可編程邏輯控制器(PLC)

可編程邏輯控制器(PLC)訓(xùn)練課程一PLC簡(jiǎn)介二PLC構(gòu)成及工作原理三PLC的軟件系統(tǒng)四PLC的軟元件介紹五PLC的編程指令基本介紹生技部1第一頁(yè)，共59頁(yè)。一PLC簡(jiǎn)介生技部2第二頁(yè)，共59頁(yè)。PLC簡(jiǎn)介可編程序控制器（ProgrammableLogicController）簡(jiǎn)稱（PLC），是在繼電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動(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)控制裝置。生技部3第三頁(yè)，共59頁(yè)。定義：國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。在草案中對(duì)可編程控制器定義如下：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(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)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。生技部4第四頁(yè)，共59頁(yè)。PLC的產(chǎn)生1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車公司（GM）的要求研制成第一臺(tái)可編程序控制器。產(chǎn)生背景：1）繼電控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)：通用性和靈活性差、可靠性低。繼電器控制系統(tǒng)體積大、耗電多、可靠性低、接線復(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差，但簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜生技部5第五頁(yè)，共59頁(yè)。2）1968年，美國(guó)通用汽車公司（GM公司）為適應(yīng)汽車型號(hào)不斷翻新（小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量），提出要用一種新型的控制裝置取代繼電—接觸器控制裝置。擬訂了十項(xiàng)公開招標(biāo)的技術(shù)要求：①編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序；②維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；③可靠性高于繼電器控制裝置；④體積小于繼電器控制盤；⑤數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；⑥成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)；⑦輸入可為市電；⑧輸出可為市電，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器等；⑨擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最少；⑩用戶存儲(chǔ)器大于4KB。生技部6第六頁(yè)，共59頁(yè)。PLC的發(fā)展1)70年代初期：可編程序控制器僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等一些功能。2）70年代中期：70年代后隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微處理技術(shù)應(yīng)用，PLC還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。3）80年代以后：隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。

4）近年來PLC發(fā)展迅速具備了計(jì)算機(jī)功能的一種通用工業(yè)控制裝置，成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大技術(shù)支柱（PLC技術(shù)、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。

生技部7第七頁(yè)，共59頁(yè)。PLC的分類（1）按I／O點(diǎn)數(shù)分類；I／O點(diǎn)數(shù)在256以下為微型PLC；I／O點(diǎn)九在256～1024為中型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)大于1024為大型PLC；I／O點(diǎn)數(shù)在4000以上為超大型PLC。以上劃分不包括模擬量I／0點(diǎn)數(shù)，且劃分界限不是固定不變的。生技部8第八頁(yè)，共59頁(yè)。（2）按結(jié)構(gòu)形式分類整體式PLC：又稱單元式或箱體式。整體式PLC是將電源、CPU、I／0部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。模塊式PLC：將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I／0模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)，有的小型PLC也采用這種結(jié)構(gòu)。生技部9第九頁(yè)，共59頁(yè)。整體式生技部10第十頁(yè)，共59頁(yè)。模塊式電源模塊CPU模塊IO模塊底板生技部11第十一頁(yè)，共59頁(yè)。PLC的優(yōu)點(diǎn)①可靠性高(平均無(wú)故障時(shí)間3--5萬(wàn)小時(shí)）

②編程簡(jiǎn)單

③通用性強(qiáng)

