OMRON_PLC编程教材

1、1前言：继电器回顾前言：继电器回顾第一章：第一章：PLC概述概述第二章：第二章：PLC的基本组成和工作原理的基本组成和工作原理第三章：第三章：PLC的分类的分类第四章：第四章：OMRON PLC数据存储数据存储第五章：第五章：PLC基本指令和梯形图的编程规则基本指令和梯形图的编程规则第七章：西门子第七章：西门子S7-200 PLC第八章：三菱第八章：三菱FX2N PLC第九章：施耐德第九章：施耐德 Twido PLC第六章：模拟量模块的应用第六章：模拟量模块的应用1. 电机正反转示例 采用继电器的常开常闭触点、接触器等执行装置完成所需顺序逻辑功能 电机的起停控制 电机的正反转控制 2. 继电器

2、控制系统 在可编程程序控制器诞生之前，继电器控制系统已广泛应用于工业的各个部门。可编程序控制器是根据工业生产过程顺序逻辑控制的需要而逐步发展起来的，因此，在阐述PLC定义之前，有必要先了解一下继电接触器控制系统。 继电器控制系统通常可看成是输入电路、输出电路、控制电路和工业现场四部分组成。其中输入电路部分由按钮、行程开关、限位开关、传感器等构成，用以向系统送入控制信号。 输出电路部分由接触器、电磁阀等执行元器件构成，用以控制各种被控制对象（如电动机、阀门等）。控制电路部分是继电器控制系统的核心，它通过导线将各个分立的继电器、电子元器件连接起来，对工业现场实施控制，工业现场部分是指上述的被控制对

3、象或生产过程。 继电器控制系统在传统的工业生产中曾起着重要作用。随着生产规模的逐步扩大，市场竞争日趋激烈，继电器控制系统愈来愈难以适应工业生产的需要。继电器控制电路通常是针对某一固定动作顺序或生产工艺而设计的， 它只能进行逻辑、定时、计算等一些简单的控制，一旦动作顺序或生产工艺发生变化，就必须重新设计，重新布线、装配和调试。这就迫使人们研制新型的工业控制系统，以取代原来已占统治地位的继电器控制系统。 1.1 PLC的命名与定义一、PLC的命名 20世纪70年代末至80年代初，微处理器技术日趋成熟，使可编程序控制器的处理速度大大提高，并增加了许多特殊功能，如浮点运算、函数运算等，使得可编程序控制

4、器不仅可进行逻辑控制，还可以对模拟量进行控制。 因此，美国电气制造协会将它正式命名为PC（Programmable Controller）。由于个人计算机的简称也是PC(Personal Computer)，为避免混淆，人们习惯上仍将可编程序控制器称为PLC。1.1 PLC的命名与定义二、PLC的定义 PLC是1968年美国通用汽车公司提出的。主要目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器控制盘。1969年，研制成第一台PLC型号为PDP-14投入通用汽车的生产线控制中，取得了令人满意的效果。这就是第一代可编程序控制器。 国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程序控制器是一种数字运算操

5、作的电子系统，是为在工业环境下应用而设计的。它采用可编程序的存储器，用来在其1.1 PLC的命名与定义 内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充功能的原则设计。1.2 PLC的特点和应用一、PLC的主要特点 1. 通用性强，使用方便 PLC产品已形成系列化和模块化，并配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户在硬件方面的设计工作只是确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线，一个控制对象的硬件配置确定后，可通过修改用户程序，方便、快速

6、地适应工艺条件的变化。 一、PLC的主要特点2. 功能强，使用面广 现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计算、顺序控制等功能，而且还具有A/D、D/A转换，数值运算和数据处理等功能。因此，它既可以控制开关量，也可控制模拟量。 1.2 PLC的特点和应用一、PLC的主要特点 3. 抗干扰能力强，可靠性高 硬件上：采用光电耦合器传递信号，使外部电路与CPU间完全没有电路上的联系。在PLC电源电路和I/O模块中，设置了多种滤波电路，它们对高频干扰信号有良好的抑制作用。软件上：软件上：设置故障检测与诊断程序，检测系统硬件设置故障检测与诊断程序，检测系统硬件是否正常，锂电池电压是否过低，外部环境是否正常，

