电子电工-与9、第九章

第9章可编程控制器原理及应用

9.2

可编程控制器的程序的编制方法9.3

可编程控制器的应用举例9.1

概述9.1概述

前面我们所讲的继电接触控制系统，是用导线把各种继电器、接触器、定时器等的触点按一定的逻辑关系连接起来组成的控制系统，系统中使用了大量的机械触点，因此可靠性不高，当改变生产工艺流程时，原有的控制盘柜就要改变，通用性和灵活性差，它的功能也只限于一般的逻辑控制（如开关的通断，线圈的通、断电）、定时等，体积庞大，这些都满足不了现代生产过程复杂多变的控制要求。

可编程控制器的起源可以追溯到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，它将计算机系统的功能与继电接触控制系统的特点相结合,可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。

初期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。一、PLC的特点

1.可靠性高，抗干扰能力强。由于采用大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件的设计和制造的过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，具有很高的可靠性。2.编程简单，使用方便。3.通用性好，具有在线修改能力。PLC硬件采用模块化结构，可以灵活地组态以适应不同的控制对象，控制规模和控制功能的要求。且可通过修改软件，来实现在线修改的能力，因此其功能易于扩展，具有广泛的工业通用性。(4)缩短设计、施工、投产的周期，维护容量。目前PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计，同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减轻了接线工作，同时PLC还具有故障检测和显示功能，使故障处理时间缩短。(5)体积小，易于实现机电一体化。二、PLC系统硬件组成及结构

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、编程器等几部分组成。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。

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(1)运行用户程序。(3)作出逻辑判断和进行数据处理(2)监控输入/输出接口状态。

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很重要的外部设备，它主要由键盘、显示器组成。编程设备可以是专用的手持式的编程器；也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机。

编程器的作用是编制用户程序并送入PLC程序存储器。利用编程器可检查、修改、调试用户程序和在线监视PLC工作状况。

现在许多PLC采用和计算机联接，并利用专用的工具软件进行编程或监控。PCFPPROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTLWLORRWRANYWYSTXWXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTCEVTMTSVACLRENTBAFEDC

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4(DELT)CLR手持式的编程器三、PLC软件构成PLC软件包括系统软件用户程序1.系统软件：实现对系统硬件的监控与诊断，统一协调系统中各部分工作，解释用户程序代码，管理外设等。系统软件通常不对外公开，用户也不能对其修改。2.用户程序：由用户自己根据控制要求编写的程序。通常所说的编程是指用户程序的编写，对使用者而言，编程时完全可以不考虑内部的复杂结构，只要把PLC看成由许多的“软继电器”构成的“逻辑部件”，理解“逻辑部件”的多少、名称、特点等主要数据就可以进行编程。四、工作方式

PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。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一个扫描周期1.输入采样阶段

PLC首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其存入（写入）各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。在程序执行阶段，即使输入状态有变化，输入状态寄存器的内容也不会改变。变化了的输入信号状态只能在下一个扫描周期的输入采样阶段被读入。2.程序执行阶段

PLC在程序执行阶段，按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，所需的执行条件可从输入状态寄存器和当前输出状态寄存器中读入，经过相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中。所以，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。3.输出刷新阶段

当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中并通过一定方式输出，驱动相应的输出设备工作，这就是PLC的实际输出。9.2可编程控制器程序的编制方法一、PLC编程语言的分类PLC提供的编程语言分为三类1.梯形图2.语句表3.功能图二、梯形图梯形图在形式上类似继电接触控制电路，它也引入了常开、常闭、线圈等名词术语，并且用常开、常闭、线圈等图形符号连接而成。每一个接点（常开或常闭点）或线圈均对应一个编号。编号的字母描述了器件的性质，后面的数字确定了该器件的地址。例如右图所示梯形图第一行：X0为常开接点，X表示物理输入，0表示器件地址，Y表示输出线圈，器件地址为0。第二行：X0为常闭接点，X表示物理输入，0表示器件地址。1.梯形图基本概念(1)梯形图中的继电器并不是物理继电器，每个继电器或输入接点各为存储器中的一位，可以置“0”，也可以置“1”。相应位为“1”态，表示继电器线圈通电或常开触头闭合，或常闭触头断开。(2)梯形图按从左到右，自上而下的顺序排列，每一逻辑行起始于左母线，然后是触点的串、并连接，最后是线圈与右母线相连接。(3)左、右侧竖母线，相当于电源的正负极，但不是真正接电源，只是形象地表示导通时构成回路，即形象地描述线圈接通的条件。(4)每个线圈所在的回路称为一个梯级，每个梯级流过的电流不是物理电流，而是“概念电流”。(5)输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其他继电器的触点来驱动。因此梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。

(7)同一“软继电器”的接点可使用多次，但线圈只能使用一次。(9)一段梯形图的结尾要有结束表示符（END）2.PLC资源

(8)每个梯级必须有接点和线圈两种元素组成。

不同型号的PLC，硬件结构不同，软件不同，其内部提供的资源（软继电器）也不同，松下FP0可编程控制器的资源见下表。(6)输出继电器输出程序执行结果提供给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈接通时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而是通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的接点可供内部使用。项目点数功能继电器外部输入继电器X208点(X0toX12F)

13*16=208外部输入决定on或off外部输出继电器Y208点(Y0toY12F)

