可编程控制器

nullnull第 6 章 可编程控制器第 6 章　可编程控制器第 6 章　可编程控制器6.1　可编程控制器的结构和工作方式6.2　可编程控制器的程序编制*6.3　应用举例null第 6 章　可编程控制器　　由于继电接触器控制系统机械触点多、接线复杂、可靠性低、通用性差，因此已不能满足现代化生产过程复杂多变的控制要求。　　可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术发展起来的一种工业控制器。专门用于工业现场的自动控制装置。　　PLC 具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单以及功耗低、体积小、重量轻等优点。但它存储容量小，价格高。　　本章只为初学者提供 PLC 基础知识，重点是基本工作原理以及简单程序编制方法。6.1　可编程控制器的结构和工作方式6.1　可编程控制器的结构和工作方式6.1.1　可编程控制器的结构及各部分的作用　　PLC 一般由主机、输入/输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几个主要部分构成。　　PLC 可看作一个系统，外部的各种开关信号或模拟信号均为输入量，它们经输入接口寄存到 PLC 内部的数据存储器中，而后按用户程序要求进行逻辑运算和数据处理，最后以输出变量的形式送到输出接口，从而控制输出设备。null PLC 硬件系统结构图电 源I/O扩展接口CPU存储器用户程序系统程序输入设备输出设备输出接口外部设备接口输入接口主机PLC数据null1．主机　　主机部分包括中央处理器(CPU)、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。　　CPU 是 PLC 的核心，主要用来运行用户程序，监控输入/输出接口状态。PLC 内部存储器系统程序存储器用户程序及数据存储器　　系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。用户不得更改。　　用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序输入输出变量及各种暂存数据和中间结果。null2．输入/输出(I/O)接口4．编程器5．输入/输出扩展接口6．外部设备接口　　(I/O)接口是 PLC 与输入/输出设备连接的部件。一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰。3．电源　　PLC 电源是指为 CPU、存储器、I/O 接口等内部电子电路所配置的开关稳压电源。编程器是 PLC 重要的外部设备，用于手持编程。　　输入/输出扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与主机连接在一起。外部设备接口将外部设备与主机相连，以完成相应操作。6.1.2　可编程控制器的工作方式6.1.2　可编程控制器的工作方式　　扫描周期的长短视用户程序的指令条数及执行一条指令所需时间而定，一般不超过 100 ms。 　　PLC 采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作。其工作过程分为输入取样、程序执行和输出刷新 三个阶段，并进行周期循环。示意图如下：输入状态寄存器输出接口输出状态寄存器输入接口程序执行程序执行输入取样 输出刷新一个扫描周期读读写输 入 端 子输 出 端 子6.1.3　可编程控制器的主要技术指标6.1.3　可编程控制器的主要技术指标　　指 PLC 的外部输入和输出端子数。通常小型机有几十点， 中型机有几百个点，而大型机超过千点。 1．I/O点数2．用户程序存储容量　　在 PLC 中，程序指令按“步”存储，一 “步”占用一个地址单元，一条指令有的往往不止一“步”。一个地址单元一般占两个字节。3．扫描速度　　指扫描 1000 步用户程序所需的时间，以 ms /千步为单位。 有时也用扫描一步指令的时间计，如 s/步。4．指令系统条数　　PLC 具有基本指令和高级指令，指令的种类和数量越多， 其软件功能越强。