可编程序控制器

1.1

PLC概述及工作原理1.2

PLC的编程元件及指令系统1.3

梯形图的设计规则与设计方法1.4PLC应用实例第1章可编程序控制器1.1PLC概述及工作原理1.1.1PLC概述

1、可编程序控制器的定义

2、可编程序控制器的特点功能强，性能价格比高一台小型可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，它具有很高的性能价格比。可编程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制与集中管理。

硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强可编程序控制器产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。可编程序控制器有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。系统的设计、安装、调试工作量少可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。可编程序控制器的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比继电器系统电路图的设计时间要少得多。可编程序控制器的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过可编程序控制器上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统要少得多。体积小，能耗低对于复杂的控制系统，使用可编程序控制器后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型可编程序控制器的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2～1/10。可编程序控制器的配线比继电器控制系统的配线少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节省大量的费用。3、可编程序控制器的的分类

按硬件的结构类型分类为了便于在工业现场安装，便于扩展，方便接线，其结构与普通计算机有很大区别。通常从组成结构形式上将这些PLC分为两类：一类是一体化整体式PLC，另一类是结构化模块式PLC。

整体式结构从结构上看，早期的可编程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及与编程器相连的接口、输入/输出端子、电源、指示灯等都装配在一起的整体装置。一个箱体就是一个完整的PLC。它的特点是结构紧凑，体积小，成本低，安装方便，缺点是输入/输出点数是固定的，不一定能适合具体的控制现场的需要。这类产品有OMRON公司的C20P、C40P、C60P，三菱公司的Fl系列，东芝公司的EX20/40系列等。

模块式结构模块式结构又叫积木式。这种结构形式的特点是把PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通信模块等。另外，机器上有一块带有插槽的母板，实质上就是计算机总线。把这些模块按控制系统需要选取后，都插到母板上，就构成了一个完整的PLC。这种结构的PLC的特点是系统构成非常灵活，安装、扩展、维修都很方便，缺点是体积比较大。常见产品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西门子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。

按应用规模及功能分类为了适应不同工业生产过程的应用要求，可编程序控制器能够处理的输入/输出信号数是不一样的。一般将一路信号叫做一个点，将输入点数和输出点数的总和称为机器的点。按照点数的多少，可将PLC分为超小(微)、小、中、大、超大等五种类型。

