第六章可編程控制器課件

可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理可編程控制器的程序編制可編程控制器應(yīng)用舉例1第6章 可編程控制器（PLC）概述1.定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算的電子操作系統(tǒng)裝置，專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計的，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備都應(yīng)按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)聯(lián)成一個整體和易于擴充其功能的原則進(jìn)行設(shè)計22.

可編程控制器的發(fā)展：它的起源可以追溯到60年代，美國通用汽車公司為了適應(yīng)汽車型號不斷翻新的需要，對生產(chǎn)線上的控制設(shè)備提出了新的要求，為此研制了第一臺可編程控制器用于生產(chǎn)線上，通過改變存儲在里面的指令的方法來改變生產(chǎn)線的控制流程，從而提供了繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的靈活性。但這一時期它主要是代替繼電器系統(tǒng)完成順序控制，雖然也采用了計算機的設(shè)計思想，實際只能進(jìn)行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器簡稱PLC（Programmable

Logical

Controller）。3進(jìn)入80年代，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制、順序控制的范圍，可以進(jìn)行模擬量控制、位置控制，特別是遠(yuǎn)程通訊功能的實現(xiàn)，易于實現(xiàn)柔性加工和制造系統(tǒng)，因此將其稱為可編程控制器（Programmable

Controller）簡稱PC,但為了與個人電腦PC相區(qū)別，仍將其稱為PLC。PLC已被稱為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、

機器人和CAD/CAM）之一。目前PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機械、輕工等領(lǐng)域，加速了機電一體化的進(jìn)程。4各種PLC的具體結(jié)構(gòu)雖然多種多樣，但其結(jié)構(gòu)和工作原理大同小異，都是以微處理器為核心的電子電氣系統(tǒng)。PLC各種功能的實現(xiàn)，不僅基于其硬件的作用，而且要靠其軟件的支持。PLC內(nèi)部主要由主機、輸入/輸出接口、電源、編程器、擴展接口和外部設(shè)備接口等幾部分組成。6.1

可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作方式6.1.1

可編程控制器的結(jié)構(gòu)及各部分的作用5模擬量輸入行程開關(guān)繼電器觸點各種開關(guān)傳感器CPU電源部件輸

出接口輸入接口外設(shè)接口照明電磁裝置執(zhí)行機構(gòu)采用光電耦合電路繼電器、可控硅、晶體管電路編程器打印機計算機6主機主機部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器CPU是PLC的核心，一切邏輯運算及判斷都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是我們常說的電腦芯片。運行用戶程序。監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)。作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理7內(nèi)部存儲器有兩類：一類是系統(tǒng)程序存儲器，另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器系統(tǒng)程序存儲器：主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序

及對用戶程序作編譯處理的程序。系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改。用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器：主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果。8輸入/輸出(I/O)接口輸入接口用于接收輸入設(shè)備（如：按鈕、行程開關(guān)、傳感器等）的控制信號。輸出接口用于將經(jīng)主機處理過的結(jié)果通過輸出電路去驅(qū)動輸出設(shè)備（如:接觸器、電磁閥、指示燈等）。電源電源指為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電

路工作所配備的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源94.

編程器編程器是PLC很重要的外部設(shè)備，它主要由鍵盤、顯示器組成。編程器分簡易型和智能型兩類。小型PLC常用簡易編程器，大、中型PLC多用智PLC工作狀況?，F(xiàn)在許多PLC采用和計算機聯(lián)接，并利用專

用的工具軟件進(jìn)行編程或監(jiān)控。PCFPPROGRAMMER(HELP)CLR10FN/PFLSTKIX/IYREAD?ST

AN

OR

OTX?WX

Y?WY

R?WR

L?WLNOTDT/LdSC(-)OPSRC?TM

CT

(BIN)T?SV

C?EV

K/HACLRENT

WRT能編程器。編程器的作用是編CDEF制用戶程序并送入PLC程序存89AB儲器。利用編程器可檢查、修4567改、調(diào)試用戶程序和在線監(jiān)視0123(DELT)CLR手持式的編程器輸入輸出擴展接口I/O擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數(shù)擴展單元與基本單元（即主機）聯(lián)接在一起。外部設(shè)備接口此接口可將編程器、打印機、條形碼掃描儀等外部設(shè)備與主機相連。116.1.2可編程控制器的工作原理PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的工作方式，這個過

