工業(yè)機器人PLC控制課件

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工業(yè)機器人電氣控制與維修（ISBN978-7-121-29476-1）邢美峰主編盧彥林李偉娟副主編機械職業(yè)教育教學指導委員會推薦教材

全國高等職業(yè)教育“十二五1第5章工業(yè)機器人PLC控制

5.1可編程序邏輯控制器概要15.2PLC的硬件結構25.3PLC的工作方式與工作過程35.4PLC的程序結構45.5PLC的寄存器55.6PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)6第5章工業(yè)機器人PLC控制

5.1可編程序邏輯控制器概要125.1.1可編程邏輯控制器（PLC)的定義1．PLC定義可編程邏輯控制器簡稱PLC（英文全稱：ProgrammableLogicController）。1987年國際電工委員會（IEC）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種數(shù)字運算操作的電子的電子系統(tǒng)，專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可以編制程序的存儲器，用來在執(zhí)行存儲邏輯運算和順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬的輸入(I)和輸出(O)接口，控制各種類型的機械設備或生產過程?！?.1

可編程序邏輯控制器概要

5.1.1可編程邏輯控制器（PLC)的定義5.1可編程序3該定義強調了可編程控制器是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，是一種計算機。它是“專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計”的工業(yè)計算機，是一種用程序改變控制功能的設備，該種設備采用“面向用戶的指令”，因此編程方便，可完成邏輯運算、順序控制、定時計數(shù)和數(shù)學運算操作，還具有數(shù)字量與模擬量的輸入輸出能力。可編程控制器是應用面廣、功能強大、使用方便的通用工業(yè)控制設備，已經成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。5.1

可編程序邏輯控制器概要

該定義強調了可編程控制器是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，是一種42．PLC的應用范圍。PLC的應用范圍極其廣闊，經過30多年的發(fā)展，目前PLC已經廣泛應用于冶金、石油、化工、建材、電力、礦山、機械制造、汽車、交通運輸、輕紡、環(huán)保等各行各業(yè)。幾乎可以說，凡是有控制系統(tǒng)存在的地方就有PLC。概括起來，PLC的應用主要有以下5個方面。5.1

可編程序邏輯控制器概要

2．PLC的應用范圍。5.1可編程序邏輯控制器概要

5（1）開關量控制這是PLC最基本的應用領域，可用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制和順序控制。在單機控制、多機群控和自動生產線控制方面都有很多成功的應用實例。如機床電氣控制、起重機、皮帶運輸機和包裝機械的控制、注塑機的控制、電梯的控制、飲料灌裝生產線、家用電器（電視機、冰箱、洗衣機等）自動裝配線的控制、汽車、化工、造紙、軋鋼自動生產線的控制等。5.1

可編程序邏輯控制器概要

（1）開關量控制5.1可編程序邏輯控制器概要

6（2）模擬量控制目前，很多PLC都具有模擬量處理功能，通過模擬量I/O模塊可對溫度、壓力、速度、流量等連續(xù)變化的模擬量進行控制，而且編程和使用都很方便。大、中型的PLC還具有PID閉環(huán)控制功能，運用PID子程序或使用專用的智能PID模塊，可以實現(xiàn)對模擬量的閉環(huán)過程控制。隨著PLC規(guī)模的擴大，控制的回路已從幾個增加到幾十個甚至上百個，可以組成較復雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)。PLC的模擬量控制功能己廣泛應用于工業(yè)生產各個行業(yè)，例如自動焊機控制、鍋爐運行控制等都是典型的閉環(huán)過程控制的應用場合。5.1

可編程序邏輯控制器概要

（2）模擬量控制5.1可編程序邏輯控制器概要

7（3）運動控制運動控制是指PLC對直線運動或圓周運動的控制，也稱為位置控制。早期PLC通過開關量I/O模塊與位置傳感器和執(zhí)行機構的連接來實現(xiàn)這一功能，現(xiàn)在一般都使用專用的運動控制模塊來完成。目前，PLC的運動控制功能廣泛應用在金屬切削機床、電梯、機器人等各種機械設備上，典型的如PLC和計算機數(shù)控裝置(CNC)組合成一體，構成先進的數(shù)控機床。5.1

可編程序邏輯控制器概要

（3）運動控制5.1可編程序邏輯控制器概要

8（4）數(shù)據處理現(xiàn)代PLC都具有不同程度的數(shù)據處理功能，能夠完成數(shù)學運算（函數(shù)運算、矩陣運算、邏輯運算）、數(shù)據的移位、比較、傳遞、數(shù)值的轉換和查表等操作，對數(shù)捃進行采集、分析和處理。數(shù)據處理通常用在大、中型控制系統(tǒng)中，如柔性制造系統(tǒng)、機器人的控制系統(tǒng)等。5.1

可編程序邏輯控制器概要

（4）數(shù)據處理5.1可編程序邏輯控制器概要

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（5）通信聯(lián)網通信聯(lián)網是指PLC與PLC之間、PLC與上位計算機或其他智能設備間的通信，利用PLC和計算機的RS-232或RS-422接口、PLC的專用通信模塊，用雙絞線和同軸電纜或光纜將它們聯(lián)成網絡，可實現(xiàn)相互間的信息交換，構成“集中管理、分散控制”的多級分布式控制系統(tǒng)，建立工廠的自動化網絡。5.1

可編程序邏輯控制器概要

5.1可編程序邏輯控制器概要

105.1.2PLC的特點1．可靠性高，抗干擾能力強現(xiàn)代PLC采用了集成度很高的微電子器件，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，其可靠程度是使用機械觸點的繼電器所無法比擬的。為了保證PLC能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下可靠工作，在其設計和制造過程中采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾措施。5.1

可編程序邏輯控制器概要

5.1.2PLC的特點5.1可編程序邏輯控制器概要

11在硬件方面采取的主要措施有：（1）隔離PLC的輸入、輸出接口電路一般都采用光電耦合器來傳遞信號，這種光電隔離措施使外部電路與PLC內部之間完全避免了聯(lián)，有效的抑制了系部干擾源對PLC的影響，還可防止外部強電竄入內部CPU。（2）濾波在PLC電路電源和輸入、輸出(I/O)電路中設置多種濾波電路，可有效抑制高頻干擾信號。5.1

可編程序邏輯控制器概要

在硬件方面采取的主要措施有：5.1可編程序邏輯控制器概要

12（3）在PLC內部對CPU供電電源采取屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，防止干擾信號通過供電電源進入PLC內部，另外各個輸入／輸出(I/O)接口電路的電源彼此獨立，以避免電源之間的互相干擾。（4）內部設置連鎖、環(huán)境檢測與診斷等電路，一旦發(fā)生故障，立即報警。（5）外部采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結構，以適應惡劣的工作環(huán)境。5.1