null6.1.3　可编程控制器的主要技术指标5．编程元件的种类和数量　　编程元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用“字”寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等，其种类和数量的多少是衡量 PLC 硬件功能强弱的一个指标。 　　PLC 内部“继电器”是存储器的存储单元。当写入该单元逻辑状态为 1 时，则表示相应“继电器”的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。所以 PLC 内部这些 “继电器”称为 “软”继电器。nullFP1-C24可编程控制器编程元件的编号范围与功能说明6.2　可编程控制器的程序编制6.2　可编程控制器的程序编制6.2.1　可编程控制器的编程语言PLC 的程序有系统程序和用户程序两种。系统程序用户不能修改。　　用户程序是用户根据控制要求，利用 PLC 厂家提供的程序编制语言和指令编写的应用程序。　　PLC 的编程语言以梯形图语言和指令语句表语言最为常用，并且两者之间一一对应，可以相互转换。1．梯形图　　梯形图是一种从继电接触器控制电路图演变而来的图形语言。它是借助于继电器的动合触点、动断触点、线圈以及串联与并联等术语和符号，根据控制要求连接而成的表示 PLC 输入和输出之间逻辑关系的图形。null1．梯形图梯形图中用表示 PLC 编程元件的动合触点动断触点线圈编程元件的种类用图形符号及字母或数字加以区别。(ED)X2X1Y1Y1连 接 线 路梯 形 图PLC 输入继电器 动断触点动合触点输出继电器线圈动合触点null6.2.1　可编程控制器的编程语言几点说明 (1)梯形图中的继电器不是“硬”继电器，是 PLC 存储器的一个存储单元。当写入该单元的逻辑状态为 1 时，则表示相应继电器的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。 (2)梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行(或称梯级)起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相连。 (3)梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流” ，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中满足线圈接通的条件。null　　(4) 输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC 内部其他继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备。当梯形图中的输出继电器线圈接通时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的“硬”继电器、晶体管或晶闸管才能实现。 输出继电器的触点也可供内部编程使用。2. 指令语句表　　指令语句表是一种用指令助记符来编制 PLC 程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言容易理解。若干条指令组成的程序就是指令语句表。null 笼型电动机直接起动控制的指令语句表　　ST　起始指令(取指令)：从左母线(即输入公共线)开始取用动合触点作为该逻辑行运算的开始，图中取用 X2。梯形图左 母 线　　AN/　触点串联反指令(也称与非指令)：用于单个动断触点的串联，图中串联 X1。　　OR　触点并联指令(也称或指令)：用于单个动合触点的并联，图中并联 Y1。 ED　程序结束指令。 　　OT　输出指令：用于将运算结果驱动指定线圈，图中驱动输出继电器线圈 Y1。6.2.2　可编程控制器的编程原则和方法1．编程原则 (2) PLC 编程元件触点在编制程序时使用次数是无限的。 (1) 梯形图的每一逻辑行(梯级)皆始于左母线，终止于右母线。各种元件的线圈接于右母线。