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129～512点，内存容量为为3.6～13KB。中型PLC除具有小型、超超小型PLC的功能外，还增增加了数据处理理能力，适用于于小规模的综合合控制系统。(4)大型PLC：I/O点数范围为513～896点，内存容量为为13KB以上。(5)超大型PLC：I/O点数为896点以上，内存容容量为13KB以上。随着PLC的不断发展，划划分标准已有过过多次的修改。。可编程序控制器器还可以按功能能分为低档机、、中档机和高档档机。低档机以以逻辑运算为主主，具有定时、、计数、移位等等功能。中档机机一般有整数及及浮点运算、数数制转换、中断断控制及联网功功能，可用于复复杂的逻辑运算算及闭环控制场场合。高档机具具有更强的数字字处理能力，可可进行矩阵运算算、函数运算，，完成数据管理理工作，有更强强的通信能力，，可以和其他计计算机构成分布布式生产过程综综合控制管理系系统。可编程序控制器器的按功能划分分及按点数规模模划分是有一定定联系的。一般般来说，大型机机、超大型机都都是高档机。机机型和机器的结结构形式及内部部存储器的容量量一般也有一定定的联系，大型型机一般都是模模块式机，都有有很大的内存容容量。1.1.2PLC的结构PLC主机I/O模块电源：为CPU、存储器、I/O接口等内部电子子电路工作所配配备的直流开关关稳压电源。编程器：用于手持编程程。可用它输入入、检查、修改改、调试程序，，或用它监视PLC的工作情况。I/O扩展接口：扩充外部输入入/输出端子数数的扩展单元与与基本单元（即即主机）联接在在一起。外设接口：将编程器、打打印机、条码扫扫描仪等外部设设备与主机相联联，以完成相应应操作。输入模块：接受输入设备备的控制信号。。输出模块：输出控制信号号。CPU：起总指挥的作用用。存储器：存储系统及用用户程序和数据据。1.1.3PLC的工作原理1、PLC的继电器PLC可看成是由普通通继电器、定时时器、计数器等等组合而成的电电气控制系统。。注意，PLC内部的继电器实实际上是指存储储器中的存储单单元，称为软继继电器。当输入入到存储单元的的逻辑状态为1时，则表示相相应继电器的线线圈通电，其常常开触点闭合，，常闭触点断开开；而当输入到到存储单元的逻逻辑状态为0时时，则表示相应应继电器的线圈圈断电，其常开开触点断开，常常闭触点闭合。。所以这些软继继电器体积小、、功耗低、无触触点、速度快、、寿命长，且具具有无限多的常常开、常闭触点点供程序使用。。2、PLC的工作原理直接起动控制电电路采用PLC控制，其外部接接线及内部等效效电路如图所示示。可将PLC分成3部分：输输入部分、内部部控制电路和输输出部分。梯形图：实际上就是用户户所编写的应用用程序等效于PLC内部的接线图。。当用编程器将将梯形图程序送送入PLC内，PLC就可以按照预先先制定的方案工工作。电路工作过程：当起动按钮SB1闭合，输入继电电器X400接通，其常开触触点X400闭合，输出继电电器Y430接通，Y430的常开触点闭合合自锁，同时外外部常开触点闭闭合，使接触器器线圈KM通电，电动机连连续运行。停机机时按停机按钮钮SB2，输入继电器X401接通，其常闭触触点断开，线圈圈Y430断开，电动机停停止运行。这里里要注意，因与与停机按钮相连连的输入继电器器X401采用的是常闭触触点，所以停机机按钮必须采用用常开触点，这这与继电接触器器控制电路不同同。3、PLC的工作方式PLC是采用顺序扫描、不断断循环的方式进行工作作的。PLC的扫描工作过程程可分为输入采采样、程序执行行和输出刷新3个阶段，并进进行周期性循环环。1.2PLC的编程元件与指指令系统6.2.1PLC的编程元件以F—40M为例。F—40M的元件编号采用用8进制。