二為外部電源（也稱用戶電源）用于傳送設備上各傳感器信號、用于驅動設備的各種執(zhí)行元件，一般是直流24V、而且功率較小。I/O擴展部分：為控制系統(tǒng)擴展輸入/輸出的點數(shù)而設計，根據不同的控制器型號能擴充的最大點數(shù)也不相同，而且擴展的功能模塊也不盡相同，高版本的輸入、輸出、模/數(shù)、數(shù)

3、/模轉換等。外部設備：開發(fā)及維護設備的可編程控制器系統(tǒng)時，及設計與調試應用程序、監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)的各種輔助設備，我們公司內常用到的是安裝有NPST-GR軟件的筆記本電腦、或者是手持編程器等。第4頁，共39頁。2.基本工作方式可編程控制器的基本工作方式掃描第5頁，共39頁。掃描依次對各種規(guī)定的操作項目全部進行訪問與處 理；每掃描完成一個循環(huán)即為一個掃描周期。在第一個“I/O更新”的過程中，微處理器從輸入/輸出單元接收設備等外圍裝置的當前狀態(tài)，存入存儲器中備用；在“演算/處理”過程中，微處理器把存儲器中的I/O狀態(tài)與用戶程序結合進行邏輯和數(shù)字運算，生成的運算結果也存入存儲器中；在第二個“I/O更新

4、”過程中，微處理器把演算、處理的結果送入輸出單元，通過接口傳給設備等外圍裝置。第6頁，共39頁。3.輸入輸出方式 可編程控制器的輸入輸出方式可以分為：繼電器輸入/輸出型、晶體管輸入/輸出型等。NAIS FP1就是繼電器輸入輸出型的可編程控制器 輸入回路里一般都把公共端接電源的+24V端，而把輸入端經過開關后引到電源的0V端； 輸出回路里一般把公共端接電源的0V端，把輸出端經過負載后引到電源的+24V端。第7頁，共39頁。二.可編程控制器的軟件 繼電器種類及功能繼電器序號及說明 基本程序指令 基本程序回路 第8頁，共39頁。繼電器種類及功能 可編程控制器是從繼電器序列控制裝置的基礎上運用計算機技

5、術發(fā)展而來的，所以其程序、符號等均保留著原來的稱呼繼電器，程序也是與電氣控制圖相近梯形圖；先看我們可以在程序中使用的資源繼電器的種類列表存儲器區(qū)域名稱 功能 繼電器 外部輸入 X根據外部輸入的狀態(tài)ON/OFF切換 外部輸出 Y把ON/OFF狀態(tài)向外部輸出 內部繼電器 R根據程序結果確定其ON/OFF狀態(tài) 定時器 T延遲到定時器設定的時間后ON 計數(shù)器 C按照記數(shù)器的設定，記數(shù)滿時ON 特殊內部繼電器 R特定條件下ON/OFF、各種運算的標志位等 第9頁，共39頁。繼電器序號及說明 根據不同種類的可編程控制器，繼電器的序號編碼方式是不一樣的，下面針對我公司最常用到的松下系列可編程控制器，作以簡單

6、介紹： 外部輸入、外部輸出、內部繼電器 以外部輸入X為例，如下面圖示：最低位是以16點為基礎單位，是十六進制數(shù)0F，除最低位以外均采用十進制數(shù)。是一種十進制數(shù)與十六進制數(shù)結合的表示方法。 第10頁，共39頁。定時器、計數(shù)器如下面的圖示： 接點序號和相應的定時器與計數(shù)器對應，都是由10進制數(shù)組成。 WX、WY、WR和X、Y、R的關系： 以WX為例，WX0作為一個寄存器單元對應著X0XF這16點X，WX1則對應著X10X1F這16點的X，WX7，參考下面的圖示，： 第11頁，共39頁。關于程序繼電器的使用說明：外部輸入X：沒有進行機能設定的外部輸入不能使用； 無法通過程序的演算改變外部輸入的ON/

7、OFF狀態(tài) 在程序上的使用次數(shù)沒有限制。外部輸出Y：沒有進行機能設定的外部輸出，能作內部繼電器 ，但不能作為保持型；作為接點使用的時候沒有次 數(shù)的限制；作為演算的輸出繼電器使用時，如： OT、KP等命令中，原則上一個程序中只能用一 次（禁止二重出力）。內部繼電器R：作為接點使用的時候，沒有次數(shù)的限制；作為 演算的輸出繼電器使用時，如：OT、KP等命令 ，原則上一個程序中只能用一次（禁止二重出力) 有保持型和非保持型兩種，保持型繼電器在切斷電 源、或從RUN切換到PROG方式時，對當前 ON/OFF狀態(tài)保持記憶，恢復電源、或恢復到RUN 方式后仍然能恢復到原來的狀態(tài)。 第12頁，共39頁。定時器