④體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維護(hù)方便PLC的缺點(diǎn)各公司的PLC編程語(yǔ)言互不兼容。生技部12第十二頁(yè)，共59頁(yè)。PLC的主要生產(chǎn)廠家歐洲：西門子（Siemens）；法國(guó)的TE（Telemecanique）公司美國(guó)：A-B（Allen-Bradly）、GE（GeneralElectric）公司日本：三菱電機(jī)（MitsubishiElectric）、歐姆龍（OMRON）、富士(FUJI)、基恩士(KEYENCE)、松下(PANASONIC)臺(tái)灣：臺(tái)達(dá)(DELTA)韓國(guó):LG生技部13第十三頁(yè)，共59頁(yè)。三菱部分PLC圖片(工廠使用)生技部14第十四頁(yè)，共59頁(yè)。三菱部分PLC圖片(工廠使用)生技部15第十五頁(yè)，共59頁(yè)。松下部分PLC圖片(工廠使用)生技部16第十六頁(yè)，共59頁(yè)。三菱和臺(tái)達(dá)部分PLC圖片(工廠使用)生技部17第十七頁(yè)，共59頁(yè)。OMRON和KEYENCE部分PLC圖片(工廠使用)生技部18第十八頁(yè)，共59頁(yè)。LG、富士和西門子部分PLC圖片(工廠使用)生技部19第十九頁(yè)，共59頁(yè)。二PLC構(gòu)成及工作原理生技部20第二十頁(yè)，共59頁(yè)。PLC硬件組成示意圖

PLC中央處理器存儲(chǔ)器輸入輸出單元電源編程設(shè)備生技部21第二十一頁(yè)，共59頁(yè)。PLC結(jié)構(gòu)框圖生技部22第二十二頁(yè)，共59頁(yè)。中央處理器(CPU)中央處理單元（CPU）一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片上。

CPU的主要功能：從存儲(chǔ)器中讀取指令

執(zhí)行指令順序取指令處理中斷生技部23第二十三頁(yè)，共59頁(yè)。存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM：存儲(chǔ)各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào)試的程序生技部24第二十四頁(yè)，共59頁(yè)。輸入輸出(I/O)單元采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾1)輸入接口電路：將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。2)輸出接口電路：將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離3)輸出三種形式：繼電器--低速大功率 可控硅--高速大功率 晶體管--高速小功率生技部25第二十五頁(yè)，共59頁(yè)。ＰＬＣ外接實(shí)物圖按鈕傳感器行程開關(guān)接觸器發(fā)光管指示燈蜂鳴器電磁閥生技部26第二十六頁(yè)，共59頁(yè)。輸入接口電路開關(guān)量輸入接口直流輸入單元交流輸入單元交\直流輸入單元作用：把現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)量信號(hào)變成ＰＬＣ內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)生技部27第二十七頁(yè)，共59頁(yè)。直流輸入電路圖PLC輸入端,開關(guān)類元件工作電流流向生技部28第二十八頁(yè)，共59頁(yè)。交流輸入電路圖上“＋”下“－”下“＋”上“－”生技部29第二十九頁(yè)，共59頁(yè)。輸入接口電路模擬量輸入接口電壓信號(hào)電流信號(hào)作用：把現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)變化的模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合ＰＬＣ內(nèi)部處理的由若干位二進(jìn)制數(shù)字表示的信號(hào)生技部30第三十頁(yè)，共59頁(yè)。模擬量輸入接口的內(nèi)部電路框圖Ａ／Ｄ鎖存器光電隔離總線邏輯多路轉(zhuǎn)換開關(guān)現(xiàn)場(chǎng)裝置現(xiàn)場(chǎng)裝置濾波電平轉(zhuǎn)換濾波電平轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)總路線生技部31第三十一頁(yè)，共59頁(yè)。輸出接口電路開關(guān)量輸出接口1)繼電器型2)晶體管型3)可控硅型作用：把ＰＬＣ內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的開關(guān)量信號(hào)模擬量輸出接口