可編程序邏輯控制器概要

5.1可編程序邏輯控制器概要

13在軟件方面采取的主要措施有：（1）設置故障檢測與診斷程序，每次掃描都對系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工怍環(huán)境和故障進行檢測與診斷，發(fā)現(xiàn)出錯后，立即自動做出相應的處理，如報警、保護數(shù)據和封鎖輸出等：（2）對用戶程序及動態(tài)數(shù)據進行電池后備，以保障停電后有關狀態(tài)及信息不會因此而丟失。采用以上抗干擾措施后，一般PLC的抗電平干擾強度可達峰值1000V，其平均無故障時間可高達30—50萬小時以上。5.1

可編程序邏輯控制器概要

5.1可編程序邏輯控制器概要

142．編程簡單易學PLC采用與繼電器控制線路圖非常接近的梯形圖作為編程語言，它既有繼電器電路清晰直觀的特點，又充分考慮到電氣工人和技術人員的讀圖習慣：對使用者來說，幾乎不需要專門的計算機知識。因此，易學易懂，程序改變時也容易修改5.1

可編程序邏輯控制器概要

2．編程簡單易學5.1可編程序邏輯控制器概要

153．功能完善，適應性強目前PLC產品已經標準化、系列化和模塊化，不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有A/D、D/A轉換、算術運算及數(shù)據處理、通信聯(lián)網和生產過程監(jiān)控等功能。它能根據實際需要，方便靈活地組裝成大小各異、功能不一的控制系統(tǒng)：既可控制一臺單機、一條生產線，又可以控制一個機群、多條生產線；既可以現(xiàn)場控制，又可以遠程控制。針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如交流或直流、開關量或模擬量、電流或電壓、脈沖或電位、強電或弱電等，PLC都有相應的I/O接口模塊與工業(yè)現(xiàn)場控制器件和設備直接連接，用戶可以根據需要方便地進行配置，組成實用、緊湊的控制系統(tǒng)。5.1

可編程序邏輯控制器概要

3．功能完善，適應性強5.1可編程序邏輯控制器概要

164．使用簡單，調試維修方便PLC的接線極其方便，只需將產生輸入信號的設備（如按鈕、開關等）與PLC的輸入端子連接，將接收輸出信號的被控設備（如接觸器、電磁閥等）與PLC的輸出端子連接，僅用螺絲刀即可完成全部接線工作。PLC的用戶程序可在實驗室模擬調試，輸入信號用開關來模擬，輸出信號可以觀察PLC的發(fā)光二極管。調試后再將PLC在現(xiàn)場安裝通調。調試工作量要比繼電器控制系統(tǒng)少得多。PLC的故障率很低，并且有完善的自診斷功能和運行故障指示裝置。一旦發(fā)生故障，可以通過PLC機上各種發(fā)光二極管的亮滅狀態(tài)迅速查明原因，排除故障。5.1

可編程序邏輯控制器概要

4．使用簡單，調試維修方便5.1可編程序邏輯控制器概要

175．體積小、重量輕、功耗低由于PLC采用半導體大規(guī)模集成電路，因此整個產品結構緊湊、體積小、重量輕、功耗低，PLC很容易裝入機械設備內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想的控制設備。5.1

可編程序邏輯控制器概要

5．體積小、重量輕、功耗低5.1可編程序邏輯控制器概要

185.1.3PLC編程語言PLC普遍流行的梯形圖進行講解，直觀易懂。它是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，與電氣原理圖相似。梯形圖通常有左右兩條母線，兩母線之間是內部“軟繼電器”的常開、常閉觸點以及繼電器線圈組成的平行的邏輯行，每個邏輯行以觸點與左母線開始，以線圈和右母線結束。5.1

可編程序邏輯控制器概要

5.1.3PLC編程語言5.1可編程序邏輯控制器概要

19梯形圖沿用繼電器等概念，如輸入繼電器、輸出繼電器和內部輔助繼電器，它們不是真實的硬件繼電器，而是在梯形圖中使用的編程元件（軟元件），每一個軟元件都與PLC存儲器的元件映像存儲器的存儲單元相對應。5.1

可編程序邏輯控制器概要

5.1可編程序邏輯控制器概要

205.2PLC的硬件結構PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其實質是一種工業(yè)控制用的專用計算機。因此其組成與一般的微型計算機基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分構成?？删幊炭刂破髦饕蒀PU、存儲器、I/O單元、外設接口、電源等組成。圖5-1為硬件系統(tǒng)的結構框圖圖5-1為PLC硬件系統(tǒng)的結構框圖5.2

PLC的硬件結構5.2PLC的硬件結構圖5-1為PLC硬件系統(tǒng)的結構框圖5215.2.1中央處理單元(CPU)CPU是PLC的核心，由控制器、運算器和寄存器等組成。它按照系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲用戶程序和數(shù)據，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入設備送來的狀態(tài)或數(shù)據，將其存入輸入寄存器中，并能診斷電源和內部電路的工作狀態(tài)。5.2

PLC的硬件結構5.2.1中央處理單元(CPU)5.2PLC的硬件結構22當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算，再將結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數(shù)據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。5.2

PLC的硬件結構5.2PLC的硬件結構23為了進一步提高PLC的可靠性，對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。CPU速度和內存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。5.2

PLC的硬件結構為了進一步提高PLC的可靠性，對大型PLC還采用雙CPU構成245.2.2存儲器PLC存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器固化廠家編寫的系統(tǒng)程序，用戶不可以修改，包括系統(tǒng)管理程序和用戶指令解釋程序等：用戶存儲器包括用戶程序存儲器（程序區(qū)）和功能存儲器（工作數(shù)據區(qū)）兩部分。工作數(shù)據區(qū)是外界與PLC進行信息交互的主要交互區(qū)，它的每一個二進制位、每一個字節(jié)單位和字單位都有唯一的地址。系統(tǒng)程序存儲器是存放系統(tǒng)軟件的存儲器；用戶程序存儲器是存放PLC用戶程序應用;數(shù)據存儲器用來存儲PLC程序執(zhí)行時的中間狀態(tài)與信息，它相當于PC的內存。5.2

PLC的硬件結構5.2.2存儲器5.2PLC的硬件結構255.2.3輸入輸出接口（I/O模塊）PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入寄存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊則正好相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。5.2

