可编程序控制器三

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、超小型PLC的功能外，还增加了数据处理能力，适用于小规模的综合控制系统。

(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，内存容量为13KB以上。随着PLC的不断发展，划分标准已有过多次的修改。可编程序控制器还可以按功能分为低档机、中档机和高档机。低档机以逻辑运算为主，具有定时、计数、移位等功能。中档机一般有整数及浮点运算、数制转换、中断控制及联网功能，可用于复杂的逻辑运算及闭环控制场合。高档机具有更强的数字处理能力，可进行矩阵运算、函数运算，完成数据管理工作，有更强的通信能力，可以和其他计算机构成分布式生产过程综合控制管理系统。可编程序控制器的按功能划分及按点数规模划分是有一定联系的。一般来说，大型机、超大型机都是高档机。机型和机器的结构形式及内部存储器的容量一般也有一定的联系，大型机一般都是模块式机，都有很大的内存容量。1.1.2PLC的结构PLC主机I/O模块电源：为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。编程器：用于手持编程。可用它输入、检查、修改、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/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。外设接口：将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应操作。输入模块：接受输入设备的控制信号。输出模块：输出控制信号。CPU：起总指挥的作用。存储器：存储系统及用户程序和数据。1.1.3PLC的工作原理1、PLC的继电器PLC可看成是由普通继电器、定时器、计数器等组合而成的电气控制系统。注意，PLC内部的继电器实际上是指存储器中的存储单元，称为软继电器。当输入到存储单元的逻辑状态为1时，则表示相应继电器的线圈通电，其常开触点闭合，常闭触点断开；而当输入到存储单元的逻辑状态为0时，则表示相应继电器的线圈断电，其常开触点断开，常闭触点闭合。所以这些软继电器体积小、功耗低、无触点、速度快、寿命长，且具有无限多的常开、常闭触点供程序使用。2、PLC的工作原理直接起动控制电路采用PLC控制，其外部接线及内部等效电路如图所示。可将PLC分成3部分：输入部分、内部控制电路和输出部分。梯形图：实际上就是用户所编写的应用程序等效于PLC内部的接线图。当用编程器将梯形图程序送入PLC内，PLC就可以按照预先制定的方案工作。电路工作过程：当起动按钮SB1闭合，输入继电器X400接通，其常开触点X400闭合，输出继电器Y430接通，Y430的常开触点闭合自锁，同时外部常开触点闭合，使接触器线圈KM通电，电动机连续运行。停机时按停机按钮SB2，输入继电器X401接通，其常闭触点断开，线圈Y430断开，电动机停止运行。这里要注意，因与停机按钮相连的输入继电器X401采用的是常闭触点，所以停机按钮必须采用常开触点，这与继电接触器控制电路不同。3、PLC的工作方式PLC是采用顺序扫描、不断循环的方式进行工作的。PLC的扫描工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段，并进行周期性循环。1.2PLC的编程元件与指令系统6.2.1PLC的编程元件以F—40M为例。F—40M的元件编号采用8进制。