材料成型设备第三章2 可编程控制器及其应用.ppt

,主讲人:2004年5月,PLC技术基础,第三章可编程控制器控制部分,可编程控制器基础知识S7-200的PLC的编程基础PLC程序设计方法PLC控制系统的应用设计PLC应用实例,3.1PLC的结构及工作原理3.2PLC的编程元件及指令系统3.3梯形图的设计规则与设计方法3.4PLC应用实例,第3章PLC控制部分,第3章可编程控制器,可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的指令系统梯形图的设计原则和经验设计方法能够用梯形图语言进行简单的编程,学习要点,3.1.1什么是PLC?,PLC是一种专门用于工业控制的计算机。,早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmablelogiccontroller，略写PLC),随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器（Programmablecontroller，略写PC)。为区别于PersonalComputer(PC)，故沿用PLC这个略写。,3.1概述,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,重点是简单程序编制，重在应用。,继电接触控制系统在生产中得到广泛应用。但由于它的机械触点多、接线复杂、可靠性低、功耗高、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),PLC的类型种类繁多，功能和指令系统也不尽相同虽然多种多样，但其结构和工作方式则大同小异，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。,可编程控制器的结构和工作方式,可编程控制器的结构及各部分的作用,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。,中央处理单元,存储器,数据存储器,输出接口,地址总线控制总线,数据总线,编程单元,照明,电磁装置,执行机构,。,电源,地址总线控制总线,输入接口,模拟量输入,行程开关,继电器接点,各种开关,3.1.2结构及工作原理,1.PLC结构示意图,PLC硬件系统结构图,电源,输入设备,输出设备,外部设备接口,主机,PLC,PLC的结构及工作原理,PLC的结构,小型机：,中、大型机：,PLC,主机,I/O模块,电源：为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。,编程器：用于手持编程。可用它输入、检查、修改、调试程序，或用它监视PLC的工作情况。,I/O扩展接口：扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。,外设接口：将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应操作。,输入模块：接受输入设备的控制信号。,输出模块：输出控制信号。,CPU：起总指挥的作用。,存储器：存储系统及用户程序和数据。,3.1.3PLC的工作原理,1、PLC的继电器,PLC可看成是由普通继电器、定时器、计数器等组合而成的电气控制系统。注意，PLC内部的继电器实际上是指存储器中的存储单元，称为软继电器。当输入到存储单元的逻辑状态为1时，则表示相应继电器的线圈通电，其常开触点闭合，常闭触点断开；而当输入到存储单元的逻辑状态为0时，则表示相应继电器的线圈断电，其常开触点断开，常闭触点闭合。所以这些软继电器体积小、功耗低、无触点、速度快、寿命长，并且具有无限多的常开、常闭触点供程序使用。,3、PLC的工作原理,直接起动控制电路采用PLC控制，其外部接线及内部等效电路如图所示。可将PLC分成3部分：输入部分、内部控制电路和输出部分。,可编程控制器原理,输入部分：由输入接线端与等效输入继电器组成。输入继电器由接入输入端点的外部信号来驱动，其作用是收集被控制设备的各种信息或操作命令。内部控制电路：由大规模集成电路构成的微处理器和存储器组成的，经过制造厂家的开发，为用户提供部件。内部控制电路的部件包括输出继电器、定时器、计数器、移位寄存器等，这些部件也有许多对常开触点和常闭触点供PLC内部使用。PLC内部控制电路的作用是处理由输入部分所取得的信息，并根据用户程序的要求，使输出达到预定的控制要求。输出部分：作用是驱动被控制的设备按程序的要求动作。对应每一条输出电路，相当有一个输出继电器，此输出继电器有一个对外常开触点与输出端相连，其余均为供PLC内部使用的常开触点和常闭触点。当输出继电器接通时，对外常开触点闭合，外部执行元件可以通电动作。,梯形图：实际上就是用户所编写的应用程序等效于PLC内部的接线图。当用编程器将梯形图程序送入PLC内，PLC就可以按照预先制定的方案工作。,电路工作过程：当起动按钮SB1闭合，输入继电器X400接通，其常开触点X400闭合，输出继电器Y430接通，Y430的常开触点闭合自锁，同时外部常开触点闭合，使接触器线圈KM通电，电动机连续运行。停机时按停机按钮SB2，输入继电器X401接通，其常闭触点断开，线圈Y430断开，电动机停止运行。这里要注意，因与停机按钮相连的输入继电器X401采用的是常闭触点，所以停机按钮必须采用常开触点，这与继电接触器控制电路不同。,1.