(1)超小型PLC：I/O点数小于64点，内存容量为256B～1KB。

(2)小型PLC：I/O点数为65～128点，内存容量为1～3.6KB。小型及超小型PLC在结构上一般是一体化整体式的，主要用于中等容量的开关量控制，具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制、通信等功能。(3)中型PLC：I/O点数范围为为129～512点，内存容容量为3.6～13KB。中型PLC除具有小型型、超小型型PLC的功能外，，还增加了了数据处理理能力，适适用于小规规模的综合合控制系统统。(4)大型PLC：I/O点数范围为为513～896点，内存容容量为13KB以上。(5)超大型PLC：I/O点数为896点以上，内内存容量为为13KB以上。随着PLC的不断发展展，划分标标准已有过过多次的修修改。可编程序控控制器还可可以按功能能分为低档档机、中档档机和高档档机。低档档机以逻辑辑运算为主主，具有定定时、计数数、移位等等功能。中中档机一般般有整数及及浮点运算算、数制转转换、中断断控制及联联网功能，，可用于复复杂的逻辑辑运算及闭闭环控制场场合。高档档机具有更更强的数字字处理能力力，可进行行矩阵运算算、函数运运算，完成成数据管理理工作，有有更强的通通信能力，，可以和其其他计算机机构成分布布式生产过过程综合控控制管理系系统。可编程序控控制器的按按功能划分分及按点数数规模划分分是有一定定联系的。。一般来说说，大型机机、超大型型机都是高高档机。机机型和机器器的结构形形式及内部部存储器的的容量一般般也有一定定的联系，，大型机一一般都是模模块式机，，都有很大大的内存容容量。1.1.2PLC的结构PLC主机I/O模块电源：为CPU、存储器、I/O接口等内部部电子电路路工作所配配备的直流流开关稳压压电源。编程器：用于手手持编程程。可用用它输入入、检查查、修改改、调试试程序，，或用它它监视PLC的工作情情况。I/O扩展接口口：扩充外外部输入入/输出出端子数数的扩展展单元与与基本单单元（即即主机））联接在在一起。。外设接口口：将编程程器、打打印机、、条码扫扫描仪等等外部设设备与主主机相联联，以完完成相应应操作。。输入模块块：接受输输入设备备的控制制信号。。输出模块块：输出控控制信号号。CPU：起总指挥挥的作用用。存储器：存储系系统及用用户程序序和数据据。1.1.3PLC的工作原原理1、PLC的继电器PLC可看成是由普普通继电器、、定时器、计计数器等组合合而成的电气气控制系统。。注意，PLC内部的继电电器实际上上是指存储储器中的存存储单元，，称为软继继电器。当当输入到存存储单元的的逻辑状态态为1时，，则表示相相应继电器器的线圈通通电，其常常开触点闭闭合，常闭闭触点断开开；而当输输入到存储储单元的逻逻辑状态为为0时，则则表示相应应继电器的的线圈断电电，其常开开触点断开开，常闭触触点闭合。。所以这些些软继电器器体积小、、功耗低、、无触点、、速度快、、寿命长，，且具有无无限多的常常开、常闭闭触点供程程序使用。。2、PLC的工作原理理直接起动控控制电路采采用PLC控制，其外外部接线及及内部等效效电路如图图所示。可可将PLC分成3部分分：输入部部分、内部部控制电路路和输出部部分。梯形形图图：实际际上上就就是是用用户户所所编编写写的的应应用用程程序序等等效效于于PLC内部部的的接接线线图图。。当当用用编编程程器器将将梯梯形形图图程程序序送送入入PLC内，，PLC就可可以以按按照照预预先先制制定定的的方方案案工工作作。。电路路工工作作过过程程：当当起起动动按按钮钮SB1闭合合，，输输入入继继电电器器X400接通通，，其其常常开开触触点点X400闭合合，，输输出出继继电电器器Y430接通，，Y430的常开开触点点闭合合自锁锁，同同时外外部常常开触触点闭闭合，，使接接触器器线圈圈KM通电，，电动动机连连续运运行。。停机机时按按停机机按钮钮SB2，输入继继电器器X401接通，，其常常闭触触点断断开，，线圈圈Y430断开，，电动动机停停止运运行。。这里里要注注意，，因与与停机机按钮钮相连连的输输入继继电器器X401采用的的是常常闭触触点，，所以以停机机按钮钮必须须采用用常开开触点点，这这与继继电接接触器器控制制电路路不同同。