可編程控制器

電工技術(shù)根底主編李中發(fā)制作李中發(fā)2004年7月2024/1/15第9章可編程控制器可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理可編程控制器的指令系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì)原那么和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法能夠用梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行簡(jiǎn)單的編程學(xué)習(xí)要點(diǎn)2024/1/159.1PLC的結(jié)構(gòu)及工作原理9.2PLC的編程元件及指令系統(tǒng)9.3梯形圖的設(shè)計(jì)規(guī)那么與設(shè)計(jì)方法9.4PLC應(yīng)用實(shí)例第9章可編程控制器2024/1/159.1PLC的結(jié)構(gòu)及工作原理9.1.1PLC的結(jié)構(gòu)2024/1/15PLC主機(jī)I/O模塊電源：為CPU、存儲(chǔ)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。編程器：用于手持編程。可用它輸入、檢查、修改、調(diào)試程序，或用它監(jiān)視PLC的工作情況。I/O擴(kuò)展接口：擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元與根本單元〔即主機(jī)〕聯(lián)接在一起。外設(shè)接口：將編程器、打印機(jī)、條碼掃描儀等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)，以完成相應(yīng)操作。輸入模塊：接受輸入設(shè)備的控制信號(hào)。輸出模塊：輸出控制信號(hào)。CPU：起總指揮的作用。存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)系統(tǒng)及用戶程序和數(shù)據(jù)。2024/1/159.1.2PLC的工作原理1、PLC的繼電器PLC可看成是由普通繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等組合而成的電氣控制系統(tǒng)。注意，PLC內(nèi)部的繼電器實(shí)際上是指存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)單元，稱為軟繼電器。當(dāng)輸入到存儲(chǔ)單元的邏輯狀態(tài)為1時(shí)，那么表示相應(yīng)繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開；而當(dāng)輸入到存儲(chǔ)單元的邏輯狀態(tài)為0時(shí)，那么表示相應(yīng)繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。所以這些軟繼電器體積小、功耗低、無(wú)觸點(diǎn)、速度快、壽命長(zhǎng)，并且具有無(wú)限多的常開、常閉觸點(diǎn)供程序使用。2024/1/152、PLC的工作原理直接起動(dòng)控制電路采用PLC控制，其外部接線及內(nèi)部等效電路如下圖?？蓪LC分成3局部：輸入局部、內(nèi)部控制電路和輸出局部。2024/1/15輸入局部：由輸入接線端與等效輸入繼電器組成。輸入繼電器由接入輸入端點(diǎn)的外部信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)，其作用是收集被控制設(shè)備的各種信息或操作命令。內(nèi)部控制電路：由大規(guī)模集成電路構(gòu)成的微處理器和存儲(chǔ)器組成的，經(jīng)過(guò)制造廠家的開發(fā)，為用戶提供部件。內(nèi)部控制電路的部件包括輸出繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位存放器等，這些部件也有許多對(duì)常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)供PLC內(nèi)部使用。PLC內(nèi)部控制電路的作用是處理由輸入局部所取得的信息，并根據(jù)用戶程序的要求，使輸出到達(dá)預(yù)定的控制要求。輸出局部：作用是驅(qū)動(dòng)被控制的設(shè)備按程序的要求動(dòng)作。