可编程控制器(PLC)基础PPT讲义65P

第12章可编程控制器(PLC)

概述12.2可编程控制器的程序编制12.3可编程控制器应用举例12.1可编程控制器的结构和工作原理第12章可编程控制器(PLC)本章要求：1.了解可编程控制器的结构和工作原理。2.了解可编程控制器的几种基本编程方法。3.熟悉常用的编程指令。4.学会使用梯形图编制简单的程序。第12章可编程控制器（PLC）

概述1.定义：可编程控制器是一种数字运算的电子操作系统装置，专为工业现场应用而设计的，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备都应按易于与工业控制器系统联成一个整体和易于扩充其功能的原则进行设计2.可编程控制器的发展：它的起源可以追溯到60年代，美国通用汽车公司为了适应汽车型号不断翻新的需要，对生产线上的控制设备提出了新的要求，为此研制了第一台可编程控制器用于生产线上，通过改变存储在里面的指令的方法来改变生产线的控制流程，从而提供了继电器控制系统无法比拟的灵活性。但这一时期它主要是代替继电器系统完成顺序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，实际只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器简称PLC（ProgrammableLogicalController）。进入80年代，随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程控制器的功能已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，可以进行模拟量控制、位置控制，特别是远程通讯功能的实现，易于实现柔性加工和制造系统，因此将其称为可编程控制器（ProgrammableController）简称PC,但为了与个人电脑PC相区别，仍将其称为PLC。PLC已被称为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。目前PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，加速了机电一体化的进程。各种PLC的具体结构虽然多种多样，但其结构和工作原理大同小异，都是以微处理器为核心的电子电气系统。PLC各种功能的实现，不仅基于其硬件的作用，而且要靠其软件的支持。PLC内部主要由主机、输入/输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几部分组成。12.1可编程控制器的结构和工作原理12.1.1可编程控制器的结构及各部分的作用模拟量输入行程开关继电器触点各种开关传感器CPUROM、RAM电源部件输出接口输入接口外设接口照明电磁装置执行机构采用光电隔离装置继电器、可控硅、晶体管电路编程器打印机计算机1.主机CPU是PLC的核心，一切逻辑运算及判断都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是我们常说的电脑芯片。(1)运行用户程序。(2)监控输入/输出接口状态。(3)作出逻辑判断和进行数据处理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。内部存储器有两类：一类是系统程序存储器，另一类是用户程序及数据存储器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.