PLC的硬件結構5.2.3輸入輸出接口（I/O模塊）5.2PLC的硬件結26輸入接口是連接外部輸入設備和PLC內部的橋梁，輸入回路電源為外接直流電源。輸入接口接收來自輸入設備的控制信號，如限位開關、操作按鈕及一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉換成CPU能識別的二進制信號，進入內部電路，存入輸入映像寄存器中。運行時CPU從輸入映像寄存器中讀取輸入信息進行處理輸出接口連接被控對象的可執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥和指示燈等。它是PLC與被控對象的橋梁，輸出接口的輸出的狀態(tài)是由輸入接口輸入的數(shù)據與PLC內部設計的程序決定的。

5.2

PLC的硬件結構5.2PLC的硬件結構275.2.4通信接口通信接口的主要作用是實現(xiàn)PLC與外部設備之間的數(shù)據交換（通信）。通信接口的形式多樣，最基本的有RS-232,RS-422/RS-485等的標準串行接口?？梢酝ㄟ^多芯電纜，雙絞線，同軸電纜，光纜等進行連接。5.2

PLC的硬件結構5.2.4通信接口5.2PLC的硬件結構285.2.5電源為PLC電路提供工作電源，在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是PLC穩(wěn)定運行的最基本保障。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。5.2

PLC的硬件結構5.2

PLC的硬件結構5.2PLC的硬件結構5.2PLC的硬件結構295.3.1PLC的工作方式PLC靠執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制要求。為了便于執(zhí)行程序，在存儲器中設置輸入映像寄存器區(qū)和輸出映像寄存器區(qū)（或統(tǒng)稱I/O映像區(qū)），分別存放執(zhí)行程序之前的各輸入狀態(tài)和執(zhí)行過程中各運算結果的狀態(tài)。PLC對用戶程序的執(zhí)行是以循環(huán)掃描方式進行的。所謂掃描，只不過是一種形象的說法，用來描述CPU對程序順序、分時操作的過程。5.3

PLC的工作方式與工作過程5.3.1PLC的工作方式5.3PLC的工作方式與工作過30掃描從第O號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條掃描用戶程序，也就是順序執(zhí)行程序，直到程序結束，即完成一個掃描周期，然后再從頭開始執(zhí)行用戶程序，并周而復始地重復。由于CPU的運算處理速度很高，使得從外觀上看，用戶程序似乎是同時執(zhí)行的。5.3

PLC的工作方式與工作過程掃描從第O號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳31

PLC的掃描工作方式同傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)明顯不同。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式；在執(zhí)行過程中，如果一個繼電器的線圈通電，那么該繼電器的所有常開和常閉觸點，無論處在控制線路的什么位置，都會立即動作：其常開觸點閉合，常閉觸點打開。而PLC采用循環(huán)掃描控制程序的工作方式；在PLC的工作過程中，如果某個軟繼電器的線圈接通，該線圈的所有常開和常閉接點，并不一定都會立即動作，只有CPU掃描到該接直時才會動作：其常開接點閉合，常閉接點打開。5.3

PLC的工作方式與工作過程PLC的掃描工作方式同傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)明顯325.3.2PLC的工作過程當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。5.3

PLC的工作方式與工作過程5.3.2PLC的工作過程5.3PLC的工作方式與工作過331．輸入采樣階段在這個階段中，PLC按順序逐個采集所有輸入端子上的信號，而不論輸入端子上是否接線。CPU將順序讀取的全部輸入信號寫入到輸入映像寄存器中，輸入回路通則相應端子的映像寄存器就為1，輸入回路不通，則相應端子的映像寄存器就為0。在當前掃描周期內，用戶程序執(zhí)行時依據的輸入信號狀態(tài)(ON或OFF)均從輸入映像寄存器中讀取，5.3

PLC的工作方式與工作過程1．輸入采樣階段5.3PLC的工作方式與工作過程34而不管此時外部輸入信號狀態(tài)是否變化。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。5.3

PLC的工作方式與工作過程而不管此時外部輸入信號狀態(tài)是否變化。輸入采樣結束后，轉入用戶352．程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。5.3

PLC的工作方式與工作過程2．程序執(zhí)行階段5.3PLC的工作方式與工作過程36在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。5.3

PLC的工作方式與工作過程在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據373．輸出刷新階段當CPU對全部用戶程序掃描結束后，將元件映像寄存器中所有輸出映像繼電器的狀態(tài)同時送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經輸出端子去驅動各輸出繼電器所帶的負載，所以輸出刷新階段也是集中批處理過程。輸出刷新階段結束后，CPU進入下一個掃描周期，周而復始直至PLC停機或切換到STOP工作狀態(tài)。5.3

PLC的工作方式與工作過程3．輸出刷新階段5.3PLC的工作方式與工作過程385.4華中PLC的程序結構華中PLC程序通常由順序程序由三部分組成：初始化程序部分、第一級程序部分和第二級程序部分和子程序，程序結構如圖5-2所示，初始化程序部分只在系統(tǒng)啟動時執(zhí)行一次。第1級程序從程序開始到1END命令之間，每1ms執(zhí)行一次。主要特點是信號采樣實時以及輸出信號響應快。它主要處理短脈沖信號，如急停、跳轉、超程等信號。在第1級程序中，程序應盡可能短，這樣可以縮短PLC程序執(zhí)行時間。第二級程序每nms執(zhí)行一次。n為第二級程序的分割數(shù)。程序執(zhí)行時，第二級程序將被自動分割。5.4

PLC的程序結構5.4華中PLC的程序結構5.4PLC的程序結構39圖5-2PLC程序結構示意圖5.4

PLC的程序結構圖5-2PLC程序結構示意圖5.4PLC的程序結構40第2級程序是END1命令之后，END2命令之前的程序。第2級程序通常包括功能程序與運動程序程序。子程序是END2命令之后、END命令之前的程序。通常將具有特定功能并且多次使用的程序段作為子程序。主程序中用指令決定具體子程序的執(zhí)行狀態(tài)。當主程序中調用子程序并執(zhí)行時，子程序執(zhí)行全部指令直到結束，然后系統(tǒng)將返回調研子程序的主程序。5.4

PLC的程序結構第2級程序是END1命令之后，END2命令之前的程序。第241子程序用于為程序分段和分塊，使其成為較小的、更易于管理的快。在程序調試和維護時，通過使用較小的程序塊，對這些區(qū)域和整個程序進行簡單的調試并排除故障。只有在需要時才調用子程序塊，可以更有效地使用PLC，因為所有的子程序塊可能無需執(zhí)行每次掃描，所以能夠縮短PLC程序處理時間。5.4

