电工与电子技术基础第2版课件第5章

5．1可编程序控制器的概述现代的可编程序控制器PLC是以微处理器为基础，综合计算机技术与自动控制技术而发展起来的新一代工业控制器。它具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信、PID回路调节，自适应控制及人工智能等功能。它将逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算术运算等控制功能以一种系统指令形式存储在存储器内，然后根据存储的程序，通过数字或模拟量输入输出部件对生产过程进行控制的，以微处理器为中心的数字式电子装置。可见，PLC实际上是一种自动控制过程专用的计算机。

5．1可编程序控制器的概述现代的可编程序控15.1.1可编程序控制器的特点1、软件简单易学

2、使用和维护方便3、抗干扰能力强，工作稳定可靠4、设计施工周期短5.1.1可编程序控制器的特点25.1.2可编程序控制器的组成

1、输入、输出部件

2、中央处理机微处理器

(2)系统程序存储器(3)用户程序存储器3、电源部件

4、编程器

电源部件接口电源部件中央处理机包括微处理器、存储器输入接口输出接口图5-1PLC的结构框图5.1.2可编程序控制器的组成电源部件35．2可编程序控制器的基本工作原理5.2.1可编程序控制器的等效电路可编程序控制系统的等效电路可分为三部分即输入部分、内部控制电路和输出部分。5.2.2可编程序控制器的工作方式PLC采用循环扫描的方式工作。PLC对用户程序的执行过程是以微处理器的周期性循环扫描方式进行的，分集中输入采样、执行程序、集中输出刷新三个阶段。PLC开始运行时，首先清除输入输出状态寄存器原来的内容，然后进行自诊断，自检CPU及I/O组件，确认工作正常后开始循环扫描。5．2可编程序控制器的基本工作原理5.2.1可编程序控45．3F系列器件和编号5.3.1输入继电器（X）输入继电器用来接受外部传感器或开关的输入信号，并把它输给PLC。它等效地与PLC输入接线端相连。输入继电器只能由外部输入信号来驱动，编程指令不能控制它。输入继电器采用八进制编号。5.3.2输出继电器（Y）输出继电器将PLC的输出信号，通过一对硬件动合触头和PLC输出接线端子与被控电器相连，并根据被控电器的额定电流和电压外接负载电源，负载电源的公共端COM。输出继电器还为编程提供若干个内部使用的动合触头、动断触头。输出继电器也采用八进制编号。5．3F系列器件和编号5.3.1输入继电器（X）55.3.3辅助继电器（M）PLC有许多辅助继电器，它由PLC中各种器件的触头驱动。它实质是一些存储器单元，起中间继电器的作用。辅助继电器带有若干动合触头和动断触头，供编程使用。它的触头不可直接驱动外部负载，要通过输出继电器才能驱动外部负载。辅助继电器又可分为通用和保持两种类型。5.3.4移位寄存器移位寄存器由辅助继电器组成，由8个或16个辅助继电器组成一组。移位寄存器的编号用构成移位寄存器的第一个辅助继电器表示。5.3.3辅助继电器（M）65.3.5定时器（T）F系列PLC的定时器均为延迟接通型定时器，其工作时间用编程器设定。它们带有若干个触头动合、动断触头，供限时、定时使用。5.3.6计数器（C）F系列PLC中的计数器是一个减1计数器，计数器的计数值由编程器设定后，当计数器的输入每出现一次由断开到接通时，计数器就将当前值减1，直到计数器的值为0时，计数器的动合触头接通，动断触头断开。每个计数器在电源中断时，均将当前计数值被保存下来。5.3.7特殊辅助继电器F系列PLC还有M70、M71、M72、M76、M77等特殊用途的辅助继电器5.3.5定时器（T）75．4F系列基本逻辑指令5.4.1LD、LDI、OUT指令LD(Load)：动合触头与母线连接指令。LDI(Loadinverse)：动断触头与母线连接指令。OUT(Out)：线圈驱动指令。

X400X401T450T450Y430M100Y431K9图5-6LD、LDI、OUT的使用5．4F系列基本逻辑指令5.4.1LD、LDI、OU85.4.2AND、ANI指令AND（And）：用于动合触头的串联。ANI(Andinverse)：用于动断触头的串联。