8、T：預制計時定時器通過預先設定的數(shù)據，在條件（定 時器線圈接通時）具備時逐步遞減，減小至“零”時 其接點“ON”； 定時器的執(zhí)行條件OFF時，定時器接 點全OFF； 接點使用次數(shù)沒有限制。 計數(shù)器C：當計數(shù)輸入的上升沿，對預先設置的數(shù)據執(zhí)行減計 數(shù)，當計數(shù)值減為“零”時計數(shù)器接點ON； 計數(shù)器的復位輸入時，計數(shù)器接點OFF； 接點的使用次數(shù)不限。 定時器與計數(shù)器的相關項目： 定時器與計數(shù)器使用的是共同的存儲器區(qū)，可以通過設定存儲器區(qū)域的大小，確保定時器/計時器的數(shù)目；但是二者之和是由可編程控制系統(tǒng)版本限定的，總數(shù)不能更改；定時器全部是非保持型，計數(shù)器有非保持型和保持型，根據可編程控制系統(tǒng)版本不

9、同，有的可以進行非保持型和保持型數(shù)目的設定。第13頁，共39頁?；境绦蛑噶?可編程控制器的基礎是下面的這些基本指令，許多的基本指令都是依照繼電器順序控制的原形發(fā)展而來，基本的功能與繼電器、開關、定時器等相同，由于采用了計算機技術，也就提供了眾多的應用命令，如對數(shù)據的傳送、移位、邏輯與數(shù)學運算等，主要包括：基本順序指令、基本功能指令、控制指令、比較指令。 下面是對一些常用的基本命令與其梯形圖程序的簡單介紹： ST 常開觸點與母線連接，開始邏輯運算； ST/ 常閉觸點與母線連接，開始邏輯運算； AN 串聯(lián)常開觸點指令，將前面保存在結果寄存器中的邏輯操作 結果與指定繼電器內容相與；并把這一結果存入

10、結果寄存器 AN / 串聯(lián)常閉觸點指令，將前面保存在結果寄存器中的邏輯操作 結果與指定繼電器內容相與；并把這一結果存入結果寄存器 OR 并聯(lián)常開觸點指令，將前面保存在結果寄存器中的邏輯操作 結果與指定繼電器內容相或；并把這一結果存入結果寄存器 OR / 并聯(lián)常閉觸點指令，將前面保存在結果寄存器中的邏輯操作 結果與指定繼電器內容相或；并把這一結果存入結果寄存器 第14頁，共39頁。 左圖是可編程控制器的兩個基本的塊指令（觸點組用法）： ANS 兩個基本指令組之間是“與”的邏輯關系；兩塊電路組總體上是“串聯(lián)”； ORS 兩個基本指令組之間是“或”的邏輯關系；兩塊電路組總體上是“并聯(lián)”； 第15頁，

11、共39頁。 DF上升沿微分指令， 僅在其前面條件ON的上升沿時，輸出ON信號一個掃描周期； DF/下降沿微分指令， 僅在其前面條件ON的下降沿時，輸出ON信號一個掃描周期；NOT取反指令，對它前 面的運算結果取反；NOP空操作指令，不執(zhí) 行任何操作； 第16頁，共39頁。 PSHS保存前面的演算結果，以備后面使用，相當于堆棧的入棧指令； RDS讀取前面保存的演算結果，繼續(xù) 演算，相當于堆棧的讀棧指令； POPS釋放前面保存的演算結果,繼續(xù)演算，相當于堆棧的出棧指令。 第17頁，共39頁。左圖是可編程控制器的三個基本的輸出指令：OT 輸出繼電器線圈，同一序號只能用一次； TM 定時器線圈，同一序

12、號只能用一次；例中的TMX19對應著設定值區(qū)SV19、經過值區(qū)EV19；計時器是逐步遞減的計時方式；SET、RST對繼電器線圈直接進行操作，同一繼電器可多次使用，使用此種命令不受多重輸出的禁止限制； 第18頁，共39頁。CT 計數(shù)器的線圈，同一 序號只能用一次；K99為十進制預置常數(shù)99； 也可以使用其它進制 的常數(shù) 計數(shù)器的計數(shù)方式為減計數(shù)（定時器也一樣）； 例中的CT101對應著設定值區(qū)SV101、經過值區(qū)EV101；第19頁，共39頁。KP指令 相當于一個鎖存繼電器，當置位輸入為ON時，使輸出接通為ON并保持。X0X1KPY0置位觸發(fā)信號復位觸發(fā)信號輸出地址第20頁，共39頁。TMR、T

13、MX、TMY指令TMR：以0.01秒為單位設置延時ON定時器；TMX：以0.1秒為單位設置延時ON定時器；TMY：以1秒為單位設置延時ON定時器；T5TMX305X0Y0預置值定時器指令編號第21頁，共39頁。CT計數(shù)指令 為預置計數(shù)器,完成減計數(shù)操作,當計數(shù)輸入端信號從OFF變?yōu)镺N時,計數(shù)值減1,當計數(shù)值減為0時,計數(shù)器為ON,使其常開接點閉合,常閉接點打開.X0X1CT10計數(shù)觸發(fā)信號復位觸發(fā)信號預置值100C100Y0第22頁，共39頁。MC(主控繼電器)和MCE（主控繼電器結束）指令當預置觸發(fā)信號接通時，執(zhí)行MC至MCE之間的指令（MC 0） Y0 Y1 （MCE 0） X0X2X1

