机电一体化综合试验讲义

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试验设备的了解以及对PLC指令系统软件的把握

这门课的目的是让同学们通过使用试验仪器设备及软件，对松下PLC系统有一个初步的了解和认识。在踏上工作岗位前对PLC在科学研究和生产建设中的应用有一个基本的概念。

我们主要的试验工具有立体仓库模型、材料分拣系统模型、机械手模型、计算机及松下电工编程软件FPWINGR。

在试验前，先了解以下知识：一、PLC的一般结构和基本工作原理⒈PLC的一般结构

可编程程序控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现。入出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点。而入出变换实际上就是信息处理，信息处理当今最常用的是微处理技术，PLC也是用它，并使其专用化，应用于工业现场。至于物理实现，正是它与普通微机相区别之点，普通微机多只考虑信息本身，别的不多考虑，而PLC要考虑实际的控制需要。物理实现要求PLC的输入，应当排除干扰信号适应于工业现场。输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统便利使用。这就要求I/O电路专门设计。根据PLC实施控制的基本点的分析，PLC采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、RAM、ROM和专门设计的输入输出接口电路等组成。⒉PLC的基本工作原理

PLC虽然具有微机的大量特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，有键按下或I/O动作则转入相应的子程序，无键按下则继续扫描。PLC则采用循环扫描工作方式，在PLC中，用户程序按先后顺序存放。

CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到终止符后又返回第一条。如此周而复始不断循环。这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。整个工作过程可分为五个阶段：自诊断，与编程器计算机等的通信，输入采样，用户程序执行，输出刷新。

PLC经过这五个阶段的工作过程，称为一个扫描周期，完成一个周期后，又重新执行（上述过程），扫描周而复始地进行。扫描周期是PLC的重要指标之一，在不考虑其次个因素（与编程器等通讯）时，扫描周期T为：

T=(读入一点时间×输入点数)+(运算速度×程序步数)+(输出一点时间×输出点数)+故障诊断时间

显然，扫描时间主要取决于程序的长短，一般每秒钟可扫描数十次以上，这对于工业设备寻常没有什么影响。但对控制时间要求较严格，响应速度要求快的系统，就应当确切的计算响应时间，细心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少扫描周期造成的响应延时等不良影响。

PLC与继电接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。继电接触器是按“并行〞方式工作的，也就是说是按同时执行的方式工作的，只要形成电流通路，就可能有几个电器同时动作。而PLC是以反复扫描的方式工作的，它是循环地连续逐条执行程序，任一时刻它只能执行一条指令，这就是说PLC是以“串行〞方式工作的。这种串行工作方式可以避免继电接触器控制的触点竞争和时序失配问题。

总之，采用循环扫描的工作方式也是PLC区别于微机的最大特点，应特别注意。二、常见技术性能指标

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㈠输入/输出点数（即I/O点数）

即指PLC外部输入、输出端子数。这是最重要的一项技术指标。㈡扫描速度

一般以执行1000步指令所需时间来衡量，故单位为ms/千步。也有时以执行一步指令的时间计，如μs/步。

㈢内存容量

一般以PLC所能存放用户程序多少衡量。在PLC中程序指令是按“步〞存放的（一条指令往往不止一“步〞），一“步〞占用一个地址单元，一个地址单元一般占用两个字节。如一个内存容量为1000步的PLC可推知其内存为2K字节。

㈣指令条数

这是衡量PLC软件功能强弱的主要指标。PLC具有的指令种类越多，说明其软件功能越强。

㈤内部寄放器

PLC内部有大量寄放器用以存放变量状态、中间结果、数据等。还有大量辅助寄放器可供用户使用，这些辅助寄放器常可以给用户提供大量特别功能或简化整体系统设计。因此寄放器的配置状况常是衡量PLC硬件功能的一个指标。

㈥高功能模块

PLC除了主控模块外还可以配接各种高功能模块。主控模块实现基本控制功能，高功能模块则可实现某一种特别的专门功能。高功能模块的多少，功能强弱常是衡量PLC产品水平高低的一个重要标志。

目前已开发出的常用高功能模块如下：

A/D模块、D/A模块、高速计数模块、速度控制模块、位置控制模块、轴定位模块、温度控制模块、远程控制模块、高级语言编辑以及各种物理量转换模块等等。三、PLC的应用场合

