第九章 可編程序控制器-1

可編程控制器原理及應(yīng)用

ProgrammableLogicController(PLC)

ProgrammableController(PC)可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展成以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置?！?

概述一、發(fā)展概況PLC可編程控制器二、PLC的品牌產(chǎn)品三菱：FX1S、FX1N、FX2N、Q、A系列日立：E、EC、EM、EMII、H、EH-150、MICRO-EH系列東芝：EX20EX40系列富士：NB、NJ、NS、SPB系列松下：FP0、FP1、FP2、FP2SH、FP3、FPM、FPC、FP5、

FP10、FP10S、FP10SH系列歐姆龍：CPM1A、CPM2A、C200H、CQM1、CQM1A、

CJ系列SIEMENS：SIMATICS7-200S7-300S7-400系列施耐德：Twido系列通用：GE-I系列德洲儀器：TI100系列LG：K10、K30、K60、K80、K100、K120、K120S（E）、

K200、K300、K1000系列二、PLC的品牌產(chǎn)品三、主要功能

1.邏輯控制可編程序控制器具有邏輯運(yùn)算功能，它設(shè)置有“與”、“或“、“非”等邏輯運(yùn)算指令，能夠描述繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。因此它可以代替繼電器進(jìn)行組合邏輯和順序邏輯控制。

2.定時(shí)控制可編程序控制器具有定時(shí)控制功能。它為用戶提供若干個(gè)定時(shí)器并設(shè)置了定時(shí)指令。定時(shí)時(shí)間可由用戶在編程時(shí)設(shè)定，并能在運(yùn)行中被讀出與修改，定時(shí)時(shí)間的最小單位也可在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，因此，使用靈活，操作方便。

3.計(jì)數(shù)控制可編程序控制器具有計(jì)數(shù)控制功能。它為用戶提供若干個(gè)計(jì)數(shù)器并設(shè)置了記數(shù)指令。計(jì)數(shù)值可由用戶在編程時(shí)設(shè)定，并能在運(yùn)行中被讀出與修改，有些可編程序控制器還設(shè)置了加計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)兩種不同的記數(shù)方式。

4.A/D、D/A轉(zhuǎn)換大多數(shù)可編程序控制器還具有摸/數(shù)（A/D）和數(shù)/摸（D/A）轉(zhuǎn)換功能，能完成對(duì)模擬量的檢測(cè)與控制。三、主要功能

5.定位控制有些可編程序控制器具有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)控制功能，能組成開(kāi)環(huán)系統(tǒng)或閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)位置控制。

6.通信與聯(lián)網(wǎng)有些可編程序控制器具有聯(lián)網(wǎng)和通信功能，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺(tái)可編程序控制器之間還可以進(jìn)行同位鏈接，還可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位鏈接。由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和多臺(tái)可編程序控制器可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。三、主要功能

7.數(shù)據(jù)處理功能大多數(shù)可編程序控制器都具有數(shù)據(jù)處理功能，能進(jìn)行數(shù)據(jù)并行傳送、比較運(yùn)算；BCD碼的加、減、乘、除等運(yùn)算；還能進(jìn)行字的按位“與”、“或”、“異或”、求反、邏輯移位、算術(shù)移位、數(shù)據(jù)檢索、比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換等操作。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程序控制器的功能還在不斷拓寬和增強(qiáng)。三、主要功能四、主要特點(diǎn)

1.可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、適用于惡劣工作環(huán)境

2.編程簡(jiǎn)單易學(xué)

3.應(yīng)用靈活方便

4.通用性強(qiáng)

5.具有完善的監(jiān)視和診斷功能

6.體積小、重量輕、功耗小、安裝維護(hù)方便、性價(jià)比高

1）各種機(jī)械行業(yè)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備、自動(dòng)線的自動(dòng)化控制；

2）順序控制、過(guò)程控制、位置控制、生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和管理、結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；

3）數(shù)字量、模擬量的數(shù)據(jù)采集；五、應(yīng)用范圍學(xué)習(xí)要求：了解可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)與基本工作原理搞清楚PLC內(nèi)部等效繼電器電路的等效思路熟悉PLC的指令系統(tǒng)掌握PLC的編程方法和開(kāi)發(fā)步驟

一、PLC的基本結(jié)構(gòu)三菱PC基本單元外形CPU存儲(chǔ)器通用串口擴(kuò)展接口電源外部設(shè)備（編程器等）擴(kuò)展單元、特殊功能單元等輸入狀態(tài)寄存器輸出狀態(tài)寄存器輸入接口輸出接口現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)輸出信號(hào)PLC基本結(jié)構(gòu)框圖§2