程可分為輸入采樣，程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，整個過程掃描并執(zhí)行一次所需的時間稱為掃描周期。輸入端子輸入接口輸入狀態(tài)寄存器輸出接口輸出狀態(tài)寄存器輸出端子程序執(zhí)行讀讀寫輸入采樣 程序執(zhí)行 輸出刷新121.輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段，以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)，并將此狀態(tài)存入輸入狀態(tài)寄存器，即刷新輸入。接著轉(zhuǎn)入程

序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)發(fā)

生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，只

有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入。13程序執(zhí)行階段PLC在執(zhí)行階段，按先左后右，先上后下的步序，執(zhí)行程序指令。其過程如下：從輸入狀態(tài)寄存器和其它元件狀態(tài)寄存器中讀出有關(guān)元件的通/斷狀態(tài)，并根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)的狀態(tài)寄存器中。輸出刷新階段在所有指令執(zhí)行完畢后，將各物理繼電器對應(yīng)的輸出狀態(tài)寄存器的通/斷狀態(tài)，在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出寄存器，去控制各物理繼電器的通/斷，這才是PLC的實際輸出。14由PLC的工作過程可見，在PLC的程序執(zhí)行階段，即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容

也不會立即改變，要等到下一個周期輸入處理階段

才能改變。暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號，

等到一個循環(huán)周期結(jié)束，CPU集中將這些輸出信號

全部輸出給輸出鎖存器，這才成為實際的CPU輸出。因此全部輸入、輸出狀態(tài)的改變就需要一個掃描周

期，換言之，輸入、輸出的狀態(tài)保持一個掃描周期。156.1.3

可編程控制器的主要技術(shù)性能I/O點數(shù)指PLC外部輸入和輸出端子數(shù)。用戶程序存儲容量用來衡量PLC所能存儲用戶程序的多少。掃描速度指掃描1000步用戶程序所需的時間，以ms/千步為單位。指令系統(tǒng)條數(shù)指PLC具有的基本指令和高級指令的種類和數(shù)量。種類數(shù)量越多，軟件功能越強。165.

編程元件的種類和數(shù)量編程元件指：輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、通用“字”寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能繼電器等。其種類和數(shù)量是衡量PLC的一個指標(biāo)。器FP1－C24編程元件的表示形式及編號范圍元件名稱代表字母編號范圍輸入繼電器XX0～XF

共16點輸出繼電器YY0～Y7

共8點輔助繼電器RR0～R62F

共1008點定時器TT0～T99

共100點計數(shù)器CC100～C143

共44點通用“字”寄存WRWR0～WR62

共63個176.1.4

可編程控制器的主要功能和特點主要功能開關(guān)邏輯控制定時/計數(shù)控制步進(jìn)控制數(shù)據(jù)處理過程控制運動控制通信聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控（9）數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換182.

PLC的主要特點可靠性高，抗干擾能力強。由于采用大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少，并且在硬件

的設(shè)計和制造的過程中采取了一系列隔離和抗干擾措

施，使它能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，具有很高的可靠性。編程簡單，使用方便。通用性好，具有在線修改能力。PLC硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以靈活地組態(tài)以適應(yīng)不同的控制對象，控制規(guī)模和控制功能的要求。且可通過修改軟件，來實現(xiàn)在線修改的能力，因此其功能易于擴展，具有廣泛的工業(yè)通用性。19縮短設(shè)計、施工、投產(chǎn)的周期，維護容量。目前PLC產(chǎn)品朝著系列化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，只需根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，選用相應(yīng)的模塊進(jìn)行組合設(shè)計，同時用軟件編程代替了繼電控制的硬連線，大大減輕了接線工作，同時PLC還具有故障檢測和顯示功能，使故障處理時間縮短。體積小，易于實現(xiàn)機電一體化。206.2

可編程控制器的程序編制6.2.1可編程控制器的編程語言PLC的控制作用是靠執(zhí)行用戶程序?qū)崿F(xiàn)的，因此必須將控制要求用程序的形式表達(dá)出來。程序編制就是是通過特定的語言講一個控制要求描述出來的過程。PLC的編程語言基本上可歸納為：指令語句表語言梯形圖語言流程圖語言

布爾代數(shù)語言目前常用211.