X400M101M100Y433Y434T450Y433X403图5-7AND、ANI的使用5.4.2AND、ANI指令X400M101M100Y495.4.3OR、ORI指令OR(Or)：用于动合触头的并联。ORI(Orinverse)：用于动断触头的并联。

X404X406X407X410M102M103M110M103Y435Y435图5-9OR、ORI的使用5.4.3OR、ORI指令X404X406X407X41105.4.4ORB指令

ORB（Orblock）：电路块并联连接指令。两个或两个以上的触头串联连接的电路称为“串联电路块”。

X400X401X402X403X404X405Y436图5-10ORB的使用串联电路块5.4.4ORB指令X400X401X402X403X4115.4.5ANB指令ANB（Andblock）：电路块串联连接指令。两个或两个以上触头并联连接的电路称为“并联电路块”。

X404X400X401X402X403X405X406Y430并联电路块图5-11ANB的使用5.4.5ANB指令X404X400X401X402X4125.4.6S、R指令

S（Set）：置位指令，使操作保持的指令。R(Reset)：复位指令，使操作保持复位的指令。X401X402图5-12S、R指令的使用M205SM205R5.4.6S、R指令X401X402图5-12S、R135.4.7RST指令RST（Reset）：复位指令，用于计数器和移位寄存器的复位。将计数器的当前值回复到设定值或清除移位寄存器的内容使用RST指令。图5-13是计数器电路和RST指令的使用。

图5-13计数器电路和RST的使用

X427X427X421X421M71M71RSTRSTC461C461C461C461C461Y430Y430K6K6(a)(b)OUT复位输入计数输入5.4.7RST指令图5-13计数器电路和RST的使145.4.8PLS指令

PLS（Pulse）:脉冲指令，又叫微分输出指令。要在辅助继电器触头接通后产生一脉冲信号，可使用PLS指令，该脉冲的宽度等于一个扫描周期。PLS指令可作计数器、移位寄存器的复位输入。

X401PLSM100X401M100扫描周期图5-14PLS的使用5.4.8PLS指令X401M100扫描周期图5-14155.4.9SFT指令SFT（Shift）：移位指令，将移位寄存器的内容做移位的指令。OUTSFTX400X401X402复位输入移位输入数据输入RSTM300M317图5-15移位寄存器电路和SFT的使用5.4.9SFT指令OUTSFTX400X401X402165.4.10NOP指令NOP（Non-processing）：空操作指令。可用来取代已写入的LD、LDI、ANB、ORB等指令，但修改后电路结构改变

图5-16使用NOP指令修改电路AND→NOPa)短路触头ANI→NOPb)切断电路×OR→NOP××ORI→NOPOUT→NOPc)短路前面全部电路×ANB→NOPd)切断前面全部电路×ORB→NOPe)与前面OUT电路相连LD→NOP*1*1*2*25.4.10NOP指令图5-16使用NOP指令修改电175.4.11MC、MCR指令

MC(Mastercontrol)：主控指令，用于公共触头串联连接指令。MCR(Mastercontrolreset)：主控复位指令，MC指令的复位指令。

X400X401M100MCM100M100X402X403X404X405Y430Y431Y432Y433MCR图5-17MC、MCR的使用5.4.11MC、MCR指令 X400X401M100M185.4.12CJP、EJP指令CJP（Conditionaljump）：条件跳步指令，用于跳步开始。EJP(Endofjump)：跳步结束指令，用于指示跳步终点。X411CJP700EJP700程序A程序B程序C图5-19CJP、EJP的电路功能5.4.13END指令END（End）：结束指令，表示程序结束。5.4.12CJP、EJP指令X411CJP195.5常用基本电路的编程5.5.1编程的基本规则

(1)输入/输出、辅助继电器、计数器、定时器的触头的使用次数是无限制的。(2)梯形图每一行都是从左边母线开始，线圈接在右边的母线，所有的触头不能放在线圈的右边。在继电接触器控制电路中，热继电器的触头常放在线圈右边，而PLC的梯形图中是不允许的。(3)线圈不能直接接在左边的母线上，如需要的话，可通过动断触头连接线圈。5.5常用基本电路的编程5.5.1编程的基本规则20

