数控机床控制技术基础第5章

第5章可编程序控制器

一、概述

1、可编程序控制器的产生和发展

可编程序控制器：是一种数字运算电子系统，专为工业环境下运行而设计。它采用可编程序的存储器，用于存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等特定功能的用户指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。

1969年美国数字设备(DEC)公司研制出第一台可编程序控制器PDP—14。

PLC(ProgrammableLogicController)的发展方向：其一是向超大型、快速和高性能方向发展，以取代工业计算机的部分功能；其二是向超小型、专用化和低成本方向发展，以真正成为继电器—接触器控制系统的替代品。2、可编程序控制器的特点及应用特点（1）可靠性高、抗干扰能力强（2）控制系统结构简单、通用性强（3）编程简单，使用方便（4）功能完善，扩充方便（5）体积小、结构紧凑，是实现机电一体化的理想设备应用广泛地应用于冶金、机械、石油、化工、电力、建筑和交通运输等各行各业。3、可编程序控制器的基本组成

（1）CPU

是PLC的核心部分，与通用微机的CPU一样，是PLC的运算和控制中心。PLC中常用的CPU有通用微处理器、单片微处理器和位片式微处理器。（2）存储器一般有随机存储器RAM和只读存储器EPROM。（3）输入/输出（I/O）模块

I／O模块是CPU与现场输入输出设备之间的连接部件。（4）电源模块

PLC配有开关式稳压电源，用来对PLC内部电路供电。某些PLC还为外部输入设备提供24V直流电源。（5）编程器编程器用于用户程序的输入、编辑、调试和监视，还可以通过其键盘调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过接口与PLC连接，实现人机对话。（6）外设I/O接口外设I/O接口的作用是将外设与CPU连接，某些PLC还可以通过通信接口与其他PLC或上位计算机连接，以实现联网功能。（7）I/O扩展接口当用户所需的I／O点数超过基本单元的I／O点数时，可用I/O扩展单元来扩展I／O点数。

4、PLC的工作原理

CPU对用户存储器的程序进行扫描，在没有跳转指令或中断的情况下，即从第一条指令开始顺序执行用户程序，直到最后一条指令结束，形成一个扫描周期，然后返回第一条指令开始新一轮扫描。扫描周期与用户程序长短和扫描速度有关，通常为1～l00ms。（1）内部处理阶段（2）通信服务阶段（3）输入采样阶段（4）程序执行阶段（5）输出刷新阶段二、可编程序控制器的程序设计语言

1、梯形图编程梯形图是各种PLC通用的一种图形编程语言，在形式上类似于继电器控制电路。它直观、易懂，是目前应用最多的一种编程语言。2、语句表编程

语句表又叫做指令表，在形式上类似于计算机汇编语言。它是用指令的助记符来编程，通常一条指令由步序号、助记符和元件号三部分组成。若干条指令组成的程序称为语句表程序或指令表程序。3、功能表图

功能表图又称为流程图、状态转移图。它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的表图，是一种通用的技术语言。三、F1系列PLC程序编制

（一）F1系列PLC各类软继电器

F1系列PLC的软继电器均用字母来表示，常用的有输入继电器X、输出继电器Y、定时器T、计数器C、辅助继电器M、状态器S等。每一个软继电器用相应的字母和一个三位八进制数字表示，其取值范围由具体的机型不同而异。1、输入继电器X