7、用是否正常，锂电池电压是否过低，外部环境是否正常，用户程序的语法是否错误，发现问题后立即自动进行相应的户程序的语法是否错误，发现问题后立即自动进行相应的处理，如报警等。处理，如报警等。1.2 PLC的特点和应用一、PLC的主要特点 4. 编程语言简单易学 PLC采用梯形图语言，与继电器电路相似1.2 PLC的特点和应用 物理继电器物理继电器 PLC继电器继电器常开常开常闭常闭 触触 点点线线 圈圈1.2 PLC的特点和应用一、PLC的主要特点 5. 安装调试简单，维修方便 PLC内部不需用接线，安装工作量小； 安装配有指示灯，调试维修方便； 模块更换方便。1.2 PLC的特点和应用一、PLC的

8、主要特点 6. 体积小、重量轻，易于实现机电一体化 PLC结构紧凑、坚固，体积小，重量轻，功耗低，同时还具有很好的抗振性及适应环境温度、湿度变化的能力。因此，PLC很容易安装在机械设备内部，是机电一体化设备中较为理想的控制装置。1.2 PLC的特点和应用项目继电器控制PLC控制控制功能的实现通过继电器接线通过编制程序对工艺变更的适应性 改变继电器接线修改程序控制速度触点机械动作较慢电子器件速度快安装调试连线多，调试麻烦安装容易调试方便可靠性触点多，可靠性差PLC内部无触点，可靠性高寿命短长可扩展性难容易维护工作量大，故障不易查找有I/O指示和自诊断，维护方便1.2 PLC的特点和应用二、PLC

9、的应用领域 1. 开关量的逻辑控制 这是PLC最基本最广泛的应用。可用PLC取代继电器控制系统，实现开关量的逻辑控制、顺序控制。开关量的逻辑控制可用于单机控制、多机群控，也可用于自动生产线的控制，如机床电气控制，铸造机械、运输带、包装机械控制，电梯的控制，化工系统中各种泵和电磁阀的控制，啤酒灌装生产线、汽车装配线控制等。1.2 PLC的特点和应用二、PLC的应用领域 2. 运动控制 PLC可用于对直线运动或圆周运动的控制，PLC的运动控制功能广泛应用于各种机械设备，如金属切削机床、金属成型机械、装配机械、机器人和电梯等控制。1.2 PLC的特点和应用二、PLC的应用领域 3. 闭环过程控制 闭

10、环过程控制是指对温度、压力、流量等各种连续变化模拟量的控制。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量与数字量之间的转换，并能对模拟量进行闭环PID控制。现代的大中型PLC一般都有闭环PID控制功能，它们广泛应用于塑料挤压成型机、加热炉、热处理、锅炉等设备的控制。1.2 PLC的特点和应用二、PLC的应用领域 4. 数据处理 现代PLC基本都具有数值运算，数据传递、转换、位操作等功能，可进行数据的采集、分析和处理。PLC的数据处理功能，一般应用于大中型控制系统，如柔性制造系统、过程控制系统和机器人的控制。1.2 PLC的特点和应用二、PLC的应用领域 5. 联网通信 PLC通信包括PLC之间，PL

11、C与上位计算机及其他智能设备之间的通信。利用PLC和计算机的RS-232接口，用双绞线、同轴电缆或光缆将它们联成网络，实现信息的交换，构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。2.1 PLC的基本组成一、CPU模块 CPU是PLC的控制中枢，它由运算器、控制器和寄存器等组成。运算器：执行算术、逻辑等运算的部件。控制器：用来控制PLC的工作部件。 CPU的作用：PLC本身的自检；接收输入模块的信息；执行监控程序和用户程序；输出控制信号；响应外部设备的请求。2.1 PLC的基本组成二、存储器 可编程序控制器中的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作状态数据。 系统程序存储区：存放监控程序，用