梯形圖是在繼電控制系統(tǒng)電氣原理圖基礎(chǔ)上開發(fā)出

來的一種圖形語言。它繼承了繼電器接點、線圈、串聯(lián)、并聯(lián)等術(shù)語和類似的圖形符號，具有形象、直觀、實用的特點，不需學(xué)習(xí)計算機專業(yè)知識，

電氣技術(shù)人員使用最方便。通常用

、 圖形符號分別表示PLC編程元件的常開和常閉觸點；用

[]（或

）表示它們的線圈。編程元件的種類用圖形符號及標(biāo)注的字母或數(shù)字加以區(qū)別。22KMSB1SB2FRKM直接啟動的控制線路鼠籠式電動機直接起動控制(a)梯形圖；(b)指令語句表23常閉接點Y1X2X1注意：這些接點或線圈并不是真實的物理繼電器接點或線圈，而是在軟件編程中使用的編程元件，每個編程元件與存儲器中的一個存儲單元相對應(yīng)，該存儲單元為“1”則表示梯形圖中常開閉合,常閉斷開，線圈通電。Y1[

]狀態(tài)取決于按鈕是否動作如：按SB2121，則X1存儲單元為“1”則其常開閉開閉接點閉斷閉斷合開合開，線圈通斷通斷電，電機轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)停動車動車。輸出繼電

器(線圈)常開接點24注意：（1）梯形圖中的繼電器是一個存儲單元，其邏輯狀態(tài)為

“1” 時，表示相應(yīng)繼電器的線圈接通，常開觸點閉合，常閉觸點斷開。每一邏輯行（或梯級）開始于左母線，接著是觸點的串、并聯(lián)，最后是線圈與右母線聯(lián)接。流過每一梯級的是

“概念電流”

，只用來描述線圈接通。輸入繼電器不能由PLC

內(nèi)部繼電器直接驅(qū)動，所以圖中只有其觸點，而沒有相應(yīng)的線圈；輸出繼電器的線圈接通只表示有信號輸出，但不直接驅(qū)動輸出設(shè)備。25指令語句表是一種用指令助記符來編制PLC程序的語言。它類似于計算機的匯編語言。但比匯編語言容易理解。鼠籠式電動機直接起動控制的指令語句表如下所示。ST

起始指令（取指令）OR

觸點并聯(lián)指令（

“或”指令）

AN/

觸點串聯(lián)反指令（

“與非”指令）OT

輸出指令ED

程序結(jié)束指令2.

指令語句表26KMSB1SB2FRKM直接啟動的控制線路鼠籠式電動機直接起動控制(a)梯形圖；(b)指令語句表276.2.2

可編程控制器的編程原則和方法1.

編程原則PLC編程元件的觸點在編程過程中可以無限次使用，每個繼電器的線圈在梯形圖中只能出現(xiàn)一次(負(fù)責(zé)將引起誤操作)，它的觸點可以使用無數(shù)次。梯形圖的每一邏輯行皆起始于左母線，終止于右母線。線圈總是處于最右邊，且不能直接與左邊母線相連。[

]

[

][

]

[

]28（3）編制梯形圖時，應(yīng)盡量做到“上重下輕、左重右輕”。不合理合理[

]

[

]（4）兩個或兩個以上的線圈可以并聯(lián)，但不可以串聯(lián)。X0X0[

]Y1[

]29(5)在梯形圖中應(yīng)避免將觸點畫在垂直線上，這種橋式梯形圖無法用指令語句編程，應(yīng)改畫成能夠編程的形式。X1X2

X3

X4

Y1X1X1

X3

X5

Y2X2X2X3X4

Y1X5

Y2(6)外部輸入設(shè)備動斷觸點的處理。30KMSB1SB2FRKM(a)PLCX1Y1X2SB1SB2KMFRX2Y1X1

Y1COM

COME(b)31PLCX1Y1X2SB1SB2KMFRX2Y1X1

Y1COM

COME(c)由圖(a)(b)(c)可以看出，為了使梯形圖和繼電接觸器控制線路一一對應(yīng)，PLC輸入設(shè)備的觸點應(yīng)盡可能的結(jié)成動合形式。322.