主机,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。,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,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。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。,用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。,2.输入/输出(I/O)接口,输入接口用于接收输入设备(如：按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。,输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备(如:接触器、电磁阀、指示灯等)。,3.电源,PLC电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源,I/O接口是PLC与输入/输出设备联接的部件。,I/O接口一般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰。,4.编程器,编程器是PLC重要的外部设备，用于手持编程。利用编程器可输入、检查、修改、调试用户程序或在线监视PLC工作状况。除手持编程器外，目前，使用较多的是利用通信电缆将PLC和计算机联接，并利用专用的工具软件进行编程或监控。,6.外部设备接口,I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数扩展单元与基本单元(即主机)联接在一起。,5.输入输出扩展接口,此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等外部设备与主机相连。,3.1.3可编程控制器的工作方式,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采样、程序执行和输出刷新三个阶段，并进行周期循环。,输入端子,输入锁存器,输入状态寄存器,输出锁存器,输出状态寄存器,输出端子,程序执行,读,读,写,输入采样,程序执行,输出刷新,一条指令所需时间一般不超过100ms。,1.输入采样阶段,PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。,2.程序执行阶段,PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。,3.输出刷新阶段,在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通/断，这才是PLC的实际输出。,由PLC的工作过程可见，在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。,可编程控制器的主要技术性能,1.I/O点数,指PLC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。,2.用户程序存储容量,用来衡量PLC所能存储用户程序的多少。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。,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。,PLC自动控制电路图,PLC的输出端：PLC向外部负载发出控制命令的窗口。,可编程控制器逻辑指令应用实例,3.2基本概念和编程语言简介,PLC的内存除存放用户和系统的程序外，还有四个区：I/O区：可直接与外部输入、输出端子传递信息内部辅助寄存器区：存放中间变量数据区：存放中间结果专用寄存器区：定时时钟、标志、系统内部的命令,3.2.1寄存器和接点的概念,用户在对这四个区进行操作时，可以以寄存器和/或接点的方式进行。,以I/O区为例：寄存器是一个16位二进制单元，16位中的每一位是一个接点，对应外部的一个输入/输出端子。,输入寄存器WXm输出寄存器WYm,输入端子Xmn输出端子Ymn,m：十进制数，寄存器编号n：16进制数(0F),寄存器的第n位,例：若X3为“ON”，则WX0的第三位为“1”若WY1=7，则表明Y10、Y11、Y12三个接点“ON”,接点通断情况与接点的赋值有关：（以X0为例：若X0的逻辑赋值为“1”，则,I/O区：可以以接点和寄存器的方式对其进行操作。内部辅助寄存器区：可以以接点和寄存器的方式对其操作。（Rmn、WRm）数据区：只能以寄存器的方式进行操作。（DTm）,实际输入端子：X0XF实际输出端子：Y0Y7其他的I/O区可作为辅助寄存器用。,不同型号的PLC，其内存分配有所不同。如：松下电工的FP1-24I区：X0X12F(WX0WX12)O区：Y0Y12F(WY0WY12),专用寄存器(FP1机：WR1000WR1003)。常用的如下：,R1000A:“”标志R1000B:“=”标志R1000C:“”标志R10010:常ON继电器R10011:常OFF继电器R10013:仅在第一个扫秒周期ON，其他时候均为OFFR10014:仅在第一个扫秒周期OFF，其他时候均为ONR10018R1001D:周期分别为0.01s,002s,0.1s,0.2,1s,2s的时钟脉冲继电器,专用数据寄存器(FP1机：DT10000DT100610),设置日期时间、高速计数器、步进等指令有关。