机电传动电动机(共42页)

1、第七章 可编程序控制器可编程控制器PC（Programmable Controller）又称可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序(shnx)控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。70年代初，由于计算机技术和集成电路的迅速发展，美国首先把计算机技术应用(yngyng)到控制装置中。可编程控制器就是一种利用计算机技术设计的一种顺序控制装置，它采用了专门设计的硬件，而它的控制功能则是通过存放在存贮器中的控制程序来确定的，因此若要对控制功能作一些修改，只需

2、改变一些软件即可。71可编程序控制器的基本结构和工作(gngzu)原理一、可编程序控制器的基本结构PLC的种类很多，大、中、小型PLC的功能也不尽相同，其结构也有所不同，但主体结构形式大体上是相同的，由输入/输出电路、中央控制、电源及编程器等构成。结构框图如图7.1所示：图7.1 可编程序控制器结构框图1中央控制单元中央控制单元一般为微型计算机系统，包括微处理器、系统程序存储器、用户程序存储器、计时器、计数器等。微处理器是PLC的核心(hxn)，其主要作用是：接受从编程器输入(shr)的用户程序，并存入程序存储器中；用扫描方式采集(cij)现场输入状态和数据，并存入输入状态寄存器中；执行用户程

3、序，产生相应的控制信号去控制输出电路，实现程序规定的各种操作；通过故障诊断程序，诊断PLC的各种运行错误。用户程序存储器可分为两大部分，一部分用来存储用户程序，另一部分则供监控和用户程序作为缓冲单元。微处理器对这一部分缓冲单元的某些部分可以进行字操作，而对另一部份可进行位操作。在PLC中，对可进行字操作的缓冲单元常称为字元件（也称数据寄存器），对可进行位操作的缓冲单元常称为位元件（也称中间继电器）。2输入/输出电路（I/O）输入电路输入电路是PLC与外部连接的输入通道。输入信号(如按钮、行程开关以及传感器输出的开关信号或模拟量)经过输入电路转换成中央控制单元能接受和处理的数字信号。2）输出电路

4、输出电路是PLC向外部执行部件输出相应控制信号的通道。通过输出电路，PLC可对外部执行部件(如接触器、电磁阀、继电器、指示灯、步进电机、伺服电机等)进行控制。输入/输出电路根据其功能的不同可分为数字输入、数字输出、模拟量输入、模拟量输出、位置控制、通讯等各种类型。3电源部件：电源部件能将交流电转换成中央控制单元、输入/输出部件所需要的直流电源；能适应电网波动、温度变化的影响，对电压具有一定的保护能力，以防止电压突变时损坏中央控制器。另外电源部件内还装有备用电池（锂电池），以保证在断电时存放在RAM中的信息不至丢失。因此用户程序在调试过程中，可采用RAM贮存，便于修改程序。4编程器编程器是PLC

5、的重要外部设备。它能对程序进行编制、调试、监视、修改、编辑(binj)，最后将程序固化在EPROM中。它可分成(fn chn)简易型和智能型两种。简易型编程器只能在线编程，通过一个专用接口与PLC连接。程序以软件模块形式(xngsh)输入。可先在编程器RAM区存放，然后送入控制器的贮存器中。利用编程器可进行程序调试。可随时插入、删除或更改程序，调试通过后转入EPROM中贮存。智能型编程器既可在线编程，又可离线编程，还可远离PLC插到现场控制站的相应接口编程。可以实现梯形图编程、彩色图形显示、通讯联网、打印输出控制和事务管理等。编程器的键盘采用梯形图语言键或指令语言键，通过屏幕对话进行编程。也可

6、用通用计算机作编程器，通过RS-232通讯口与PLC联接。在微机上进行梯形图编辑、调试和监控，可实现人机对话、通信和打印等。二、可编程序控制器的结构形成 按结构形成的不同，PLC可分为整体式和模块式两种。整体式PLC将所有的电路都装入一个模块内，构成一个整体。因此，它的特点是结构紧凑，体积小，质量轻。模块式可编程控制器采用搭积木的方式组成系统，在一块基板上插上CPU、电源、I/O模块及特殊功能模块，构成一个总I/O点数很多的大规模综合控制系统。这种结构形式的特点是CPU模块、输入/输出模块都是独立模块。因此可以根据不同的系统规模选用不同档次的CPU及各种I/O模块、功能模块。其模块尺寸统一、安

7、装方便，对于I/O点数很多的大型系统的选型、安装调试、扩展、维修等都非常方便。这种结构形式的PLC除了各种模块以外，还需要用基板（主基板、扩展基板）将各模块联成整体；有多块基板时，则还要用电缆将各基板联在一起。图7.2为可编程控制器两种结构形式的外形图。（a）整体式结构(jigu) （b）模块式结构图7.2 可编程控制器结构(jigu)外形图三、 可编程序控制器的工作(gngzu)原理PLC的输入电路是用来收集被控设备的输入信息或操作命令的；输出电路则是用来驱动被控设备的执行机构。而执行机构与输入信号、操作命令之间的控制逻辑则靠微处理器执行用户编制的控制程序来实现。PLC一般采用对用户程序循环

8、扫描的工作方式。扫描工作方式分五个阶段，如图7.3所示：图7.3 循环扫描工作方式1自诊断：首先执行自诊断程序，对输入输出 点、存储器和CPU进行自诊断。2通讯处理：如有通讯请求，在自诊断后就进行通讯处理。3输入采样阶段：当PLC开始工作时，微处理器首先以顺序读入所有输入端的信号状态，并逐一存入输入状态寄存器中。在程序执行期间，即使输入状态变化，输入状态寄存器的内容也不会改变。这些变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被读入。4程序执行阶段：组成程序的每条指令都有顺序号，在PLC中称步号。指令按步号依次存入贮存单元。程序执行期间，微处理器将指令顺序调出并执行。执行时，对输入和输出状态进行“处