3、PLC的工作方方式PLC是采用顺序扫描描、不断断循环的方式进进行工作作的。PLC的扫描工工作过程程可分为为输入采采样、程程序执行行和输出出刷新3个阶段段，并进进行周期期性循环环。1.2PLC的编程元元件与指指令系统统6.2.1PLC的编程元元件以F—40M为例。F—40M的元件编编号采用用8进制制。输入继电电器：24个个，编号号为X400～X407、、X410～X413、X500～～X507、X510～X513。。输出继电电器：16个个，编号号为Y430～Y437、、Y530～Y537。辅助继电电器：M100～M277，，128点为普通通型。M300～M377，，64点为断电电保持型型。移位寄存存器：由辅助助继电器器构成。。可组成成8位或或16位位的移位位寄存器器。移位位寄存器器的第一一个辅助助继电器器的代号号，就是是这个移移位寄存存器的代代号。图示是代代号为M300的16位移位位寄存器。（1）输入：：设置第一个个辅助继电器器的状态，由由接在输入端端的输入继电电器X400的状态所决定定，其操作如如图所示。（2）复位：：当复位端的的信号X402接通（1态））时，M300～M317全部处于复位位状态（0态态）。因此，，当移位寄存存器按照移位位方式工作时时，复位输入入（在此即指指X402）应断开。（3）移位：：当移位输入入端的信号X401接通（由0变变1）一次，，每个辅助继继电器的状态态（1或0））向右移一位位，原M317的信号溢出。。计数器：16个，，编号为C460～C467，C560～C567。每个计数器器的计数值K为1～999，在编程中中设定。每个个计数器均有有断电保持功功能。不需要要断电保持时时，可用初始始化脉冲M71复位。图示是无电源源中断保持的的减法计数器器。运行开始始时，M71将计数器C460复位，计数值值等于设定值值19。当复复位输入断开开，计数开始始。X401接通一次（由由0变1），，计数值减1，直到减到到0为止，此此时C460的常开触点接接通，使Y430接通。若再来来计数脉冲，，计数值仍保保持为0，C460的常开触点一一直保持接通通。直到复位位输入X400接通，C460断开，计数值值恢复为设定定值。计数器也可作作定时器用。。图示是由计计数器C461组成的60s定时器。X402接通，100ms的时钟脉冲M72使计数器C461计数，当计数数值达到设定定值600（（即0.1s×600=60s）时，计数器C461的常开触点闭闭合，使输出出继电器Y531接通。输入入继电器X402断开时，其其常闭触点点闭合，使使C461复位，其常常开触点断断开，从而而使输出继继电器Y531断开。利用用此特点，，可用计数数器构成长长延时定时时器。特殊辅助继继电器：M70：运行监视。。当PLC处于运行状状态，M70接通。M71：初始化脉冲冲。当M70接通，第一一执行周期期M71接通，可用用作计数器器、移位寄寄存器的初初始化复位位。M72：100ms时钟。产生生脉冲间隔隔为100ms的时钟。M76：电池电压监监视。锂电电池电压下下降到规定定值时接通通。可以用用它的触点点通过输出出继电器接接通指示灯灯，提醒操操作者更换换电池。M77：禁止全部输输出。若M77的线圈接通通，全部输输出继电器器的输出将将自动断开开，但辅助助继电器、、定时器及及计数器仍仍继续工作作。在紧急急情况下，，可用M77切断全部输输出。1.2.2PLC的指令输入、输出出指令LD：取指令。取取与左母线线相联的常常开触点。。LDI：取反指令。。取与左母母线相联的的常闭触点点。以上两条指指令还可与与ANB、ORB配合，用于于分支电路路的开始点点OUT：输出指令。。用于驱动动输出继电电器、辅助助继电器、、定时器、、计数器，，但不能用用于输入继继电器。对对于定时器器和计数器器使用OUT指令后，必必须设定常常数K，常数K的设定也作作为一条指指令。与指令AND：常开触点串串联联接指指令。ANI：常闭触点串串联联接指指令。注意：AND指令和ANI指令只能用用于一个触触点与前面面的触点串串联，不能能用于两个个及以上触触点并联的的电路块与与前面的电电路串联，，并联电路路块串联要要使用ANB指令。