PLC的程序結構子程序用于為程序分段和分塊，使其成為較小的、更易于管理的快。42梯形圖程序分成兩部分：第一級程序和第二級程序。第一級程序每個掃描周期都要執(zhí)行一次，第二級程序則分塊執(zhí)行，每個掃描周期只執(zhí)行一塊。因此第二級程序執(zhí)行周期為（參見圖5-3）：第二級程序執(zhí)行周期=PLC掃描周期×第二級程序分塊數(shù)圖5-3梯形圖程序執(zhí)行過程5.4

PLC的程序結構梯形圖程序分成兩部分：第一級程序和第二級程序。第一級程序每個435.5PLC的寄存器PLC與繼電器控制的根本區(qū)別在于PLC采用軟器件，通過程序將各器件聯(lián)系起來。通常習慣將PLC中的軟器件仍稱為繼電器、定時器、計數(shù)器等。其實它們并不是實際的物理實體。對于上述器件在使用時都必須用編號來加以識別。下面介紹編址方法：每個編程元件（軟器件）的編碼由字母和數(shù)字組成。字母X表示輸入繼電器，Y表示輸出繼電器，R表示中間繼電器，T表示定時器，C表示計數(shù)器。5.5

PLC的寄存器5.5PLC的寄存器5.5PLC的寄存器445.5.1輸入寄存器（X）PLC的輸入寄存器是用于存儲外部輸入信號的（按鈕、行程開關等輸入信號）。每一個輸入寄存器都與一個輸入端子相對應，當輸入端子得到一個有效信號之后，對應的輸入寄存器內的數(shù)據將由“0”變?yōu)椤?”。1．輸入寄存器用字母X表示，輸入地址由X+字節(jié)+位地址表示，參見圖5-4。

圖5-4輸入寄存器5.5

PLC的寄存器5.5.1輸入寄存器（X）5.5PLC的寄存器452．輸入寄存器只能由外部信號驅動，驅動信號多是直流電源信號，可以是DC24V電源中的正極，也可是DC24V電源中的負極。3．寄存器的位地址編址采用8進制。4．其擁有常開觸點與常閉觸點，觸點使用的次數(shù)不受限制。5.5

PLC的寄存器5.5PLC的寄存器465.5.2輸出寄存器(Y)PLC的輸出寄存器是用于存儲PLC程序運算結果，并通過輸出接口控制外部執(zhí)行元件（繼電器、電磁閥等）。每一個輸出寄存器都與唯一的輸出端子相對應。1．輸出寄存器用字母Y表示，輸入地址由Y+字節(jié)+位地址表示，參見圖5-5。

圖5-5輸出寄存器5.5

PLC的寄存器5.5.2輸出寄存器(Y)5.5PLC的寄存器47

2．輸出寄存器只能由程序運算結果驅動，也就是只有在程序中控制寄存器線圈的通斷電，才能控制寄存器內的數(shù)據。3．輸出寄存器的位地址編址采用8進制。4．輸出寄存器既有線圈也有觸點，在同一程序中，同一地址的線圈只能出現(xiàn)一次，而觸點可以無限次被使用。觸頭有常開觸點與常閉觸點。5.5

PLC的寄存器

485.5.3G/F寄存器G/F寄存器是用來對PLC與IPC進行通信的存儲器。G寄存器用于PLC給IPC傳遞控制信息，每一個G寄存器具有特定的功能，該功能由IPC廠家指定。F寄存器用于IPC給PLC返回確認信息，每一個F寄存器具有特定的功能，該功能由IPC廠家指定。5.5

PLC的寄存器5.5.3G/F寄存器5.5PLC的寄存器495.5.4R寄存器PLC的R寄存器類似于繼電控制中的中間繼電器，它不能接受輸入信號，也不能對外輸出信號，只能存放中間運算結果。某些特殊的R寄存器還具有特殊的功能，這些功能是由PLC生產廠家指定的。1．R寄存器用字母R表示，輸入地址由R+字節(jié)+位地址表示，參見圖5-6。

圖5-6R寄存器5.5

PLC的寄存器5.5.4R寄存器5.5PLC的寄存器50

2．R寄存器只能由程序運算結果驅動，也就是只有在程序中控制寄存器線圈的通斷電，才能控制寄存器內的數(shù)據。3．輸出寄存器的位地址編址采用8進制。4．R寄存器既有線圈也有觸點，在同一程序中，同一地址的線圈只能出現(xiàn)一次，而觸點可以無限次被使用。觸頭有常開觸點與常閉觸點5.5

PLC的寄存器

515.5.5計數(shù)器PLC通過計數(shù)器完成信號累計加減的控制要求。華中PLC共有20個計數(shù)器，計數(shù)器號為1—20.計數(shù)器的指令表示如圖5-7所示。1．控制條件（1）指定初始值（CN0）CN0=0：計數(shù)值從0開始，即0,1,2,3,4,5,……CN0=1：計數(shù)值從1開始(0不使用)，即1,2,3,4,5,……5.5

PLC的寄存器5.5.5計數(shù)器5.5PLC的寄存器52（2）指定上升型或下降型計數(shù)器（UPDOWN）UPDOWN=0：減計數(shù)器。計數(shù)器從預置值開始減計數(shù)，到達由CN0指定的值后再返回預置值繼續(xù)減計數(shù)。UPDOWN=1：加計數(shù)器。計數(shù)器從CN0指定的值開始加計數(shù)，到達預置值后再返回CN0指定的值繼續(xù)加計數(shù)。5.5

PLC的寄存器5.5PLC的寄存器53（3）復位（RST）RST=0：禁止復位。此時CTR處于正常計數(shù)狀態(tài)。RST=1：復位有效。此時計數(shù)器輸出低電平，且計數(shù)值復位為初始值。初始值由CN0和UPDOWN共同確定。（4）計數(shù)信號（ACT）計數(shù)信號上升沿有效，即ACT由低電平向高電平跳變時，計數(shù)一次。圖5-7計數(shù)器指令5.5

PLC的寄存器（3）復位（RST）圖5-7計數(shù)器指令5.5PLC的寄存542．結果輸出RST=1時，CTR處于復位狀態(tài)，輸出始終保持低電平。RST=0時，CTR處于計數(shù)狀態(tài)，此時的輸出分兩種情況：1）若為加計數(shù)器（UPDOWN=1），則計數(shù)值=預置值時，輸出高電平，否則輸出低電平。2）若為減計數(shù)器（UPDOWN=0），則計數(shù)值到達最小值時，輸出高電平，否則輸出低電平（最小值由CN0指定為0或者1）5.5