不正确接线正确接线 (3) 编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左重右轻”以符合“从左到右、自上而下”的执行程序的顺序，并易于编写指令语句。不 合 理合 理6.2.2　可编程控制器的编程原则和方法null1．编程原则　　(4) 在梯形图中应避免触点画在垂直线上，因它无法用指令语句编程。X4X2Y1X3X1X5X1Y2X3X2无法编程　　(5) 应避免同一继电器线圈在程序中重复输出，否则引起误操作。null电动机直接起动 继电接触控制线路X2X1Y1Y1(6) 外部输入设备动断触点的处理。FRSB1SB2EKMFRPLC 控制 (a)　　SB1 仍接成动断，接在 PLC 输入继电器的 X1 端子上，则在编制梯形图时，用的是动合触点 X1。未施加按动 SB1 的停止动作时，因 SB1 闭合，对应的输入继电器接通，这时它的动合触点 X1 是闭合的。按下 SB1，断开输入继电器，动合触点 X1 才断开。null (6) 外部输入设备动断触点的处理。KMSB1SB2KMFRSB1SB2EKMFR电动机直接起动 继电接触控制线路X2X1Y1Y1PLC 控制 (b)　　SB1 接成动合形式，则在梯形图中，用的是动断触点 X1。未施加按动 SB1 的停止动作时，因 SB1 断开，这时对应的输入继电器断开 ，其动断触点 X1 仍然闭合。按下 SB1，接通输入继电器，动断触点 X1 才断开。null(6) 外部输入设备动断触点的处理。SB1SB2EKMFRPLC 控制通常由 PLC 内部电源提供外接两边各自 的公共端子　　FR 的触点只能接成动断的，并且不作为 PLC 的输入信号，而将其直接通断接触器线圈。　　为了使梯形图和继电接触器控制电路一一对应，PLC 输入设备的触点应尽可能接成动合形式。null 笼型电动机正反转的控制线路KMFFRFUSB1SBFKMFKMFFRQSKMRKMRSBRKMRKMFKMR2．编程方法以此电路为例，介绍 PLC 控制的编程方法。null2．编程方法(1) 确定 I/O 点数及其分配共需 5 个 I/O 点，即电动机正反转 控制外部接线图null2．编程方法(2) 编制梯形图和指令语句梯形图指令语句指令地址0 ST X1 1 OR Y1 2 AN/ X0 3 AN/ Y2 4 OT Y1 5 ST X2 6 OR Y2 7 AN/ X0 8 AN/ Y1 9 OT Y2 10 ED 6.2.3　可编程控制器的指令系统6.2.3　可编程控制器的指令系统1．起始指令 ST，ST/ 与输出指令 OT指令使用说明：　　ST/ 起始反指令：从左母线开始取用动断触点作为该逻辑行运算开始。　　(1) ST，ST/ 指令可使用的编程元件为 X，Y，R，T，C；OT 指令可使用的编程元件为 Y，R。　　(2) ST，ST/ 指令也可与 ANS 或 ORS 块操作指令配合用于分支回路的起始处。null　　(3) OT 指令不能直接用于左母线，可以使用若干次，这相当于线圈的并联。当 X0 闭合时，则 Y0，Y1，Y2 均接通。2．触点串联指令 AN，AN/ 与触点并联指令 OR，OR/AN，AN/ 指令分别用于单个动合和动断触点的串联。OR，OR/ 指令分别用于单个动合和动断触点的并联。指令使用说明：null2．触点串联指令 AN，AN/ 与触点并联指令 OR，OR/　　(1) AN，AN/，OR，OR/ 指令的使用元件为X，Y，R，T，C。　　(2) AN，AN/，指令可多次连续串联使用。 OR，OR/ 指令可多次连续并联使用。　　串联或并联次数没有限制。指令使用说明null0 ST X0 1 OT Y0 2 / 3 OT Y13．反指令/当 X0 闭合时，Y0 接通，Y1 断开；反之，则相反。4．块串联指令 ANS 与块并联指令 ORS　　ANS(块与)和 ORS(块或)分别用于指令块的串联和并联连接， ANS 用于将两组并联的触点(指令块 1 和指令块 2)串联；ORS 用于将两组串联的触点(指令块 1 和指令块 2)并联。null4．块串联指令 ANS 与块并联指令 ORSX3X1X0Y0X2指令块 1指令块 2指令块 1指令块 20 ST X0 1 OR X2 2 ST X1 3 OR/ X3 4 ANS 5 OT Y00 ST X0 1 AN X1 2 ST X2 3 AN/ X3 4 ORS 5 OT Y0null4．