PLC可编程控制器基础知识

1、北京松下控制装置有限公司制造技术课编制北京松下控制装置有限公司制造技术课编制 可编程控制器是现代自动化设备中最广泛可编程控制器是现代自动化设备中最广泛使用的核心控制器件，它是从继电器顺序控制使用的核心控制器件，它是从继电器顺序控制技术发展而来，应用计算机技术进行逻辑判断技术发展而来，应用计算机技术进行逻辑判断与运算的控制器。以可编程控制器为核心加入与运算的控制器。以可编程控制器为核心加入各种辅助器件（传感器、驱动器件等）构成控各种辅助器件（传感器、驱动器件等）构成控制系统，以顺序制系统，以顺序+ +反馈的方式实现设备的自动反馈的方式实现设备的自动化运转。下面，我们分几部分来认识可编程控化运转。

2、下面，我们分几部分来认识可编程控制器和以它为中心的控制系统。制器和以它为中心的控制系统。 电源运算器控制器输入单元用户输入设备外部设备编程器EPROM写入器笔记本电脑CRT监控外设I/O接口系统程序存储器EPROM用户程序存储器RAM存 储 器变量存储器RAM扩展I/O接口输出单元扩展I/O部分用户输出设备微处理器（CPU）打印机可编程控制器硬件组成框图微处理器：微处理器：显然是控制器的核心部件，它实现各种逻辑运算、算术运算，还要对整个控制系统的各个部分的工显然是控制器的核心部件，它实现各种逻辑运算、算术运算，还要对整个控制系统的各个部分的工作进行协调与控制。作进行协调与控制。存储器：存储器：

3、数据的存储区域，用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量、输入数据的存储区域，用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量、输入/输出状态的映像、以及各种其输出状态的映像、以及各种其它数据信息。它数据信息。输入输入/输出接口：输出接口：即即I/O接口，可编程控制器与被控对象接口，可编程控制器与被控对象设备、或者周边其它控制器相互联系、交换信息与指令设备、或者周边其它控制器相互联系、交换信息与指令的通道。的通道。电源：电源：整个控制器的电力供给中心；其一为内部电源整个控制器的电力供给中心；其一为内部电源内部的微处理器、存储器等的工作用电，一般是内部的微处理器、存储器等的工作用电，一般是直流直流5V；其二为外

4、部电源（也称用户电源）；其二为外部电源（也称用户电源）用于传送设备上各传感器信号、用于驱动设备的各用于传送设备上各传感器信号、用于驱动设备的各种执行元件，一般是直流种执行元件，一般是直流24V、而且功率较小。、而且功率较小。I/O扩展部分：扩展部分：为控制系统扩展输入为控制系统扩展输入/输出的点数而设计，根据不同的控制器型号能扩充的最大点数也不相同，而输出的点数而设计，根据不同的控制器型号能扩充的最大点数也不相同，而且扩展的功能模块也不尽相同，高版本的输入、输出、模且扩展的功能模块也不尽相同，高版本的输入、输出、模/数、数数、数/模转换等。模转换等。外部设备：外部设备：开发及维护设备的可编程控

5、制器系统时，及设计与调试应用程序、监控系统运行状态的各种辅助设开发及维护设备的可编程控制器系统时，及设计与调试应用程序、监控系统运行状态的各种辅助设备，我们公司内常用到的是安装有备，我们公司内常用到的是安装有NPST-GR软件的笔记本电脑、或者是手持编程器等。软件的笔记本电脑、或者是手持编程器等。可编程控制器的基本工作方式可编程控制器的基本工作方式扫描扫描扫描扫描依次对各种规定的操作项目全部进行访问与处依次对各种规定的操作项目全部进行访问与处 理；每扫描完成一个循环即为一个扫描周期。理；每扫描完成一个循环即为一个扫描周期。在第一个在第一个“I/O更新更新”的过程中，微处理器从输入的过程中，微处

6、理器从输入/输出单元接收设输出单元接收设备等外围装置的当前状态，存入存储器中备用；备等外围装置的当前状态，存入存储器中备用；在在“演算演算/处理处理”过程中，微处理器把存储器中的过程中，微处理器把存储器中的I/O状态与用户程状态与用户程序结合进行逻辑和数字运算，生成的运算结果也存入存储器中；序结合进行逻辑和数字运算，生成的运算结果也存入存储器中；在第二个在第二个“I/O更新更新”过程中，微处理器把演算、处理的结果送入过程中，微处理器把演算、处理的结果送入输出单元，通过接口传给设备等外围装置。输出单元，通过接口传给设备等外围装置。I / O更 新演 算 / 处 理I / O更 新I / O更 新