對(duì)應(yīng)每一條輸出電路，相當(dāng)有一個(gè)輸出繼電器，此輸出繼電器有一個(gè)對(duì)外常開觸點(diǎn)與輸出端相連，其余均為供PLC內(nèi)部使用的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。當(dāng)輸出繼電器接通時(shí)，對(duì)外常開觸點(diǎn)閉合，外部執(zhí)行元件可以通電動(dòng)作。2024/1/15梯形圖：實(shí)際上就是用戶所編寫的應(yīng)用程序等效于PLC內(nèi)部的接線圖。當(dāng)用編程器將梯形圖程序送入PLC內(nèi)，PLC就可以按照預(yù)先制定的方案工作。電路工作過(guò)程：當(dāng)起動(dòng)按鈕SB1閉合，輸入繼電器X400接通，其常開觸點(diǎn)X400閉合，輸出繼電器Y430接通，Y430的常開觸點(diǎn)閉合自鎖，同時(shí)外部常開觸點(diǎn)閉合，使接觸器線圈KM通電，電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行。停機(jī)時(shí)按停機(jī)按鈕SB2，輸入繼電器X401接通，其常閉觸點(diǎn)斷開，線圈Y430斷開，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。這里要注意，因與停機(jī)按鈕相連的輸入繼電器X401采用的是常閉觸點(diǎn)，所以停機(jī)按鈕必須采用常開觸點(diǎn)，這與繼電接觸器控制電路不同。2024/1/153、PLC的工作方式PLC是采用順序掃描、不斷循環(huán)的方式進(jìn)行工作的。PLC的掃描工作過(guò)程可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新3個(gè)階段，并進(jìn)行周期性循環(huán)。2024/1/159.2PLC的編程元件與指令系統(tǒng)9.2.1PLC的編程元件以F—40M為例。F—40M的元件編號(hào)采用8進(jìn)制。輸入繼電器：24個(gè)，編號(hào)為X400～X407、X410～X413、X500～X507、X510～X513。輸出繼電器：16個(gè)，編號(hào)為Y430～Y437、Y530～Y537。輔助繼電器：M100～M277，128點(diǎn)為普通型。M300～M377，64點(diǎn)為斷電保持型。移位存放器：由輔助繼電器構(gòu)成?？山M成8位或16位的移位存放器。移位存放器的第一個(gè)輔助繼電器的代號(hào)，就是這個(gè)移位存放器的代號(hào)。2024/1/15圖示是代號(hào)為M300的16位移位存放器?！?〕輸入：設(shè)置第一個(gè)輔助繼電器的狀態(tài)，由接在輸入端的輸入繼電器X400的狀態(tài)所決定，其操作如下圖?！?〕復(fù)位：當(dāng)復(fù)位端的信號(hào)X402接通〔1態(tài)〕時(shí)，M300～M317全部處于復(fù)位狀態(tài)〔0態(tài)〕。因此，當(dāng)移位存放器按照移位方式工作時(shí)，復(fù)位輸入〔在此即指X402〕應(yīng)斷開?！?〕移位：當(dāng)移位輸入端的信號(hào)X401接通〔由0變1〕一次，每個(gè)輔助繼電器的狀態(tài)〔1或0〕向右移一位，原M317的信號(hào)溢出。2024/1/15定時(shí)器：16個(gè)，編號(hào)為T450～T457，T550～T557。每個(gè)定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間K為0.1～999s，在編程中設(shè)定。圖示為延時(shí)接通定時(shí)器。定時(shí)值K設(shè)定為3s。假設(shè)輸入繼電器X400接通，那么其常開觸點(diǎn)閉合，定時(shí)器T450起動(dòng)，每隔0.1s對(duì)K減0.1，直至3s后K減到0，定時(shí)器T450輸出，其常開觸點(diǎn)閉合，接通輸出繼電器Y430。假設(shè)輸入繼電器X400一直接通，定時(shí)器T450維持輸出。當(dāng)輸入繼電器X400斷開，定時(shí)器T450復(fù)位，其常開觸點(diǎn)斷開，定時(shí)值K恢復(fù)到設(shè)定值。2024/1/15圖示為延時(shí)斷開定時(shí)器。定時(shí)值K設(shè)定為19s。輸入繼電器X400由接通變斷開時(shí)，那么其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。