或指令OR：常开触点并并联联接指指令。ORI：常闭触点并并联联接指指令。注意：OR指令和ORI指令只能用用于一个触触点与前面面的电路并并联，不能能用于两个个及以上触触点串联的的支路与前前面的电路路并联，串串联支路并并联要使用用ORB指令。电路块串联联指令ANB：将多个串联联电路块并并联的电路路（亦称并并联电路块块）与前面面的电路串串联。使用ANB指令的原则则是：（1）先组组块后串联联；（2）在每每一电路块块开始时，，须使用LD、LDI指令；（3）多个个电路块组组成的串联联电路，在在组成一个个电路块后后，紧跟一一条ANB指令，则串串联电路块块的个数没没有限制，，这种编程程方式较好好。也可以以在所有的的电路块组组成之后，，集中写若若干条ANB指令，但这这种写法串串联电路块块不能超过过8个，是是不好的编编程方式。。脉冲指令PLS：用于产生脉脉冲信号。。PLS指令只能用用于M100～～M377。在X400的上升沿（（由0变1）M101产生一个宽宽度为一个个工作周期期的脉冲。。工作周期期是从程序序执行开始始到程序执执行结束（（END）之间所需要要的时间。。计数器和移移位寄存器器的复位、、移位寄存存器的移位位通常需要要这种脉冲冲。图示为为继电器脉脉冲输出用用于计数器器复位的例例子。空操作指令令NOP：使该步为空空操作。若在程序中中写入NOP指令，可使使变更和增增加程序时时，步序号号变更最小小。但需注注意，若将将程序中的的LD、LDI、ANB、ORB等指令改为为NOP指令，会引引起电路结结构的重大大变化，如如图所示。。因此，NOP指令的使用用应慎重。。10．结束束指令END：程序结束时时写入END指令。调试程序时时，若在每每个程序块块的末尾写写上END指令，检查查每一个程程序块的运运行情况时时就可以减减少调试时时间，检查查完毕后，，再将各个个END指令删去。。1.3梯形图的设设计规则与与设计方法法1.3.1梯形图的设设计规则梯形图：是由表示示PLC内部编程元元件的图形形符号所组组成的阶梯梯状图形。。绘制梯形形图时应遵遵循以下几几条规则：：规则1：梯形图按按从左到右右，自上而而下的顺序序绘制（指指令编程亦亦应从左到到右，自上上而下）。。每个编程程元件线圈圈为一逻辑辑行。元件件线圈与右右母线直接接相联。两两线圈不能能串联，也也不能在线线圈与右母母线之间接接其他元件件，线圈一一般也不允允许直接与与左母线相相联。规则2：除有跳转转指令外，，一般某编编号的线圈圈在梯形图图中只能出出现一次。。规则3：在梯形图图中的触点点应画在水水平线上，，不应画在在垂直线上上，这是因因为这种形形式的梯形形图无法用用指令语句句编程，应应改画成能能够编程的的形式。规则4：绘制梯形形图时，应应按照“上上重下轻、、左重右轻轻”的原则则进行。即即当几条支支路并联时时，串联触触点多的应应画在上面面；几个电电路块串联联时，并联联触点多的的电路块应应画在左边边。按照这这个原则绘绘制的梯形形图符合““从左到右右、自上而而下”的的程序执行行顺序，并并易于用指指令语句编编程。规则5：输入继电电器的线圈圈由输入端端子上的外外部信号驱驱动，因而而输入继电电器的线圈圈不应出现现在梯形图图中。梯形形图中输入入继电器触触点的通断断取决于外外部信号。。1.3.2梯形图的经经验设计法法经验设计法法是沿用设计计继电接触触器控制电电路的方法法来设计梯梯形图，即即在一些典典型的继电电接触器控控制电路的的基础上，，根据被控控对象对控控制系统的的具体要求求，不断修修改和完善善梯形图。。经验设计计法在设计计时无普遍遍规律可循循，设计的的质量与设设计者的经经验有很大大的关系。。经验设计计法可用于于较简单的的梯形图设设计，如一一些继电接接触器基本本控制电路路的设计。。图示为电动动机直接起起动控制的的梯形图及及输入输出出波形图。。按下起动动按钮，输输入继电器器X400接通，其常常开触点闭闭合，输出出继电器Y430接通，Y430的常开触点点闭合自锁锁。按下停停机按钮，，输入继电电器X401接通，其常常闭触点断断开，输出出继电器Y430断开。图示为电动动机正反转转控制的PLC端子分配、、外部接线线及梯