12、户不能访问和修改 用户程序存储区：存放经编程器输入的用户程序 数据存储区：暂存输入、输出数据映像2.1 PLC的基本组成三、输入/输出模块 开关量输入/输出模块 模拟量输入/输出模块 温度控制模块 高速计数模块 运动控制模块2.1 PLC的基本组成四、编程器 编程器是PLC的重要组成部分，可将用户编写的程序传送到PLC的用户存储区。因此，它的主要任务是输入、修改和调试程序。2.1 PLC的基本组成五、电源模块 PLC的电源模块将交流电源转换成供CPU、存储器等所需的直流电源，是整个PLC的能源供给中心。它的好坏直接影响到PLC的功能和可靠性。PLC的电源模块除了向PLC内部电路提供稳压电源外，

13、还向外部提供直流24V稳压电源，用于传感器的供电。2.1 PLC的基本组成一、PLC的基本工作原理 PLC工作原理虽与工业计算机相同，但在应用时，可不必用计算机的软硬件知识去做深入的分析，而只需将PLC看成是继电器、定时器、计数器等组成的控制系统，从而将PLC等效成输入部分、逻辑控制部分和输出部分。 输入部分：将外部开关信号转换成PLC内部输入继电器的接通或断开。 程序控制部分：根据输入/输出继电器的触点状态执行用户程序，其结果使输出继电器线圈接通或断开。2.2 PLC的工作原理一、PLC的基本工作原理 输出部分：根据输出继电器的状态决定是否接通外接电气。 下图为PLC等效工作电路2.2 PL

14、C的工作原理二、PLC的循环扫描工作过程 PLC采用循环扫描的方式工作。用户程序通过编程器输入并存放在PLC的用户程序存储区中，当PLC投入运行后，在系统程序的控制下，PLC对用户程序进行逐条解释并加以执行，直到用户程序结束，然后返回程序的起始，又开始新一轮的执行。PLC的这种工作方式称为循环扫描。PLC完成一个循环的扫描过程称为一个扫描周期。 PLC循环扫描的工作过程按4个阶段进行。如下图所示：2.2 PLC的工作原理 公共处理：以故障诊断为主，对PLC内部的CPU、存储器、I/O部分、总线等进行自检。外设处理：对编程器、可编程终端等外部设备请求的处理。执行用户程序：按照从左到右，从上到下的

15、顺序执行用户程序，并将结果存入输出映像寄存器。数据输入/输出：采集输入信号并存入输入映像寄存器中；同时将输出映像寄存器中要输出的信号送到输出锁存器 ，经输出电路驱动外接电器。2.2 PLC的工作原理1.整体式 整体式结构PLC是将中央处理单元、存储器、输入输出单元和电源单元等组装在一个机壳内。2.模块式 模块式结构PLC是把中央处理单元和存储器做成独立的组件模块，把输入输出等单元也做成独立的模块，然后组装在一个机架或母板上。3.1 按结构形式分类 PLC的每个输入/输出接点简称为点。 按输入/输出的点数来分类：1. 小型PLC 小型PLC均为整体式结构，体积小。主要有CP1E、CP1H、CP1

16、L 、CPM1A、CPM2A、CPM2AH等系列，近期广泛使用的小型PLC主要是CP1E系列。 CP1E是新一代小型PLC：经济、简单、高效。 可分为两类：E型和N型。3.2 按控制规模分类E型基本型CPU单元，以基本功能实现高性价比及更方便的 应用。N型应用型CPU单元，支持可编程终端（PT）连接、位置控 制以及变频器连接。主要特性： 1. 可通过专用软件CX-Programmer for CP1E进行编程、设定及监控。 2. 可通过便宜的USB通信电缆实现与计算机的简单连接。 3. 可使用扩展I/O单元增加CPU单元的I/O容量（30/40点I/O型CPU单元）。 4. 可使用扩展单元增加