14、R0X3R1預置觸發(fā)信號MC指令編號第23頁，共39頁。LOOP（循環(huán)）和LBL（標號）指令 跳轉到與LOOP指令相同編號的LBL指令，并反復執(zhí)行LBL指令之后的程序，直到規(guī)定的操作數(shù)變?yōu)?。（LBL 1） R1 Y1 LOOP 1 DT0 X0X5R2Y0R1預置觸發(fā)信號X1LBL指令編號第24頁，共39頁?；境绦蚧芈罚?自鎖回路互鎖回路 順序動作回路 第25頁，共39頁。自鎖回路 在輸入X0“ON”之后，輸出繼電器R線圈得電、動作，以自身的觸點維持自身線圈的電源，所以稱自鎖；只有在輸入斷開的X1“ON”后才會切斷繼電器R的電源；廣泛應用于需要保持的動作中，如電機的起動與停止的控制等。自鎖

15、也提供失電保護的機能。 左圖的上、下兩者都是自鎖，但是又有些區(qū)別： 上面復位優(yōu)先：以輸入斷開為優(yōu) 先，在斷開有輸入時，無法接通動作 繼電器； 下面動作優(yōu)先，以輸入動作為優(yōu) 先，在動作有輸入時，無法斷開動作 繼電器； 基于這種區(qū)別，我們所使用的安全回路往往是采用斷開優(yōu)先的方式，以保證安全回路動作后，能可靠地切斷輸出。 第26頁，共39頁。互鎖回路 當輸出繼電器R1動作后，R1通過自鎖保持了本身的線圈電源，同時通過自身的常閉觸點切斷了繼電器R2的線圈電源，使其無法動作；只有在R1斷開后，其常閉觸點恢復接通，R2才可能動作；同理，R2動作也會使得R1無法動作。 這樣的兩個繼電器動作互相制約稱互鎖；廣

16、泛應用于不能同時存在的幾個動作之間，如控制3相電機的正反轉.互鎖動作的優(yōu)先程度是并列的。 第27頁，共39頁。順序動作回路 只有在R1動作，R1的接點自鎖后，R2才可能動作；只有在R2動作，R2的接點自鎖后，R3才可能動作； 這樣就形成了后續(xù)的動作以前面的動作為條件的動作順序，所以也稱為條件動作。 第28頁，共39頁。 在我們公司的設備中，有很多要嚴格限制動作順序的時候；考慮到動作的可靠性，往往在回路中加入確認動作到位的傳感器信號，以構成一種閉環(huán)的控制系統(tǒng)。 如左面圖示中的R1與R2間的動作關聯(lián)，即：R0動作 + X10檢知 R1動作。 有的時候，為了確保動作的到位，還在檢知的后面加時間繼電器

17、延緩下一步動作。 第29頁，共39頁。可編程控制器實現(xiàn)的F-F回路 可編程控制器的梯形圖程序源自繼電器控制電路，現(xiàn)代計算機技術的高速發(fā)展賦予了更多、更強大的功能，如計算、比較等功能。拋開這些高級功能不提，可編程控制器的順序性繼電器控制要強得多，它嚴格按照其程序的地址順序執(zhí)行，能取出條件上升沿、下降沿，所以在考慮控制動作的時序、時間競爭上要相對容易些。在繼電器控制的典型回路中提到的F-F回路，用可編程控制器來實現(xiàn)要簡單得多 指令DF是關鍵所在，它把輸入按鈕的信號轉化成在前面的輸入信號X“ON”的上升沿時僅“ON”一個掃描周期的瞬時輸出信號，消除了時間競爭，使得可編程控制器的掃描處理結果得以確定。

18、 第30頁，共39頁。公司PLC程序典型組成部分 在我公司主要使用的可編程控制器為NAIS FP系列的PLC，包括FP-M FP-0 FP-1 FP-2 FP-3 FP-5 FP-10 FP-10SH 等，其程序大多數(shù)為使用基本指令編寫的，程序的尺寸（步驟數(shù)）的大小依照設備的功能及動作的復雜而復雜，少則二百余步，多則五六千步。對于功能及動作復雜的設備其程序都是有固定組成結構的，模塊化的結構也是為了便于編寫和修改。模塊之間使用LBL標號指令予以標明加以分別，程序常見的組成模塊主要有：報警模塊、停機模塊、啟動模塊、原位置模塊、數(shù)據通訊模塊、機構動作模塊，下面就以TX1#彎曲包裝機的程序為例加以介紹。第31頁，共39頁。報警模塊 報警模塊主要內容是各種應避免發(fā)生的狀況的描述以