可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)與工作原理

2.存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：存放系統(tǒng)軟件，固化在ROM或EPROM等只讀存儲(chǔ)器中。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：存放用戶程序變量（數(shù)據(jù)）存儲(chǔ)區(qū)：存放內(nèi)部變量或數(shù)據(jù)通常采用低功耗的CMOS-RAM存儲(chǔ)器加備用電池，可讀寫(xiě)

1.中央處理單元CPU計(jì)算和控制中心。它的性能（位數(shù)和主頻）決定了PLC的運(yùn)算速度和信息處理量的大小。

3.輸入/輸出接口：是CPU連接工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的橋梁。CPU：標(biāo)準(zhǔn)電平弱電數(shù)字量外部設(shè)備：開(kāi)關(guān)量、模擬量不同電壓等級(jí)的交流、直流量高速、低速信號(hào)遠(yuǎn)程、本地信號(hào)輸入/輸出接口PC廠家為用戶提供各種類型的I/O接口電路。直流開(kāi)關(guān)量輸入接口電路光耦的作用:電氣隔離，抗干擾電平轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)量輸入接口：將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)變成CPU能接受的標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平。(圖)直流開(kāi)關(guān)量輸入接口交流開(kāi)關(guān)量輸入接口內(nèi)部直流電源發(fā)光二極管光電耦合器輸出方式開(kāi)關(guān)量輸出接口：通過(guò)該接口實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制繼電器輸出晶體管輸出晶閘管輸出繼電器輸出：輸出接口由繼電器構(gòu)成。晶體管輸出：輸出接口由晶體管構(gòu)成。晶閘管輸出：輸出接口由晶閘管構(gòu)成。適于大功率、低速、交、直流負(fù)載適合于小功率、高速、直流負(fù)載適合于大功率、高速、交流負(fù)載(圖)繼電器輸出型接口電路負(fù)載電源由外部提供繼電器輸出接口電路Y0COM1晶體管輸出接口電路+5V+24V+24V或+5V

6.編程器：是PLC的主要外設(shè)。用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視。便攜式：本身不帶CPU，只能聯(lián)機(jī)編程。體積小、重量輕、便于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

CRT智能式：帶有顯示屏的圖形編程器，有CPU，可聯(lián)機(jī)編程也可脫機(jī)編程，可用多種語(yǔ)言編程。

4.擴(kuò)展接口：是用于擴(kuò)展I/O單元或特殊功能單元。通用微機(jī)作為編程器：個(gè)人電腦，配上廠家提供的編程軟件和通訊線。有效利用資源。

5.電源：是PLC的供電電源一般為市電（也有24V供電的）。PLC內(nèi)部設(shè)計(jì)有電路進(jìn)行穩(wěn)壓和變換。以適應(yīng)內(nèi)部電路的需要。二、PLC的基本工作原理PLC的工作方式：循環(huán)掃描工作方式掃描周期：從開(kāi)始到輸出結(jié)果完成所需的時(shí)間。一般為幾毫秒~幾十毫秒。(圖)開(kāi)始自診斷與編程器通信讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)執(zhí)行用戶程序輸出結(jié)果STOPRUN用戶程序輸入映象寄存器輸出映象寄存器執(zhí)行用戶程序輸出讀入產(chǎn)品檢測(cè)傳送帶如圖示，用PLC來(lái)檢測(cè)產(chǎn)品數(shù)量。為確保不漏檢，對(duì)PLC掃描周期有何要求？產(chǎn)品通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間間隔為：T=0.025m/(50m/60s)=30ms,所以，PLC的掃描周期必須小于30msPLC的分類按I/O點(diǎn)數(shù)分小型PLC：入出總點(diǎn)數(shù)256中型PLC：入出總點(diǎn)數(shù)256~2048大型PLC：入出總點(diǎn)數(shù)>2048按結(jié)構(gòu)類型分整體式模塊式（積木式）按功能分低檔機(jī)中檔機(jī)高檔機(jī)

三、

PLC分類、主要技術(shù)指標(biāo)PLC的主要技術(shù)指標(biāo)入/出點(diǎn)數(shù)掃描速度內(nèi)存容量指令條數(shù)內(nèi)部元件功能模塊編程語(yǔ)言§3可編程控制器的軟件和用戶環(huán)境一、PLC的軟件結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)監(jiān)控程序用戶程序