17、模拟量I/O或温度输入到30/40点I/O型CPU单元。3.2 按控制规模分类地址分配： PLC本体输入号0.000.11，1.001.11 PLC本体输出号100.00100.07，101.00101.07 扩展第一块模块输入号2.002.11，3.003.11 扩展第一块模块输出号102.00102.07，103.00103.07地址分配： 扩展第二块模块输入号4.004.11，5.005.11 扩展第二块模块输出号104.00104.07，105.00105.07 扩展第三块模块输入号6.006.11，7.007.11 扩展第三块输模块出号106.00106.07，107.00107.0

18、72. 中型PLC 中型PLC主要有CQM1H、CJ1、CJ1M、CJ2等系列。3.2 按控制规模分类3. 大型PLC 大型PLC主要有CV、CVM1、CS1、CS1D等系列。3.2 按控制规模分类4.1 PLC数据存储格式 OMRON PLC采用通道的概念存储数据。将存储数据的单元称为通道，也叫字。每个存储单元都有一个地址，就叫通道地址，简称通道号，每个通道有16位，每个位就是一个“软继电器”，因此一个通道就有16个继电器。 OMRON PLC 将整个数据存储器分为10个区，分别是：输入继电器区、输出继电器区、内部辅助继电器区、特殊继电器区、保持继电器区、暂存继电器区、定时/计数器区、数据存

19、储区、辅助存储继电器区、链接继电器区。4.2 输入/输出继电器区 PLC通过输入继电器区中的各个位与外部的输入物理设备建立联系。 CP1E系列PLC输入继电器区有16个通道，通道号为000099，每个通道有16个输入继电器，位号为0015，因此一个继电器号由两部分组成：一部分是通道号，另一部分是该继电器通道中的位号。 继电器号=通道号+位号 例：某继电器编号是00003，其中前3位000是通道号，后2位03是位号。4.2 输入/输出继电器区 PLC通过输出继电器区中的各个位与外部的输出物理设备建立联系。 CP1E系列PLC输出继电器区有16个通道，通道号为100199，每个通道有16个输入继电

20、器，位号为0015，编号的表示方法同输入继电器区。 继电器号=通道号+位号 例：某继电器编号是10002，其中前3位100是通道号，后2位02是位号。4.3 内部辅助继电器区W 内部辅助继电器用做中间变量，与输入端、输出端无对应关系，其触点只供内部编程使用。合理利用内部辅助继电器可实现输入与输出之间的复杂变换。 CP1E系列PLC内部辅助继电器区通道号为W0W99,位号为0015。4.4 定时/计数器区TC 定时器用于定时控制，计数器用于记录脉冲的个数，他们在工业控制中经常用到。CP1E系列PLC的定时器和计数器分别可用256个，定时器号0255，计数器号0255 CPM1A和CQM1H系列的

21、PLC比较特殊，定时器和计数器采用统一编号，一个编号既可以分配给定时器，也可分配给计数器，但一个编号只能分配一次，不能重复分配。例：000若已经分配给定时器（TIM000），则其他的定时器和计算器便不能再使用000这个编号。4.4 定时/计数器区TC OMRON PLC的定时器断电不保持，电源断电时定时器复位。计数器断电能保持，断电后计数值仍保持。4.5 数据存储区D 数据存储区提供了在数据处理和计算过程中专门用于存储数据的单元，数据存储器具有断电保持的功能。 CP1E E型PLC数据存储区的通道号为D0D2047， CP1E N型PLC数据存储区的通道号为D0D8191。4.6 保持继电器区

22、H 保持继电器在PLC电源切断时，仍能记忆原来的ON/OFF状态，这主要靠PLC内的锂电池或大电容器的支持。使用保持继电器可使PLC少受断电的影响，保持程序运行的连续性。 保持继电器通常有两种用法：一是当以通道为单位用作数据通道时，断电后再恢复供电时数据不会丢失；二是当以继电器为单位与KEEP指令配合使用或接成自锁电路，断电后再恢复供电时，继电器能保持断电前的状态。 CP1E系列PLC的保持继电器区通道号为H0H49。5.1 输入指令一、常开触点 相当于继电器电路中的常开按钮二、常闭触点 相当于继电器电路中的常闭按钮5.2 输出指令一、线圈 相当于继电器电路中的接触器二、锁存指令KEEP KE