基本单元(36点)扩展单元（36点）X000～X007X010～X013

X014～X017X020～X027X400～X407

X410～X413X414～X417X420～X427X500～X507X510～X513X514～X517X520～X527

2、输出继电器

基本单元(24点)扩展单元（24点）

Y030～Y037Y040～Y047Y430～Y437Y440～Y447Y530～Y537Y540～Y5473、辅助继电器M

通用型辅助继电器的编号为M100～M277，掉电保护型辅助继电器的编号为M300～M377。4、移位寄存器M（1）M100M100～M117（7）M240M240～M257（2）M120M120～M137（8）M260M260～M277（3）M140M140～M157（9）M300M300～M317（4）M160M160～M177（10）M320M320～M337（5）M200M200～M217（11）M340M340～M357（6）M220M220～M237（12）M360M360～M3775、特殊辅助继电器M（1）M70：运行监视继电器。（2）M71：初始化脉冲继电器。（3）M72：100ms脉冲发生器。（4）M73：10ms脉冲发生器。（5）M76：用于锂电池工作状态的指示。（6）M77：用于禁止所有的硬件输出。（7）M470：计数方式选择继电器。（8）M471：计数方向选择继电器。（9）M472：计数启动继电器。（10）M473：计数标志信号。（11）M570：出错标志。（12）M571：进位标志。（13）M572：零标志。（14）M573：借位标志。（15）M574：状态转换禁止继电器。（16）M575：状态转换启动。

6、定时器T

0.1s~999s定时器（最小单位为0.1s）：T050~T057，

T450~T457，T550~T557。

0.01s~99.9s定时器（最小单位为0.01s）：T650~T657。

7、计数器（1）3位减法计数器（计数范围为1~999）

C060~C067，C460~C467，C560~C567，C662~C667

（2）6位加/减法计数器

6位加/减法计数器是由两个3位计数器C660和C661共同构成的，计数范围为1~999999。

8、状态器S

状态器的编号为S600~S647，均为掉电保护型。

（二）F1系列PLC指令系统及编程方法

1、基本逻辑指令（1）LD、LDI、OUT指令LD——取指令。用于动合触点与母线连接，每一个以动合触点开始的逻辑行都使用这条指令。LDI——取反指令。用于动断触点与母线连接，每一个以动断触点开始的逻辑行都使用这条指令。OUT——输出指令。用于输出逻辑运算的结果，即用逻辑运算的结果去驱动一个指定的线圈。

0LDX4001OUTY4302LDIX4013OUTM2004OUTT4505K56LDT4507OUTY431（2）AND、ANI指令AND——与指令。用于单个动合触点与前面的触点或触点块的串联，即完成逻辑“与”运算。ANI——与反指令。用于单个动断触点与前面的触点或触点块的串联，即完成逻辑“与非”运算。0LDX4001ANDX4012OUTY4303LDY4304ANIX4025OUTM1006ANDX4037OUTY431（3）OR、ORI指令OR——或指令。用于单个动合触点与前面的触点或触点块的并联，即完成逻辑“或”运算。ORI——或反指令。用于单个动断触点与前面的触点或触点块的并联，即完成逻辑“或非”运算。0LDX4001ORX4012ORIX4023OUTY4304LDX4025ANDX4036ORY4317ANIX4048ORIX4059OUTY431（4）ANB指令ANB——块与指令，用于电路块的串联。ANB分散用ANB集中用0LDX4000LDX4001ORX4011ORX4012LDX4022LDX4023ORX4033ORX4034ANB4LDX4045LDX4045ORX4056ORX4056ANB7ANB7ANB8OUTY4308OUTY430（5）ORB指令ORB——块或指令。用于电路块的并联。ORB分散用ORB集中用0LDX4000LDX4001ANDX4011ANDX4012LDX4022LDX4023ANDX4033ANDX4034ORB4LDX4045LDX4045ANDX4056ANDX4056ORB7ORB7ORB8OUTY4308OUTY430（6）S/R指令

S/R——置位/复位指令。用于对输出继电器、辅助继电器（M200~M377）、状态器强迫置位和复位。

0LDX4011SM2002LDX4023RM200（7）RST指令RST——复位指令。用于计数器和移位寄存器的复位。0LDX4011RSTC4602LDX4023OUTC4604K55LDC4606OUTY430（8）SFT指令

SFT——移位指令。用于移位寄存器的移位。

0LDM1171OUTM1202LDX4003SFTM1204LDX4015RSTM1206LDX4027OUTM1008LDX4009SFTM10010LDX40111RSTM100（9）PLS指令PLS——脉冲输出指令，又叫微分输出指令。用于将输入的宽脉冲信号变换为脉宽等于扫描周期的触发脉冲信号，并保持信号周期不变。0LDX4001PLSM1002LDM1003RSTC4604LDX4015OUTC4606K57LDC4608OUTY430（10）MC/MCR指令MC——主控指令。用于与公共串联触点的连接。MCR——主控复位指令。用于对MC指令的复位。0LDX4008OUTM1011OUTM1009MCM1012MCM10010LDX4043LDX40111OUTY4324OUTY43012LDX4055LDIX40213ORIX4066OUTY43114OUTY4337ANDX40315MCRM101（11）CJP/EJP指令CJP——条件跳转指令。用于跳转开始。EJP——跳转结束指令。用于指示跳转结束，即跳转的终点。