9、理”，即按程序进行逻辑、算术运算，再将结果存入输出状态寄存器中。5输出刷新阶段：在所有的指令执行完毕后，输出状态寄存器中的状态通过输出锁存电路转换成被控设备所能接收(jishu)的电压或电流信号，以驱动被控设备。PLC经过这三个阶段的工作过程为一个扫描周期。可见(kjin)全部输入、输出状态的改变需一个扫描周期，也就是输入、输出状态的保持为一个扫描周期。扫描周期主要取决于可编程控制器的速度和程序的长短。一般在几ms至几十ms之间。72 可编程序控制器的主要(zhyo)功能和特点可编程控制器的功能随着科学技术的不断发展，可编程控制技术日趋完善，其功能越来越强。它不仅可以代替继电器控制系统，使硬件

10、软化，提高系统的可靠性和柔性，还具有运算、计数、计时、调节、连网等许多功能。可编程控制器与计算机系统也不尽相同，它省去了一些函数运算功能，却大大增强了逻辑运算和控制功能，其中包括步进顺序控制、限时控制、条件控制、计数控制等等，而且逻辑电路简单，指令系统也大大简化了，程序编制方法容易掌握，程序结构简单直观。它还配有可靠的输入输出接口电路，可直接用于控制对象及外围设备，使用极其方便，即使在很恶劣的工业环境中，仍能保持可靠运行。其主要功能如下：逻辑控制可编程控制器具有逻辑运算功能，它设置有“与”、“或”、“非”等逻辑指令，能够描述继电器触点的串联、并联、串并联、并串联等各种连接。因此它可以代替继电器

11、进行组合逻辑和顺序逻辑控制。定时控制可编程控制器具有定时控制功能。它为用户提供若干个定时器并设置了定时指令。定时时间可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，使用灵活，操作方便。计数控制可编程控制器具有计数控制功能。它为用户提供若干个计数器并设置了计数指令。定数值可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，使用灵活，操作方便。A/D、D/A转换(zhunhun)大多数可编程控制器还具有(jyu)模/数（A/D）和数/模（D/A）转换功能，能完成对模拟量的检测与控制。定位(dngwi)控制有些可编程控制器具有步进电动机和伺服电动机控制功能，能组成开环系统或闭环系统，实现位置控制。通讯与

12、联网有些可编程控制器具有联网和通讯功能，可以进行远程I/O控制，多台可编程控制器之间可以进行同位链接，还可以与计算机进行上位链接。由一台计算机和多台可编程控制器可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以完成较大规模的复杂控制。数据处理功能大多数可编程控制器都具有数据处理功能，能进行数据并行传送、比较运算；BCD码的加、减、乘、除等运算；还能进行字的按位“与”、“或”、“异或”、求反、逻辑移位、算术移位、数据检索、比较、数制转换等操作。随着科学技术的不断发展，可编程控制器的功能也会不断拓宽和增强。编程控制器的特点抗干扰能力强、可靠性高、环境适应性好。 可编程控制器是专门为工业控制而设计的

13、，在设计和制造中均采用了诸如屏蔽、滤波、隔离、无触点、精选元器件等多层次有效的抗干扰措施，因此可靠性很高。此外，可编程控制器具有很强的自诊断功能，可以迅速方便地判断出故障，减少故障排除时间。可在各种恶劣的环境中使用。编程方法简单易学。 可编程控制器的设计者在设计可编程控制器时已充分考虑到使用者的习惯和技术水平以及用户的使用方便，采用了与继电器控制电路有许多相似之处的梯形图作为程序的主要表达方式，程序清晰直观，指令简单易学，编程步骤和方法容易理解和掌握。应用(yngyng)灵活、通用性好。 可编程控制器的用户程序可简单而方便(fngbin)地修改，以适应各种不同工艺流程变更的要求；可编程控制器品

14、种多、可由各种组件灵活组成不同的控制系统，同一台可编程控制器只要改变控制程序就可实现控制不同的对象或不同的控制要求；构成一个实际的可编程控制器控制系统一般不需要很多配套的外围设备。完善的监视和诊断(zhndun)功能。 各类可编程控制器都配有醒目的内部工作状态、通讯状态、I/O点状态和异常状态等显示，也可以通过局部通讯网络由高分辨率彩色图形显示系统监视网内各台可编程控制器的运行参数和报警状态等；具有完善的诊断功能，可诊断编程的语法错误、数据通讯异常、内部电路运行异常、RAM后备电池状态异常、I/O模板配置变化等。由于可编程控制器具有以上的功能和特点，它在顺序控制中获得了越来越广泛的应用，而且还

15、进一步向过程控制、监控和数据采集、统计过程控制、统计质量控制等领域渗透。73 可编程序控制器的编程器件PLC内部有许多具有不同功能的器件，实际上这些器件是由电子电路和存储器组成的。例如输入继电器X是由输入电路和映象输入接点的存储器组成；输出继电器Y是由输出电路和映象输出接点的存储器组成；定时器T、计数器C、辅助继电器M、状态器S、数据寄存器D、变址寄存器V/Z等都是由存储器组成的。为了把它们与通常的硬器件区分开，通常把上面的器件统称为软器件，也称编程器件。一、输入继电器X图7.4所示电路是一种直流开关量的输入继电器电路，由输入电路（光电耦合器电路）和映象输入接点的存储器（输入寄存器）组成。图中