23、EPR置位端复位端R:继电器 置位端接通时，R接通并保持 复位端接通时，R被复位断开 如图A，当输入继电器0.00接通时，输出继电器100.00接通并自锁；当常闭触点0.01断开时，输出继电器才断开。0.00100.000.01100.00图A 如图B，当置位输入逻辑0.00接通时，输出继电器100.00接通并锁存，直到复位 输入逻辑0.01接通时，输出继电器100.00才断开。0.000.01图BKEEPR 可见图A的程序与图B的程序在控制功能上完全一样。为了能清楚地表示出各继电器的先后动作关系，常用波形图来表示。其波形图如下。0.000.01100.00波形图断开接通 图中高电平表示接通，

24、低电平表示断开。由波形图可见，0.00接通，100.00立刻接通并保持，直到0.01接通时，100.00才断开。5.2 输出指令三、微分指令 微分指令分为上升沿微分指令DIFU和下降沿微分指令DIFD两种。 DIFU的功能：当逻辑条件从断到通时，产生一个扫描周期的脉冲。 DIFD的功能：当逻辑条件从通到断时，产生一个扫描周期的脉冲。000010160001601微分指令波形图断开接通00001DIFU 01600DIFD 01601微分指令梯形图四、定时器指令 PLC有两种定时器： 一是普通定时器TIM，即接通延时定时器，时基（定时时间的最小间隔）是0.1秒，最大定时时间为999.9秒。 二是

25、高速定时器TIMH，即接通延时定时器，时基是0.01秒，最大定时时间为99.9秒。 这两种定时器的用法是一样的。 定时时间=设定值时基，设定值用4位十进制数表示。5.2 输出指令0.01T0TIM000#10010S10S100.00五、计数器指令 计数器指令有两种：单向计数器CNT和可逆计数器CNTR。 单向计数器是计数输入端CP每接通1次（从OFF到ON）,计数值减1，当计数减到0时计数器的触点动作。当计数器的复位端R接通时，计数器被复位，其常开触点断开，常闭触点闭合，且计数值恢复到设定值。5.2 输出指令0.01C1CNT001#30.020.010.02100.01100.010012

26、335.3 数据处理指令一、数据传送指令MOV 传送指令是将源通道数据或常数传送到目的通道，传送后源通道的数据不变，源通道：执行指令时数据的来源通道。源通道可用输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器、保持继电器、数据存储器、常数、定时器和计数器等；目的通道：执行指令后放存结果的通道。目的通道可用输出继电器、内部辅助继电器、保持继电器、数据存储器等。5.3 数据处理指令0.01MOV001HR050.01001HR05MOV 当逻辑条件0.01接通时，每扫描一次，指令即被执行一次。 若希望只执行一次，可用微分型指令。微分型5.3 数据处理指令二、比较指令CMP 比较指令用于比较两个通道中的数据大

27、小，两个比较数均为4位十六进制数，范围0FFFF,既可表示成立即数形式（比较数前加“#”）,也可放在通道中（比较数前无“#”即表示通道号）。0.01CMP#0020D00055.3 数据处理指令三、浮点运算指令 浮点运算包括：浮点乘、浮点加、浮点数减、浮点数除等等。0.01*F(456)D0D2D4浮点乘第一个被乘数字第一个乘数字第一个结果字5.4 梯形图的编程规则 1. 梯形图的每个梯级都是从左母线开始，以继电器线圈或功能指令结束。0.010.02100.030.040.010.020.04100.03正确0.010.02100.030.04错误5.4 梯形图的编程规则 2. 两个或两个以上

