機電傳動控制CH9可編程控制器原理及應(yīng)用

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算機控制的基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置?！?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算功能，它設(shè)置有“與”、“或“、“非”等邏輯運算指令，能夠描述繼電器觸點的串聯(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行組合邏輯和順序邏輯控制。2.定時控制可編程序控制器具有定時控制功能。它為用戶提供若干個定時器并設(shè)置了定時指令。定時時間可由用戶在編程時設(shè)定，并能在運行中被讀出與修改，定時時間的最小單位也可在一定的范圍內(nèi)進行選擇，因此，使用靈活，操作方便。3.計數(shù)控制可編程序控制器具有計數(shù)控制功能。它為用戶提供若干個計數(shù)器并設(shè)置了記數(shù)指令。計數(shù)值可由用戶在編程時設(shè)定，并能在運行中被讀出與修改，有些可編程序控制器還設(shè)置了加計數(shù)、減計數(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，能完成對模擬量的檢測與控制。三、主要功能5.定位控制有些可編程序控制器具有步進電動機和伺服電動機控制功能，能組成開環(huán)系統(tǒng)或閉環(huán)系統(tǒng)，實現(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，可以進行遠程I/O控制，多臺可編程序控制器之間還可以進行同位鏈接，還可以與計算機進行上位鏈接。由一臺計算機和多臺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，能進行數(shù)據(jù)并行傳送、比較運算；BCD碼的加、減、乘、除等運算；還能進行字的按位“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。三、主要功能四、主要特點1.可靠性高、抗干擾能力強、適用于惡劣工作環(huán)境

2.編程簡單易學(xué)

3.應(yīng)用靈活方便

4.通用性強

5.具有完善的監(jiān)視和診斷功能

6.體積小、重量輕、功耗小、安裝維護方便、性價比高1）各種機械行業(yè)，可實現(xiàn)設(shè)備、自動線的自動化控制；2）順序控制、過程控制、位置控制、生產(chǎn)過程的監(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存儲器通用串口擴展接口電源外部設(shè)備（編程器等）擴展單元、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)場輸入信號現(xiàn)場輸出信號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.存儲器系統(tǒng)程序存儲區(qū)：存放系統(tǒng)軟件，固化在ROM或EPROM等只讀存儲器中。用戶程序存儲區(qū)：存放用戶程序變量（數(shù)據(jù)）存儲區(qū)：存放內(nèi)部變量或數(shù)據(jù)通常采用低功耗的CMOS-RAM存儲器加備用電池，可讀寫1.中央處理單元CPU

計算和控制中心。它的性能（位數(shù)和主頻）決定了PLC的運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)場設(shè)備的橋梁。CPU：標準電平弱電數(shù)字量外部設(shè)備：開關(guān)量、模擬量不同電壓等級的交流、直流量高速、低速信號遠程、本地信號輸入/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)換開關(guān)量輸入接口：將工業(yè)現(xiàn)場的開關(guān)量信號轉(zhuǎn)變成CPU能接受的標準邏輯電平。(圖)直流開關(guān)量輸入接口交流開關(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關(guān)量輸出接口：通過該接口實現(xiàn)對外部設(shè)備的驅(qū)動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、直流負載適合于小功率、高速、直流負載適合于大功率、高速、交流負載(圖)繼電器輸出型接口電路負載電源由外部提供Y0COM1晶體管輸出接口電路+5V+24V+24V或+5V6.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)機編程。體積小、重量輕、便于生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)試。CRT智能式：帶有顯示屏的圖形編程器，有CPU，可聯(lián)機編程也可脫機編程，可用多種語言編程。4.擴展接口：是用于擴展I/O單元或特殊功能單元。

通用微機作為編程器：個人電腦，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)計有電路進行穩(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：從開始到輸出結(jié)果完成所需的時間。一般為幾毫秒~幾十毫秒。(圖)開始自診斷與編程器通信讀入現(xiàn)場信號執(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)品檢測傳送帶如圖示，用PLC來檢測產(chǎn)品數(shù)量。為確保不漏檢，對PLC掃描周期有何要求？

產(chǎn)品通過檢測點的時間間隔為：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點數(shù)分小型PLC：入出總點數(shù)256中型PLC：入出總點數(shù)256~2048大型PLC：入出總點數(shù)>2048按結(jié)構(gòu)類型分整體式模塊式（積木式）按功能分低檔機中檔機高檔機