,指令表（助记符）语言梯形图语言流程图语言布尔代数语言,助记符语言：类似于微机中的汇编语言。梯形图语言：沿袭了传统的控制图。直观明了，易于掌握。,3.2.2编程语言,一.PLC的编程语言有：,二.梯形图的规则：,FP1-C24可编程控制器编程元件的编号范围与功能说明,3.1.4可编程控制器的主要功能和特点,1.主要功能,(1)开关逻辑控制,用PLC取代传统的继电接触器进行逻辑控制。,(3)步进控制,(4)数据处理,(2)定时/计数控制,用PLC的定时/计数指令来实现定时和计数控制。,用步进指令实现一道工序完成后，再进行下一道工序操作的控制。,能进行数据传输、比较、移位数制转换、算术运算和逻辑运算等操作。,(5)过程控制,(6)运动控制,(7)通信联网,(8)监控,(9)数字量与模拟量的转换,可实现对温度、压力、速度、流量等非电量参数进行自动调节,通过高速计数模块和位置控制模块进行单轴和多种控制。如用于数控机床、机器人等控制。,通过PLC之间的联网及与计算机的联接，实现远程控制或数据交换。,能监视系统各部分的运行情况,并能在线修改控制程序和设定值。,能进行A/D和D/A转换，以适应对模拟量的控制。,2.PLC的主要特点,(1)可靠性高，抗干扰能力强。由于采用大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件的设计和制造的过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，具有很高的可靠性。,(2)编程简单，使用方便。,(3)通用性好，具有在线修改能力。PLC硬件采用模块化结构，可以灵活地组态以适应不同的控制对象，控制规模和控制功能的要求。且可通过修改软件，来实现在线修改的能力，因此其功能易于扩展，具有广泛的工业通用性。,(4)缩短设计、施工、投产的周期，维护容量。目前PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计，同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减轻了接线工作，同时PLC还具有故障检测和显示功能，使故障处理时间缩短。,(5)体积小，易于实现机电一体化。,3.2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,可编程控制器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，并且两者常常联合使用。,1.梯形图,是在继电控制系统电气原理图基础上开发出来的一种图形语言。它继承了继电器触点、线圈、串联、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形。,1.梯形图,编程元件的种类用图形符号及字母或数字加以区别。,例:用PLC组成电机起停控制电路,(1)继电接触控制图,(2)利用梯形图编制控制程序,(1)梯形图中的继电器不是物理继电器，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。,几点说明,(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、并联连接，最后是线圈与右母线相联。,(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。,(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,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。,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。,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。,3.2.2可编程控制器的编程原则和方法,1.编程原则,(1)PLC编程元件的触点在编制程序时使用次数是无限的。每个继电器的线圈在梯形图中只能出现一次,它的触点可以使用无数次。,(2)梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止于右母线。线圈总是处于最右边，且不能直接与左边母线相连。,不正确,正确,(3)编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左重右轻”。,不合理,合理,(4)在梯形图中应避免触点画在垂直线上，因为它无法用指令语句编程。,无法编程,(5)应避免同一继电器线圈在程序中重复输出，否则将引起误操作。,电动机直接起动控制,(6)外部输入设备动断触点的处理：,在(b)图中，SB1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。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，它才断开。,通常由PLC内部电源提供,外接,FR的触点只能接成动断触点,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。,2.