输入继电器：24个，编号号为X400～X407、X410～X413、X500～～X507、X510～X513。输出继电器：16个，编号号为Y430～Y437、Y530～Y537。辅助继电器：M100～M277，128点为普通型。M300～M377，64点为断电保持型型。移位寄存器：由辅助继电器器构成。可组成成8位或16位位的移位寄存器器。移位寄存器器的第一个辅助助继电器的代号号，就是这个移移位寄存器的代代号。图示是代号为M300的16位移位寄寄存器。（1）输入：设设置第一个辅助助继电器的状态态，由接在输入入端的输入继电电器X400的状态所决定，，其操作如图所所示。（2）复位：当当复位端的信号号X402接通（1态）时时，M300～M317全部处于复位状状态（0态）。。因此，当移位位寄存器按照移移位方式工作时时，复位输入（（在此即指X402）应断开。（3）移位：当当移位输入端的的信号X401接通（由0变1）一次，每个个辅助继电器的的状态（1或0）向右移一位位，原M317的信号溢出。计数器：16个，编编号为C460～C467，C560～C567。每个计数器的的计数值K为1～999，，在编程中设定定。每个计数器器均有断电保持持功能。不需要要断电保持时，，可用初始化脉脉冲M71复位。图示是无电源中中断保持的减法法计数器。运行行开始时，M71将计数器C460复位，计数值等等于设定值19。当复位输入入断开，计数开开始。X401接通一次（由0变1），计数数值减1，直到到减到0为止，，此时C460的常开触点接通通，使Y430接通。若再来计计数脉冲，计数数值仍保持为0，C460的常开触点一直直保持接通。直直到复位输入X400接通，C460断开，计数值恢恢复为设定值。。计数器也可作定定时器用。图示示是由计数器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，当计数值值达到设定值600（即0.1s×600=60s）时，计数器C461的常开触点闭合合，使输出继电电器Y531接通。输入继电电器X402断开时，其常闭闭触点闭合，使使C461复位，其常开触触点断开，从而而使输出继电器器Y531断开。利用此特特点，可用计数数器构成长延时时定时器。特殊辅助继电器器：M70：运行监视。当PLC处于运行状态，，M70接通。M71：初始化脉冲。当当M70接通，第一执行行周期M71接通，可用作计计数器、移位寄寄存器的初始化化复位。M72：100ms时钟。产生脉冲冲间隔为100ms的时钟。M76：电池电压监视。。锂电池电压下下降到规定值时时接通。可以用用它的触点通过过输出继电器接接通指示灯，提提醒操作者更换换电池。M77：禁止全部输出。。若M77的线圈接通，全全部输出继电器器的输出将自动动断开，但辅助助继电器、定时时器及计数器仍仍继续工作。在在紧急情况下，，可用M77切断全部输出。。1.2.2PLC的指令输入、输出指令令LD：取指令。取与左左母线相联的常常开触点。LDI：取反指令。取与与左母线相联的的常闭触点。以上两条指令还还可与ANB、ORB配合，用于分支支电路的开始点点OUT：输出指令。用于于驱动输出继电电器、辅助继电电器、定时器、、计数器，但不不能用于输入继继电器。对于定定时器和计数器器使用OUT指令后，必须设设定常数K，常数K的设定也作为一一条指令。与指令AND：常开触点串联联联接指令。ANI：常闭触点串联联联接指令。注意：AND指令和ANI指令只能用于一一个触点与前面面的触点串联，，不能用于两个个及以上触点并并联的电路块与与前面的电路串串联，并联电路路块串联要使用用ANB指令。或指令OR：常开触点并联联联接指令。ORI：常闭触点并联联联接指令。注意：OR指令和ORI指令只能用于一一个触点与前面面的电路并联，，不能用于两个个及以上触点串串联的支路与前前面的电路并联联，串联支路并并联要使用ORB指令。