三、PLC分類、主要技術(shù)指標PLC的主要技術(shù)指標入/出點數(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，有生產(chǎn)廠家提供。其功能如下：

1）系統(tǒng)管理運行管理：何時輸入、何時輸出、何時運算、何時自檢、何時通訊等進行時間上的分配管理。程序空間的管理：生成用戶環(huán)境。系統(tǒng)自檢程序：系統(tǒng)出錯檢驗、用戶程序語法檢驗、句法檢驗等。2）用戶指令解釋程序編輯程序和解釋程序。3）標準程序和系統(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）字數(shù)據(jù)其數(shù)制、字長有很多形式。單字或雙字、十進制（K）或十六進制(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，整體式結(jié)構(gòu)，包括：基本單元，擴展單元、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)部存儲單元——統(tǒng)稱元件。型號表示方法入出總點數(shù)M(基本單元)E（擴展單元）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)指標輸入、輸出點總數(shù)：48功耗：25VA定時器：16個計數(shù)器：16個輔助繼電器：192個（64個有掉電保護）內(nèi)存：890字運算速度：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：元件編號采用八進制輸入繼電器狀態(tài)由外部信號驅(qū)動，在用戶程序中可進行無限次讀操作。2.輸出繼電器（Y0~Y7，Y10~Y17，Y20~Y27，…）主要用于將內(nèi)部邏輯結(jié)果傳遞到外部負載，每一輸出繼電器對應(yīng)一個輸出接點控制一個外部負載。在用戶程序中，只能對其進行一次寫操作，但可無限次讀操作。3.輔助繼電器(M)

編號從M0開始十進制編碼通用型和掉電保護型兩種輔助繼電器僅供內(nèi)部使用4.定時器（T）編號從T0開始；十進制編碼定時器按定時時鐘的不同進行分組

延時時間由設(shè)定的K值大小確定定時器做計時功能5.計數(shù)器(C)

編號從C0開始；十進制編碼分加計數(shù)、減計數(shù)和雙向計數(shù)器分掉電保護和通用型兩種

計數(shù)值由設(shè)定的K值大小確定可對外部事件或內(nèi)部脈沖進行計數(shù)。6.特殊輔助繼電器(M)M8000：運行監(jiān)視當PLC處于運行狀態(tài)時，M8000自動為“1”；反之，M8000為“0”M8002：產(chǎn)生初始化脈沖PLC的第一個掃描周期內(nèi)，M8002為“1”，以后為“0”。M8000M8002M8012：以周期為100ms循環(huán)通斷M8030：鋰電池電壓下降到一定值時M8030為“1”M8033：PLC停止運行時輸出保持M8034：若使M77得電將起到禁止全部輸出的作用M80127.狀態(tài)元件(S)

編號從S0開始；十進制編碼分初始狀態(tài)元件、原位狀態(tài)元件、通用狀態(tài)元件和保持狀態(tài)元件狀態(tài)元件是步進順序控制的重要元件。8.指針（P/I）編號從0開始十進制編碼調(diào)用指令和跳轉(zhuǎn)用分支指正P，中斷程序使用中斷指針I(yè)