编程方法,以笼型电动机正反转的控制电路为例介绍PLC控制的编程方法,笼型电动机正反转的控制电路,(1)确定I/O点数及分配,2.编程方法,电动机正反转控制外部接线图,(2)编制梯形图和指令语句表,梯形图,指令语句表,例1：直接启动停车控制,控制电路图,I/O分配：X0：启动X1：停车Y0：KM,Why?,KMR,I/O分配：STX0SSFX1SSRX2KMFY0KMRY1,例2：三相异步电动机的正反转控制,STX1ORY0AN/X0AN/Y1OTY1STX2ORY1AN/X0AN/Y0OTY0ED,3.2.3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(也称取反指令)：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/指令的使用元件为X，Y，R，T，C；OT指令的使用元件为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。,(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。,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：,2.触点串联指令AN,AN/与触点并联指令OR,OR/,2.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,3.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。,指令块1,指令块2,3.块串联指令ANS与块并联指令ORS,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。,指令块1,指令块2,例1：写出下图所示梯形图的指令语句表。,解：指令语句表如右图所示。,4.反指令/,当X0闭合时，Y0接通，Y1断开；反之，则相反。,反指令是将该指令所在位置的运算接过去反。,5.定时器指令TM,TMR：定时单位为0.01s的定时器；,TMX：定时单位为0.1s的定时器；,TMY：定时单位为1s的定时器。,TMR和TMX指令各占三个地址号，TMY指令占四个地址号。,TM指令用法,当定时触发信号发出后，触点X0闭合，定时开始，5s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5s，则无输出。,动作时序图,定时器设置值定时时间500.1s=5s,定时器编号,指令使用说明,(1)定时设置值为K0K32767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。,(3)如果在定时器工作期间,X0断开,则运行中断，定时器复位,回到原始之值,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。,例2:试编制延时3s接通、延时4s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3s和4s。,梯形图,动作时序图,指令语句表,X1,Y0,6.计数器指令CT,X0,当计数到4时，计数器动合触点C100闭合，线圈Y0接通。,CT指令占三个地址号,计数脉冲输入端,复位脉冲输入端,计数设置值,计数器编号,梯形图,指令语句表,6.计数器指令CT,指令使用说明,(1)计数设置值为K0K32767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。,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。,梯形图,指令语句表,8.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。,X0,Y0,Y1,X1,一个扫描周期,9.置位、复位指令SET，RST,SET：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,动作时序图,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。,9.置位、复位指令SET，RST,10.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。,指令用法,置位输入端,复位输入端,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)若置位、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。,10.保持指令KP,指令使用说明,(1)NOP指令占一步，当输入NOP指令时，程序容量将有所增加，但对运算结果没有影响。,11.空操作指令NOP,NOP:指令不完成任何操作，即空操作。,(2)插入NOP指令可使程序在检查和修改时容易阅读。,12.移位指令SR,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,数据输入端,移位脉冲输入端,复位端,12.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”寄存器中任意一个WR作为移位寄存器用。