电源电源指为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4.编程器编程器是PLC很重要的外部部设备，它主主要由键盘、、显示器组成成。编程器分分简易型和智智能型两类。。小型PLC常用简易编程程器，大、中中型PLC多用智能编程程器。编程器器的作用是编编制用户程序序并送入PLC程序存储器。。利用编程器器可检查、修修改、调试用用户程序和在在线监视PLC工作状况。现现在许多PLC采用和计算机机联接，并利利用专用的工工具软件进行行编程或监控控。6.外部设备接口口I/O扩展接口用于将扩充外外部输入/输出端子数扩扩展单元与基基本单元（即即主机）联接接在一起。5.输入输出扩展展接口此接口可将编编程器、打印印机、条形码码扫描仪等外外部设备与主主机相连。12.1.2可编程控制器器的工作原理理PLC采用“顺序扫扫描、不断循循环”的工作作方式，这个过程可分分为输入采样样，程序执行行、输出刷新新三个阶段，整个过程扫扫描并执行一一次所需的时时间称为扫描描周期。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一个扫描周期期12.1.2可编程控制器器的工作原理理PLC采用“顺序扫扫描、不断循循环”的工作作方式，这个过程可分分为输入采样样，程序执行行、输出刷新新三个阶段，整个过程扫扫描并执行一一次所需的时时间称为扫描描周期。1.输入采样阶段段PLC在输入采样阶阶段，以扫描描方式顺序读读入所有输入入端的通/断状态或输入数数据，并将此此状态存入输输入状态寄存存器，即输入入刷新。接着着转入程序执执行阶段。在在程序执行期期间，即使输输入状态发生生变化，输入入状态寄存器器的内容也不不会改变，只只有在下一个个扫描周期的的输入处理阶阶段才能被读读入。2.程序执行阶段段PLC在执行阶段，，按先左后右右，先上后下下的步序，执执行程序指令令。其过程如如下：从输入入状态寄存器器和其它元件件状态寄存器器中读出有关关元件的通/断状态，并根根据用户程序序进行逻辑运运算，运算结结果再存入有有关的状态寄寄存器中。3.输出刷新阶段段在所有指令执执行完毕后，，将各物理继继电器对应的的输出状态寄寄存器的通/断状态，在输输出刷新阶段段转存到输出出寄存器，去去控制各物理理继电器的通通/断，这才是PLC的实际输出。。由PLC的工作过程可可见，在PLC的程序执行阶阶段，即使输输入发生了变变化，输入状状态寄存器的的内容也不会会立即改变，，要等到下一一个周期输入入处理阶段才才能改变。暂暂存在输出状状态寄存器中中的输出信号号，等到一个个循环周期结结束，CPU集中将这些输输出信号全部部输出给输出出锁存器，这这才成为实际际的CPU输出。因此全全部输入、输输出状态的改改变就需要一一个扫描周期期，换言之，，输入、输出出的状态保持持一个扫描周周期。12.1.3可编程控制器器的主要技术术性能1.I/O点数指PLC外部输入和输出端子数。2.用户程序存储储容量用来衡量PLC所能存储用户户程序的多少少。3.扫描速度指扫描1000步用户程序所所需的时间，，以ms/千步为单位。。4.指令系统条数数指PLC具有的基本指指令和高级指指令的种类和和数量。种类类数量越多，，软件功能越越强。5.编程元件的种种类和数量编程元件指：：输入继电器器、输出继电电器、辅助继继电器、定时时器、计数器器、通用“字字”寄存器、、数据寄存器器及特殊功能能继电器等。。其种类和数数量是衡量PLC的一个指标。。代表字母