由于輸出繼電器Y430的常開觸點(diǎn)自保持，定時(shí)器T450起動(dòng)，每隔0.1s對(duì)K減0.1，直至19s后K減到0，定時(shí)器輸出，其常閉觸點(diǎn)T450斷開，使輸出繼電器Y430斷開，同時(shí)定時(shí)值K恢復(fù)到設(shè)定值。2024/1/15計(jì)數(shù)器：16個(gè)，編號(hào)為C460～C467，C560～C567。每個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值K為1～999，在編程中設(shè)定。每個(gè)計(jì)數(shù)器均有斷電保持功能。不需要斷電保持時(shí)，可用初始化脈沖M71復(fù)位。圖示是無(wú)電源中斷保持的減法計(jì)數(shù)器。運(yùn)行開始時(shí)，M71將計(jì)數(shù)器C460復(fù)位，計(jì)數(shù)值等于設(shè)定值19。當(dāng)復(fù)位輸入斷開，計(jì)數(shù)開始。X401接通一次〔由0變1〕，計(jì)數(shù)值減1，直到減到0為止，此時(shí)C460的常開觸點(diǎn)接通，使Y430接通。假設(shè)再來(lái)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)值仍保持為0，C460的常開觸點(diǎn)一直保持接通。直到復(fù)位輸入X400接通，C460斷開，計(jì)數(shù)值恢復(fù)為設(shè)定值。2024/1/15計(jì)數(shù)器也可作定時(shí)器用。圖示是由計(jì)數(shù)器C461組成的60s定時(shí)器。X402接通，100ms的時(shí)鐘脈沖M72使計(jì)數(shù)器C461計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值到達(dá)設(shè)定值600〔即0.1s×600=60s〕時(shí)，計(jì)數(shù)器C461的常開觸點(diǎn)閉合，使輸出繼電器Y531接通。輸入繼電器X402斷開時(shí)，其常閉觸點(diǎn)閉合，使C461復(fù)位，其常開觸點(diǎn)斷開，從而使輸出繼電器Y531斷開。利用此特點(diǎn)，可用計(jì)數(shù)器構(gòu)成長(zhǎng)延時(shí)定時(shí)器。2024/1/15特殊輔助繼電器：M70：運(yùn)行監(jiān)視。當(dāng)PLC處于運(yùn)行狀態(tài)，M70接通。M71：初始化脈沖。當(dāng)M70接通，第一執(zhí)行周期M71接通，可用作計(jì)數(shù)器、移位存放器的初始化復(fù)位。M72：100ms時(shí)鐘。產(chǎn)生脈沖間隔為100ms的時(shí)鐘。M76：電池電壓監(jiān)視。鋰電池電壓下降到規(guī)定值時(shí)接通?？梢杂盟挠|點(diǎn)通過(guò)輸出繼電器接通指示燈，提醒操作者更換電池。M77：禁止全部輸出。假設(shè)M77的線圈接通，全部輸出繼電器的輸出將自動(dòng)斷開，但輔助繼電器、定時(shí)器及計(jì)數(shù)器仍繼續(xù)工作。在緊急情況下，可用M77切斷全部輸出。2024/1/159.2.1PLC的指令1．輸入、輸出指令LD：取指令。取與左母線相聯(lián)的常開觸點(diǎn)。LDI：取反指令。取與左母線相聯(lián)的常閉觸點(diǎn)。以上兩條指令還可與ANB、ORB配合，用于分支電路的開始點(diǎn)OUT：輸出指令。用于驅(qū)動(dòng)輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，但不能用于輸入繼電器。對(duì)于定時(shí)器和計(jì)數(shù)器使用OUT指令后，必須設(shè)定常數(shù)K，常數(shù)K的設(shè)定也作為一條指令。2024/1/152．與指令A(yù)ND：常開觸點(diǎn)串聯(lián)聯(lián)接指令。ANI：常閉觸點(diǎn)串聯(lián)聯(lián)接指令。注意：AND指令和ANI指令只能用于一個(gè)觸點(diǎn)與前面的觸點(diǎn)串聯(lián)，不能用于兩個(gè)及以上觸點(diǎn)并聯(lián)的電路塊與前面的電路串聯(lián)，并聯(lián)電路塊串聯(lián)要使用ANB指令。2024/1/153．或指令OR：常開觸點(diǎn)并聯(lián)聯(lián)接指令。ORI：常閉觸點(diǎn)并聯(lián)聯(lián)接指令。注意：OR指令和ORI指令只能用于一個(gè)觸點(diǎn)與前面的電路并聯(lián)，不能用于兩個(gè)及以上觸點(diǎn)串聯(lián)的支路與前面的電路并聯(lián)，串聯(lián)支路并聯(lián)要使用ORB指令。