16、所示为一8点输入接口电路，07为8个输入接线端子，COM为输入公共端，24V直流电源为PLC内部专供输入接口用电源，K0K7为现场检测开关信号。内部电路中，发光二极管LED为输入状态指示灯；R为限流电阻，它为LED和光电耦合器提供合适的工作电流。图7.4 直流开关(kigun)量的输入接口电路输入(shr)电路的工作原理如下（以0输入点为例）：当开关K0合上时，24V电源经R、LED0、V0、K0形成回路(hul)，LED0发光，指示该路接通，同时光电耦合器的V0发光，感光元件VT0受光照饱和导通，X0输出高电平。当开关K0未合上时，电路不通，LED0不亮，光电耦合器不通，X0输出低电平。若X

17、0输出高电平时令X0=1；则X0输出低电平时X0=0，即X0=1表示K0接通，X0=0表示K0断开。在输入电路中，光电耦合器有三个主要作用。实现现场与CPU的隔离，提高系统的抗干扰的能力；将现场各种电平信号转换成CPU能处理的标准电平信号；避免外部电路出现故障时，外部强电损坏主机。输入继电器的状态必须由外部信号来控制，不能用程序来控制，但输入继电器的状态可由程序无限次的读取。即CPU对输入继电器只能进行读操作，而不能进行写操作。二、输出继电器Y为适应不同的负载，输出接口一般有晶体管、晶闸管和继电器输出三种方式。晶体管输出(shch)方式用于直流负载(fzi)；双向晶闸管输出(shch)方式用于

18、交流负载；继电器输出方式用于直流负载和交流负载。图7.5所示电路是继电器输出接口的输出继电器电路，由输出电路（继电器）和映象输出接点的存储器（输出寄存器）组成。图7.5 所示电路为继电器输出接口电路当CPU通过输出继电器在输出点输出0电平时，继电器KA得电，其常开触头闭合，Y0和COM导通，负载得电。输出继电器的状态由程序控制，也可由程序无限次读取。即CPU可对输出继电器进行读写操作。三、时间继电器T时间继电器又叫定时器，它由设定值寄存器、当前值寄存器以及状态寄存器组成，其工作原理图如图7.6所示。图7.6 时间(shjin)继电器工作原理图定时器的设定值由用户设定，存放在设定值寄存器中；当X

19、0的状态为1时，计数器（当前值寄存器）累加时钟脉冲个数，当计数器的计数值等于(dngy)设定值时，比较器输出为1，即定时器的状态为1，否则定时器的状态为0。定时器的定时时间(shjin)为设定值乘以时钟脉冲周期。在可编程控制器中，不同的时间器其输入时钟脉冲的周期不同，一般有1ms、10ms、100ms等几种时钟脉冲。因此，定时器根据时钟脉冲周期的不同可分为1ms、10ms、100ms等定时器。1ms定时器的简单应用程序如图7.7所示。图7.7 延时断开的定时器有兴趣了解更多其他定时器的读者，请进入有关专题讲座。四、计数器C计数器由设定值寄存器、当前值寄存器以及状态寄存器组成。分加计数器和加减计

20、数器两种。加计数器的动作过程如图7.8所示。图7.8 加计数器的动作过程 计数器的设定值由用户设定，存放在设定值寄存器中。当X0的状态为1时，计数器不计数，计数器的状态为0；当X0的状态为0时，计数器对X1的脉冲个数进行计数，计数值(shz)（当前值）等于设定值时，计数器的状态变为1，直到X0由0变为1，否则定时器的状态为0。有兴趣了解(lioji)更多其他计数器读者，请进入有关专题讲座。五、辅助(fzh)继电器MPLC中设有许多辅助继电器，辅助继电器由程序指令控制，专供内部编程使用。可编程控制器一般有通用辅助继电器、断电保持辅助继电器和特殊辅助继电器三种。有兴趣了解更多辅助继电器的读者，请进

21、入有关专题讲座。74 可编程序控制器的软件技术一、程序的表达方式编程的任务就是把控制功能变换成程序。而程序的表达方式则随控制装置的不同而各异。可编程控制器的程序表达方式是非常灵活，主要有如下两种基本形式：接点梯形图采用接点梯形图来表达程序的方法，看上去与传统的继电器线路图非常类似。因此它比较直观形象，对于那些熟悉继电器电路的设计者来说，易被接受。图7.9所示电路是一个简单的接点梯形图。图7.9 简单接点梯形图采用(ciyng)接点梯形图表达程序时，用触头符号 “”和“ ”来表示可编程控制器的输入信号(xnho)，而用线圈符号“一（ ）”表示输入信号所控制的对象(duxing)。输入信号和被控制

22、对象必须标上相应的标志符和地址码，如图中的X402、M102、X403和Y435等。图中所表示的逻辑关系为： 另外，为了在编程器的显示屏上直接读出接点梯形图所描述的程序段，构成接点梯形图的图案电流支路都是一行接一行横着向下排列的。每一条电流支路以触头符号为起点，而最右边以线圈符号为终点。 接点梯形图多半适用于简单的连接功能的编程。语句表语句表形式是使用一组助记符来表示程序的各种功能。这一组助记符应包括可编程控制器处理的所有功能。每一条指令都包含操作码和操作数两个部分，操作数一般由标志符和地址码组成。下面是一个简单的语句表。LDX000在语句表中，LD、AND、OR、为操作码，X000、M100