13*16=208On或off状态决定输出状态内部继电器R1008点(R0toR62F)

63*16=1008由程序决定on或off的继电器计时器T144points(T0toT99/C100toC143)当超过设定的TM值时，触点闭合计数器C当达到设定的CT值时，触点闭合特殊内部继电器R64points(R9000toR903F)由一定条件决定on或off的继电器松下可编程控制器资源表四、可编程控制器内部资源的使用1.输入/输出继电器（1）输入继电器：用X表示输入接点，用X后数字表示输入地址。

作用：将外设（如启动、停止按钮、限位开关等）的信号送入PLC。直接对应物理输入点，因此，输入继电器没有线圈。（2）输出继电器：用Y表示输出接点，Y后面的数字表示地址。

作用：输出PLC程序执行结果，并使外部设备（如电磁阀或电动机动作）

输出继电器的线圈只能使用一次，而接点可无限使用。2.内部继电器内部继电器也称辅助继电器，常用字母R表示。这种继电器与外界没有联系，仅在PLC内部传递信号，线圈由PLC内部元素接点驱动，常开、常闭接点可无限使用。例3.定时器

◆

定时器用T表示。松下FP0定时器的定时单位有四种：TML（0.001S）TMR（0.01S）TMX（0.1S）TMY（1S）◆时间设定单位值以单位时间数表示如：时间设定值为30，使用TML计时器，则设定时间为：如：使用TMX定时器，则设定时间为：◆定时器线圈由任意继电器逻辑控制，接点可无限使用。◆接通定时器线圈时，开始计数，计时值从0开始，当累计时间达到预定值时，它的接点开始动作，当定时器线圈断电时，定时器接点复位，定时器数值复零。例当X0闭和，定时器线圈T5得电，定时器开始定时，定时时间为，3S时间到，T5接点动作，Y0线圈得电。当X0断开，定时器线圈断电，定时器接点复位，定时器数值复零。4.计数器计数器用C表示，提供计数操作。它有两个输入端，一个是计数的脉冲输入端，一个是复位端。

◆计数器的预置值是指要计的脉冲数。计数器进行减1操作，当计数器减为0时，计数器的接点动作。

◆当复位端接通时，计数器接点复位，计数器复原到原预置值。例右图计数器当X0闭合10次时，计数器接点C100闭合；接通Y0线圈；当X1闭合时，计数器C100复位，既Y0断开，计数值恢复原值。9.3可编程控制器的应用

一、PLC应用设计步骤

1.确定控制对象及控制内容

2.PLC机型的选择

（1）深入理解和分析被控对象的工作原理，工艺流程。（2）列出该控制系统应具备的全部控制功能。（3）制定控制方案，在满足控制要求的情况下，尽可能地保证系统的简单、经济、可靠。

（1）确定I/O点数：统计被控系统的所有输入/输出点数，选择合适的PLC，并为以后系统的扩展留出一定的余量。（2）确定用户程序存储器的存储容量，存储器的容量与控制程序的复杂程度及编程水平有关，通常输入/输出点愈多，所需容量愈大。

（3）输入、输出方式：根据系统输入/输出信号的形式，选择符合输入/输出要求的机型。

编制完成的用户程序要经过模拟调试，经过修改完善直至准确无误后，接到系统中，进行总装调试，直到达到设计指标要求。

3.硬件设计

确定各种输入设备及被控对象与PLC的连接方式，设计外围的辅助电路（如输出保护电路），画出输入输出端子接线图4.软件设计（1）根据硬件确定的输入/输出接点，对PLC进行输入/输出端口的定义。（2）根据被控系统的控制流程及各动作的逻辑关系，合理划分程序模块，编制梯形图。5.系统调试二、应用举例1.鼠笼式电动机正反转控制（1）确定输入/输出点数

停止按钮SB1、正转按钮SBF、反转按钮SBR是输入设备，须接在PLC的三个输入端子上，分别分配X0、X1、X2来接收输入信号，正转接触器线圈KMF和反转接触器线圈KMR是输出设备，须接在两个输出端子上，分别分配Y1和Y2，共需要5个I/O点。（2）输入/输出点分配

输入SB1X0SBFX1SBRX2输出KMFY1KMRY2

（3）控制原理或过程

按下正转按钮SBF，电动机正转；按下反转按钮SBR，则电动机反转，无论按SBF或SBR，电动机均可起动，但在正转时如要求反转，或在反转时要求正转，都必须先按下停止按钮SB1，控制系统中的自锁和互锁触点是利用PLC内部的“软触点”实现的。（4）设计硬件接线图及梯形图外部接线时，停止按钮SB1有两种接法（a）上图（a）中，SB1按钮仍接成常闭，接在PLC输入继电器X0端子上，则在编制梯形图时，X0用的是常开点，因SB1是闭和的，对应的输入继电器X0线圈接通，这时X0的常开点是闭合的，按下SB1时，输入继电器X0的线圈断电，X0常开接点断开。（b）上图（b）中将SB1接成常开形式，则在编制梯形图时，X0用的是常闭接点。因SB1是断开的，对应的输入继电器X0线圈断电，这时它的常闭点是闭和的，按SB1时，X0接通，X0常闭点断开。为了使梯形图和继电接触控制电路对应，SB1外部接成常开。2.三相异步电动机的星—三角启动控制（1）输入/输出点分配输入（停止）SB1X