2024/1/154．電路塊并聯(lián)指令ORB：將兩個(gè)及以上觸點(diǎn)串聯(lián)的支路〔亦稱串聯(lián)電路塊〕與前面支路并聯(lián)。使用ORB指令的原那么是：〔1〕先組塊后并聯(lián)；〔2〕使用ORB指令對(duì)各個(gè)支路進(jìn)行并聯(lián)時(shí)，各個(gè)支路的起點(diǎn)須使用LD、LDI指令；〔3〕多個(gè)支路組成的并聯(lián)電路，每寫一條并聯(lián)支路后緊跟一條ORB指令，那么并聯(lián)電路塊的條數(shù)沒有限制，這種編程方式較好。也可以在所有的支路組成之后，集中寫假設(shè)干條ORB指令，但這種寫法并聯(lián)支路不能超過(guò)8條，是不好的編程方式。2024/1/152024/1/155．電路塊串聯(lián)指令A(yù)NB：將多個(gè)串聯(lián)電路塊并聯(lián)的電路〔亦稱并聯(lián)電路塊〕與前面的電路串聯(lián)。使用ANB指令的原那么是：〔1〕先組塊后串聯(lián)；〔2〕在每一電路塊開始時(shí)，須使用LD、LDI指令；〔3〕多個(gè)電路塊組成的串聯(lián)電路，在組成一個(gè)電路塊后，緊跟一條ANB指令，那么串聯(lián)電路塊的個(gè)數(shù)沒有限制，這種編程方式較好。也可以在所有的電路塊組成之后，集中寫假設(shè)干條ANB指令，但這種寫法串聯(lián)電路塊不能超過(guò)8個(gè)，是不好的編程方式。2024/1/152024/1/156．復(fù)位指令RST：用于計(jì)數(shù)器、移位存放器的復(fù)位。使用RST指令的原那么是：〔1〕復(fù)位電路與計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)電路及移位存放器的移位電路是相互獨(dú)立的，他們的先后次序可以任意交換；〔2〕所有的計(jì)數(shù)器及一局部移位存放器具有斷電保持功能。因此，在開始運(yùn)行之前，通常須用初始化脈沖M71將這些計(jì)數(shù)器和移位存放器復(fù)位，以免出錯(cuò)。2024/1/157．移位指令SFT：移位存放器移位輸入指令。OUTM120對(duì)移位存放器的第一位輸入，SFTM120使移位存放器中每一位的狀態(tài)逐位向右移一位，RSTM120使M120～M127復(fù)位。2024/1/158．脈沖指令PLS：用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)。PLS指令只能用于M100～M377。在X400的上升沿〔由0變1〕M101產(chǎn)生一個(gè)寬度為一個(gè)工作周期的脈沖。工作周期是從程序執(zhí)行開始到程序執(zhí)行結(jié)束〔END〕之間所需要的時(shí)間。2024/1/15計(jì)數(shù)器和移位存放器的復(fù)位、移位存放器的移位通常需要這種脈沖。圖示為繼電器脈沖輸出用于計(jì)數(shù)器復(fù)位的例子。2024/1/159．空操作指令NOP：使該步為空操作。假設(shè)在程序中寫入NOP指令，可使變更和增加程序時(shí)，步序號(hào)變更最小。但需注意，假設(shè)將程序中的LD、LDI、ANB、ORB等指令改為NOP指令，會(huì)引起電路結(jié)構(gòu)的重大變化，如下圖。因此，NOP指令的使用應(yīng)慎重。2024/1/1510．結(jié)束指令END：程序結(jié)束時(shí)寫入END指令。調(diào)試程序時(shí)，假設(shè)在每個(gè)程序塊的末尾寫上END指令，檢查每一個(gè)程序塊的運(yùn)行情況時(shí)就可以減少調(diào)試時(shí)間，檢查完畢后，再將各個(gè)END指令刪去。2024/1/159.3梯形圖的設(shè)計(jì)規(guī)那么與設(shè)計(jì)方法9.3.1梯形圖的設(shè)計(jì)規(guī)那么梯形圖：是由表示PLC內(nèi)部編程元件的圖形符號(hào)所組成的階梯狀圖形。繪制梯形圖時(shí)應(yīng)遵循以下幾條規(guī)那么：規(guī)那么1：梯形圖按從左到右，自上而下的順序繪制〔指令編程亦應(yīng)從左到右，自上而下〕。每個(gè)編程元件線圈為一邏輯行。元件線圈與右母線直接相聯(lián)。兩線圈不能串聯(lián)，也不能在線圈與右母線之間接其他元件，線圈一般也不允許直接與左母線相聯(lián)。2024/1/15規(guī)那么2：除有跳轉(zhuǎn)指令外，一般某編號(hào)的線圈在梯形圖中只能出現(xiàn)一次。