1.監(jiān)控程序

監(jiān)控程序是可編程控制器產(chǎn)品必須包括的部分，由生產(chǎn)廠家提供。其功能如下：

1）系統(tǒng)管理

運(yùn)行管理：何時(shí)輸入、何時(shí)輸出、何時(shí)運(yùn)算、何時(shí)自檢、何時(shí)通訊等進(jìn)行時(shí)間上的分配管理。

程序空間的管理：生成用戶環(huán)境。

系統(tǒng)自檢程序：系統(tǒng)出錯(cuò)檢驗(yàn)、用戶程序語(yǔ)法檢驗(yàn)、句法檢驗(yàn)等。

2）用戶指令解釋程序編輯程序和解釋程序。

3）標(biāo)準(zhǔn)程序和系統(tǒng)調(diào)用

2.用戶程序

用戶在PLC提供的編程環(huán)境下編制的完成控制功能的程序。

1.用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1）位數(shù)據(jù)

這是一類邏輯量，其值只有“0”或“1”。

2）字?jǐn)?shù)據(jù)其數(shù)制、字長(zhǎng)有很多形式。單字或雙字、十進(jìn)制（K）或十六進(jìn)制(H)等。

3）位和字的混合。二、用戶環(huán)境

2、PLC的內(nèi)部等效電路輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸入部分：等效輸入繼電器。邏輯控制部分：由用戶程序?qū)崿F(xiàn)的邏輯關(guān)系。構(gòu)成邏輯電路的元件是等效編程元件。輸出部分：等效輸出繼電器。三菱F系列PLC的基本情況日本三菱的早期產(chǎn)品，小型機(jī)，整體式結(jié)構(gòu)，包括：基本單元，擴(kuò)展單元、特殊單元三種。

3.PLC的元件

用戶可以使用的輸入輸出接口、內(nèi)部存儲(chǔ)單元——統(tǒng)稱元件。型號(hào)表示方法入出總點(diǎn)數(shù)M(基本單元)E（擴(kuò)展單元）輸出類型R－繼電器輸出T－晶體管輸出S－晶閘管輸出電源種類V－100/110V交流E－220/240V交流D－24V直流FX2N—1234－FX2N--48MR主要技術(shù)指標(biāo)輸入、輸出點(diǎn)總數(shù)：48功耗：25VA定時(shí)器：16個(gè)計(jì)數(shù)器：16個(gè)輔助繼電器：192個(gè)（64個(gè)有掉電保護(hù)）內(nèi)存：890字運(yùn)算速度：45us/步序（平均）指令：20條輸出形式：繼電器輸出編程元件1.輸入繼電器（X0~X7，X10~X17，X20~X27，…）注意：元件編號(hào)采用八進(jìn)制輸入繼電器線圈由外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)，觸點(diǎn)可無(wú)限次使用。2.輸出繼電器（Y0~Y7，Y10~Y17，Y20~Y27，…）主要用于將內(nèi)部邏輯結(jié)果傳遞到外部負(fù)載，每一輸出繼電器僅有一常開(kāi)觸點(diǎn)連到輸出端子供外部負(fù)載用，同時(shí)也有軟觸點(diǎn)可無(wú)限次使用。3.輔助繼電器(M)

編號(hào)從M0開(kāi)始

十進(jìn)制編碼

通用型和掉電保護(hù)型兩種輔助繼電器僅供內(nèi)部使用4.定時(shí)器（T）

編號(hào)從T0開(kāi)始；十進(jìn)制編碼定時(shí)器按定時(shí)時(shí)鐘的不同進(jìn)行分組

延時(shí)時(shí)間由設(shè)定的K值大小確定定時(shí)器做計(jì)時(shí)功能5.計(jì)數(shù)器(C)

編號(hào)從C0開(kāi)始；十進(jìn)制編碼分加計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)和雙向計(jì)數(shù)器分掉電保護(hù)和通用型兩種

計(jì)數(shù)值由設(shè)定的K值大小確定可對(duì)外部事件或內(nèi)部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。

6.特殊輔助繼電器(M)M8000：運(yùn)行監(jiān)視當(dāng)PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，M8000自動(dòng)為“1”；反之，M8000為“0”M8002：產(chǎn)生初始化脈沖PLC的第一個(gè)掃描周期內(nèi)，M8002為“1”，以后為“0”。M8000M8002M8012：以周期為100ms循環(huán)通斷M8030：鋰電池電壓下