电路块串联指令令ANB：将多个串联电路路块并联的电路路（亦称并联电电路块）与前面面的电路串联。。使用ANB指令的原则是：：（1）先组块后后串联；（2）在每一电电路块开始时，，须使用LD、LDI指令；（3）多个电路路块组成的串联联电路，在组成成一个电路块后后，紧跟一条ANB指令，则串联电电路块的个数没没有限制，这种种编程方式较好好。也可以在所所有的电路块组组成之后，集中中写若干条ANB指令，但这种写写法串联电路块块不能超过8个个，是不好的编编程方式。脉冲指令PLS：用于产生脉冲信信号。PLS指令只能用于M100～M377。在X400的上升沿（由0变1）M101产生一个宽度为为一个工作周期期的脉冲。工作作周期是从程序序执行开始到程程序执行结束（（END）之间所需要的时时间。计数器和移位寄寄存器的复位、、移位寄存器的的移位通常需要要这种脉冲。图图示为继电器脉脉冲输出用于计计数器复位的例例子。空操作指令NOP：使该步为空操作作。若在程序中写入入NOP指令，可使变更更和增加程序时时，步序号变更更最小。但需注注意，若将程序序中的LD、LDI、、ANB、ORB等指令改为NOP指令，会引起电电路结构的重大大变化，如图所所示。因此，NOP指令的使用应慎慎重。10．结束指指令END：程序结束时写写入END指令。调试程序时，，若在每个程程序块的末尾尾写上END指令，检查每每一个程序块块的运行情况况时就可以减减少调试时间间，检查完毕毕后，再将各各个END指令删去。1.3梯形图的设计计规则与设计计方法1.3.1梯形图的设计计规则梯形图：是由表示PLC内部编程元件件的图形符号号所组成的阶阶梯状图形。。绘制梯形图图时应遵循以以下几条规则则：规则1：梯形图按从从左到右，自自上而下的顺顺序绘制（指指令编程亦应应从左到右，，自上而下））。每个编程程元件线圈为为一逻辑行。。元件线圈与与右母线直接接相联。两线线圈不能串联联，也不能在在线圈与右母母线之间接其其他元件，线线圈一般也不不允许直接与与左母线相联联。规则2：除有跳转指指令外，一般般某编号的线线圈在梯形图图中只能出现现一次。规则3：在梯形图中中的触点应画画在水平线上上，不应画在在垂直线上，，这是因为这这种形式的梯梯形图无法用用指令语句编编程，应改画画成能够编程程的形式。规则4：绘制梯形图图时，应按照照“上重下轻轻、左重右轻轻”的原则进进行。即当几几条支路并联联时，串联触触点多的应画画在上面；几几个电路块串串联时，并联联触点多的电电路块应画在在左边。按照照这个原则绘绘制的梯形图图符合“从左左到右、自上上而下”的的程序执行顺顺序，并易于于用指令语句句编程。规则5：输入继电器器的线圈由输输入端子上的的外部信号驱驱动，因而输输入继电器的的线圈不应出出现在梯形图图中。梯形图图中输入继电电器触点的通通断取决于外外部信号。1.3.2梯形图的经验验设计法经验设计法是沿用设计继继电接触器控控制电路的方方法来设计梯梯形图，即在在一些典型的的继电接触器器控制电路的的基础上，根根据被控对象象对控制系统统的具体要求求，不断修改改和完善梯形形图。经验设设计法在设计计时无普遍规规律可循，设设计的质量与与设计者的经经验有很大的的关系。经验验设计法可用用于较简单的的梯形图设计计，如一些继继电接触器基基本控制电路路的设计。图示为电动机机直接起动控控制的梯形图图及输入输出出波形图。按按下起动按钮钮，输入继电电器X400接通，其常开开触点闭合，，输出继电器器Y430接通，Y430的常开触点闭闭合自锁。按按下停机按钮钮，输入继电电器X401接通，其常闭闭触点断开，，输出继电器器Y430断开。图示为电动机机正反转控制制的PLC端子分配、外外部接线及梯梯形图。SB1、SB2和SB3分别是正反转转起动和停机机按钮。FR是热继电器的的保护触点，，用它在PLC外端直接通断断正反转接触触器