PLC的寄存器2．結果輸出5.5PLC的寄存器555.5.6定時器延時導通定時器。定時器關閉時，沒有定時輸出功能，且輸出始終為低電平；定時器啟動后，到達設定的時間時，輸出高電平，使隨后的定時繼電器導通（定時繼電器由設計者給定），可參見圖5-8圖5-8定時器時序圖圖5-9定時器指令格式5.5

PLC的寄存器5.5.6定時器圖5-8定時器時序圖圖5-9定時器指令561．控制條件（參見圖5-9）ACT=0：關閉定時器。此時定時器沒有延時輸出功能，且輸出保持低電平。ACT=1：啟動定時器。到達設定時間后，輸出高電平，使定時繼電器導通。2．指令參數(shù)時間設置：用于設定定時器動作的延時時間。單位設定：用于設置延時時間的單位，0—毫秒，1—秒。5.5

PLC的寄存器1．控制條件（參見圖5-9）5.5PLC的寄存器573．結果輸出ACT=0時，定時器處于關閉狀態(tài)，輸出始終為低電平。ACT由低電平跳變到高電平時（上升沿觸發(fā)），定時器啟動，定時時間到達前，輸出為低電平，到達后，輸出保持高電平，直到ACT的另一個上升沿重新啟動定時器5.5

PLC的寄存器5.5PLC的寄存器58順序程序的主要由線圈、觸點、符號和功能塊等元素組成，梯形圖中連接各個元素的線段構成了順序程序的邏輯關系?？梢允褂锰菪螆D或語句表語言來描述順序程序。語句表語言需要使用助記符（LD，AND，OR等）和寄存器地址來編寫，梯形圖則不必知道助記符的含義而使用繼電器的線圈觸點和功能塊來編寫。取指令，取反指令與輸出指令5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)順序程序的主要由線圈、觸點、符號和功能塊等元素組成，梯形圖中595.6.1基本邏輯控制元件1．常開觸點功能描述：其功能類似于繼電器的常開觸點。當存在指定寄存器地址中的位的值為“0”時，常開觸點打開，當存在指定寄存器地址中的位的值為“1”時，常開觸點閉合。寄存器位地址內的值默認為“0”。表示符號為：5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)5.6.1基本邏輯控制元件5.6PLC的基本元器件與指令602．常閉觸點功能描述：其功能類似于繼電器的常閉觸點。當存在指定寄存器地址中的位的值為“0”時，常閉觸點閉合，當存在指定寄存器地址中的位的值為“1”時，常閉觸點打開。寄存器位地址內的值默認為“0”。表示符號為：5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)2．常閉觸點5.6PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)613．線圈輸出功能描述：其功能類似于繼電器中的線圈，對線圈進行操作可控制位地址內的值為“1”或為“0”。簡單的說，當某線圈得電后，其控制的位地址內的值將由“0”變?yōu)椤?”表示符號為：5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)3．線圈輸出5.6PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)62

圖5-10基本元件程序示例

參見圖5-10，當X0.1和X0.2寄存器內的值同時為“1”的時候，或者當X0.4和X0.2寄存器內的值同時為“1”的時候，線圈R10.1得電，R10.1寄存器內的值由“0”變?yōu)榱恕?”。5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)圖5-1635.6.2基本指令與編程方式梯形圖指令(LadderDiagram，LAD)與語句表指令(StatementList，STL)是可編程控制器程序中最常用的兩種表述工具，它們之間有著密切的對應關系。邏輯控制指令是PLC中最基本、最常用的指令，是構成梯形圖及語句表的基本成分?；具壿嬁刂浦噶钜还墒侵肝贿壿嬛噶?、定時器指令和計數(shù)器指令。位邏輯指令又含觸點指令、線圈指令、等指令。這些指令處理的對象大多為位邏輯量，主要用于邏輯控制類程序中。5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)5.6PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)641．邏輯取指令與線圈輸出指令觸點及線圈是梯形圖最基本的元件，從元件角度出發(fā)，觸點及線圈是元件的組成部分，線圈得電則該線圈的常開觸點閉合，常閉觸點斷開；反之，線圈失電則常開觸點恢復斷開，常閉觸點恢復接通。從梯形圖的結構而言，觸點是線圈的工作條件，線圈的動作是觸點運算的結果。5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)1．邏輯取指令與線圈輸出指令5.6PLC的基本元器件與指令65●取指令：用于與母線連接的常開觸點，指令格式為：LD字節(jié).位

●取反指令：用于與母線連接的常閉觸點，指令格式為：LDI字節(jié).位

●輸出指令：也叫線圈驅動指令，將運算結果輸出到某個繼電器中，指令格式為：OUT字節(jié).位5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)●取指令：用于與母線連接的常開觸點，指令格式為：LD66取指令與輸出指令使用說明如下。

●LD、LDI、OUT指令的操作數(shù)為：X、Y、R、T、C。

●LD、LDN不只是用于網絡塊邏輯計算開始時與母線相連的常開和常閉觸點，在分支電路塊的開始也要使用LD、LDN指令。

●并聯(lián)OUT指令可連續(xù)使用任意次。

●在同一程序中不能使用雙線圈輸出，即同一個元器件在同一程序中只能使用一次OUT指令。5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)取指令與輸出指令使用說明如下。5.6PLC的基本元器件與指672．觸點串聯(lián)指令(1)與指令：用于單個常開觸點的串聯(lián)連接,指令格式：AND字節(jié).位(2)與反指令：用于單個常閉觸點的串聯(lián)連接,指令格式：ANI字節(jié).位3．觸點并聯(lián)指令（1）或指令:用于單個常開觸點的并聯(lián)連接，指令格式：OR（2）或指令:用于單個常閉觸點的并聯(lián)連接，指令格式：ORI5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)2．觸點串聯(lián)指令5.6PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)68LDX1.0ANDX2.0ANIR1.0OUTR10.0