(4)在一个程序中，同一编号的线圈如使用两次称为双线圈输出。双线圈输出容易引起误操作，应尽量避免线圈重复使用。(5)梯形图必须符合顺序执行（从左到右，从上到下地执行）。(6)在梯形图中串联触头和并联触头数，从原理上讲没有限制，但如采用图形编程器编程，则受屏幕尺寸的限制。(4)在一个程序中，同一编号的线圈如使用两次称为双线圈输215.5.2编程技巧1.把串联触头多的电路编在上方2.把并联电路放在左边3.桥式电路的编程4.复杂电路的处理

X400X401a)图5-27可重新排列电路(4)b)X402X400X400X402X403X403X401X404Y430Y431Y430Y431X402X403X4045.5.2编程技巧X400X401a)图5-27可225.5.3动断触头的处理

由于继电接触器电气原理图与PLC的梯形图相类似，可以将继电器电气原理图转变为相应的梯形图，但在转变时必须对输入到PLC的动断触头进行处理。

SB1SB2X00X00X02X02Y31Y31Y31Y31KMKM(a)(b)(c)图5-29输入动断触头的编程5.5.3动断触头的处理SB1SB2X00X00X02X235.5.4基本电路的编程1.瞬时输入延时断开电路的编程

X402Y430Y430Y430X402T450T450K19图5-30瞬时输入延时断开电路5.5.4基本电路的编程X402Y430Y430Y430242．三相异步电动机正、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5-31所示。图5.-31笼型三相异步电动机正反转电路b)220VKM1KM2SB1SB2~SB3Y432Y431X400X402COMCOM

PLCX401L1L2L3M3~3QFUKM1FRa）U

V

WKM22．三相异步电动机正、反转控制图5.-31笼型三相异步电动机25图5-31为笼型三相异步电动机正反转梯形图。M100X400M100M100T450X401X402T450Y431K2M101X401M101M101T451X400X402T451Y432K2图5-31笼型三相异步电动机正反转梯形图END图5-31为笼型三相异步电动机正反转梯形图。M100X400263.异步电动机Y-Δ换接起动电路的编程

用PLC实现笼型三相异步电动机Y-Δ起动，主电路和PLC的输入、输出外接线如图5-32a、b所示。

图5-32笼型三相异步电动机Y-Δ起动电路KM1KM3KM2FRSB1SB2L1L2L3QFUKM1FR3PLC220V~a)b)Y431X400X401X402

Y432

Y433COMCOMKM3KM2KM23.异步电动机Y-Δ换接起动电路的编程图5-32笼型三相异27图5-33为满足换接起动控制要求的梯形图。

图5-33笼型三相异步电动机Y-Δ起动梯形图M100X400M100M100M100Y431X401X402T451T451T451T452T452Y432Y432Y433Y433KS1KS2END图5-33为满足换接起动控制要求的梯形图。284．抢答显示电路的编程抢答智力比赛示意图如图5-34所示。

学生儿童教授HL1HL2HL3主持人彩球SB11SB12SB2SB31SB32SB4SA图5-34抢答智力比赛示意图4．抢答显示电路的编程学生儿童教授HL1HL2HL3主持人彩291、竞赛者若要回答主持人所提出的问题时，需抢先按下桌上的按钮。2、指示灯亮后，需等到主持人按下复位按钮SB4后才熄灭。为了给参赛儿童一些优待，SBll和SBl2中任一个按下时，灯HLl都亮。为了对教授组作一定限制，HL3只有在SB31和SB32按钮都按下时才亮。3、如果竞赛者在主持人打开SA开关的l0s内压下按钮，外接的电磁线圈将使彩球摇动，以示竞赛者得到一次幸运的机会。1、竞赛者若要回答主持人所提出的问题时，需抢先按下桌上的30输入输出分配男儿童按钮SB11