23、、为操作数，X、M、为操作数中的标志符，000、100、为操作数中的地址码。ANDM100ORY030ANIX002OUTY030 采用这种类似计算机语言的编程方式，可使编程设备简单，逻辑紧凑，而且连接范围也不受限制。上述两种程序的表达方式各有所长，在比较复杂的控制系统中，这两种方式可能会同时使用，但对于简单的控制系统采用一般的可编程控制器进行人工编程时，大都采用接点梯形图编制程序。当设计好接点梯形图后再根据接口、梯形图写出语句表，最后便可将语句表键入可编程控制中进行调试。二、基本(jbn)指令不同型号的可编程控制器，其编程语言不尽相同，但指令的基本功能大致相同，只要熟悉一种，掌握其它各种编程

24、语言也就不困难(kn nn)了。下面用梯形图和指令两种程序表达方式对日本三菱FX系列的可编程控制器指令的功能等进行说明。输入(shr)、输出指令LD：取指令。用于与母线连接的动合触头；LDI：取反指令。用于与母线连接的动断触头；OUT：输出指令。由于驱动输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等。但不能用于输入继电器。OUT指令用语计数器、定时器时，后面必须紧跟常数K值，常数K的设定也作为一个步序。LDX400；取动合触头X401状态OUTY430；驱动输出继电器Y430LDIX401；取动断触头X402的状态OUTM100；驱动辅助继电器M100OUTT450；驱动定时器T450K19；设定时

25、常数LDT450；取定时器T450动合触头的状态OUTY431；驱动输出继电器Y431如图7.10所示为LD、LDI、OUT指令应用的实例。 图7.10 LD、LDI、OUT指令的使用 程序的执行结果如下：Y430与X400的状态完全相同。当X401的状态由1变0时，定时器T450开始延时，19s后，定时器的动合触头闭合，使输出继电器Y431由0变1。当X401的状态由0变1时，输出继电器Y431立即由1变0。2逻辑指令逻辑“与”指令AND：与指令。动合触头串联连接指令。ANI：与非指令。动断触头串联连接指令。这两条指令只能用于一个触头与前面(qin mian)接点电路的串联。如图7.11所示

26、为AND、ANI两条指令的应用(yngyng)举例。LDX400；取动合触头X401状态OUTY430；驱动输出继电器Y430LDIX401；取动断触头X402的状态OUTM100；驱动辅助继电器M100OUTT450；驱动定时器T450K19；设定时常数LDT450；取定时器T450动合触头的状态OUTY431；驱动输出继电器Y431LDX402；取X402的状态ANDM102；动合触头串联连接OUTY435；驱动输出继电器Y435LDY435；取Y435的状态ANIX403；动断触头串联连接OUTM102；驱动辅助继电器M102ANDT451；动合触头串联连接OUTY436；驱动输出继电器

27、Y436 图7.11 AND、ANI指令(zhlng)的使用 逻辑“或”指令 OR：或指令。用于动合触头的并联。 ORI：或非指令。用于动断触头的并联。如图7.12所示是OR、ORI两条指令的应用举例。LD 414 OR 416 ；动合触头并联连接ORI 102 ；动断触头并联连接OUT 435LD 435AND 415OR 103 ；动合触头并联连接ANI 417ORI 110 ；动断触头并联(bnglin)连接OUT 103图7.12 OR、ORI指令(zhlng)的应用举例支路并联(bnglin)指令 两个触头串联连接后组成的电路称为支路。ORB：支路并联连接指令。用于两条以上支路并联连

28、接的情况。如所示是ORB指令的应用举例。图7.13 ORB指令的应用举例电路块串联连接指令 两条以上支路并联连接后组成的电路称为电路块。 ANB：电路块串联连接指令。用于两个电路块串联连接的情况。 如图7.14所示是ANB指令的应用举例图7.14 ANB指令(zhlng)的应用举例3复位(f wi)指令 RST指令用于计数器或移位寄存器的复位。即清除计数器的逻辑(lu j)状态，并使计数器的当前计数值恢复到设定值，或清除移位寄存器的内容。一般使用脉冲信号对计数器或移位寄存器进行复位。如图7.15所示是RST指令在对计数器进行复位的应用举例。LD 400RST 460 ；复位LD 401OUT

29、460 ；计数 K10LD 460 ；输出OUT 430图7.15 RST指令的应用举例 移位寄存器和移位指令移位(y wi)寄存器由辅助继电器组成，可由8个（或16个）组成一个8位（或16位）的移位寄存器。组成移位寄存器的第一个辅助继电器的地址号就是移位寄存器的地址号。当辅助寄存器作为移位寄存器时就不能作为它用。SFT：移位(y wi)指令，使移位寄存器的内容进行移位操作。如图7.16所示是SFT指令的应用(yngyng)举例。LD 402 OUT 110 ；移位内容的输入LD 400SFT 110 ；移位LD 401RST 100 ；复位图7.16 SFT指令的应用举例5主令控制指令MC：

30、主令控制起始指令，用于公共串联触头的连接。MCR：主令控制结束指令，用于MC指令的复位指令。MC、MCR必须成对使用。如图7.17所示是MC、MCR指令的应用举例。LD 400AND 401OUT 100LD 402OR 403OUT 101MC 100 ；M100主令控制(kngzh)开始LD 400OUT 430AND 405OUT 431MC 102 ；M102主令控制(kngzh)开始LD 407OUT 433LD 410OUT 434MCR 102 ；M102主令控制(kngzh)结束MCR 100 ；M100主令控制结束MC 101 ；M101主令控制开始LD 411OUT 435

