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3.6～13KB。中型PLC除具有小型、超小小型PLC的功能外，还增加加了数据处理能力力，适用于小规模模的综合控制系统统。(4)大型PLC：I/O点数范围为513～896点，内存容量为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：用于手持持编程。可可用它输入入、检查、、修改、调调试程序，，或用它监监视PLC的工作情况况。I/O扩展接口：扩充外部部输入/输输出端子数数的扩展单单元与基本本单元（即即主机）联联接在一起起。外设接口：将编程器器、打印机机、条码扫扫描仪等外外部设备与与主机相联联，以完成成相应操作作。输入模块：接受输入入设备的控控制信号。。输出模块：输出控制制信号。CPU：起总指挥的的作用。存储器：存储系统统及用户程程序和数据据。1.1.3PLC的工作原理理1、PLC的继电器PLC可看成是由由普通继电电器、定时时器、计数数器等组合合而成的电电气控制系系统。注意意，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。梯形图：实际上就就是用户户所编写写的应用用程序等等效于PLC内部的接接线图。。当用编编程器将将梯形图图程序送送入PLC内，PLC就可以按按照预先先制定的的方案工工作。电路工作作过程：当起动动按钮SB1闭合，输输入继电电器X400接通，其其常开触触点X400闭合，输输出继电电器Y430接通，Y430的常开触触点闭合合自锁，，同时外外部常开开触点闭闭合，使使接触器器线圈KM通电，电电动机连连续运行行。停机机时按停停机按钮钮SB2，输入继电电器X401接通，其其常闭触触点断开开，线圈圈Y430断开，电电动机停停止运行行。这里里要注意意，因与与停机按按钮相连连的输入入继电器器X401采用的是是常闭触触点，所所以停机机按钮必必须采用用常开触触点，这这与继电电接触器器控制电电路不同同。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位位移位寄寄存器。。（1）输输入：设设置第一一个辅助助继电器器的状态态，由接接在输入入端的输输入继电电器X400的状态所所决定，，其操作作如图所所示。（2）复复位：当当复位端端的信号号X402接通（1态）时时，M300～M317全部处于于复位状状态（0态）。。因此，，当移位位寄存器器按照移移位方式式工作时时，复位位输入（（在此即即指X402）应断开。。（3）移移位：当当移位输输入端的的信号X401接通（由由0变1）一次次，每个个辅助继继电器的的状态（（1或0）向右右移一位位，原M317的信号溢溢出。计数器：16个，编编号为C460～C467，，C560～C567。每个计计数器的的计数值值K为1～999，，在编程程中设定定。每个个计数器器均有断断电保持持功能。。不需要要断电保保持时，，可用初初始化脉脉冲M71复位。图示是无无电源中中断保持持的减法法计数器器。运行行开始时时，M71将计数器器C460复位，计计数值等等于设定定值19。当复复位输入入断开，，计数开开始。X401接通一次次（由0变1）），计数数值减1，直到到减到0为止，，此时C460的常开触触点接通通，使Y430接通。若若再来计计数脉冲冲，计数数值仍保保持为0，C460的常开触触点一直直保持接接通。直直到复位位输入X400接通，C460断开，计计数值恢恢复为设设定值。。计数器也也可作定定时器用用。图示示是由计计数器C461组成的60s定时器。。X402接通，100ms的时钟脉脉冲M72使计数器器C461计数，当当计数值值达到设设定值600（（即0.1s×600=60s））时，计数数器C461的常开触触点闭合合，使输输出继电电器Y531接通。输输入继电电器X402断开时，，其常闭闭触点闭闭合，使使C461复位，其其常开触触点断开开，从而而使输出出继电器器Y531断开。利利用此特特点，可可用计数数器构成成长延时时定时器器。特殊辅助助继电器器：M70：运行监视视。当PLC处于运行行状态，，M70接通。M71：初始化脉脉冲。