X400女儿童按钮SBl2

X401学生按钮

SB2

X402女教授按钮SB31

X403男教授按钮SB32

X404主持人按钮SB4

X405主持人按钮SA

X406儿童台上灯HLl

Y431学生台上灯HL2

Y432教授台上灯HL3

Y433外接的电磁线圈KM

Y434图5-36抢答比赛PLC梯形图X401Y432X400X405Y432Y433Y431Y431Y433Y433Y433Y432Y432Y431X405X405X402X403Y431X404X406T450K10Y434T450X406Y431Y432Y433Y434END输入输出分配图5-36抢答比赛PLC梯形图X401Y43315．工位装配生产线的编程

图5-37为一条模拟的装配生产线，该生产线有8个工位，完成对产品的装配，如对某种零件装配、焊接、夹紧、上油漆、贴商标等。为避免无零件时机械空操作，在第一个位置上装有传感器检查有没有零件装入。该生产线每5秒移一个工位，在2、4、6、8号位置上分别完成不同的操作。由于受生产线结构的限制，3、5、7号位置仅用于传送零件。产品操作2操作1操作3操作412345678零件装入图5-37装配生产线示意图5．工位装配生产线的编程产品操作2操作1操作3操作432图5-38为满足控制要求的梯形图T450T450X400T450M111M113M117X402X401K5Y431Y432Y433Y434图5-38装配生产线梯形图M115OUTSFTRSTM110M117图5-38为满足控制要求的梯形图T450T450X400T335．1可编程序控制器的概述现代的可编程序控制器PLC是以微处理器为基础，综合计算机技术与自动控制技术而发展起来的新一代工业控制器。它具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信、PID回路调节，自适应控制及人工智能等功能。它将逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算术运算等控制功能以一种系统指令形式存储在存储器内，然后根据存储的程序，通过数字或模拟量输入输出部件对生产过程进行控制的，以微处理器为中心的数字式电子装置。可见，PLC实际上是一种自动控制过程专用的计算机。

5．1可编程序控制器的概述现代的可编程序控345.1.1可编程序控制器的特点1、软件简单易学

2、使用和维护方便3、抗干扰能力强，工作稳定可靠4、设计施工周期短5.1.1可编程序控制器的特点355.1.2可编程序控制器的组成

1、输入、输出部件

2、中央处理机微处理器

(2)系统程序存储器(3)用户程序存储器3、电源部件

4、编程器

电源部件接口电源部件中央处理机包括微处理器、存储器输入接口输出接口图5-1PLC的结构框图5.1.2可编程序控制器的组成电源部件365．2可编程序控制器的基本工作原理5.2.1可编程序控制器的等效电路可编程序控制系统的等效电路可分为三部分即输入部分、内部控制电路和输出部分。5.2.2可编程序控制器的工作方式PLC采用循环扫描的方式工作。PLC对用户程序的执行过程是以微处理器的周期性循环扫描方式进行的，分集中输入采样、执行程序、集中输出刷新三个阶段。PLC开始运行时，首先清除输入输出状态寄存器原来的内容，然后进行自诊断，自检CPU及I/O组件，确认工作正常后开始循环扫描。5．2可编程序控制器的基本工作原理5.2.1可编程序控375．3F系列器件和编号5.3.1输入继电器（X）输入继电器用来接受外部传感器或开关的输入信号，并把它输给PLC。它等效地与PLC输入接线端相连。输入继电器只能由外部输入信号来驱动，编程指令不能控制它。输入继电器采用八进制编号。5.3.2输出继电器（Y）输出继电器将PLC的输出信号，通过一对硬件动合触头和PLC输出接线端子与被控电器相连，并根据被控电器的额定电流和电压外接负载电源，负载电源的公共端COM。输出继电器还为编程提供若干个内部使用的动合触头、动断触头。输出继电器也采用八进制编号。5．3F系列器件和编号5.3.1输入继电器（X）385.3.3辅助继电器（M）PLC有许多辅助继电器，它由PLC中各种器件的触头驱动。它实质是一些存储器单元，起中间继电器的作用。辅助继电器带有若干动合触头和动断触头，供编程使用。它的触头不可直接驱动外部负载，要通过输出继电器才能驱动外部负载。辅助继电器又可分为通用和保持两种类型。5.3.4移位寄存器移位寄存器由辅助继电器组成，由8个或16个辅助继电器组成一组。移位寄存器的编号用构成移位寄存器的第一个辅助继电器表示。5.3.3辅助继电器（M）395.3.5定时器（T）F系列PLC的定时器均为延迟接通型定时器，其工作时间用编程器设定。它们带有若干个触头动合、动断触头，供限时、定时使用。5.3.6计数器（C）F系列PLC中的计数器是一个减1计数器，计数器的计数值由编程器设定后，当计数器的输入每出现一次由断开到接通时，计数器就将当前值减1，直到计数器的值为0时，计数器的动合触头接通，动断触头断开。每个计数器在电源中断时，均将当前计数值被保存下来。5.3.7特殊辅助继电器F系列PLC还有M70、M71、M72、M76、M77等特殊用途的辅助继电器5.3.5定时器（T）405．4F系列基本逻辑指令5.4.1LD、LDI、OUT指令LD(Load)：动合触头与母线连接指令。LDI(Loadinverse)：动断触头与母线连接指令。OUT(Out)：线圈驱动指令。