每个WR都由相应的16个辅助寄存器R0RF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。当移位脉冲信号和复位触发信号同时出现时，以复位触发信号优先。,3.3可编程控制器应用举例,选择PLC类型,硬件设计,软件设计,系统总装统调,投入运行,(1)I/O点分配,(b)外部接线图,(c)梯形图程序,Y1接通电源、Y2形连接、Y3星形连接,启动时，按下SB2，X2常开闭合，此时R0接通，定时器接通，Y1、Y3也接通，KM1、KM3接触器接通，电动机进入星形降压启动。,延时5秒后，定时器T0动作，其常闭触点断开，使Y1、Y3断开，KM1、KM2断开。,T0的常开触点闭合，接通定时器T1，延时1秒后，T1动作，Y1、Y2接通，KM1、KM2接通，电动机三角形联结，进入正常工作。,(2)控制过程,3.3.2加热炉自动上料控制,1.系统要求系统启动时，先将炉门打开，当炉门打开到最大时，给料机进，送料入炉。给料后，给料机退回到原位，并将炉门关闭。,(1)I/O点分配,3.3.2加热炉自动上料控制,(3)梯形图程序,(4)指令语句表,Fig.1DSAWSchematicillustration,3.4PLC应用实例,PLC应用控制系统设计的一般步骤为：（1）分析控制任务，确定控制方案。（2）选择PLC机型。（3）系统设计。系统设计包括硬件设计和软件设计。（4）系统调试。,9.4.1异步电动机Y-换接起动控制,I/O端子分配,外部接线,梯形图,LDX400OUTT451ORM100K1ANIX401LDM100OUTM100ANIT450OUTT450ANIY432K10OUTY431LDM100LDT451OUTY430ANIY431LDT450OUTY432,程序,3.4.2计数器工作电路控制,在对装配线上的产品进行检测和计数时，要求计数到第10个时，起动下一道工序工作5s。,3.4.3机械手工作过程控制,工作循环,I/O端子分配及接线,梯形图,程序,PLC编程语言,PLC编程语言提供的编程语言通常有三种：梯形图、指令表和功能图。,梯形图,指令表,功能图,S7200系列可编程控制器内的元器件,输入继电器是PLC中专门用来接收从外部敏感元件或开关元件发来的信号。,1启动、停止控制,常规手动控制电路图,SB2,SB1,KM,KM,SB1,SB2,PLCCPU214,KM,PLC自动控制电路图,联锁控制线路:只有当M1电机转动后，M2电机才可以转动,SB1,SB2,PLCCPU214,KM1,SB3,SB4,KM2,SB2,SB1,KM1,KM1,SB4,SB3,KM2,KM2,KM1,PLC自动控制电路图,正反向接触器间的互锁控制,SB1,SB2,PLCCPU214,KM1,SB3,KM2,SB2,SB1,KM1,KM1,SB3,SB1,KM2,KM2,KM1,KM2,PLC自动控制电路图,SB2,SB1,KM1,KM1,SB3,SB1,KM2,KM2,KM1,KM2,PLC自动控制电路图,点动SB2,KM1=1,采用时间继电器、按时间顺序启动的控制线路线路要求:电动机M1启动20秒后电动机M2自动启动。,SB1,SB2,PLCCPU214,KM1,KM2,SB2,SB1,KM1,KM1,KT,SB1,KM2,KM2,KM2,KTT31,TON,20,IN,PT,PLC自动控制电路图,5.自动循环,SQ2,SQ1,SB1,SB2,PLCCPU214,KM1,KM2,SB2,SB1,KM1,KM1,SQ1,SQ2,SQ1,SQ2,KM2,SB3,SB1,KM2,KM2,SQ2,SQ1,KM1,SB3,PLC自动控制电路图,习题：多个传送带启动和停止如图所示。启动按钮铵下后电动机M1接通。I0.1接通后电动机M2接通，当I0.2接通后电动机M1停止，其他传送带动作类推。试设计其功能图、梯形图。,I0.0,I0.1,PLCCPU214,M1,I0.2,I0.3,M2,I0.0,I0.2,M1,M1,I0.5,I0.4,M3,I0.1,I0.4,M2,M2,I0.3,I0.6,M3,M3,PLC自动控制电路图,工作原理图,机械手的动作过程：1、从原点开始，按下启动按钮，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；2、同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。夹紧后，上升电磁阀通电机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电、上升停止；3、同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到值时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。4、若此时右工作台上无工件，则光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；5、同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。6、放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；7、同时接通左移电磁阀，机械手左移。左移到原点时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电左移停止。