LDX5.0ORIX5.1ORX5.3ANDR5.4OUTR10.1

圖5-11觸電串/并聯(lián)程序示例5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)LDX1.05.6PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)694．置位與復位指令●置位指令(Set)：從bit開始的N個元件置1并保持。指令畫法為●復位指令(Reset):從bit開始的N個元件清零并保持。指令畫法為S/R指令使用說明：●S/R指令的操作數(shù)為：I、0、M、SM、T、C、V、S和L口●設置(s)和復原(R)指令設置（打開）或復原指定的點數(shù)(N)，從指定的地址（位）開始，可以設置和復原1—255個點。5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)4．置位與復位指令5.6PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)70●對位元件來說，其一旦被置位，就會保持在通電狀態(tài)，除非對它復位：而一旦被復位就會保持在斷電狀態(tài)，除非再對它置位?！馭/R指令可以互換次序使用，但由于PLC采用掃描工作方式，所以寫在后面的指令具有優(yōu)先權?！袢绻麖臀恢噶畹牟僮鲾?shù)是一個定時器位(T)或計數(shù)器位(c)，會使相應定時器位計數(shù)器位復位為O，并清除定時器或計數(shù)器的當前值。5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)●對位元件來說，其一旦被置位，就會保持在通電狀態(tài)，除非對71LDR1.0ORX5.0SETR10.0圖5-12置位線圈程序示例5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)

72LDR1.0ORX5.0RSTR10.0圖5-13復位線圈程序示例5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)

735．電路塊的串聯(lián)與并聯(lián)（1）電路塊的并聯(lián)OLB。用于兩個電路塊的并聯(lián)連接，指令格式：OLDORB是一個獨立的結構，它不需要和其他元件相連。ORB是用于連接兩個或兩個以上的串行回路，串行回路是包含一個以上串聯(lián)連接的塊或包含有ANB串塊的結構。以LD或LDI開始編程，通過ORB來完成所有串聯(lián)塊的并聯(lián)合并5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)5．電路塊的串聯(lián)與并聯(lián)5.6PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)74LDX1.0ANDX2.0LDX1.1ANDX2.1ORBLDX1.2ANDX2.2ORBOUTR10.05.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)

75（2）電路塊的串聯(lián)ANB。用于兩個電路塊的串聯(lián)連接，指令格式：ANBANB是一個獨立的結構，它不需要和其他元件相連。ANB是用于連接兩個或兩個以上的并行回路，并行回路是包含一個以上并行連接的塊或包含有ORB并聯(lián)塊的結構。以LD或LDI開始編程，通過ANB來完成所有并聯(lián)塊的串聯(lián)5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)（2）電路塊的串聯(lián)ANB。用于兩個電路塊的串聯(lián)連接，指令格式76LDX1.0ORX1.1LDX2.0ANDX4.4LDX1.2ANDX2.1ORBORX1.3ANBORX2.2OUTR10.0

圖5-15電路塊串聯(lián)程序示例5.6

PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)

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全國高等職業(yè)教育“十二五79第5章工業(yè)機器人PLC控制

5.1可編程序邏輯控制器概要15.2PLC的硬件結構25.3PLC的工作方式與工作過程35.4PLC的程序結構45.5PLC的寄存器55.6PLC的基本元器件與指令系統(tǒng)6第5章工業(yè)機器人PLC控制

5.1可編程序邏輯控制器概要1805.1.1可編程邏輯控制器（PLC)的定義1．PLC定義可編程邏輯控制器簡稱PLC（英文全稱：ProgrammableLogicController）。1987年國際電工委員會（IEC）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種數(shù)字運算操作的電子的電子系統(tǒng)，專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可以編制程序的存儲器，用來在執(zhí)行存儲邏輯運算和順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬的輸入(I)和輸出(O)接口，控制各種類型的機械設備或生產過程?！?.1

可編程序邏輯控制器概要

5.1.1可編程邏輯控制器（PLC)的定義5.1可編程序81該定義強調了可編程控制器是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，是一種計算機。它是“專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計”的工業(yè)計算機，是一種用程序改變控制功能的設備，該種設備采用“面向用戶的指令”，因此編程方便，可完成邏輯運算、順序控制、定時計數(shù)和數(shù)學運算操作，還具有數(shù)字量與模擬量的輸入輸出能力?？删幊炭刂破魇菓妹鎻V、功能強大、使用方便的通用工業(yè)控制設備，已經成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。5.1

可編程序邏輯控制器概要

該定義強調了可編程控制器是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，是一種822．PLC的應用范圍。PLC的應用范圍極其廣闊，經過30多年的發(fā)展，目前PLC已經廣泛應用于冶金、石油、化工、建材、電力、礦山、機械制造、汽車、交通運輸、輕紡、環(huán)保等各行各業(yè)。幾乎可以說，凡是有控制系統(tǒng)存在的地方就有PLC。概括起來，PLC的應用主要有以下5個方面。5.1

可編程序邏輯控制器概要

2．PLC的應用范圍。5.1可編程序邏輯控制器概要

83（1）開關量控制這是PLC最基本的應用領域，可用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制和順序控制。在單機控制、多機群控和自動生產線控制方面都有很多成功的應用實例。如機床電氣控制、起重機、皮帶運輸機和包裝機械的控制、注塑機的控制、電梯的控制、飲料灌裝生產線、家用電器（電視機、冰箱、洗衣機等）自動裝配線的控制、汽車、化工、造紙、軋鋼自動生產線的控制等。5.1

可編程序邏輯控制器概要

（1）開關量控制5.1可編程序邏輯控制器概要

84（2）模擬量控制目前，很多PLC都具有模擬量處理功能，通過模擬量I/O模塊可對溫度、壓力、速度、流量等連續(xù)變化的模擬量進行控制，而且編程和使用都很方便。大、中型的PLC還具有PID閉環(huán)控制功能，運用PID子程序或使用專用的智能PID模塊，可以實現(xiàn)對模擬量的閉環(huán)過程控制。隨著PLC規(guī)模的擴大，控制的回路已從幾個增加到幾十個甚至上百個，可以組成較復雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)。PLC的模擬量控制功能己廣泛應用于工業(yè)生產各個行業(yè)，例如自動焊機控制、鍋爐運行控制等都是典型的閉環(huán)過程控制的應用場合。5.1

可編程序邏輯控制器概要

（2）模擬量控制5.1可編程序邏輯控制器概要

85（3）運動控制運動控制是指PLC對直線運動或圓周運動的控制，也稱為位置控制。早期PLC通過開關量I/O模塊與位置傳感器和執(zhí)行機構的連接來實現(xiàn)這一功能，現(xiàn)在一般都使用專用的運動控制模塊來完成。目前，PLC的運動控制功能廣泛應用在金屬切削機床、電梯、機器人等各種機械設備上，典型的如PLC和計算機數(shù)控裝置(CNC)組合成一體，構成先進的數(shù)控機床。5.1