規(guī)那么3：在梯形圖中的觸點(diǎn)應(yīng)畫在水平線上，不應(yīng)畫在垂直線上，這是因?yàn)檫@種形式的梯形圖無(wú)法用指令語(yǔ)句編程，應(yīng)改畫成能夠編程的形式。2024/1/15規(guī)那么4：繪制梯形圖時(shí)，應(yīng)按照“上重下輕、左重右輕〞的原那么進(jìn)行。即當(dāng)幾條支路并聯(lián)時(shí)，串聯(lián)觸點(diǎn)多的應(yīng)畫在上面；幾個(gè)電路塊串聯(lián)時(shí)，并聯(lián)觸點(diǎn)多的電路塊應(yīng)畫在左邊。按照這個(gè)原那么繪制的梯形圖符合“從左到右、自上而下〞的程序執(zhí)行順序，并易于用指令語(yǔ)句編程。規(guī)那么5：輸入繼電器的線圈由輸入端子上的外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)，因而輸入繼電器的線圈不應(yīng)出現(xiàn)在梯形圖中。梯形圖中輸入繼電器觸點(diǎn)的通斷取決于外部信號(hào)。2024/1/159.3.2梯形圖的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是沿用設(shè)計(jì)繼電接觸器控制電路的方法來(lái)設(shè)計(jì)梯形圖，即在一些典型的繼電接觸器控制電路的根底上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求，不斷修改和完善梯形圖。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法在設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)普遍規(guī)律可循，設(shè)計(jì)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法可用于較簡(jiǎn)單的梯形圖設(shè)計(jì)，如一些繼電接觸器根本控制電路的設(shè)計(jì)。2024/1/15圖示為電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)控制的梯形圖及輸入輸出波形圖。按下起動(dòng)按鈕，輸入繼電器X400接通，其常開觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器Y430接通，Y430的常開觸點(diǎn)閉合自鎖。按下停機(jī)按鈕，輸入繼電器X401接通，其常閉觸點(diǎn)斷開，輸出繼電器Y430斷開。2024/1/15圖示為電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的PLC端子分配、外部接線及梯形圖。SB1、SB2和SB3分別是正反轉(zhuǎn)起動(dòng)和停機(jī)按鈕。FR是熱繼電器的保護(hù)觸點(diǎn)，用它在PLC外端直接通斷正反轉(zhuǎn)接觸器KM1、KM2的電源更為可靠。X400和X401的常閉觸點(diǎn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)按鈕聯(lián)鎖，Y430和Y431的常閉觸點(diǎn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)Y430和Y431的聯(lián)鎖。為確保在任何情況下兩個(gè)接觸器都不會(huì)同時(shí)接通，除以上的軟件聯(lián)鎖外，還在PLC的外部設(shè)置了由KM1和KM2常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的硬件聯(lián)鎖。2024/1/15在電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制梯形圖的根底上，很容易設(shè)計(jì)出電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制且能實(shí)現(xiàn)Y－△降壓起動(dòng)控制的梯形圖，如下圖。當(dāng)正反轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)由Y430和Y431的觸點(diǎn)并聯(lián)接通Y432，使KM3通電，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)繞組的Y形聯(lián)接。同時(shí)，T450線圈接通開始延時(shí)，當(dāng)延時(shí)時(shí)間到2s時(shí)，T450輸出，其常閉觸點(diǎn)翻開，斷開Y432而