X400X401T450T450Y430M100Y431K9图5-6LD、LDI、OUT的使用5．4F系列基本逻辑指令5.4.1LD、LDI、OU415.4.2AND、ANI指令AND（And）：用于动合触头的串联。ANI(Andinverse)：用于动断触头的串联。

X400M101M100Y433Y434T450Y433X403图5-7AND、ANI的使用5.4.2AND、ANI指令X400M101M100Y4425.4.3OR、ORI指令OR(Or)：用于动合触头的并联。ORI(Orinverse)：用于动断触头的并联。

X404X406X407X410M102M103M110M103Y435Y435图5-9OR、ORI的使用5.4.3OR、ORI指令X404X406X407X41435.4.4ORB指令

ORB（Orblock）：电路块并联连接指令。两个或两个以上的触头串联连接的电路称为“串联电路块”。

X400X401X402X403X404X405Y436图5-10ORB的使用串联电路块5.4.4ORB指令X400X401X402X403X4445.4.5ANB指令ANB（Andblock）：电路块串联连接指令。两个或两个以上触头并联连接的电路称为“并联电路块”。

X404X400X401X402X403X405X406Y430并联电路块图5-11ANB的使用5.4.5ANB指令X404X400X401X402X4455.4.6S、R指令

S（Set）：置位指令，使操作保持的指令。R(Reset)：复位指令，使操作保持复位的指令。X401X402图5-12S、R指令的使用M205SM205R5.4.6S、R指令X401X402图5-12S、R465.4.7RST指令RST（Reset）：复位指令，用于计数器和移位寄存器的复位。将计数器的当前值回复到设定值或清除移位寄存器的内容使用RST指令。图5-13是计数器电路和RST指令的使用。

图5-13计数器电路和RST的使用

X427X427X421X421M71M71RSTRSTC461C461C461C461C461Y430Y430K6K6(a)(b)OUT复位输入计数输入5.4.7RST指令图5-13计数器电路和RST的使475.4.8PLS指令

PLS（Pulse）:脉冲指令，又叫微分输出指令。要在辅助继电器触头接通后产生一脉冲信号，可使用PLS指令，该脉冲的宽度等于一个扫描周期。PLS指令可作计数器、移位寄存器的复位输入。

X401PLSM100X401M100扫描周期图5-14PLS的使用5.4.8PLS指令X401M100扫描周期图5-14485.4.9SFT指令SFT（Shift）：移位指令，将移位寄存器的内容做移位的指令。OUTSFTX400X401X402复位输入移位输入数据输入RSTM300M317图5-15移位寄存器电路和SFT的使用5.4.9SFT指令OUTSFTX400X401X402495.4.10NOP指令NOP（Non-processing）：空操作指令。可用来取代已写入的LD、LDI、ANB、ORB等指令，但修改后电路结构改变

图5-16使用NOP指令修改电路AND→NOPa)短路触头ANI→NOPb)切断电路×OR→NOP××ORI→NOPOUT→NOPc)短路前面全部电路×ANB→NOPd)切断前面全部电路×ORB→NOPe)与前面OUT电路相连LD→NOP*1*1*2*25.4.10NOP指令图5-16使用NOP指令修改电505.4.11MC、MCR指令