块串联指令 ANS 与块并联指令 ORS0 ST X0 1 OR X2 2 ST X1 3 OR/ X3 4 ANS 5 OT Y00 ST X0 1 AN X1 2 ST X2 3 AN/ X3 4 ORS 5 OT Y0指令使用说明：(1) 每一指令块均以 ST(或ST/)开始。　　(2) 当两个以上指令块串联或并联时，可将前面块并联或串联的结果作为新的“块”参与运算。(3) 指令块中各支路的元件个数没有限制。(4) ANS 和 ORS 指令不带使用元件。null0 ST X0 1 OR X1 2 ST X2 3 AN X3 4 ST X4 5 AN/ X5 6 ORS 7 OR X6 8 ANS 9 OR/ X7 10 OT Y0 [例 1]　写出图中所示梯形图的指令语句表。[解]　指令语句表如右图所示。null5．定时器指令 TMTMR：定时单位为 0.01 s 的定时器；TMX：定时单位为 0.1 s 的定时器；TMY：定时单位为 1 s 的定时器。TM 指令用法　　当定时触发信号发出后，触点 X0 闭合，定时开始，5 s 后定时时间到，定时器触点 T2 闭合，线圈 Y0 也就接通。如果 X0 闭合时间不到 5 s，则无输出。X0Y05 s2 s动作时序图TMR 和 TMX 指令各 占三个地址号，TMY 指令占四个地址号。定时器编号定时器设置值 定时时间 50  0.1 s = 5 s null5．定时器指令TM指令使用说明(1) 定时设置值为 K0  K32767 范围内任意一个十进制常数。　　(2) 定时器为减 1 计数，每来一个时钟脉冲 CP，定时设置值减 1，至减为 0 时，定时器动作，其动合触点闭合，动断触点断开。(定时器的时钟脉冲 CP 由 PLC 内部产生)　　(3) 如果在定时器工作期间，X0 断开，则运行中断，定时器复位，回到原始值，同时其动合、动断触点恢复常态。　　(4) 程序中每个定时器只能使用一次，但其触点可多次使用，没有限制。null0 ST X0 1 TMX 1 K 30 4 ST Y0 5 AN/ X0 6 TMX 2 K 40 9 ST T1 10 OR Y0 11 AN/ T2 12 OT Y0 13 ED 指令地址　　[例 2]　试编制延时 3 s 接通、延时 4 s 断开的电路的梯形 图和指令语句表。　　[解]　利用两个TMX 指令的定时器 T1 和 T2，其定时设置值 K 分别为 30 和 40，即延时分别为 3 s 和 4 s。梯 形 图动作 时序 图指令语句表nullX1Y06．计数器指令 CTX0CT 指令的用法　　当计数到 4 时，计数器动合触点 C100 闭合，线圈 Y0 接通。计数 设置值计数脉冲输入端复位脉冲端输入端CT 指令占三个地址号C100计数器 编号null6．计数器指令 CTCT 指令使用说明　　(1) 计数设置值为 K0  K32767范围内任意一个十进制常数。　　(2) 计数器为减 1 计数，每来一个计数脉冲上升沿，计数设置值减 1，至减为 0 时，计数器动作，其动合触点闭合，动断触点断开。　　(3) 如果在计数器工作期间，复位端 R 输入复位信号，使计数器复位，则运行中断，回到原始之值，同时其动合、动断触点恢复常态。　　(4) 程序中每个计数器只能使用一次，但其触点可多次使用。null　　[例 3]　试编制实现下述控制要求的梯形图。用一个开关来通断输入触点X0而获得计数脉冲以控制三个灯 Y1，Y2，Y3 的亮灭；开关(X0)闭合一次，Y1 点亮；闭合两次，Y2 点亮；闭合三次，Y3 点亮；再闭合一次，三个灯全灭。[解]　R0 是内部辅助继电器Y1Y2X0Y3null0 ST X0 1 PSHS 2 AN X1 3 OT Y0 4 RDS 5 AN/ X2 6 OT Y1 7 POPS 8 AN X3 9 OT Y2 7．堆栈指令 PSHS，RDS，POPS　　PSHS(压入堆栈)，RDS(读出堆栈)，POPS(弹出堆栈)常用于梯形图中多条连于同一点的分支通路，并要用到同一中间运算结果的场合。PSHSRDSPOPSnull7．