31、LD 412OUT 436MCR 101 ；M101主令控制结束LD 413OUT 437图7.17 MC、MCR指令的应用举例6跳转指令CJP：条件跳转开始指令；EJP：条件跳转结束指令。如图7.18所示是跳转指令的应用举例。LD 400CJP 701LD 401RST 460LD 402OUT 460 K 10LD 403OUT 450 K 5LD 450OUT 430EJP 701LD 450OUT 431END 图7.18 CJP、EJP指令的应用(yngyng)举例在上述程序中，程序A、程序B为必须(bx)执行的程序，而程序B是否执行要根据X400的状态而定，当X400闭合（X400

32、=1）时，CJP指令使程序的执行跳过程序B，否则顺序执行。使用(shyng)跳转指令时应注意：CJP、EJP必须成对使用，成对使用的两条指令中的目的地址号要相同；对于不同的可编程控制器，其目的地址号不同，使用时请查阅使用说明书。7脉冲指令PLS脉冲指令PLS利用中间继电器将脉宽较宽的输入信号变为脉宽为PLC的一个扫描周期的脉冲信号，如图7.19所示：图7.19 PLS指令(zhlng)的应用举例 图7.20 PLS指令(zhlng)用于计数器复位例如，计数器复位端对复位信号的脉宽要求较高。如果直接采用400作为计数器的RST触发信号，若400的脉宽小于PLC的扫描周期，PLC就采不到400的脉

33、冲信号，计数器得不到复位；反之，若400的脉宽太宽，计数器RST将一直处于有信号状态，而不能接受输入的计数脉冲。采用PLS指令后，只要400的脉宽大于PLC的扫描周期，计数器的复位操作就能正常进行(jnxng)。图7.20所示为PLS指令用于计数器复位的示例。9程序结束指令END在PLC中，END指令有两个作用：当有效程序结束时，写一条END指令，可以缩短扫描周期。如：F-40MR型PLC允许用户程序长度为890步，当用户程序不到890步时，在程序的结尾处加上一条END指令。程序扫描到END指令时便自动返回。如果程序的结尾出未加END指令，程序将在000890之间反复运行。使调试程序方便。可用

34、END指令将用户程序分块进行程序的检验和调试。三、常用编程计巧对一些常见电路的处理为了简化程序，减少指令，有效减少用户程序空间，一般来说，对于复杂的串并联电路，有如下基本的编程技巧。1）对于并联电路，串联触头多的支路最好排在梯形图的上面，如图7.22所示。 LD X400 LDI X402 AND X401 LD X400 ORI X402 AND X401 OUT Y030 ORB OUT Y030图7.22 串联(chunlin)触头多的支路排在梯形图的上面2）对于串联(chunlin)电路，并联触头多的电路块最好排在梯形图的左边，如图7.23所示。 LD X400 LD X401 ORI

35、 X402 LD X400 AND X401 ORI X402 OUT Y030 ANB OUT Y030图7.23 并联触头多的电路(dinl)块排在上面移位寄存器的使用1）移位寄存器的串联移位寄存器以8位为一组，当8位不够用时，可以将两组或两组以上串联起来，组成16位或更多位的移位寄存器。图7.24所示是将100和110两组串联组成的16位移位寄存器。LD 107OUT 110LD 401SFT 110LD 401RST 110LD 402OUT 100LD 401SFT 100LD 402RST 100图7.24 移位(y wi)寄存器的串联串联连接(linji)的规则是：a. 在梯形图

36、中，基本(jbn)移位寄存器放在下面，需要串联的往上加；b. 将第一组末位的输出接到第二组的输入；c. 两组的移位和复位信号是相同的。2）环形移位寄存器将移位寄存器的末位的输出信号作为本移位寄存器的输入信号，就构成了环形移位寄存器，如图7.25 所示。环形移位寄存器的初值由400设置。LD117OR402OUT110LD400SFT110LD401RST110 图7.25 环形移位寄存器定时器的使用PLC 中的定时器其工作原理是完全相同的，但用户可根据实际要求(yoqi)，编制不同的用户程序，实现不同的延时功能。通电(tng din)延时通电延时即输入接通，延时一段时间后输出才接通，实现上述(

37、shngsh)功能的程序如图7.26所示。图7.26 通电延时梯形图表示，当输入信号X400闭合时，定时器T450开始计时，当定时器的当前值等于设定时间时，输出Y030接通，直到输入信号X400断开为止。输入输出之间的关系如图7.26(b)所示。断电延时断电延时即输入断开，延时一段时间后输出才断开，实现上述功能的程序如图7.27所示。图7.27 断电延时梯形图表示，当输入信号X400闭合时，输出Y030接通，当输入X400断开时，定时器T450开始计时，当定时器的当前值等于设定时间时，输出由接通变为断开。输入输出之间的关系如图7.26(b)所示。用定时器产生周期脉冲信号在工业中常需要一些不同脉

38、宽、不同频率的脉冲信号(xnho)，图7.28所示是用两个时间器形成的脉冲输出程序。图7.28 定时器产生周期脉冲(michng)信号梯形图表示：当M100由0变1时，Y430输出脉宽由寄存器D2确定(qudng)，频率由寄存器D1和寄存器D2确定的脉冲信号。改变寄存器D1和D2的值，就可改变脉冲信号的脉宽和频率。75 可编程序控制器的应用可编程序控制器已广泛地应用于各行各业，实现工业生产过程的自动控制，随着PLC产品的发展，其应用范围越来越广，目前，PLC主要应用于下列几个方面。1用于开关量逻辑控制开关量逻辑控制是PLC最早也是最基本的应用，PLC可灵活地用于逻辑控制、顺序控制，利用PLC取