編程方法(1)確定I/O點數(shù)及分配停止按鈕SB1、正轉(zhuǎn)啟動按鈕SBF

、反轉(zhuǎn)啟動按鈕SBR這三個外部按鈕在PLC的三個輸出端子上，可分別分配為X0、X1、X2來接收輸入信號；正轉(zhuǎn)接出線圈KMF和反轉(zhuǎn)接觸線圈KMR須接在兩個輸出端子上，可分別分配為Y1和Y2。共需要5個I/O點，即輸入輸出SB1X0KMFY1SBFX1SBRX2KMRY233KMFSB1SBFKHKMRKMFSBRKMRKMFPLCX0Y1X1Y2EFRSB1SBRSBFKMFKMF

KMRKMRKMR電動機正反轉(zhuǎn)的控制線路X2COM

COM電動機正反轉(zhuǎn)控制的外部接線圖34梯形圖程序正轉(zhuǎn)互鎖接點自鎖接點反轉(zhuǎn)Y1X1X0Y2[

]Y2X2X0Y1Y2[

]Y1(2)編制梯形圖和指令語句表地址指令0ST

X11OR

Y12AN/

X03AN/

Y24OT

Y15ST

X26OR

Y27AN/

X08AN/

Y19OT

Y210END(END)356.2.3

可編程控制器的指令系統(tǒng)1.

起始指令ST，ST/與輸出指令OTST/起始反指令（也稱取反指令）：從左母線開始取用動斷觸點作為該邏輯行運算的開始。X0X1R0Y0地址指令0ST

X01OT

Y02ST/

X13OT

RO36指令使用說明：ST,ST/指令可使用的編程元件為X、Y、R、T、C； OT指令可使用的編程元件為Y、R。ST,ST/指令除用于與左母線相連的觸點外，也可與

ANS或ORS塊操作指令配合用于分支回路的起始處。OT不能用于輸入繼電器X，也不能直接用于左母線；

OT指令可以使用若干次，這相當(dāng)于線圈的并聯(lián)。X0

Y0Y1Y2地址指令0STX01OTY02OTY13OTY2372.

觸點串聯(lián)指令A(yù)N，AN/與觸點并聯(lián)指令OR，OR/AN為觸點串聯(lián)指令(也稱與指令)，AN/為觸點串聯(lián)反指令(也稱與非指令)。它們分別用于單個動合和動斷觸點的串聯(lián)。

OR為觸點并聯(lián)指令(也稱或指令)，OR/為觸點并聯(lián)反指令(也稱或非指令)。它們分別用于單個動合和動斷觸點的并聯(lián)。地址指令0STX01ANX12OTY03STX24AN/X35OTY16STX47ORX58OTY29STX610OR/X711OTY3X0X4X5X6X7X1

Y0X2

X3

Y1Y2Y338指令使用說明地址指令0STX01ORX22STX13ORX34ANS5OTY0(1)AN,AN/,OR,OR/指令可使用的編程元件為X,Y,R,T,C。(2)AN,AN/單個觸點串聯(lián)指令可多次連續(xù)串聯(lián)使用；

OR,OR/單個觸點并聯(lián)指令可多次連續(xù)并聯(lián)使用。串聯(lián)或并聯(lián)的次數(shù)沒有限制。3.塊串聯(lián)指令A(yù)NS與塊并聯(lián)指令ORS指令塊1指令塊2X0

X1X2

X3Y039指令塊1X0

X1Y0地址指令0STX01ANX12STX23AN/X34ORS5OTY0X2

X3指令塊2指令使用說明：每一指令塊均以ST開始(或者ST/)開始。當(dāng)兩個以上指令塊串聯(lián)或者并聯(lián)時，可將前面 塊的并聯(lián)或串聯(lián)結(jié)果作為新的“塊”參與運算。指令塊中各支路的元件個數(shù)并沒有限制。

(4)ANS和ORS指令后面不帶任何編程元件。40寫出圖中所示梯形圖的指令語句表X0X2

X3

Y0X1X4

X5X6X7地址指令0ST

X01OR

X12ST

X23AN

X34ST

X45AN/

X56ORS7OR

X68ANS9OR/

X710OT

YO414.