元件名称

编号范围

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

XYRTCWRX0～XF共16点Y0～Y7共8点R0～R62F共1008点T0～T99共100点C100～C143共44点WR0～WR62共63个FP1－C24编程元件的表表示形式及编编号范围12.1.4可编程控制器器的主要功能能和特点1.主要功能（1）开关逻辑控制制（2）定时/计数控制（3）步进控制（4）数据处理（5）过程控制（6）运动控制（7）通信联网（8）监控（9）数字量与模拟拟量的转换2.PLC的主要要特点点(1)可靠性性高，，抗干干扰能能力强强。由于采采用大大规模模集成成电路路和微微处理理器，，使系系统器器件数数大大大减少少，并并且在在硬件件的设设计和和制造造的过过程中中采取取了一一系列列隔离离和抗抗干扰扰措施施，使使它能能适应应恶劣劣的工工作环环境，，具有有很高高的可可靠性性。(2)编程简简单，，使用用方便便。(3)通用性性好，，具有有在线线修改改能力力。PLC硬件采采用模模块化化结构构，可可以灵灵活地地组态态以适适应不不同的的控制制对象象，控控制规规模和和控制制功能能的要要求。。且可可通过过修改改软件件，来来实现现在线线修改改的能能力，，因此此其功功能易易于扩扩展，，具有有广泛泛的工工业通通用性性。(4)缩短设设计、、施工工、投投产的的周期期，维维护容容量。。目前PLC产品朝朝着系系列化化、标标准化化方向向发展展，只只需根根据控控制系系统的的要求求，选选用相相应的的模块块进行行组合合设计计，同同时用用软件件编程程代替替了继继电控控制的的硬连连线，，大大大减轻轻了接接线工工作，，同时时PLC还具有有故障障检测测和显显示功功能，，使故故障处处理时时间缩缩短。。(5)体积小小，易易于实实现机机电一一体化化。12.2可编程程控制制器的的程序序编制制12.2.1可编程程控制制器的的编程程语言言同其它它电脑脑装置置一样样，PLC的操作作是依依其程程序操操作进进行的的，而而程序序是用用程序序语言言表达达的，，并且且表达达的方方式多多种多多样，，不同同的生生产厂厂家，，不同同的机机种，，采用用的表表达方方式不不同，，但基基本上上可归归纳为为：梯形图语言语句表语言布尔代数语言流程图语言目前常用1.梯形图图是在继继电控控制系系统电电气原原理图图基础础上开开发出出来的的一种种图形形语言言。它它继承承了继继电器器接点点、线线圈、、串联联、并并联等等术语语和类类似的的图形形符号号，具有形形象、、直观观、实实用的的特点点，不需需学习习计算算机专专业知知识，，电气气技术术人员员使用用最方方便。。例：用PLC组成电电机起起停控控制电电路继电接接触控控制图图SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..X0X1X2COM...+SB0SB1