39、代常规的继电器逻辑控制已是非常广泛的一种应用。如用于组合机床及自动化生产线等的控制，高炉的上下料、自动电梯升降、港口码头的货物存放与提取、采矿业的皮带运输等的控制，既可实现单机控制，也可用于多机控制。2用于闭环过程控制大、中型PLC都具有PID控制功能。PLC的PID控制已广泛地用于各种生产机械的闭环位置控制和速度控制以及锅炉、冷冻、反应堆等方面。3PLC配合数字控制PLC和机械加工中的数字控制（NC）及计算机数控（CNC）组成一体，实现数值控制，有的已将CNC控制功能与PLC融为一体，实现PLC和CNC设备间的内部数据自由传送，通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC使用。从发展趋

40、势看，CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。4用于工业(gngy)机器人控制随着工厂自动化网络的形成(xngchng)，机器人将愈来愈多地被用于自动化生产线上。对机器人的控制，许多厂家已采用了PLC。5用于组成(z chn)多级控制系统近年来，随着计算机控制技术的发展，国外正兴起工厂自动化（FA）网络系统，相继开发了大型PLC组成全自动化系统。如FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）、CIMS（计算机集成制造系统），形成以计算机为中心的分层分布式控制系统。基层由中、小型PLC和CNC等组成，中层由大型PLC作单元控制的数据采集管理、调度和协调控制，上层由计算机作总体管理、接收

41、各种信息、数据处理、发送命令、完成全自动化作业控制。下面仅着重介绍用于开关量逻辑控制的应用。一、电动机常用控制线路举例1三相异步电动机启、停控制三相异步电动机启、停控制是电动机最基本的控制，虽然简单，但在各种复杂的控制中都不可缺少。图7.29给出了主电路、PLC外部接线及控制程序。图中，SB1为启动按钮，SB2为停止按钮。图7.29 三相(sn xin)异步电动机启、停主电路、PLC外部接线及控制程序在继电器控制电路中，停止按钮都是使用其动断触点(ch din)串联在回路中，但在PLC控制中，停止按钮有两种处理方法，可以使用动合触点也可以使用动断触点，相应梯形及语句表程序中亦作不同处理。在图7

42、.29（b）中，停止(tngzh)按钮SB2用的是动合触点，则图7.29（c）所示的梯形图中，使用输入继电器401的动断触点，这种处理方法的接线图与继电器控制不同，但梯形图与继电器控制电路一致，读图方便。图7.29（b）中的停止按钮SB2也可以改用动断触点，相应梯形图中则应使用输入继电器401的动合触点，这种处理方法的接线图与继电器控制一样，但梯形图与继电器控制电路图不一致，读图不太方便。用于长期过载保护的热继电器FR的触点处理方法与停止按钮的处理方法相同；当然它也可以按图7.29所示的方法处理。2三相异步电动机正、反转控制三相异步电动机正、反转控制的主电路，PLC外部接线及控制程序如图7.3

43、0所示。图7.30 三相异步电动机正、反转控制(kngzh)的主电路、PLC外部接线及控制程序图中，SB1为正向启动按钮，SB2为反向(fn xin)启动按钮，SB3为停止按钮，KM1为正向接触器，KM2为反向接触器。三相异步电动机的正、反转(fn zhun)是通过正、反向接触器改变定子绕组的相序来实现的，其中一个很重要的问题就是必须保证任何时候、任何条件下正、反向接触器都不能同时接通，为此，在梯形图中采用了正、反转按钮互锁，即将动断触点400串入输出继电器431的驱动回路、将动断触点401串入输出继电器430的驱动回路，和两个输出继电器430、431的动断触点互锁，这样能够保证输出继电器43

44、0和431不同时接通。但实际运行中由于输出锁存器中的变量是同时（并行）输出的，即430和431的状态变换是同时完成的，例如，由正转切换到反转，KM1的断电释放和KM2的得电吸合即同时动作，有可能在KM1断开其触点、电弧尚未熄灭时，KM2的触点已闭合，造成电源相间瞬时短路。为了避免这种情况，在梯形图中增加了两个定时器450和451，使正、反向切换过程中，被切断的接触器瞬时动作，而被接通的接触器则要延时一段时间才动作，以保证系统工作可靠。3三相(sn xin)异步电动机Y启动(qdng)控制Y降压启动是异步电动机常用的启动控制线路(xinl)之一。其主电路、PLC外部接线和控制程序如图7.31所示

45、。图7.31 Y降压启动控制的主电路、PLC外部接线和控制程序图中，SB1为启动按钮，SB2为停止按钮，KM为电源接触器，KMY为Y形连接接触器，KM为形连接接触器。其启动过程如下：按下启动按钮SB1，动合触点400闭合，输出继电器430接通并自保，电源接触器KM闭合给电动机供电，定时器450开始计时，同时中间继电器100接能，主控条件得到满足，且触点450、432闭合，输出继电器431接通，Y形连接接触器KMY闭合，电动机被接成Y形开始启动。当定时器450延时10s时间到后，其动断触点打开，使431断开，切断Y形连接接触器KMY，电动机断电（此时电动机已启动到某一转速并由于惯性继续转动）。同