堆栈指令 PSHS，RDS，POPSX0Y2Y1Y0X3X2X1PSHSRDSPOPS指令使用说明　　(1) 在分支开始处用 PSHS 指令，它存储分支点前的运算结果；分支结束用 POPS 指令，它读出和清除 PSHS 指令存储的运算结果；在两个指令之间的分支均用 RDS 指令，它读出PSHS 指令存储的运算结果。　　(2) 堆栈指令是组合指令，不能单独使用。PSHS，POPS在程序中各出现一次(开始和结束时)，而 RDS 在程序中视连接在同一点的支路数目的多少可多次使用。null0 ST X0 1 DF 2 OT Y0 3 ST X1 4 DF/ 5 OT Y1 8．微分指令 DF，DF/DF：当检测到触发信号上升沿时，线圈接通一个扫描周期。DF/：当检测到触发信号下降沿时，线圈接通一个扫描周期。X0Y1Y0X1(DF)(DF/)指令用法梯形图指令语句表null8．微分指令 DF，DF/指令使用说明(1) DF，DF/ 指令在触发信号接通或断开状态变化时有效。(2) DF，DF/ 指令没有使用次数的限制。　　(3) 如果某一操作只需在触点闭合或断开时执行一次，可使用 DF 或 DF/ 指令。　　当 X0 闭合时，Y0 接通一个扫描周期；当 X1 断开时，Y1 接通一个扫描周期。触点 X0、X1 分别称为上升沿和下降沿微分指令的触发信号。X0Y0Y1X1一个扫描周期null9．置位、复位指令 SET，RSTSET：触发信号 X0 闭合时，Y0 接通。RST：触发信号 X1 闭合时，Y0 断开。指令用法梯形图动作时序图指令 语句 表null0 ST X0 1 SET Y0 4 ST X1 5 RST Y0 9．置位、复位指令 SET，RST指令使用说明(1) SET，RST 指令的使用元件为 Y，R。　　(2) 当接通触发信号即执行 SET(RST)指令。不管触发信号随后如何变化，线圈将保持接通(断开)。　　(3) 对同一继电器 Y(或 R)，可以多次使用 SET 和 RST 指令，次数不限。null10．保持指令 KP　　S 和 R 分别由输入触点 X0 和 X1 控制。当 X0 闭合时，指定继电器线圈 Y0 接通并保持；当 X1 闭合时，Y0 断开复位。0 ST X0 1 ST X1 2 KP Y0 指令用法X0Y0X1KPSR置位输入端复位输入端X1Y0X0null10．保持指令 KP指令使用说明(1) KP 指令的使用元件为 Y，R。　　(2) 置位触发信号一旦将指定的继电器接通，则无论置位的触发信号随后是接通还是断开，指定的继电器都保持接通，直到复位触发信号接通。　　(3) 如果置位、复位触发信号同时接通，则复位触发信号优先。(4) 当 PLC 电源断开时，KP 指令的状态不再保持。(5) 对同一继电器 Y(或 R)一般只能使用一次 KP 指令。X0Y0X1KPSRnull*11．移位指令 SRX0X1　　移位指令 SR 实现对内部移位寄存器 WR(通用“字”寄存器)中的数据移位。指令用法X2SRWR0INCCLR数据输入端移位脉冲 输入端复位端null11．移位指令 SR指令使用说明　　(1) SR 指令的使用元件可指定内部通“字”寄存器 WR 中任意一个 作为移位寄存器用。每个 WR 都由相应的 16 个辅助寄存器构成，例如 WR0 由 R0 ~ RF 构成，R0 是最低位。　　(2) 用 SR 指令时，必须有数据输入、移位脉冲输入和复位信号输入。当移位触发脉冲信号和复位触发信号同时出现时，以复位信号优先。*6.3　应用举例*6.3　应用举例6.3.1　三相异步电动机 Y -  换接起动控制外部接线图(1) I/O 点分配SB1 X1 KM1 Y1 SB2 X2 KM2 Y2 KM3 Y3null梯形图指令语句表12 ST R0 13 AN/ T0 14 OT Y3 15 ST T0 16 TMX 1 K 10 19 ST T1 20 AN/ Y3 21 OT Y2 22 ED null起动时按下 SB2X2 闭合Y1 断开Y3 接通R0 接通Y 起动Y1 接通Y3 断开T0 接通断开 Y 起动 起动Y2 接通Y1 接通　　使用定时器 T1，可保证 KM3 断开后，KM2 才能接通，两者不会同时接通，使电源短路。(2) 控制过程分析延时 5 s延时 1 s梯形图