7、演 算 / 处 理I / O更 新可 编 程 控 制 器 扫 描 周 期 示 意 图一 个 扫 描 周 期两 个 扫 描 周 期 可编程控制器的输入输出方式可以分为：继电器输可编程控制器的输入输出方式可以分为：继电器输入入/输出型、晶体管输入输出型、晶体管输入/输出型等。输出型等。NAIS FP1就是继电器输入输出型的可编程控制器就是继电器输入输出型的可编程控制器 输入回路里一般都输入回路里一般都把公共端接电源的把公共端接电源的+24V端，而把输入端经过开端，而把输入端经过开关后引到电源的关后引到电源的0V端；端； 输出回路里一般把输出回路里一般把公共端接电源的公共端接电源的0V端，端，把输出

8、端经过负载后引把输出端经过负载后引到电源的到电源的+24V端。端。内部回路输入指示LED12V DCto24V DC输入回路示意图COM端子输入端子内部回路负载负载输出指示LED输出端COM端5V DCto24V DC输出回路示意图继电器种类及功能继电器种类及功能继电器序号及说明继电器序号及说明 基本程序指令基本程序指令 基本程序回路基本程序回路 可编程控制器是从继电器序列控制装置的基础上可编程控制器是从继电器序列控制装置的基础上运用计算机技术发展而来的，所以其程序、符号等均运用计算机技术发展而来的，所以其程序、符号等均保留着原来的称呼保留着原来的称呼继电器，程序也是与电气控制继电器，程序也是

9、与电气控制图相近图相近梯形图；先看我们可以在程序中使用的资梯形图；先看我们可以在程序中使用的资源源继电器的种类列表继电器的种类列表存储器区域名称存储器区域名称 功能功能 继继电电器器 外部输入外部输入 X根据外部输入的状态根据外部输入的状态ON/OFF切换切换 外部输出外部输出 Y把把ON/OFF状态向外部输出状态向外部输出 内部继电器内部继电器 R根据程序结果确定其根据程序结果确定其ON/OFF状态状态 定时器定时器 T延迟到定时器设定的时间后延迟到定时器设定的时间后ON 计数器计数器 C按照记数器的设定，记数满时按照记数器的设定，记数满时ON 特殊内部继电器特殊内部继电器 R特定条件下特定

10、条件下ON/OFF、各种运算的标志位等、各种运算的标志位等 根据不同种类的可编程控制器，继电器的序号编码方式是不根据不同种类的可编程控制器，继电器的序号编码方式是不一样的，下面针对我公司最常用到的一样的，下面针对我公司最常用到的松下系列可编程控制器，松下系列可编程控制器，作以简单介绍：作以简单介绍： 外部输入、外部输出、内部继电器外部输入、外部输出、内部继电器 以外部输入以外部输入X X为例，如下面图示：最低位是以为例，如下面图示：最低位是以1616点为基础单位，点为基础单位，是十六进制数是十六进制数0 0F F，除最低位以外均采用十进制数。是一种十进，除最低位以外均采用十进制数。是一种十进制

11、数与十六进制数结合的表示方法。制数与十六进制数结合的表示方法。 X0，X1XFX10，X11X1FX20，X21X2FX70，X71X7F10进制数0，1，212X16进制数0，1，29，A，BF定时器、计数器定时器、计数器如下面的图示：如下面的图示： 接点序号和相应的定时器与计数器对应，都是由接点序号和相应的定时器与计数器对应，都是由1010进制数组成。进制数组成。 T1 0 进制数0 ，1 ，2 9 9T0 , T1 T9 9C 1 0 0 , C 1 0 1 C 1 4 3WX、WY、WR和和X、Y、R的关系：的关系： 以以WX为例，为例，WX0WX0作为一个寄存器单元对应着作为一个寄存

12、器单元对应着X0XFX0XF这这1616点点X X，WX1WX1则对应着则对应着X10X1FX10X1F这这1616点的点的X X，WX7WX7，参考下面的图示，参考下面的图示，： W X 0W X 7W X 1X 1 F X 1 B X 1 7 X 1 3 X 1 0X 7 F X 7 B X 7 7 X 7 3 X 7 0b i t0123569ADEb i tFb i tCB7b i t4b i t8b i t0123569ADEb i tFb i tCB7b i t4b i t8b i t0123569ADEb i tFb i tCB7b i t4b i t8X F X B X 7 X