Y0COM

Y2

Y1...~220VKM24VPLC(1)PLC系统图图起动按按钮停止按按钮如：接接通SB0，则X0存储单单元对对应的的位为为“1”,反之则则为““0”。常闭接接点(2)利用梯梯形图图编制制控制制程序序Y0X0X1如：按按SB0，则X0存储单单元为为“1”则其常常开接接点闭闭合，，线圈圈通电电，电电机转转动。。注意：：这些接接点或或线圈圈并不不是真真实的的物理理继电电器接接点或或线圈圈，而而是在在软件件编程程中使使用的的编程程元件件，每每个编编程元元件与与存储储器中中的一一个存存储单单元相相对应应，该该存储储单元元为“1”则表示示梯形形图中中常开开闭合合,常闭断断开，，线圈圈通电电。[]Y0状态取决于按钮是否动作如：按按SB1，则X1存储单单元为为“1”则其常常闭接接点断断开，，线圈圈断电电，电电机停停车。。输出继继电器(线圈)常开接接点2.语句表表语言言这种编编程语语言与与汇编编语言言类似似，不不同的的厂家家其语语句表表有所所不同同，这这里以以日本本松下下可编编程控控制器器为例例，对对上述述电机机起、、停控控制进进行编编程（（即将将梯形形图转转换成成语句句表语语言））。STX0ORY0AN/X1OTY0注意意：：按按梯梯形形图图从从左左到到右右，，从从上上到到下下的的顺顺序序编编程程。。梯形形图图和和助助记记符符语语言言是是PLC中最最常常用用的的编编程程语语言言，，学学习习中中应应注注意意以以下下概概念念：：(1)梯形形图图中中的的继继电电器器并并不不一一定定是是物物理理继继电电器器，，每每个个继继电电器器或或输输入入接接点点各各为为存存储储器器中中的的一一位位，，相相应应位位为为““1””态，，表表示示继继电电器器线线圈圈通通电电或或常常开开触触头头闭闭合合，，或或常常闭闭触触头头断断开开。。(2)梯形形图图中中流流过过的的电电流流不不是是物物理理电电流流，，而而是是概概念念电电流流，，是是程程序序执执行行的的形形象象表表示示方方式式。。(3)梯形形图图中中的的继继电电器器接接点点在在编编写写用用户户程程序序时时（（即即作作为为逻逻辑辑接接点点））可可根根据据需需要要在在梯梯形形图图中中反反复复使使用用，，没没有有数数量量限限制制，，既既可可用用常常开开也也可可用用常常闭闭。。(4)只有有PLC中的的物物理理继继电电器器才才能能驱驱动动实实际际负负载载，，其其它它继继电电器器只只能能作作为为一一种种逻逻辑辑来来使使用用，，故故称称为为““软软继继电电器器””。。12.2.2可编编程程控控制制器器的的编编程程原原则则和和方方法法1.编程程原原则则（1）PLC编程程元元件件的的触触点点在在编编程程过过程程中中可可以以无无限限次次使用用，，每每个个继继电电器器的的线线圈圈在在梯梯形形图图中中只只能能出出现现一一次次，，它的的触触点点可可以以使使用用无无数数次次。。（2）梯形形图图的的每每一一逻逻辑辑行行皆皆起起始始于于左左母母线线，，终终止止于于右右母母线线。。线线圈圈总总是是处处于于最最右右边边，，且且不不能能直直接接与与左左边边母母线线相相连连。。[][][][]（3）编制制梯梯形形图图时时，，应应尽尽量量做做到到““上上重重下下轻轻、、左左重重右右轻轻””。。[]不合合理理合理[]（4）两个或两两个以上上的线圈圈可以并并联，但但不可以以串联。[][]X0X0Y12.编程方法法(1)确定I/O点数及分分配(2)编制梯形形图和指指令语句句表(5)程序以END指令结束束，程序序的执行行是从第第一个地地址到END指令结束束，在调调试的时时候，可可以利用用这个特特点将程程序分成成若干个个块，进进行分块块调试，，直至程程序全部部调试成成功。12.2.3可编程控控制器的的指令系系统ST加载ST/加载非OT输出指令可使用区域XYRTC1.起始指令令ST，ST/与输出指指令OT功能：读入指定定常开接接点（X1）的ON/OFF信息。在在每一条条逻辑线线或一个个程序段段的开始始都要使使用ST指令或ST/指令。STX1ST/X1功能：读入指定定常闭接接点（X1）的ON/OFF信息。X1[]X1[]功能：把输出指指令之前前的运算算结果输输出到指指定的接接点，输出指令令可并列列使用。OTY1Y1[]例：当输输入接点点X0ON时，使输输出继电电器Y0、Y1动作，当当接点X1OFF时，使继继电器Y2动作。梯形图对对应的助记符程程序STX0OTY0OTY1ST/X1OTY2[][]Y0X0[]Y2X1梯形图程序Y1ANX1功能：该指令是是接点串串联连接接指令。。到此为为止的运运算结果果与指定定的接点点X1的ON/OFF信息进行行与运算算。2.触点串联联指令AN，AN/与触点并并联指令令OR，OR/AN与AN/与非OR或指令可使用区域XYRTCOR/或非X1X[]例：当输输入条件件R0和R1及R2同时为ON时Y3被输出的的程序。。助记符程序STR0ANR1ANR2OTY3