输入继电器：24个，编号为X400～X407、X410～X413、X500～X507、X510～X513。输出继电器：16个，编号为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。移位寄存器：由辅助继电器构成。可组成8位或16位的移位寄存器。移位寄存器的第一个辅助继电器的代号，就是这个移位寄存器的代号。图示是代号为M300的16位移位寄存器。（1）输入：设置第一个辅助继电器的状态，由接在输入端的输入继电器X400的状态所决定，其操作如图所示。（2）复位：当复位端的信号X402接通（1态）时，M300～M317全部处于复位状态（0态）。因此，当移位寄存器按照移位方式工作时，复位输入（在此即指X402）应断开。（3）移位：当移位输入端的信号X401接通（由0变1）一次，每个辅助继电器的状态（1或0）向右移一位，原M317的信号溢出。计数微器：1倦6个，闹编号为C46航0～C割467皮，C5脱60～膝C56偶7。每个杏计数器裳的计数械值K为1～院999让，在编唇程中设矿定。每泄个计数击器均有涌断电保饿持功能表。不需耍要断电之保持时房诚，可用驻初始化成脉冲M71复位。图示朗是无折电源铸中断国保持捧的减补法计乎数器商。运群行开周始时睡，M7拾1将计数牲器C4供60复位稍，计急数值巧等于阴设定蹄值1慕9。驴当复脸位输悉入断创开，获计数兼开始具。X40括1接通一皇次（由押0变1梦），计狼数值减乏1，直爬到减到否0为止用，此时C4卖60的常泳开触作点接杂通，闸使Y43鱼0接通。拐若再来甜计数脉伍冲，计善数值仍期保持为恼0，C4出60的常开叹触点一殊直保持刺接通。偷直到复争位输入X40旺0接通，C4侄60断开助，计弊数值丽恢复等为设游定值脾。计数涉器也虎可作询定时炭器用呢。图狼示是皇由计沟数器C46胀1组成斤的6纯0s定时称器。X4直02接通，摸100ms的时撒钟脉肯冲M7们2使计数机器C4挂61计数，锋当计数坦值达到粒设定值他600见（即0为.1s×凑60罗0=桂60娇s）时，抓计数议器C46亦1的常开咬触点闭济合，使扫输出继较电器Y53杨1接通。拥输入继腊电器X4馒02断开时霉，其常手闭触点酸闭合，点使C46牙1复位歌，其斤常开唐触点董断开凶，从墙而使朋输出座继电舒器Y53白1断开。纱利用此僚特点，换可用计业数器构饼成长延牵时定时订器。特殊辅削助继电扣器：M70：运行监绍视。当PL世C处于运管行状态收，M7书0接通。M71：初始蒸化脉婆冲。狐当M7帽0接通篮，第险一执遍行周风期M71接通棚，可棍用作撑计数黄器、碌移位巷寄存炎器的贵初始涂化复闭位。M7泥2：1店00点ms时钟。获产生脉验冲间隔等为10就0ms的时处钟。M76：电池电家压监视凤。锂电药池电压尚下降到角规定值耐时接通芳。可以徒用它的硬触点通搞过输出练继电器牌接通指遇示灯，何提醒操论作者更还换电池胆。M7莫7：禁止够全部惕输出乏。若M7宴7的线圈魄接通，暗全部输奖出继电结器的输云出将自陶动断开掉，但辅俊助继电猛器、定矮时器及沙计数器棒仍继续题工作。劳在紧急自情况下肠，可用M77切断偏全部逮输出央。1.2造.2茎P泰LC的指令输入、戏输出指匆令LD：取指忌令。愿取与尖左母黎线相滨联的味常开压触点遗。LDI：取反邮指令售。取太与左蜓母线乒相联祝的常型闭触习点。以上院两条器指令告还可际与ANB垄、OR誉B配合，锡用于分纲支电路罚的开始豪点OU摊T：输出指暴令。用鱼于驱动姓输出继颜电器、杯辅助继锋电器、六定时器博、计数燃器，但饼不能用连于输入挥继电器枪。对于狮定时器笋和计数押器使用OU煌T指令你后，顺必须沃设定抓常数K，常数K的设定鬼也作为截一条指笔令。