作用：將PLC運(yùn)算處理后的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)控制信號(hào)的需求生技部32第三十二頁(yè)，共59頁(yè)。繼電器型內(nèi)部電路晶體管型內(nèi)部電路可控硅型內(nèi)部電路輸出接口電路生技部33第三十三頁(yè)，共59頁(yè)。電源交流直流后備電池（鋰）供用戶存貯器（數(shù)據(jù)）開關(guān)電源供PLC供外部（DC24V）生技部34第三十四頁(yè)，共59頁(yè)。外部設(shè)備編程器其他外部設(shè)備生技部35第三十五頁(yè)，共59頁(yè)。編程器液晶顯示屏模式鍵指令參數(shù)鍵控制鍵生技部36第三十六頁(yè)，共59頁(yè)。其他外部設(shè)備COM2COM3COM1生技部37第三十七頁(yè)，共59頁(yè)。PLC工作原理一、工作方式——周期循環(huán)掃描二、工作過程——自診斷、輸入采樣、程序掃描、輸出刷新幾個(gè)外階段。三、掃描周期T=自檢時(shí)間+讀入一點(diǎn)時(shí)間×輸入點(diǎn)數(shù)+程序步數(shù)×運(yùn)算速度+輸出一點(diǎn)時(shí)間×輸出點(diǎn)數(shù)。生技部38第三十八頁(yè)，共59頁(yè)。PLC工作原理生技部39第三十九頁(yè)，共59頁(yè)。三PLC的軟件系統(tǒng)生技部40第四十頁(yè)，共59頁(yè)。PLC軟件系統(tǒng)組成系統(tǒng)監(jiān)控程序

運(yùn)行管理

生成用戶元件系統(tǒng)內(nèi)部自檢管理程序

解釋程序標(biāo)準(zhǔn)程序模塊、系統(tǒng)調(diào)用用戶程序自動(dòng)化系統(tǒng)控制程序數(shù)據(jù)表格軟件系統(tǒng)生技部41第四十一頁(yè)，共59頁(yè)。PLC的軟件1系統(tǒng)軟件管理程序解釋程序程序塊2應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件也叫用戶軟件，是用戶為達(dá)到某種控制目的，采用專用編程語(yǔ)言自住編制的程序．生技部42第四十二頁(yè)，共59頁(yè)。應(yīng)用軟件常用的編程語(yǔ)言梯形圖編程（LD）

采用繼電器電氣工程原理邏輯圖，各種軟元件被表示為觸點(diǎn)和線圈，圖形上各個(gè)觸點(diǎn)和線圈之間的電路連接關(guān)系就是它們的控制邏輯關(guān)系指令列表編程（IL）

所有的邏輯和運(yùn)算都使用指令和操作數(shù)的方式輸入順序功能圖編程（SFC）

順序功能圖是根據(jù)機(jī)械設(shè)備的流程或者工序，將控制分成了多個(gè)步和步到步之間轉(zhuǎn)換的一種語(yǔ)言。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的順序功能圖由初始步、一般步、步間的轉(zhuǎn)換條件、跳轉(zhuǎn)和重置組成、每一步就是機(jī)械設(shè)備的一個(gè)處理工序，一個(gè)步中可以有內(nèi)置梯形圖，也就是這一步需要完成的處理工序。生技部43第四十三頁(yè)，共59頁(yè)。指令

軟元件

指令說明

LD

X0

//裝載輸入點(diǎn)X0的值作為當(dāng)前能流點(diǎn)的值

OR

X1

//裝載輸入點(diǎn)X1的值，和當(dāng)前能流點(diǎn)的值進(jìn)行或運(yùn) //算后作為當(dāng)前能流點(diǎn)的值

AND

X2

//裝載輸入點(diǎn)X2的值，和當(dāng)前能流點(diǎn)的值進(jìn)行或運(yùn) // 算后作為當(dāng)前能流點(diǎn)的值

OUT

Y0

//根據(jù)當(dāng)前能流點(diǎn)的值，確定輸出點(diǎn)的值生技部44第四十四頁(yè)，共59頁(yè)。梯形圖梯形圖語(yǔ)言是一種以圖形符號(hào)及圖形符號(hào)在圖中的相互關(guān)系表示控制關(guān)系的編程語(yǔ)言,是從繼電器圖演變過來的繼電器圖形符號(hào)梯形圖圖形符號(hào)生技部45第四十五頁(yè)，共59頁(yè)。指令表指令表也叫做語(yǔ)句表ＬＤＸ０助記符操作數(shù)生技部46第四十六頁(yè)，共59頁(yè)。PLC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)十進(jìn)制數(shù)（DEC:DECimalnumber），常用于：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的設(shè)定值；輔助繼電器（M）、定時(shí)器（T）、計(jì)數(shù)器（C）、狀態(tài)（S）等軟元件的地址號(hào)；應(yīng)用指令的數(shù)值型操作數(shù)及指令動(dòng)作常數(shù)（K）。十六進(jìn)制數(shù)（HEX:HEXdecimalnumber）