①用于开关规律控制。这是PLC最基本的应用范围。可用PLC取代传统继电接触器控制，如机床电气、电机控制中心等，也可取代顺序控制，如高炉上料、电梯控制、货物存取、运输、检测等。总之，PLC可用于单机、多机群以及生产线的自动化控制。

②用于机械加工的数字控制。PLC和计算机控制（CNC）装置组合成一体，可以实现数值控制，组成数控机床。

③用于机器人控制，可用一台PLC实现3～6轴的机器人控制。

④用于闭环过程控制。现代大型PLC都配有PID子程序或PID模块，可实现单回路、多回路的调理控制。

⑤用于组成多级控制系统，实现工厂自动化网络。

目前PLC已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车装卸、造纸、纺织、环保以及消遣等，为各行各业工业自动化提供了有力的工具，促进了机电一体化的实现。

四、FP1的内部寄放器

在使用PLC之前最重要的是先了解PLC的内部寄放器及I/O配置状况。表1是PLC的内部寄放器及I/O配置一览表，这里以C40为例。表1中有以下几点要说明：①表中寄放器均为16位的。表中X、WX和Y、WY均为I/O区继电器，可以直接和输入、输出端子传递信息。但X和Y是按位寻址的，而WX和WY只能按“字〞（即16位）寻址。②表中R0～R62F和WR0～WR62均为内部通用寄放器，即可供用户使用的，这些寄放器均可作为内部继电器即“软继电器〞用。而R9000～R903F和WR900～WR903均为特别寄放器，

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用户不能占用，这些寄放器均有专门的用途。同理R和WR的区别也是一个按位寻址，另一

符号XYRTCWXWYWRDTSVEVIXIYKHX0-X12FY0-Y12FR0-R62FR9000-R903FT0-T99C100-C143WX0-WX12WY0-WY12WR0-WR62WR900-WR903DT0-DT8999DT9000-DT9067SV0-SV143EV0-EV143编号功能输入继电器输出继电器内部通用寄放器（继电器）特别寄放器（继电器）定时器计数器“字〞输入继电器“字〞输出继电器通用“字〞寄放器（继电器）专用“字〞寄放器（继电器）通用数据寄放器专用数据寄放器设定值寄放器经过值寄放器索引寄放器索引寄放器十进制常数寄放器十六进制常数寄放器个只能按“字〞寻址。另外还有些寄放器是作为系统设置用的，称系统寄放器。

表1FP1寄放器I/O配置一览表

③K可以存放十进制常数，其值为-32768～+32767之间的整数。H可以存放4位十六进制常数，其值为0～FFFF之间。④X和Y的编号说明如下：如：X120即WX12寄放器中的第0号位，X12F即WX12寄放器中第F号位。用图表示如下：WX12FEDCBA9876543210X12FX120寄放器Y的编号也与此一致。由表中所给X和Y的数目即可知该种型号PLC的I/O点数。X为X0～X12F共208个，Y为Y0～Y12F共208个，即该PLC总共可扩展416点。但受外部接线端子和主机驱动能力的限制一般只能用到100～200点，其余均可做内部寄放器用。如FP1-C40最大可扩到120点。

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试验一TVT－99B材料分拣装置的编程研究

一、试验目的

1.把握PLC控制的基本原理以及松下FP0的编程方法、气压指示及各类气源之间的接线

2.了解气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容

二、试验设备、材料

1.材料分拣装置模型1台2.计算机1台3.编程电缆1根

三、试验内容与试验步骤

试验内容：

该装置采用台式结构，内置电源，配装FP0系列主机，转接面板上设计了可与其它PLC或单片机连接的转接口。该装置中，选用了颜色识别传感器及对不同材质敏感的电容式和电感式传感器，分别被固定在网板上。本装置还设置了气动方面的减压器、滤清、气压指示等，可与各类气源相连接。各传感器位置见图1。

(a)信号板图

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(b)传感器位置图图1各传感器位置及信号板接口

1、气源由二联体左侧进气口连接Φ6气管,另一端接至气源。（非长期使用，不要向油杯里注