§4可編程控制器的基本邏輯指令和編程一、PLC的常用編程語言助記符語言：類似于匯編語言，用易于記憶的助記符表達某種操作梯形圖語言:與傳統(tǒng)的繼電器－接觸器控制線路圖相似，不同的是特定元件和構(gòu)圖規(guī)則LDX400ORX402ANIX401OUTY430LDX402OUTY431形象、直觀、易于接受邏輯功能圖語言：類似于與、或、非邏輯電路順序功能流程圖語言：類似于程序框圖。對于一些較復(fù)雜的順序控制，用此較易易于描述較為復(fù)雜的控制功能，表達直觀二、梯形圖程序設(shè)計的規(guī)則和方法梯形圖中的元件：必須是對應(yīng)PLC中給定編號的編程元件梯形圖符號：觸頭表示讀取位元件的狀態(tài)；線圈表示對位元件進行寫操作；母線：假象能電流從左母線流向右母線邏輯行（每一線圈為一邏輯行）：按自上而下，自左而右的順序畫邏輯行線圈和觸點的使用：線圈：線圈右邊必須連右母線，左邊必須有觸點，同一程序中同一元件的線圈使用兩次或以上稱為雙線圈輸出，一般不應(yīng)出現(xiàn)雙線圈輸出。觸點：軟觸點，可以無限次的使用，觸點不能連到右母線。程序有結(jié)尾標志§2三菱F系列PLC的基本指令輸入、輸出指令LD：“取”指令，用于母線、分支電路開始時讀取位元件X、Y、M、T、C、S的狀態(tài)。LDI：“取反”指令，用于母線、分支電路開始時讀取位元件X、Y、M、T、C、S的反碼。OUT：輸出，對位元件Y、M、T、C、S進行寫操作。注意：驅(qū)動T或C時，該指令后必須設(shè)常數(shù)K值。輸入輸出指令編程示例LDX000OUTY000LDIX001OUTM100OUTT0K19LDT0OUTY001LD、LDI地址碼：X、Y、C、T、M、SOUT地址碼：Y、C、T、M、S邏輯指令與指令A(yù)ND：“與”，一個位元件的狀態(tài)與前面狀態(tài)的串聯(lián)指令A(yù)NI：“與非”，一個位元件的反碼與前面狀態(tài)的串聯(lián)指令地址碼：X、Y、M、T、C、SLDX002ANDM102OUTY035LDY035ANIX003OUTM102ANDT1OUTY036或指令OR：”或“，一個位元件的狀態(tài)與前面狀態(tài)進行或操作的指令ORI：”或非”，個位元件的反碼與前面狀態(tài)進行或操作的指令地址碼：X、Y、M、T、C、SLDX014ORX016ORIM102OUTY035LDY035ANDX015ORM103ANIX017ORIM110OUTM103電路塊連接指令ORB：塊電路或指令，兩個以上觸點串聯(lián)的支路與前面支路并聯(lián)連接指令LDX001ANDX002LDIX003ANDX004ORBLDX005ANIX006ORBORX007OUTY036ANB：電路塊與指令，用于并聯(lián)電路塊與前面接點電路或并聯(lián)電路塊的串聯(lián)連接指令LDX001ANDX002LDX003ANIX004ORBLDX005ANDX006LDIX007ANDX010ORBANBORX011OUTY030復(fù)位指令RST：用于對計數(shù)器、移位寄存器的復(fù)位計數(shù)器及復(fù)位指令使用示例LDX000RSTC0LDX401OUTC0K10LDC0OUTY030復(fù)位輸入端為1：K值置入計數(shù)器計數(shù)器狀態(tài)為0

計數(shù)輸入端每通斷一次，計數(shù)值減1或減1

計數(shù)器狀態(tài)：當計數(shù)值計到設(shè)定值時，計數(shù)器狀態(tài)為1一直保持直到被復(fù)位指令復(fù)位注：當復(fù)位輸入保持時，計數(shù)信號不起作用計數(shù)器有掉電保護和普通性復(fù)位輸入端為0：M8002——特殊輔助繼電器定時時間=100X600ms

脈沖輸出指令

PLS：將脈寬較寬的輸入信號變成脈寬等于PLC掃描周期的脈沖信號保持指令SET：置位保持指令RST：復(fù)位保持指令LDX001SETM202LDX002RSTM202使M202置位并保持使M202復(fù)位并保持主控母線指令（目標元素M100~M177）MC：主控開始，引出一條分支母線MCR：主控返回，使分支母線結(jié)束并回到原來的母線上

多個繼電器同時受一個觸點或一組觸點控制，這種控制稱為主控指令多，占用內(nèi)存多輸出繼電器Y530、Y531、Y532受輸入繼電器X500、X501主控LDX500ANDX501OUTM100MCM100LDX502OUTY530LDX503OUTY531LDX504OUTY532MCRM100LDX505OUTY533更好的辦法：采用主控指令注意：MC、MCR必須成對出現(xiàn)。分支母線上每一邏輯行編程時，都要用LD或LDI指令開始?？汕短资褂弥骺啬妇€指令，最多8次。跳步指令CJP：跳轉(zhuǎn)開始EJP：跳轉(zhuǎn)結(jié)束（1）CJP、EJP后面跟一個標號，代表目的地址。為：700~777之間的3位8進制數(shù)。程序A跳轉(zhuǎn)條件成立？程序C程序BYN（2）程序中CJP跳轉(zhuǎn)目的地、必須有EJP對應(yīng)。CJP總在前，EJP總在后。圖空操作指令NOP：不完成任何操作，只是占用一步的時間。程序結(jié)束指令END：用于結(jié)束程序，表示程序終了指令小結(jié)：LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI——對觸點操作的指令A(yù)NB、ORB——觸點塊連接指令OUT、SET、RST、PLS——對線圈操作的指令CJP、EJP、MC、MCR、MPS、MRD、