13、 3 X 0关于程序继电器的使用说明：关于程序继电器的使用说明：外部输入外部输入X：没有进行机能设定的外部输入不能使用；：没有进行机能设定的外部输入不能使用； 无法通过程序的演算改变外部输入的无法通过程序的演算改变外部输入的ON/OFF状态状态 在程序上的使用次数没有限制。在程序上的使用次数没有限制。外部输出外部输出Y：没有进行机能设定的外部输出，能作内部继电器：没有进行机能设定的外部输出，能作内部继电器 ，但不能作为保持型；作为接点使用的时候没有次，但不能作为保持型；作为接点使用的时候没有次 数的限制；作为演算的输出继电器使用时，如：数的限制；作为演算的输出继电器使用时，如： OT、KP等命

14、令中，原则上一个程序中只能用一等命令中，原则上一个程序中只能用一 次（禁止二重出力）。次（禁止二重出力）。内部继电器内部继电器R：作为接点使用的时候，没有次数的限制；作为：作为接点使用的时候，没有次数的限制；作为 演算的输出继电器使用时，如：演算的输出继电器使用时，如：OT、KP等命令等命令 ，原则上一个程序中只能用一次（禁止二重出力，原则上一个程序中只能用一次（禁止二重出力) ) 有保持型和非保持型两种，保持型继电器在切断电有保持型和非保持型两种，保持型继电器在切断电 源、或从源、或从RUN切换到切换到PROG方式时，对当前方式时，对当前 ON/OFF状态保持记忆，恢复电源、或恢复到状态保持

15、记忆，恢复电源、或恢复到RUN RUN 方式后仍然能恢复到原来的状态。方式后仍然能恢复到原来的状态。 定时器定时器T：预制计时定时器通过预先设定的数据，在条件（定：预制计时定时器通过预先设定的数据，在条件（定 时器线圈接通时）具备时逐步递减，减小至时器线圈接通时）具备时逐步递减，减小至“零零”时时 其接点其接点“ON”ON”； 定时器的执行条件定时器的执行条件OFF时，定时器接时，定时器接 点全点全OFF； 接点使用次数没有限制。接点使用次数没有限制。 计数器计数器C：当计数输入的上升沿，对预先设置的数据执行减计：当计数输入的上升沿，对预先设置的数据执行减计 数，当计数值减为数，当计数值减为“

16、零零”时计数器接点时计数器接点ON； 计数器的复位输入时，计数器接点计数器的复位输入时，计数器接点OFF； 接点的使用次数不限。接点的使用次数不限。 定时器与计数器的相关项目：定时器与计数器的相关项目： 定时器与计数器使用的是共同的存储器区，可以通过设定存储器区定时器与计数器使用的是共同的存储器区，可以通过设定存储器区域的大小，确保定时器域的大小，确保定时器/计时器的数目；但是二者之和是由可编程控制计时器的数目；但是二者之和是由可编程控制系统版本限定的，总数不能更改；定时器全部是非保持型，计数器有非系统版本限定的，总数不能更改；定时器全部是非保持型，计数器有非保持型和保持型，根据可编程控制系统

17、版本不同，有的可以进行非保持保持型和保持型，根据可编程控制系统版本不同，有的可以进行非保持型和保持型数目的设定。型和保持型数目的设定。 可编程控制器的基础是下面的这些基本指令，许多的基本指令都是依照继电可编程控制器的基础是下面的这些基本指令，许多的基本指令都是依照继电器顺序控制的原形发展而来，基本的功能与继电器、开关、定时器等相同，由于器顺序控制的原形发展而来，基本的功能与继电器、开关、定时器等相同，由于采用了计算机技术，也就提供了众多的应用命令，如对数据的传送、移位、逻辑采用了计算机技术，也就提供了众多的应用命令，如对数据的传送、移位、逻辑与数学运算等，主要包括：基本顺序指令、基本功能指令、

18、控制指令、比较指令。与数学运算等，主要包括：基本顺序指令、基本功能指令、控制指令、比较指令。 下面是对一些常用的基本命令与其梯形图程序的简单介绍：下面是对一些常用的基本命令与其梯形图程序的简单介绍： ST 常开触点与母线连接，开始逻辑运算；常开触点与母线连接，开始逻辑运算； ST/ 常闭触点与母线连接，开始逻辑运算；常闭触点与母线连接，开始逻辑运算； AN 串联常开触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作串联常开触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作 结果与指定继电器内容相结果与指定继电器内容相与与；并把这一结果存入结果寄存；并把这一结果存入结果寄存器器 AN / 串联常闭触点指令，