可編程序邏輯控制器概要

（3）運動控制5.1可編程序邏輯控制器概要

86（4）數(shù)據處理現(xiàn)代PLC都具有不同程度的數(shù)據處理功能，能夠完成數(shù)學運算（函數(shù)運算、矩陣運算、邏輯運算）、數(shù)據的移位、比較、傳遞、數(shù)值的轉換和查表等操作，對數(shù)捃進行采集、分析和處理。數(shù)據處理通常用在大、中型控制系統(tǒng)中，如柔性制造系統(tǒng)、機器人的控制系統(tǒng)等。5.1

可編程序邏輯控制器概要

（4）數(shù)據處理5.1可編程序邏輯控制器概要

87

（5）通信聯(lián)網通信聯(lián)網是指PLC與PLC之間、PLC與上位計算機或其他智能設備間的通信，利用PLC和計算機的RS-232或RS-422接口、PLC的專用通信模塊，用雙絞線和同軸電纜或光纜將它們聯(lián)成網絡，可實現(xiàn)相互間的信息交換，構成“集中管理、分散控制”的多級分布式控制系統(tǒng)，建立工廠的自動化網絡。5.1

可編程序邏輯控制器概要

5.1可編程序邏輯控制器概要

885.1.2PLC的特點1．可靠性高，抗干擾能力強現(xiàn)代PLC采用了集成度很高的微電子器件，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，其可靠程度是使用機械觸點的繼電器所無法比擬的。為了保證PLC能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下可靠工作，在其設計和制造過程中采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾措施。5.1

可編程序邏輯控制器概要

5.1.2PLC的特點5.1可編程序邏輯控制器概要

89在硬件方面采取的主要措施有：（1）隔離PLC的輸入、輸出接口電路一般都采用光電耦合器來傳遞信號，這種光電隔離措施使外部電路與PLC內部之間完全避免了聯(lián)，有效的抑制了系部干擾源對PLC的影響，還可防止外部強電竄入內部CPU。（2）濾波在PLC電路電源和輸入、輸出(I/O)電路中設置多種濾波電路，可有效抑制高頻干擾信號。5.1

可編程序邏輯控制器概要

在硬件方面采取的主要措施有：5.1可編程序邏輯控制器概要

90（3）在PLC內部對CPU供電電源采取屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，防止干擾信號通過供電電源進入PLC內部，另外各個輸入／輸出(I/O)接口電路的電源彼此獨立，以避免電源之間的互相干擾。（4）內部設置連鎖、環(huán)境檢測與診斷等電路，一旦發(fā)生故障，立即報警。（5）外部采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結構，以適應惡劣的工作環(huán)境。5.1

可編程序邏輯控制器概要

5.1可編程序邏輯控制器概要

91在軟件方面采取的主要措施有：（1）設置故障檢測與診斷程序，每次掃描都對系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工怍環(huán)境和故障進行檢測與診斷，發(fā)現(xiàn)出錯后，立即自動做出相應的處理，如報警、保護數(shù)據和封鎖輸出等：（2）對用戶程序及動態(tài)數(shù)據進行電池后備，以保障停電后有關狀態(tài)及信息不會因此而丟失。采用以上抗干擾措施后，一般PLC的抗電平干擾強度可達峰值1000V，其平均無故障時間可高達30—50萬小時以上。5.1

可編程序邏輯控制器概要

5.1可編程序邏輯控制器概要

922．編程簡單易學PLC采用與繼電器控制線路圖非常接近的梯形圖作為編程語言，它既有繼電器電路清晰直觀的特點，又充分考慮到電氣工人和技術人員的讀圖習慣：對使用者來說，幾乎不需要專門的計算機知識。因此，易學易懂，程序改變時也容易修改5.1

可編程序邏輯控制器概要

2．編程簡單易學5.1可編程序邏輯控制器概要

933．功能完善，適應性強目前PLC產品已經標準化、系列化和模塊化，不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有A/D、D/A轉換、算術運算及數(shù)據處理、通信聯(lián)網和生產過程監(jiān)控等功能。它能根據實際需要，方便靈活地組裝成大小各異、功能不一的控制系統(tǒng)：既可控制一臺單機、一條生產線，又可以控制一個機群、多條生產線；既可以現(xiàn)場控制，又可以遠程控制。針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如交流或直流、開關量或模擬量、電流或電壓、脈沖或電位、強電或弱電等，PLC都有相應的I/O接口模塊與工業(yè)現(xiàn)場控制器件和設備直接連接，用戶可以根據需要方便地進行配置，組成實用、緊湊的控制系統(tǒng)。5.1

可編程序邏輯控制器概要

3．功能完善，適應性強5.1可編程序邏輯控制器概要

944．使用簡單，調試維修方便PLC的接線極其方便，只需將產生輸入信號的設備（如按鈕、開關等）與PLC的輸入端子連接，將接收輸出信號的被控設備（如接觸器、電磁閥等）與PLC的輸出端子連接，僅用螺絲刀即可完成全部接線工作。PLC的用戶程序可在實驗室模擬調試，輸入信號用開關來模擬，輸出信號可以觀察PLC的發(fā)光二極管。調試后再將PLC在現(xiàn)場安裝通調。調試工作量要比繼電器控制系統(tǒng)少得多。PLC的故障率很低，并且有完善的自診斷功能和運行故障指示裝置。一旦發(fā)生故障，可以通過PLC機上各種發(fā)光二極管的亮滅狀態(tài)迅速查明原因，排除故障。5.1

可編程序邏輯控制器概要

4．使用簡單，調試維修方便5.1可編程序邏輯控制器概要

955．體積小、重量輕、功耗低由于PLC采用半導體大規(guī)模集成電路，因此整個產品結構緊湊、體積小、重量輕、功耗低，PLC很容易裝入機械設備內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想的控制設備。5.1

可編程序邏輯控制器概要

5．體積小、重量輕、功耗低5.1可編程序邏輯控制器概要

965.1.3PLC編程語言PLC普遍流行的梯形圖進行講解，直觀易懂。它是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，與電氣原理圖相似。梯形圖通常有左右兩條母線，兩母線之間是內部“軟繼電器”的常開、常閉觸點以及繼電器線圈組成的平行的邏輯行，每個邏輯行以觸點與左母線開始，以線圈和右母線結束。5.1

可編程序邏輯控制器概要

5.1.3PLC編程語言5.1可編程序邏輯控制器概要

97梯形圖沿用繼電器等概念，如輸入繼電器、輸出繼電器和內部輔助繼電器，它們不是真實的硬件繼電器，而是在梯形圖中使用的編程元件（軟元件），每一個軟元件都與PLC存儲器的元件映像存儲器的存儲單元相對應。5.1