MPP、NOP、END——其它指令堆棧指令MPS：進棧指令MRD：讀棧指令MPP：出棧指令LDX500ANDX501MPSANDX502OUTY530MRDANDX503OUTY531MPPANDX504OUTY532LDX505OUTY533四、常用編程注意事項

1.程序的正確性正確的程序X001X002Y001X004X005X003X001X004Y001X004X005X003X002X001X005X002X003正確的程序X001X004Y031X003Y032X001X004Y031X003Y032Y431雙線圈輸出，前一個無效X402、Y400是不存在的元件地址X000Y001X402X001Y001Y400LDX400LDX401ANDX402ORBOUTY431LDX401ANDX402ORX400OUTY4312.程序的合理性觸點串并聯(lián)原則：“左重右輕，上重下輕”LDX400LDX401ORX402ANBOUTY431LDX401ORX402ANDX400OUTY4316.4可編程控制器的應(yīng)用一、電動機常用控制線路舉例1.三相異步電動機起、?？刂崎_關(guān)量邏輯控制SB1:起動按鈕SB2:停止按鈕圖X400Y430Y430X402X401KH:熱繼電器常開觸點X402正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)停止2.三相異步電動機正反轉(zhuǎn)控制目標：按一下SB1，電機正轉(zhuǎn)——KM1得電并保持按一下SB2，電機反轉(zhuǎn)——KM2得電并保持按一下SB3，電機停轉(zhuǎn)——KM1、KM2失電圖X400X401M100M100X402Y431M100T450K2T450Y430X401X400M101M101X402Y430M101T451K2T451Y431

在上述正反轉(zhuǎn)控制中，若梯形圖設(shè)計為如下方式，在實際運行中可行嗎？為什么？3.三相異步電動機Y/啟動控制Y：KM、KM1得電：KM、KM2得電起動停止KMKM2KM1引出分支母線起動KM的同時T450開始延時KM1線圈失電后T451開始延時保持KM得電KM1:ONKM2:OFFKM1:OFFKM2:ON先后分支母線返回圖KM1KM2主電路KMX400X401Y430M100T450T450M100Y430Y432Y431Y431Y432T451T451Y432Y432Y430Y432二、鉆孔動力頭的控制

動力頭停在處于原位，1ST被壓合

起動SB，電磁閥1YA得電，使動力頭快進

到達工位2，2ST被壓合，使電磁閥1YA、2YA都得電，動力頭工進

到達工位3，3ST被壓合，使電磁閥1YA、2YA失電，動力頭停止前進，工進延時1S，等待加工完成。

延時時間到，電磁閥3YA得電，動力頭退回步序輸入條件輸出1YA3YA2YA原位1ST－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋快進1ST?SB工進2ST延時3ST退回3ST?KT1ST原位動作順序表：現(xiàn)場器件PLC對應(yīng)端子1ST動力頭原位說明輸入輸出2ST3STSBX400X401X402X4031YA2YA3YAY431Y432Y433快進到位工進到位起動按鈕快進、工進工進退回PLC分配對照表PLC與外部器件的連接關(guān)系：X402X402Y433X400X400X403Y431Y431X401Y432Y432X402T450K1COMX400X401X402X403Y431Y432Y433COM1~電源FU1YA2YA3YA1ST2ST3STSBNLGNDPLC的工作電源原位按扭快進工進停止延時退回Y433T450Y433三、搬運機械手的控制搬運機械手示意圖工藝流程圖夾緊后，延時3S再上升，保證可靠夾緊松開后，延時2S再上升，保證可靠松開1ST：下限2ST：上限3ST：右限4ST：左限工件夾緊——電磁閥驅(qū)動汽缸來實現(xiàn)2YA：ON夾緊，OFF松開機械手移動：

1YA，控制下降

3YA，上升

4YA，右移

5YA，左移步序輸入條件下降1YA夾緊2YA上升3YA右移4YA左移5YA燈HL原點2ST.4ST——————————+下降1SB+——————————夾緊1ST——+————————上升KT1——++————右移2ST——+——+————下降3ST++————————松開1ST————————————上升KT2————+——————左移2ST————————+——原點2ST.4ST——————————+設(shè)計思路：原位——下降——夾緊——上升——右行——下降——松開——M100M101M102M103M104M105M106

上升——左行——