19、将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作串联常闭触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作 结果与指定继电器内容相结果与指定继电器内容相与与；并把这一结果存入结果寄存；并把这一结果存入结果寄存器器 OR 并联常开触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作并联常开触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作 结果与指定继电器内容相结果与指定继电器内容相或或；并把这一结果存入结果寄存；并把这一结果存入结果寄存器器 OR / 并联常闭触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作并联常闭触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作 结果与指定继电器内容相结果与指定继电器内容相或或；并把这一结果存入结果寄

20、存；并把这一结果存入结果寄存器器 左图是可编程控制器的两左图是可编程控制器的两个基本的块指令（触点组个基本的块指令（触点组用法）：用法）： ANS 两个基本指令组之两个基本指令组之间是间是“与与”的逻辑关系；的逻辑关系；两块电路组总体上是两块电路组总体上是“串串联联”； ORS 两个基本指令组之两个基本指令组之间是间是“或或”的逻辑关系；的逻辑关系；两块电路组总体上是两块电路组总体上是“并并联联”； 输入触点X0输入触点输入触点输入触点输入触点输入触点输入触点输入触点X1X2X3XAXBXCXD DF上升沿微分指令，上升沿微分指令， 仅在其前面条件仅在其前面条件ON的上升沿时，输出的上升沿时，

21、输出ON信信号号一个扫描周期；一个扫描周期； DF/下降沿微分指令，下降沿微分指令， 仅在其前面条件仅在其前面条件ON的下降沿时，输出的下降沿时，输出ON信信号号一个扫描周期；一个扫描周期；NOT取反指令，对它前取反指令，对它前 面的运算结果取反；面的运算结果取反；NOP空操作指令，不执空操作指令，不执 行任何操作；行任何操作； DF PSHS保存前保存前面的演算结果，以备面的演算结果，以备后面使用，相当于堆后面使用，相当于堆栈的入栈指令；栈的入栈指令； RDS读取前面读取前面保存的演算结果，继保存的演算结果，继续续 演算，相当于堆栈演算，相当于堆栈的读栈指令；的读栈指令； POPS释放前释放

22、前面保存的演算结果面保存的演算结果, ,继继续演算，相当于堆栈续演算，相当于堆栈的出栈指令。的出栈指令。 X0输入触点输入触点输入触点输入触点X1X2X3左图是可编程控制器的三个基本左图是可编程控制器的三个基本的输出指令：的输出指令：OT 输出继电器线圈，同一输出继电器线圈，同一序号只能用一次；序号只能用一次； TM 定时器线圈，同一序定时器线圈，同一序号 只 能 用 一 次 ； 例 中 的号 只 能 用 一 次 ； 例 中 的TMX19对应着设定值区对应着设定值区SV19、经过值区经过值区EV19；计时器是逐；计时器是逐步递减的计时方式；步递减的计时方式；SET、RST对继电器线圈直对继电器

23、线圈直接进行操作，同一继电器可接进行操作，同一继电器可多次使用，使用此种命令不多次使用，使用此种命令不受多重输出的禁止限制；受多重输出的禁止限制； 定时器TMX 19 , K 29Y0输出继电器Y0S输出触点CT 计数器的线圈，同一计数器的线圈，同一 序号只能用一次；序号只能用一次；K99为十进制预置常数为十进制预置常数99； 也可以使用其它进制也可以使用其它进制 的常数的常数 计数器的计数方式为减计数计数器的计数方式为减计数（定时器也一样）；（定时器也一样）； 例中的例中的CT101对应着设定值对应着设定值区区SV101、经过值区、经过值区EV101；计 数 器C T1 0 1K9 9KP指

24、令 相当于一个锁存继电器，当置位输入为ON时，使输出接通为ON并保持。X0X1KPY0置位触发信号复位触发信号输出地址TMR、TMX、TMY指令TMR：以0.01秒为单位设置延时ON定时器；TMX：以0.1秒为单位设置延时ON定时器；TMY：以1秒为单位设置延时ON定时器；T5TMX305X0Y0预置值定时器指令编号CT计数指令 为预置计数器,完成减计数操作,当计数输入端信号从OFF变为ON时,计数值减1,当计数值减为0时,计数器为ON,使其常开接点闭合,常闭接点打开.X0X1CT10计数触发信号复位触发信号预置值100C100Y0MC(主控继电器)和MCE（主控继电器结束）指令当预置触发信号