可編程序邏輯控制器概要

5.1可編程序邏輯控制器概要

985.2PLC的硬件結構PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其實質是一種工業(yè)控制用的專用計算機。因此其組成與一般的微型計算機基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分構成。可編程控制器主要由CPU、存儲器、I/O單元、外設接口、電源等組成。圖5-1為硬件系統(tǒng)的結構框圖圖5-1為PLC硬件系統(tǒng)的結構框圖5.2

PLC的硬件結構5.2PLC的硬件結構圖5-1為PLC硬件系統(tǒng)的結構框圖5995.2.1中央處理單元(CPU)CPU是PLC的核心，由控制器、運算器和寄存器等組成。它按照系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲用戶程序和數(shù)據，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入設備送來的狀態(tài)或數(shù)據，將其存入輸入寄存器中，并能診斷電源和內部電路的工作狀態(tài)。5.2

PLC的硬件結構5.2.1中央處理單元(CPU)5.2PLC的硬件結構100當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算，再將結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數(shù)據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。5.2

PLC的硬件結構5.2PLC的硬件結構101為了進一步提高PLC的可靠性，對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。CPU速度和內存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。5.2

PLC的硬件結構為了進一步提高PLC的可靠性，對大型PLC還采用雙CPU構成1025.2.2存儲器PLC存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器固化廠家編寫的系統(tǒng)程序，用戶不可以修改，包括系統(tǒng)管理程序和用戶指令解釋程序等：用戶存儲器包括用戶程序存儲器（程序區(qū)）和功能存儲器（工作數(shù)據區(qū)）兩部分。工作數(shù)據區(qū)是外界與PLC進行信息交互的主要交互區(qū)，它的每一個二進制位、每一個字節(jié)單位和字單位都有唯一的地址。系統(tǒng)程序存儲器是存放系統(tǒng)軟件的存儲器；用戶程序存儲器是存放PLC用戶程序應用;數(shù)據存儲器用來存儲PLC程序執(zhí)行時的中間狀態(tài)與信息，它相當于PC的內存。5.2

PLC的硬件結構5.2.2存儲器5.2PLC的硬件結構1035.2.3輸入輸出接口（I/O模塊）PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入寄存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊則正好相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。5.2

PLC的硬件結構5.2.3輸入輸出接口（I/O模塊）5.2PLC的硬件結104輸入接口是連接外部輸入設備和PLC內部的橋梁，輸入回路電源為外接直流電源。輸入接口接收來自輸入設備的控制信號，如限位開關、操作按鈕及一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉換成CPU能識別的二進制信號，進入內部電路，存入輸入映像寄存器中。運行時CPU從輸入映像寄存器中讀取輸入信息進行處理輸出接口連接被控對象的可執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥和指示燈等。它是PLC與被控對象的橋梁，輸出接口的輸出的狀態(tài)是由輸入接口輸入的數(shù)據與PLC內部設計的程序決定的。

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PLC的硬件結構5.2PLC的硬件結構1055.2.4通信接口通信接口的主要作用是實現(xiàn)PLC與外部設備之間的數(shù)據交換（通信）。通信接口的形式多樣，最基本的有RS-232,RS-422/RS-485等的標準串行接口?？梢酝ㄟ^多芯電纜，雙絞線，同軸電纜，光纜等進行連接。5.2

PLC的硬件結構5.2.4通信接口5.2PLC的硬件結構1065.2.5電源為PLC電路提供工作電源，在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是PLC穩(wěn)定運行的最基本保障。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。5.2

PLC的硬件結構5.2

PLC的硬件結構5.2PLC的硬件結構5.2PLC的硬件結構1075.3.1PLC的工作方式PLC靠執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制要求。為了便于執(zhí)行程序，在存儲器中設置輸入映像寄存器區(qū)和輸出映像寄存器區(qū)（或統(tǒng)稱I/O映像區(qū)），分別存放執(zhí)行程序之前的各輸入狀態(tài)和執(zhí)行過程中各運算結果的狀態(tài)。PLC對用戶程序的執(zhí)行是以循環(huán)掃描方式進行的。所謂掃描，只不過是一種形象的說法，用來描述CPU對程序順序、分時操作的過程。5.3

PLC的工作方式與工作過程5.3.1PLC的工作方式5.3PLC的工作方式與工作過108掃描從第O號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條掃描用戶程序，也就是順序執(zhí)行程序，直到程序結束，即完成一個掃描周期，然后再從頭開始執(zhí)行用戶程序，并周而復始地重復。由于CPU的運算處理速度很高，使得從外觀上看，用戶程序似乎是同時執(zhí)行的。5.3

PLC的工作方式與工作過程掃描從第O號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳109

PLC的掃描工作方式同傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)明顯不同。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式；在執(zhí)行過程中，如果一個繼電器的線圈通電，那么該繼電器的所有常開和常閉觸點，無論處在控制線路的什么位置，都會立即動作：其常開觸點閉合，常閉觸點打開。而PLC采用循環(huán)掃描控制程序的工作方式；在PLC的工作過程中，如果某個軟繼電器的線圈接通，該線圈的所有常開和常閉接點，并不一定都會立即動作，只有CPU掃描到該接直時才會動作：其常開接點閉合，常閉接點打開。5.3

PLC的工作方式與工作過程PLC的掃描工作方式同傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)明顯1105.3.2PLC的工作過程當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。5.3

PLC的工作方式與工作過程5.3.2PLC的工作過程5.3PLC的工作方式與工作過1111．輸入采樣階段在這個階段中，PLC按順序逐個采集所有輸入端子上的信號，而不論輸入端子上是否接線。CPU將順序讀取的全部輸入信號寫入到輸入映像寄存器中，輸入回路通則相應端子的映像寄存器就為1，輸入回路不通，則相應端子的映像寄存器就為0。在當前掃描周期內，用戶程序執(zhí)行時依據的輸入信號狀態(tài)(ON或OFF)均從輸入映像寄存器中讀取，5.3

PLC的工作方式與工作過程1．輸入采樣階段5.3PLC的工作方式與工作過程112而不管此時外部輸入信號狀態(tài)是否變化。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。5.3

PLC的工作方式與工作過程而不管此時外部輸入信號狀態(tài)是否變化。輸入采樣結束后，轉入用戶1132．程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。5.3

PLC的工作方式與工作過程2．程序執(zhí)行階段5.3PLC的工作方式與工作過程114在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。5.3

PLC的工作方式與工作過程在