至此机械手经过八步动作完成了一个周期的动作。,操作面板布置图,PLC自动控制电路图,PLC软件编程,液体自动混合系统,控制要求:,PLC自动控制电路图,PLC的输出端：PLC向外部负载发出控制命令的窗口。,3.4应用设计,3.4.1系统设计3.4.2程序设计3.4.3设计实例,本章主要内容：,应用设计的基本知识系统设计，包括系统设计的步骤和几种常用的设计方法程序设计，比较详细地介绍在程序设计时功能流程图的使用应用实例本章要求对应用系统设计的方法和步骤掌握会用，重点是掌握程序设计方法中的功能流程图法。,返回本章首页,3.4.1系统设计,3.4.1系统设计的原则3.4.2系统设计的步骤,返回本章首页,3.4.1系统设计的原则,在可编程序控制器控制系统的设计中，应该最大限度地满足生产机械或生产流程对电气控制的要求，在满足控制要求的前提下，力求PLC控制系统简单、经济、安全、可靠、操作和维修方便，而且应使系统能尽量降低使用者长期运行的成本。设计一个PLC控制系统有多种途径：可以在原有的继电接触控制系统基础上加以改造，形成可编程序控制器的控制系统。,返回本节,3.4.2系统设计的步骤,1.熟悉被控对象2.制定控制方案3.详细描述控制对象4.详细描述操作员站5.配置可编程序控制器6.程序设计,返回本节,3.4.2程序设计,1功能流程图概述2由功能流程图到程序,返回本章首页,程序设计的内容包括：编写程序、编译程序、模拟运行及调试程序等。程序设计的方法是指用什么方法和编程语言来编写用户程序。程序设计有多种方法：如果控制系统是改造原有成熟的继电接触控制系统，则可由电气控制电路图很容易地转化为梯形图，生成控制程序。本节主要介绍功能流程图法。,功能流程图概述,功能流程图，简称功能图，又叫状态流程图或状态转移图。它是专用于工业顺序控制程序设计的一种功能说明性语言，能完整地描述控制系统的工作过程、功能和特性，是分析、设计电气控制系统控制程序的重要工具。,1.组成,（1）步步是控制系统中的一个相对不变的性质，它对应于一个稳定的状态。在功能流程图中步通常表示某个执行元件的状态变化。步用矩形框表示，框中的数字是该步的编号，编号可以是该步对应的工步序号，也可以是与该步相对应的编程元件（如PLC内部的通用辅助继电器、步标志继电器等）。步的图形符号如图所示。初始步初始步对应于控制系统的初始状态，是系统运行的起点。一个控制系统至少有一个初始步，初始步用双线框表示，如图所示。,(a)步(b)初始步(c)转移图3.60顺序功能图基本符号,有向连线与转换条件：有向连线。从上到下或从左至右箭头不标，反之标出。转换。用有向连线上与有向连线垂直的短画线来表示，将相邻两步隔开。转换条件。转换条件是与转换相关的逻辑命题，转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线旁边。,(a)一个步对应一个动作(b)一个步对应多个动作(c)一个步对应多个动作图3.61动作说明,2)使用说明(1)步与步不能直接相连，必须用转移分开。(2)转移与转移不能直接相连，必须用步分开。(3)步与转移、转移与步之间的连线采用有向线段，画功能图的顺序一般是从上向下或从左到右，正常顺序时可以省略箭头，否则必须加箭头。(4)一个功能图至少应有一个初始步。,2.使用规则,（1）步与步不能直接相连，必须用转移分开；（2）转移与转移不能直接相连，必须用步分开；（3）步与转移、转移与步之间的连线采用有向线段，画功能图的顺序一般是从上向下或从左到右，正常顺序时可以省略箭头，否则必须加箭头。（4）一个功能图至少应有一个初始步。,3.结构形式,（1）顺序结构（2）分支结构选择性分支并发性分支（3）循环结构（4）复合结构,（1）顺序结构,顺序结构,（2）分支结构,选择性分支,并发性分支,并发性分支,（3）循环结构,循环结构用于一个顺序过程的多次或往复执行。功能图画法如图7.7所示，这种结构可看作是选择性分支结构的一种特殊情况。,并发性分支,（4）复合结构,功能流程图举例,返回本节,3.顺序功能设计实例,锅炉的鼓风机和引风机控制要求：按了启动按钮I0.0后，应先开引风机Q0.0，延时5s后再开鼓风机Q0.1。按了停止按钮I0.1后，应先停止鼓风机，延时5s后再停止引风机，如图3.63所示。根据要实现的功能，其功能控制图和梯形图设计如图3.63所示，其中M0.0M0.3都是软继电器，相当于电气中的中间继电器，T37和T38是延时打开定时器，Q0.0和Q0.1分别是控制引风机和鼓风机的输出。,启动按钮,引风机,鼓风机,锅炉,图3.63鼓风机和引风机梯形图设计,3.6PLC控制系统的应用设计,3.6.1PLC控制系统的总体设计,图3.64PLC控制系统应用设计流程,3.6.2PLC控制系统的设计细则,1.与硬件有关的设计(1)确定系统输入元件(如按钮、指令开关、限位开关、接近开关、传感器、变送器等)和输出元件(如继电器、接触器、电磁阀、指示灯等)的型号。(2)根据设备的操作任务和操作方式，确定操作面板所需的元件，如指示灯、数字显示装置、开关和按钮等，有的系统可能需要智能的操作面板，如与S7-200配套的TD200文本显示器或有图形显示功能和触摸屏功能的操作面板。(3)确定PLC的输入点和输出点。列表统计PLC的输入信号和输出信号。在表中标明各信号的意义和类型，如信号是数字量还是模拟量，模拟信号的范围等。(4)确定PLC的型号和硬件配置。如确定CPU模块的型号，扩展模块的型号和块数。(5)给各I/O变量分配地址，梯形图中变量的地址与PLC的外部接线端子号是一致的。