反指令反指令(也稱非指令)是將該指令所在位置的運算結(jié)果取反。X0Y1Y0地址指令0ST

X01OT

Y02/3OT

Y1當(dāng)X0閉合時，Y0 接通，Y1斷開；反之，則相反。425.

定時器指令TM[TMX

50

]X0設(shè)置值2T2

Y0[

]定時器號t通電延時時間=50*

定時單位輸入信號X0定時器接點輸

出信號T2地址指令0STX01TMX2K504STT25OTY1定時器指令分為下列三種類型：

TMR:定時單位為0.01s的定時器

TMX:定時單位為0.1s的定時器

TMY:定時單位為01s的定時器43X0Y0

X0T1

T2Y0TMX

301TMX

4023s444sY0(ED)X0Y0地址指令0STX01TMX1K304STY05AN/X06TMX2K409STT110ORY011AN/T212OTY013ED試編制延時3s接通，延時4s斷開的電路的梯形圖和指令語句表。指令使用說明：定時設(shè)置值為K0~K32767范圍內(nèi)的任意一個十進(jìn)制常數(shù)。定時器為減1計數(shù)，即每來一個時鐘脈沖CP，定時經(jīng)過值由設(shè)置值逐次減1，直至減為0，定時器動作，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。如果在定時器工作期間，X0斷開，則定時觸發(fā)條件消失，定時運行中斷，定時器復(fù)位，經(jīng)過值回到原設(shè)置值，同時其動合、動斷觸點恢復(fù)常態(tài)。程序中每個定時器只能使用一次，但其觸點可 使用多次，沒有限制。45[

]

R

CCT

4100X1X0C100[

]Y06.計數(shù)器指令CT設(shè)置值計數(shù)器號X0X1Y0地址指令0ST

X01ST

X12CT

100K

45ST

C1006OT

Y046指令使用說明：計數(shù)設(shè)置值為K0~K32767范圍內(nèi)的任意一個十進(jìn)制常數(shù)。計數(shù)器為減1計數(shù)，即每來一個計數(shù)脈沖的上升沿，計數(shù)經(jīng)過值由設(shè)置值逐次減1，直至減為0，計數(shù)器動作，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。如果在計數(shù)器工作期間，復(fù)位端R因輸入復(fù)位信號而使計數(shù)器復(fù)位，運行中斷，定時器復(fù)位，經(jīng)過值回到原設(shè)置值，同時其動合、動斷觸點恢復(fù)常態(tài)。程序中每個計數(shù)器只能使用一次，但其觸點可 使用多次，沒有限制。477.

堆棧指令PSHS、RDS、POPSPSHS(壓入堆棧)，RDS(讀出堆棧)，POPS(彈出堆棧)常用于梯形圖中多條連于同一點的分支通路，并要用到同一X2X3Y1[

][

]Y0[

]Y2中間運算結(jié)果的場合。PSHSX0

X1RDSPOPS地址指令0ST

X01PSHS2AN

X13OT

Y04RDS5AN/

X26OT

Y17POPS8AN

X39OT

Y248指令使用說明：在分支開始處用PSHS指令，它存儲分支點前的運算結(jié)果；分支結(jié)束用POPS指令，它讀出和清除PSHS指令存儲的運算結(jié)果；在PSHS指令和POPS指令之間的分支均用RDS指令，它讀出由PSHS指令存儲的運算結(jié)果。堆棧指令是一種組合指令，不能單獨使用。

PSHS，POPS在同一分支程序中各出現(xiàn)一次

(開始和結(jié)束時)，而RDS指令在程序中視連接在同一點的支路的數(shù)目的多少可多次使用。498.微分指令DF，DF/地址指令0ST

X01DF2OT

Y03ST

X14DF/5OT

Y1DF：當(dāng)檢測到觸發(fā)信號上升沿時，線圈接通一個掃描周期。

DF/：當(dāng)檢測到觸發(fā)信號下降沿時，線圈接通一個掃描周期。(DF/)(DF)

[

]X0X1Y1[

]Y0X0X1Y0Y1一個掃描周期50指令使用說明:DF，DF/指令僅在觸發(fā)