（12）NOP指令NOP——空操作指令，又称空处理指令。用于程序的修改。（13）END指令END——程序结束指令。表示程序结束，它是无元件号的独立操作指令。2、步进梯形指令STL——步进梯形指令。用于步进触点的驱动。RET——步进返回指令。0LDX4001SS6012STLS6013OUTY4304LDX4015SS6026STLS6023、编程举例（1）长延时电路①定时器与定时器串级使用②定时器与计数器串级使用

（2）电动机的启动/停止控制例：利用PLC控制实现三台电动机A、B、C的顺序启动/停止，要求按电动机A→电动机B→电动机C的顺序，每隔10s顺序启动；按电动机C→电动机B→电动机A的顺序，每隔20s顺序停止。

四、FANUCPLC指令系统

（一）基本指令

1、RD：读指令信号的状态，并写入ST0中。在一个梯级开始的触点是动合触点时使用；2、RD.NOT：将信号的“非”状态读出，送入ST0中，在一个梯级开始的触点是动断触点时使用；3、WRT：输出运算结果（ST0的状态）到指定地址；4、WRT.NOT：输出运算结果（ST0的状态）的“非”状态到指定地址；5、AND：将ST0的状态与指定地址的信号状态相“与”后，再置于ST0中；6、AND.NOT：将ST0的状态与指定地址的信号的“非”状态相“与”后，再置于ST0中；7、OR：将指定地址的状态与ST0相“或”后，再置于ST0中；8、OR.NOT：将指定地址的“非”状态与ST0相“或”后，再置于ST0中；9、RD.STK：堆栈寄存器左移一位，并把指定地址的状态置于ST0中；10、RD.NOT.STK：堆栈寄存器左移一位，并把指定地址的状态取“非”后再置于ST0中；11、AND.STK：将ST0和ST1的内容执行逻辑“与”，结果存于ST0，堆栈寄存器右移一位；12、OR.STK：将ST0和ST1的内容执行逻辑“或”，结果存于ST0，堆栈寄存器右移一位。（二）功能指令

1、功能指令的格式包括：控制条件、指令、参数和输出几个部分。RD.NOT1.0AND 1.1RD.STK2.4AND.NOT 3.1RD.STK 5.7RD.STK7.1SUB○○（指令）PRM○○○○（参数1）PRM○○○○（参数2）PRM○○○○（参数3）PRM○○○○（参数4）WRT10.12、部分功能指令说明（1）顺序程序结束指令（END1、END2）

END1：高级顺序程序结束指令。

END2：低级顺序程序结束指令。（2）定时器指令（TMR、TMRB）

①TMR定时器

TMR为设定时间可更改的定时器

RD○○○.○TMR○○WRT○○○.○

②TMRB定时器

TMRB为设定时间固定的定时器。（3）译码指令（DEC）工作原是：当控制条件ACT=0时，不译码，译码结果继电器R1断开；当控制条件ACT=1时，执行译码，当指定译码信号地址中的代码与译码规格数据相同时，输出R1=1，否则R1=0。译码输出R1的地址由编程人员确定。

（4）旋转指令（ROT）RD○○○.○RNORD.STK○○○.○BYTRD.STK○○○.○DIRRD.STK○○○.○POS RD.STK○○○.○INCRD.STK○○○.○ACTSUB6ROTPRM○○○○（参数1）PRM○○○○（参数2）PRM○○○○（参数3）PRM○○○○（参数4）WRT○○○.○旋转方向输出（5）逻辑“与”后传输指令（MOVE）该指令的作用是把比较数据（梯形图中写入的）和处理数据（数据地