46、时，动断触点431闭合，定时器451开始计时，经2s延时后，动合触点451闭合，接通输电继电器432，使形连接接触器KM闭合，电动机接成形继续启动到额定转速后进入正常运行。动断触点432使定时器450和451复位，定时器450和451只在启动过程中提供Y变换所需的延时时间，正常工作后不起作用。按下停止按钮SB2，动断触点401打开，使输出继电器430断开，切断电源接触器KM，电动机断电停止，同时中间继电器100断开，主控条件不满足，切断形连接接触器KM，恢复断电常态。3三相(sn xin)异步电动机Y启动(qdng)控制Y降压(jin y)启动是异步电动机常用的启动控制线路之一。其主电路、PL

47、C外部接线和控制程序如图7.31所示。图7.31Y降压启动控制的主电路、PLC外部接线和控制程序图中，SB1为启动按钮，SB2为停止按钮，KM为电源接触器，KMY为Y形连接接触器，KM为形连接接触器。其启动过程如下：按下启动按钮SB1，动合触点400闭合，输出继电器430接通并自保，电源接触器KM闭合给电动机供电，定时器450开始计时，同时中间继电器100接能，主控条件得到满足，且触点450、432闭合，输出继电器431接通，Y形连接接触器KMY闭合，电动机被接成Y形开始启动。当定时器450延时10s时间到后，其动断触点打开，使431断开，切断Y形连接接触器KMY，电动机断电（此时电动机已启动

48、到某一转速并由于惯性继续转动）。同时，动断触点431闭合，定时器451开始计时，经2s延时后，动合触点451闭合，接通输电继电器432，使形连接接触器KM闭合，电动机接成形继续启动到额定转速后进入正常运行。动断触点432使定时器450和451复位，定时器450和451只在启动过程中提供Y变换所需的延时时间，正常工作后不起作用。按下停止按钮SB2，动断触点401打开，使输出继电器430断开，切断电源接触器KM，电动机断电停止，同时中间继电器100断开，主控条件不满足，切断形连接接触器KM，恢复断电常态。三、PLC控制系统的开发(kif)步骤用PLC完成对生产过程(guchng)的自动控制，可以采

49、用图7.35所示的设计(shj)步骤进行。从图7.35看出，应用PLC的设计任务分为硬件和软件设计两部分。中小型PLC编程时，通常采用梯形图和指令(zhlng)程序，具体地讲，一般可按下述步骤进行。1画工艺流程图和动作(dngzu)顺序表设计一个PLC控制系统时，首先，必须详细分析控制过程与要求，全面、清楚地掌握具体的控制任务(rn wu)，确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序，画出工艺流程图和动作顺序表。对PLC而言，必须了解哪些是输入量，用什么传感器等来反映和传送输入信号；哪些是输出量（被控量），用什么执行元件或设备接收PLC送出的信号。常见的输入、输出类型的例子如表所示。常见的

50、输入、输出类型类型例子输入开关量操作开关，行程开关，光电开关，继电器触点，按钮模拟量流量、压力、温度等传感器信号中 断限位开关、事故信号、停电信号，紧急停止信号等脉冲量串行信号，各种脉冲源字输入计算机接口，键盘，其他数字设备输出开关量继电器，指示类，接触器，电磁阀，制动器，离合器模拟量晶闸管触发信号，流量、压力、温度等记录仪表，比例调节阀字输出数字显示管，计算机接口，CRT接口，打印机接口2选择(xunz)PLC首先(shuxin)应估计需要的PLC规模，选择功能和容量满足要求的PLC。1）PLC规模(gum)的估算为完成预定的控制任务所需要的PLC的规模，主要取决于设备对输入输出点的需求量和

51、控制过程的难易程序。估算PLC需要的各种类型的输入、输出点数，并据此估算出用户的存储容量，是系统设计中的重要环节。（1）输入、输出点的估算：为了准确地统计出被控设备对输入、输出点的总需求量，可以把被设备的信号源一一列出，并认真分析输入、输出点的信号类型。在一般情况下，PLC对开关量的处理要比对模拟量的处理简单、方便得多，也更为可靠。因此，在工艺允许的情况下，常常把相应的模拟量与一个或多个门槛值进行比较，使模拟量变为一个或多个开关量，再进行处理、控制。例如，温度的高低是一个连续的变化量，而在实际工作中，常常把它变成几个开关量进行控制。假设一个空调机，其控温范范围是2025，我们可以在20时设置一

52、个开关S1，在25时设置一个开关S2。当室温低到20时，S1接通，S2断开，启动加热设备，使室温升高。当室温达到25时，S2接通，S1断开，停止升温。这样，对PLC来说，只需提供两个开关量输入点就够了，不必再用模拟量输入。除大量的开关量输入、输出点外，其他类型输入、输出点也要分别进行统计，PLC与计算机、打字机、CRT显示器等设备连接(linji)，需要用专用接口，也应一起列出来。考虑到在实际安装、调试和应用中，还可能会发现一些估算中未预见到的因素，要根据实际情况增加一些输入、输出信号。因此，要按估算数再增加15%20%的输入、输出点数，以备将来调整、扩充(kuchng)使用。（2）存储容量(

53、rngling)的估算：小型PLC的用户存储器是固定的，不能随意扩充选择。因此，选购PLC时，要注意它的用户存储器容量是否够用。用户程序占用内存的多少与多种因素有关。例如，输入、输出点的数量和类型，输入、输出量之间关系的复杂程度，需要进行运算的次数，处理量的多少，程序结构的优劣等，都与内存容量有关。因此，在用户程序编写、调试好以前，很难估算出PLC所应配置的存储容量。一般只能根据输入、输出的点数及其类型，控制的繁简程度加以估算。一般粗略的估计方法是：（输入点数+输出点数）（1012）=指令语句数。在按上述数据估算后，通常再增加15%20%的备用量，作为选择PLC内存容量的依据。2）PLC的选择