这一步为绘制硬件接线图作好了准备，也为梯形图的设计作好了准备。(6)画出PLC的外部硬件接线图。给I/O变量分配好地址后，画出PLC的外部硬件接线图，以及其他电气原理图和接线图。(7)画出操作站和控制柜面板的机械布置图和内部的机械安装图。(8)建立符号表。符号表用来给存储器内的绝对地址命名，可对物理I/O信号和程序中用到的其他存储单元命名。建立符号表后可以在程序中显示各绝对地址的符号名，有利于程序的设计和阅读。,2.设计梯形图程序首先应根据总体要求和控制系统的具体情况，确定用户程序的基本结构，画出程序流程图或数字量控制系统的顺序功能图。它们是编程的主要依据，应尽可能地准确和详细。较简单的系统梯形图可以用经验法设计，复杂的系统一般采用顺序控制设计法。3.梯形图程序的模拟调试根据顺序功能图，用小开关和按钮来模拟PLC实际的输入信号，通过模块上各输出位对应的发光二极管，观察各输出信号的变化是否满足设计的要求。4.现场调试完成上述工作后，将PLC安装在控制现场，接入实际的输入信号和负载。在联机总调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和接线等硬件方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图设计中的问题，发现问题后在现场加以解决，直到完全符合要求。5.编写技术文件技术文件应包括：(1)PLC的外部接线图和其他电气图样。(2)PLC的编程元件表，包括程序中使用的I/O位、存储器位、定时器、计数器、顺序控制继电器等的地址、名称、功能，以及定时器、计数器的设定值等。(3)顺序功能图、带注释的梯形图和必要的总体文字说明。,3.6.3PLC控制系统硬件设计,1.硬件设计的基本原则PLC控制系统的硬件一般由PLC、I/O设备、控制柜等构成。在硬件设计时，主要应考虑以下原则和一般步骤。1)可靠性在设计中，除了尽可能选择高可靠性的元件和产品之外，还要考虑系统的主要性能指标和使用场所。在连续工作的场合，应选择双(CPU)机型PLC或采用冗余技术(或模块)。对于使用条件恶劣的地方，应选用相适应的PLC以及采取相应的保护设施。2)功能完善在保证完成控制功能的基础上，应尽可能将自检、报警以及安全保护等功能纳入设计方案，使系统的功能更加完善。3)经济性在保证可靠性和控制功能的基础上，还应尽可能地降低成本。除此之外，控制系统的先进性、可扩展性和整体的美观性也是硬件设计应综合考虑的因素。,2.硬件设计的一般步骤,1)选择适合的PLC机型(1)结构合理。对于工艺过程比较固定、环境条件较好(维修量较小)的场合，选用整体式PLC；其他情况则选用模块式结构PLC。(2)功能合理。对于开关量控制的工程项目，其控制速度无须考虑，一般的低档机就能满足要求。对于控制比较复杂、控制功能要求高的工程项目，例如要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可视控制规模及复杂程度选用中档机或高档机。(3)PLC类型统一。(4)是否在线编程。当被控设备的工艺过程改变时，只需要编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来了极大的方便。,2)I/O的选择,要估算PLC控制系统的I/O点数。系统对PLC的I/O点数的要求与接入的I/O设备有关。根据表3-3对典型传动设备及常用电气元件所需的I/O点数的总结，可以大致预测系统需要的控制点数。,3)I/O模块的选择对于输入模块主要考虑两点，一是根据现场输入信号与PLC输入模块距离的远近来选择工作电压，距离较远的设备应选用较高的电压模块比较可靠；二是高密度的输入模块，如32点输入模块，能允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。4)估算用户存储容量用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理、程序结构等。,5)专用功能模块的配置除了开关信号之外，工业控制中还要对温度、压力、物位(或液位)、流量等过程变量以及运动控制变量等进行检测和控制。在这些专用场合，I/O容量已经不是关键参数，更重要的是考虑它们的控制功能。选用专用功能模块时，只要能满足控制功能的要求就可以了，要避免大材小用。在有些专用场所，特别是驱动大功率负载时，还需要根据实际情况自己设计相应的驱动电路；对于慢过程的大系统，通常需要各设备之间有互锁控制。6)I/O分配为了防止接线错误，首先要对I/O点进行分配，做成一个I/O分配表，并设计PLC的I/O端口接线图。在分配I/O点编号时，尽量将同类的信号集中配置，地址号按顺序连续编排。一般来说，中间继电器、定时器、计数器等元件不必列在I/O表中。,3.7PLC应用实例,3.7.1运货小车的PLC控制1.运货小车的工作过程图3.65所示为小车运货过程示意图。,图3.65小车运货示意图,图3.66小车运货流程图,2.I/O点地址分配,3.硬件图设计,图3.67小车运货PLC控制电路图,4.PLC梯形图设计,图3.68运货小车自动控制的梯形图,3.7.2加热炉自动上料PLC控制,1.加热炉自动上料控制系统要求如图3.69所示，加热炉自动上料控制系统启动时，先将炉门打开，当炉门打开到最大时，给料机进炉门，送料入炉。给料后，给料机退回到原位，并将炉门关闭。,图3.69加热炉自动上料控制原理图,2