28、的继电器线圈不能串联使用，但可以并联使用0.010.02100.03100.040.010.02100.03100.04错误正确5.4 梯形图的编程规则 3. 同一个线圈不能重复使用0.010.02100.000.03100.000.010.020.03100.00错误正确5.4 梯形图的编程规则 4. 注意梯级的先后顺序100.00100.010.00100.000.00100.00100.00100.01不合理合理5.4 梯形图的编程规则 5. 继电器线圈必须通过触点与左母线相连100.00P_On100.00常通标志5.4 梯形图的编程规则 6. 输入继电器不能作内部辅助继电器用，所有的

29、输出继电器都可用作内部辅助继电器，且触点使用次数是无限的。0.010.021.00W1.00错误0.010.02正确 练 习1.工艺过程：某设备异常报警，3个故障传感器，当任意一个传感器检测到有异常情况时报警。直到复位按钮按钮，报警停止。I/O表如下：输入输出0.01传感器1报警100.000.02传感器20.03传感器30.04复位按钮 练 习2.工艺过程：一个按钮控制灯的通断，第一次按下按 钮，灯亮；再一次按下按钮，灯灭。I/O表如下：输入输出0.00按钮灯100.000.00100.00波形图： 练 习3.用定时器和计数器延长定时时间。4.用两个计数器扩大计数值。5.用MOV指令改变定时

30、器的设定值。 以4通道模拟量输入单元CPM1A-AD041为例，它可以同时接收并处理4个模拟量输入信号，最大分辨率为1/6000（满量程）。 输入信号有4种可选量程：-10V+10V 0V10V 1V5V(4-20mA) 0V5V(020mA)6.1 模拟量输入模块模拟量输入单元的使用 连接单元设定输入量程模拟输入接线编写梯形图程序连接模拟量输入单元设定电压/电流输入并设定平均值功能连接模拟输入设备写入量程控制字模拟量输入：读出转换数据模拟量输入I/O分配 模拟量输入单元的通道分配与其他的扩展单元或扩展I/O单元是一样的。下图为模拟量输入单元和30点I/O的CPU单元的连接 通过将量程控制字写

31、入到模拟量输入单元的输出通道内来实现输入信号范围的设定，为了使模拟量输入单元能够转换模拟量必须设定量程控制字。 CPM1A-AD041通过连接适当的端子来选择电压/电流输入。 在程序执行的第一个扫描周期将量程控制字写入到模拟量输入单元的输出通道（n+1,n+2）中。设定输入信号范围通道设定n+1模拟输入1，输入2量程设定n+2模拟输入3，输入4量程设定3210设定代码模拟输入启动位1：启动2：关闭平均值功能1：使用0：不使用00：-10V+10V01：010V10：15V(420mA)11：05V(020mA)模拟输入设定详情： 注：1.模拟量输入单元只有在量程控制字设定后才开始模拟量转换，单

32、元开始转换后，为使用通道的值将为00002. 一旦设定好量程控制字，在CPU单元上电期间不能再改变设定，如需改变，必须将CPU单元断电后重新上电3. 对于不使用的输入，将输入通道设置为OFF，并将电压输入端子V IN 和COM短路V IN3V IN3V IN1I IN2COM1V IN2I IN1COM2INV IN2COM2I IN1COM1V IN1I IN2CHCOM4I IN4COM3I IN3V IN4NCAGAGV IN4COM4I IN3I IN4COM3NCV IN1电压输入电压输入1I IN1电流输入电流输入1COM1公共端公共端1V IN2电压输入电压输入2I IN2电流输入电流输入2COM2公共端公共端2V IN3电压输入电压输入3I IN3电流输入电流输入3COM3公共端公共端3V IN4电压输入电压输入4I IN4电流输入电流输入4COM4公共端公共端4注：当作为电流输入时将VIN1和I IN1,VIN2和I IN2,VIN3和 I IN3,VIN4和I IN4短接。 本程序使用了如下量程：模拟输入1：010V 无平均值功能模拟输入2：420mA 无平均值功能模拟输入3：不使用模拟输入4：-1010V 有平均值功能程序示例根据下表设置 3210设定代码模拟输入启动位1：启动2：关闭平