54、PLC产品的种类、型号很多，它们的功能、价格、使用条件各不相同。选用时，除输入输出点数外，一般应考虑以下几方面的问题。（1）PLC的功能：PLC的功能要与所完成的控制任务相适应，这是最基本的。如果选用的PLC功能不恰当或功能太强，很多功能用不着，就会造成不必要的浪花费。如查所选的功能不强，满足不了控制任务的要求。也无法顺利的组成合造的控制系统。一般机械设备的单机自动控制，多属简单的顺序控制，只要选用具有逻辑算、定时器、计数器等基本功能的小型PLC就可以了。如果控制任务复杂，包含了数值计算、模拟信号处理等内容，就必须选用具有数值计算功能、模数和数模转换功能的中型PLC。对过程控制来说，还必须考虑

55、PLC的速度。PLC采用顺序扫描方式工作，它不可能可靠地接收持续时间小于扫描周期的信号。例如，要检测传送带上产品(chnpn)的数量，如图944所示。若产品的有效检测宽度为25cm，传送速度为50m/min，则产品通过检测点的时间(shjin)间隔为为了确保不漏检传送带上的产品，PLC的扫描(somio)周期必须小于30ms。这样的速度不是所有的PLC都能达到的。在某些要求高速响应的场合，可以考虑扩充高速计数模块和中断处理模块等。（2）输入接口模块：PLC的输入直接与被控设备的一些输出量相连。因此，除按前述估算结果考虑输入点数外，还要选好传感器等。考虑输入点的参数，主要是它们的工作电压和工作电

56、流。输入点的工作电压、工作电流的范围应与被控投备的输出值（包括传感器等的输出）相适应，最好不经过转换就能直接相连。如果PLC的安装位置距被控设备较远，现场的电磁干扰又较强，就应尽量选择工作电压较高，上、下门槛值差值较大的输入接口模块，以减少长线传输的影响，提高抗干扰能力。（3）输出接口模块：输出接口模块的任务，是将PLC的内部输出信号变换成可以驱动执行机构的控制信号。除考虑输出点数外，在选择时通常还要注意现下面两个问题。a输出接口模块允许的工作电压、电流应大于负载的额定工作电压、电流值。对于灯丝负载、电容性负载、电机负载等，要注意启动冲击电流的影响，留有较大的余量。b对于感性负载，则应注意在断

57、开瞬间，可能产生很高的反向感应电动势。为避免这种感应电势击穿元器件或干扰PLC主机的正常工作，应采取必要的抑制措施。另外，还要考虑其可靠性、价格、可扩充性、软件开发的难易、是否便于维修等问题。3编制I/O分配对照表一般在工业现场，各输入接点和输出设备都有各自的代号，PLC内的I/O继电器也有编号。为使程序设计、现场调试和查找故障方便，要统制一个已确定下来的现场输入/输出信号的代号和分配到PLC内与其相连的输入/输出继电器号或器件号的对照表，简称I/O分配表。还要确定需要的定时器和计数器等的数量。这些都是硬件设计和绘制梯形图的主要依据。在上述两步完成之后，软、硬件设计工作就完全可平行进行。因为可

58、编程序控制器所配备的硬件是标准化和系列化的，它不需要根据控制要求重新搞结构设计，在选购好PLC和I/O接口模块等硬件后，要熟悉和掌握它们(t men)的性能和使用方法，然后就可直接地进行系统安装。硬悠扬系统安装后，还要用试验程序检查其功能，以备调试软件。4画出PLC与现场器件的实际(shj)连线图（安装图）画出安装接线图是必要的，因为不同的输入信号经输入接口连接到PLC的输入端，这使输入等效继电器通电(tng din)还是断电呢？知道它们的关系对设计梯形图而言是至关重要的，否则，有可能把逻辑关系搞反，导致控制系统出错，这时需借助于安装接线图，以理清关系。另外，对照安装图来设计梯形图时，思路会更

59、清晰，不仅可加快设计速度，而且不易出错。5画出梯形图根据工艺流程，结合输入、输出编号对照表和安装图，画出梯形图，此时，除应遵守编程规则和方法外，这里再着重强调两点。（1）设计梯形图与设计继电器-接触器控制线路图的方法相类似。若制系统比较复杂，则可以采用“化整为零”方法，待一个个控制功能的梯形图设计出来后，再“积零为整”，完善相互关系。（2）PLC的运行是以扫描的方式进行的，它与继电器-接触器控制线路的工作不同，一定要遵照自上而下的顺序原则来编制梯形图，否则就会出错，因程序顺序不同，其结果是不一样的。如图945所示的梯形图中，其图（a）和图（b）对于继电器控制线路来说，运行结果是一样的。但对PL

60、C而言，运行结果截然不同，这一点从它们的波形图上可以清楚地看出来。6按照梯形图编写指令程序依据所选用的PLC所规定的指令系统，将梯形图的图形符号编定成可用编程器送人PLC的代码。通常采用指令语句表形式编写。7将指令(zhlng)程序通过编程器送入PLC通过编程器将上列用户程序的指令表语句逐句写入PLC的RAM中。注意：不同型号的PLC要选用与其相对(xingdu)应的专用编程器。8进行系统模拟调试和完善(wnshn)程序在现场调试之前，先进行模拟调试，以检查程序设计和程序输入是否正确。模拟调试就是用开关组成的模拟输入器模拟现场输入信号进行调试，输出动作情况通过输出指示灯来观察程序的执行情况和相