25、接通时，执行MC至MCE之间的指令（MC 0） Y0 Y1 （MCE 0） X0X2X1R0X3R1预置触发信号MC指令编号LOOP（循环）和LBL（标号）指令 跳转到与跳转到与LOOP指令相同编号的指令相同编号的LBL指令，并反复执指令，并反复执行行LBL指令之后的程序，直到规定的操作数变为指令之后的程序，直到规定的操作数变为0。（LBL 1） R1 Y1 LOOP 1 DT0 X0X5R2Y0R1预置触发信号X1LBL指令编号自锁回路自锁回路互锁回路互锁回路 顺序动作回路顺序动作回路 在输入在输入X0“ON”之后，输出继电器之后，输出继电器R线圈得电、动作，以自身的触点维持线圈得电、动作，

26、以自身的触点维持自身线圈的电源，所以称自身线圈的电源，所以称自锁；自锁；只有在输入断开的只有在输入断开的X1“ON”后才会切断后才会切断继电器继电器R的电源；广泛应用于需要保持的电源；广泛应用于需要保持的动作中，如电机的起动与停止的控的动作中，如电机的起动与停止的控制等。自锁也提供失电保护的机能。制等。自锁也提供失电保护的机能。 左图的上、下两者都是自锁，但左图的上、下两者都是自锁，但是又有些区别：是又有些区别： 上面上面复位优先：以输入断开为优复位优先：以输入断开为优 先，在断开有输入时，无法接通动作先，在断开有输入时，无法接通动作 继电器；继电器； 下面下面动作优先，以输入动作为优动作优先

27、，以输入动作为优 先，在动作有输入时，无法断开动作先，在动作有输入时，无法断开动作 继电器；继电器； 基于这种区别，我们所使用的安基于这种区别，我们所使用的安全回路往往是采用断开优先的方式，全回路往往是采用断开优先的方式，以保证安全回路动作后，能可靠地切以保证安全回路动作后，能可靠地切断输出。断输出。 X0X1R0R0X0X1R0R0输 入 触 点输 入 触 点输 入 触 点输 入 触 点输 入 触 点输 入 触 点输出 继电 器输出 继电 器 当输出继电器当输出继电器R1动作后，动作后，R1通过自锁保持了本身的通过自锁保持了本身的线圈电源，同时通过自身线圈电源，同时通过自身的常闭触点切断了继

28、电器的常闭触点切断了继电器R2的线圈电源，使其无法的线圈电源，使其无法动作；只有在动作；只有在R1断开后，断开后，其常闭触点恢复接通，其常闭触点恢复接通，R2才可能动作；同理，才可能动作；同理，R2动动作也会使得作也会使得R1无法动作。无法动作。 这样的两个继电器动作这样的两个继电器动作互相制约称互相制约称互锁；广互锁；广泛应用于不能同时存在的泛应用于不能同时存在的几个动作之间，如控制几个动作之间，如控制3相相电机的正反转电机的正反转.互锁动作的互锁动作的优先程度是并列的。优先程度是并列的。 输入触点X0输入触点输入触点输入触点输入触点输入触点R1输出继电器R2输出继电器R1输入触点R1X2R

29、2X1R2 只有在只有在R1动作，动作，R1的的接点自锁后，接点自锁后，R2才可才可能动作；只有在能动作；只有在R2动动作，作，R2的接点自锁后，的接点自锁后，R3才可能动作；才可能动作； 这样就形成了后这样就形成了后续的动作以前面的动续的动作以前面的动作为条件的动作顺序，作为条件的动作顺序，所以也称为条件动作。所以也称为条件动作。 输入触点输入触点输入触点输入触点输入触点输入触点输出继电器输出继电器输出继电器X1R1R1X2R2R2X3R3R3 在我们公司的设备在我们公司的设备中，有很多要严格限制中，有很多要严格限制动作顺序的时候；考虑动作顺序的时候；考虑到动作的可靠性，往往到动作的可靠性，

30、往往在回路中加入确认动作在回路中加入确认动作到位的传感器信号，以到位的传感器信号，以构成一种闭环的控制系构成一种闭环的控制系统。统。 如左面图示中的如左面图示中的R1与与R2间的动作关联，即：间的动作关联，即：R0动作动作 + X10检知检知 R1动作。动作。 有的时候，为了确有的时候，为了确保动作的到位，还在检保动作的到位，还在检知的后面加时间继电器知的后面加时间继电器延缓下一步动作。延缓下一步动作。 X0输入触点X0输入触点输入触点X0输入触点R0自锁触点R0X10R0动作确认自锁触点R1R0输出继电器R1输出继电器 可编程控制器的梯可编程控制器的梯形图程序源自继电器控制形图程序源自继电器控制电路，现代计算机技术的电路，现代计算机技术的高速发展赋予了更多、更高速发展赋予了更多、更强大的