與十進(jìn)制數(shù)一樣，用于指定應(yīng)用指令的數(shù)值型操作數(shù)及指令動(dòng)作常數(shù)（H）。生技部47第四十七頁(yè)，共59頁(yè)。二進(jìn)制數(shù)（BIN:BINarynumber）

PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)類型，通過外設(shè)進(jìn)行監(jiān)視時(shí)，各軟元件的數(shù)值自動(dòng)變換為十進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)。八進(jìn)制數(shù)（OCT:OCTalnumber）——用于輸入繼電器和輸出繼電器的軟元件編號(hào)。

輸入繼電器用X00~X07、X10~X17、X20~X27等八進(jìn)制格式進(jìn)行編號(hào)(三菱PLC)；輸出繼電器用Y00~Y07、Y10~Y17、Y20~Y27等八進(jìn)制格式進(jìn)行編號(hào)(三菱PLC)。PLC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)生技部48第四十八頁(yè)，共59頁(yè)。BCD碼（BCD:BINaryCodeDecimal）——用二進(jìn)制形式表示的十進(jìn)制數(shù)，常采用8421BCD碼。

常用BCD碼編碼開關(guān)將BCD碼數(shù)據(jù)送入PLC；PLC常以BCD碼格式將輸出數(shù)據(jù)送數(shù)碼顯示器顯示。浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（標(biāo)繪值）二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)常用于高精度浮點(diǎn)運(yùn)算；十進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)用于實(shí)施監(jiān)視。PLC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)生技部49第四十九頁(yè)，共59頁(yè)。PLC的軟元件介紹生技部50第五十頁(yè)，共59頁(yè)。軟元件分類輸入繼電器(如三菱PLCX開頭)輸出繼電器(如三菱PLCY開頭)輔助繼電器(如三菱PLCM開頭)狀態(tài)繼電器(如三菱PLCS開頭)計(jì)數(shù)器(如三菱PLCC開頭)計(jì)時(shí)器(如三菱PLCT開頭)數(shù)據(jù)寄存器(如三菱PLCD開頭)生技部51第五十一頁(yè)，共59頁(yè)。PLC軟元件(邏輯元件)輸入繼電器（X）在PLC內(nèi)部，與輸入端子相連的輸入繼電器是光電隔離的電子繼電器，采用八進(jìn)制編號(hào)，用無(wú)數(shù)個(gè)常開和常閉觸點(diǎn)。輸入繼電器不能用程序驅(qū)動(dòng)。生技部52第五十二頁(yè)，共59頁(yè)。輸出繼電器（Y）輸出繼電器采用八進(jìn)制編號(hào)，有內(nèi)部觸點(diǎn)和外部輸出觸點(diǎn)（繼電器觸點(diǎn)、雙向可控硅、晶體管等輸出元件）之分，由程序驅(qū)動(dòng)。在PLC內(nèi)部，外部輸出觸點(diǎn)與輸出端子相連，向外部負(fù)載輸出信號(hào)，且一個(gè)輸出繼電器只有一個(gè)常開型外部輸出觸點(diǎn)。輸出繼電器有無(wú)數(shù)個(gè)內(nèi)部常開和常閉觸點(diǎn)，編程時(shí)可隨意使用。PLC軟元件(邏輯元件)生技部53第五十三頁(yè)，共59頁(yè)。輔助繼電器（M）由內(nèi)部軟元件的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng),常開和常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不限，但不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載,采用十進(jìn)制編號(hào)。通用輔助繼電器掉電保持輔助繼電器特殊輔助繼電器只能利用其觸點(diǎn)的特殊輔助繼電器可驅(qū)動(dòng)線圈的特殊輔助繼電器通用輔助繼電器與掉電保持用輔助繼電器的比例，可通過外設(shè)設(shè)定參數(shù)進(jìn)