时序图R0R1R2Y3[]R1R0R2Y3梯形图程程序AN/X1功能：该指令是接点串联连接指令。到此为止的运算结果与指定的接点X1的ON/OFF信息进行与运算。[]X1X例：当输输入条件件R0为ON，R1和R2为OFF时Y3被输出程程序。梯形图程序[]R1R0R2Y3例：当输输入条件件R0为ON，R1和R2为OFF时Y3被输出程程序。时序图R0R1R2Y3助记符程序STR0AN/R1AN/R2OTY3

梯形图程序[]R1R0R2Y3例：当输输入条件件R0或R1或R2为ON时Y3被输出程程序。ORX1功能：该指令是接点并联连接指令。到此为止的运算结果与指定的接点X1的ON/OFF信息进行或运算。[]X1X助记符程序STR0ORR1ORR3OTY3

梯形图程程序时序图R0R1R2Y3[]R1R0R2Y3例：当输输入条件件R0为ON，或R1或R2为OFF时Y3被输出程程序。OR/X1功能：该指令是接点并联连接指令。到此为止的运算结果与指定的接点X1的ON/OFF信息进行或运算。[]X1X助记符程序STR0OR/R1OR/R2OTY3

时序图R0R1R2Y3梯形图程程序[]R1R0R2Y3例1:利用PLC实现正反反转控制制1.要求：SB1按钮为正正转按钮钮，SB2为反转按按钮，SB0为停止按按钮。2.系统图SB0SB1SB2~KMFKMRPLCX0X1X2COM...COMY0Y1...3.梯形图程程序互锁接点自锁接点助记符程序STX1ORY0AN/X0AN/Y1OTY0STX2AN/X0AN/Y0OTY1ORY1正转反转Y0X1X0Y1[]Y1X2X0Y0Y1[]Y03.块串联指指令ANS与块并联联指令ORS[]X0X1X2X3Y0指令块1指令块2指令块1指令块2语句表指指令STX0ORX2STX2OR/X3ANSOTY0语句表指指令STX0ANX2STX2AN/X3ORSOTY0[]X0X1X2X3Y04.置位、复复位指令令SET，RSTSET功能：当输入条条件变为为ON时，使指指定输出出接点保保持ON状态，此后即使使输入变变为OFF，该输出仍仍保持ON状态。RST功能：当输入条条件变为为ON时，使指指定输出出接点保保持OFF状态，此后后即使使输入入变为为OFF，该输出出仍保保持OFF状态。<S>Y0<R>Y0例：<S><R>R0R1Y0Y0STR0SETY0STR1RSTY0语句表指令时序图R0R1Y05.定时器器指令令TM[]TMX50

2[]X0T2Y0设置值值定时器器号语句表表指令令STX0TMX2K50STT2OTY0t通电延时时间=50*定时单位输入信号X0定时器接点输出信号T26.计数器器指令令CT[]RCCT4100X1X0C100[]Y0设置值值计数器器号语句表指令令STX0

STX1CT100K4STC100

OTY0X0X1Y07.微分指令DF，DF/DF例：功能：当输入条件件由OFF转为ON时，指定接接点仅在PLC的1次扫描周期期内为ON，其它时间为为OFF。该指令产生生的输出是是一个脉冲冲，其宽度度为一个扫扫描周期。。[](DF)[]X0R0Y0Y0[](DF)R0[]X0R0Y0Y0[](DF)R01个扫描周期X0时序图R0Y0虚线部分为自锁产生的输出DF/功能：当输入条条件由ON转为OFF时，指定接接点仅在PLC的1次扫描周期期内为ON，其它时间为为OFF。该指令产生生的输出是是一个脉冲冲，其宽度度为一个扫扫描周期。。[](DF/)[]X0R0Y0Y0[](DF/)R0例：X0R0Y01个扫描周期虚线部分为自锁产生的输出[]X0R0Y0Y0[](DF/)R0例：时序图8.空操作指令令NOP[]NOP

•Y0R0语句表指令令STR1NOPOTY0NOP指令的使用用对程序运运行的结果果没有任何何影响，一一般为了方方便阅读。。9.移位指令SRX0X1X2SRWR2INCCLR语句表指令令STX0STX1STX2

SRWR210.堆栈指令PSHS、RDS、POPSPSHS用于压入堆堆栈，RDS用于读出堆堆栈，POPS用于弹出堆堆栈。[]X1X2X3Y1[]Y0[]Y2X0PSHSRDSPOPS语句表指令令STX0PSHSANX1OTY0

RDSANX2OTY1POPSANX3OTY212.3可编程控制制器应用举举例分析控制对象确定控制内容选择PLC类型硬件设计软件设计系统总装统统调符合设计要求投入运行调整硬件否调整软件否是12.3.1利用PLC实现电动机的Y-

起动1.要求SB1按钮为起动按钮，SB0按钮为停止按钮KM1为电动机电源接触器，KM2为三角形运行接触器，KM3为星形启动接触器KM1KM3KM2X1X4X3X2...SB1SB2Y1Y4Y3Y2...程序KM3(Y)接触器KM1接触器KM2()接触器2.系统图3.梯形图程序序Y1接通电源、、Y2△△形连接、Y3星形连接[][][]TMX50

0[]R0T0Y3[