MC(Mastercontrol)：主控指令，用于公共触头串联连接指令。MCR(Mastercontrolreset)：主控复位指令，MC指令的复位指令。

X400X401M100MCM100M100X402X403X404X405Y430Y431Y432Y433MCR图5-17MC、MCR的使用5.4.11MC、MCR指令 X400X401M100M515.4.12CJP、EJP指令CJP（Conditionaljump）：条件跳步指令，用于跳步开始。EJP(Endofjump)：跳步结束指令，用于指示跳步终点。X411CJP700EJP700程序A程序B程序C图5-19CJP、EJP的电路功能5.4.13END指令END（End）：结束指令，表示程序结束。5.4.12CJP、EJP指令X411CJP525.5常用基本电路的编程5.5.1编程的基本规则

(1)输入/输出、辅助继电器、计数器、定时器的触头的使用次数是无限制的。(2)梯形图每一行都是从左边母线开始，线圈接在右边的母线，所有的触头不能放在线圈的右边。在继电接触器控制电路中，热继电器的触头常放在线圈右边，而PLC的梯形图中是不允许的。(3)线圈不能直接接在左边的母线上，如需要的话，可通过动断触头连接线圈。5.5常用基本电路的编程5.5.1编程的基本规则53

(4)在一个程序中，同一编号的线圈如使用两次称为双线圈输出。双线圈输出容易引起误操作，应尽量避免线圈重复使用。(5)梯形图必须符合顺序执行（从左到右，从上到下地执行）。(6)在梯形图中串联触头和并联触头数，从原理上讲没有限制，但如采用图形编程器编程，则受屏幕尺寸的限制。(4)在一个程序中，同一编号的线圈如使用两次称为双线圈输545.5.2编程技巧1.把串联触头多的电路编在上方2.把并联电路放在左边3.桥式电路的编程4.复杂电路的处理

X400X401a)图5-27可重新排列电路(4)b)X402X400X400X402X403X403X401X404Y430Y431Y430Y431X402X403X4045.5.2编程技巧X400X401a)图5-27可555.5.3动断触头的处理

由于继电接触器电气原理图与PLC的梯形图相类似，可以将继电器电气原理图转变为相应的梯形图，但在转变时必须对输入到PLC的动断触头进行处理。

SB1SB2X00X00X02X02Y31Y31Y31Y31KMKM(a)(b)(c)图5-29输入动断触头的编程5.5.3动断触头的处理SB1SB2X00X00X02X565.5.4基本电路的编程1.瞬时输入延时断开电路的编程

X402Y430Y430Y430X402T450T450K19图5-30瞬时输入延时断开电路5.5.4基本电路的编程X402Y430Y430Y430572．三相异步电动机正、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5-31所示。图5.-31笼型三相异步电动机正反转电路b)220VKM1KM2SB1SB2~SB3Y432Y431X400X402COMCOM

PLCX401L1L2L3M3~3QFUKM1FRa）U

V

WKM22．三相异步电动机正、反转控制图5.-31笼型三相异步电动机58图5-31为笼型三相异步电动机正反转梯形图。M100X400M100M100T450X401X402T450Y431K2M101X401M101M101T451X400X402T451Y432K2图5-31笼型三相异步电动机正反转梯形图END图5-31为笼型三相异步电动机正反转梯形图。M100X400593.异步电动机Y-Δ换接起动电路的编程

用PLC实现笼型三相异步电动机Y-Δ起动，主电路和PLC的输入、输出外接线如图5-32a、b所示。

图5-32笼型三相异步电动机Y-Δ起动电路KM1KM3KM2FRSB1SB2L1L2L3QFUKM1FR3PLC220V~a)b)Y431X400X401X402

Y432

Y433COMCOMKM3KM2KM23.异步电动机Y-Δ换接起动电路的编程图5-32笼型三相异60图5-33为满足换接起动控制要求的梯形图。

图5-33笼型三相异步电动机Y-Δ起动梯形图M100X400M100M100M100Y4