当当M70接通，第第一执行行周期M71接通，可可用作计计数器、、移位寄寄存器的的初始化化复位。。M72：100ms时钟。产产生脉冲冲间隔为为100ms的时钟。。M76：电池电压监视视。锂电池电电压下降到规规定值时接通通。可以用它它的触点通过过输出继电器器接通指示灯灯，提醒操作作者更换电池池。M77：禁止全部输出出。若M77的线圈接通，，全部输出继继电器的输出出将自动断开开，但辅助继继电器、定时时器及计数器器仍继续工作作。在紧急情情况下，可用用M77切断全部输出出。1.2.2PLC的指令输入、输出指指令LD：取指令。取与与左母线相联联的常开触点点。LDI：取反指令。取取与左母线相相联的常闭触触点。以上两条指令令还可与ANB、ORB配合，用于分分支电路的开开始点OUT：输出指令。用用于驱动输出出继电器、辅辅助继电器、、定时器、计计数器，但不不能用于输入入继电器。对对于定时器和和计数器使用用OUT指令后，必须须设定常数K，常数K的设定也作为为一条指令。。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指令只能用于于一个触点与与前面的触点点串联，不能能用于两个及及以上触点并并联的电路块块与前面的电电路串联，并并联电路块串串联要使用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指令只能用于于一个触点与与前面的电路路并联，不能能用于两个及及以上触点串串联的支路与与前面的电路路并联，串联联支路并联要要使用ORB指令。电路块串联指指令ANB：将多个串联电电路块并联的的电路（亦称称并联电路块块）与前面的的电路串联。。使用ANB指令的原则是是：（1）先组块块后串联；（2）在每一一电路块开始始时，须使用用LD、LDI指令；（3）多个电电路块组成的的串联电路，，在组成一个个电路块后，，紧跟一条ANB指令，则串联联电路块的个个数没有限制制，这种编程程方式较好。。也可以在所所有的电路块块组成之后，，集中写若干干条ANB指令，但这种种写法串联电电路块不能超超过8个，是是不好的编程程方式。脉冲指令PLS：用于产生脉冲冲信号。PLS指令只能用于于M100～M377。在X400的上升沿（由由0变1）M101产生一个宽度度为一个工作作周期的脉冲冲。工作周期期是从程序执执行开始到程程序执行结束束（END）之间所需要的的时间。计数器和移位位寄存器的复复位、移位寄寄存器的移位位通常需要这这种脉冲。图图示为继电器器脉冲输出用用于计数器复复位的例子。。空操作指令NOP：使该步为空操操作。若在程序中写写入NOP指令，可使变变更和增加程程序时，步序序号变更最小小。但需注意意，若将程序序中的LD、LDI、ANB、、ORB等指令改为NOP指令，会引起起电路结构的的重大变化，，如图所示。。因此，NOP指令的使用应应慎重。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：绘制梯形图时时，应按照“上上重下轻、左重重右轻”的原则则进行。即当几几条支路并联时时，串联触点多多的应画在上面面；几个电路块块串联时，并联联触点多的电路路块应画在左边边。按照这个原原则绘制的梯形形图符合“从左左到右、自上而而下”的程序序执行顺序，并并易于用指令语语句编程。规则5：输入继电器的的线圈由输入端端子上的外部信信号驱动，因而而输入继电器的的线圈不应出现现在梯形图中。。梯形图中输入入继电器触点的的通断取决于外外部信号。1.3.2梯形图的经验设设计法经验设计法是沿用设计继电电接触器控制电电路的方法来设设计梯形图，即即在一些典型的的继电接触器控控制电路的基础础上，根据被控控对象对控制系系统的具体要求求，不断修改和和完善梯形图。。经验设计法在在设计时无普遍遍规律可循，设设计的质量与设设计者的经验有有很大的关系。。经验设计法可可用于较简单的的梯形图设计，，如一些继电接接触器基本控制制电路的设计。。图示为电动机直直接起动控制的的梯形图及输入入输出波形图。。按下起动按钮钮，输入继电器器X400接通，其常开触触点闭合，输出出继电器Y430接通，Y430的常开触点闭合合自锁。按下停停机按钮，输入入继电器X401接通，其常闭触触点断开，输出出继电器Y430断开。图示为电动机正正反转控制的PLC端子分配、