与指令AND：常开触筝点串联提联接指熔令。ANI：常闭触昨点串联耀联接指掌令。注意：AND指令和ANI指令只淋能用于且一个触去点与前偿面的触承点串联与，不能凡用于两结个及以尸上触点岩并联的渠电路块划与前面啊的电路软串联，谱并联电姿路块串肚联要使约用ANB指令证。或指罩令OR：常开蛋触点拘并联支联接液指令低。ORI：常闭意触点集并联棵联接从指令财。注意：OR指令和OR衣I指令华只能狠用于激一个郊触点些与前旨面的必电路浅并联伶，不贱能用垂于两报个及康以上毁触点堂串联丽的支地路与懒前面叹的电墙路并摄联，赔串联脸支路农并联简要使探用ORB指令。电路钉块串赠联指壮令ANB：将多轧个串糖联电虑路块嫌并联敏的电题路（阶亦称雷并联宝电路鲁块）妙与前延面的长电路学串联愉。使用ANB指令屠的原彼则是裤：（1）碰先组块缓后串联庭；（2）件在每一家电路块触开始时碰，须使记用LD恰、L辟DI指令纸；（3）期多个电牺路块组促成的串柴联电路块，在组童成一个嗓电路块谋后，紧艘跟一条ANB指令，此则串联伴电路块番的个数改没有限闯制，这心种编程点方式较兴好。也颜可以在市所有的劣电路块灰组成之河后，集膏中写若承干条ANB指令，萝但这种年写法串址联电路幸块不能其超过8饥个，是乡丰不好的泼编程方部式。脉冲指妨令PLS：用于歉产生仅脉冲幼信号盛。PLS指令只栏能用于M10向0～M齿377漠。在X40兽0的上升复沿（由江0变1面）M10沙1产生储一个灾宽度拖为一出个工迫作周钩期的屈脉冲孩。工祸作周蛮期是野从程完序执独行开掉始到无程序位执行青结束戒（EN母D）之间许所需粘要的匙时间晕。计数器弟和移位等寄存器妹的复位家、移位耀寄存器丙的移位损通常需待要这种陡脉冲。嚼图示为摧继电器当脉冲输熔出用于滋计数器伤复位的密例子。空操忽作指验令NO张P：使该嫁步为消空操越作。若在啊程序苗中写纪入NO餐P指令，桐可使变好更和增骗加程序琴时，步摄序号变消更最小边。但需倘注意，求若将程第序中的LD阴、L垫DI环、A馋NB圾、O舞RB等指令范改为NOP指令彻，会载引起逃电路茅结构村的重三大变跳化，砖如图赞所示顷。因肢此，NOP指令彩的使池用应肃慎重庸。10．兄结束指姜令EN递D：程序精结束煌时写偏入END指令。调试往程序捷时，纯若在虏每个读程序川块的森末尾皱写上END指令景，检过查每沙一个鹊程序添块的调运行涛情况龟时就损可以调减少数调试仇时间如，检伐查完采毕后喜，再搁将各车个EN恰D指令删甲去。1.3梯形图何的设计真规则与叹设计方培法1.众3.哈1梯形图坑的设计着规则梯形图：是吓由表虾示PLC内部抢编程筑元件牲的图敬形符红号所辛组成牙的阶恨梯状姑图形速。绘体制梯粥形图盒时应避遵循莲以下磨几条雪规则恨：规则冈1：梯千形图屑按从劫左到柴右，聪自上南而下甚的顺病序绘慕制（绘指令梢编程县亦应烛从左臣到右架，自勒上而贩下）寨。每糕个编防程元朵件线轨圈为飘一逻碑辑行灿。元纱件线栋圈与晴右母俊线直碑接相顺联。悬两线势圈不企能串及联，展也不打能在多线圈剧与右鱼母线株之间全接其灵他元野件，杜线圈丙一般裕也不懒允许耻直接腊与左夺母线西相联万。规则烛2：除铜有跳各转指物令外抄，一脱般某孕编号测的线竭圈在完梯形欢图中练只能篮出现绞一次族。规则革3：在梯脉形图中暴的触点聚应画在概水平线吨上，不小应画在扛垂直线商上，这醒是因为棍这种形形式的梯腊形图无躬法用指滤令语句灿编程，应应改画饰成能够跃编程的涛形式。规则4：绘呜制梯卸形图图时，秩应按垂照“萝上重张下轻托、左貌重右拿轻”虎的原奖则进痕行。炸即当炎几条捧支路私并联柳时，趟串联逢触点体多的鸭应画辈在上稼面；畜几个填电路步块串在联时蛙，并瓣联触瓦点多液的电锦路块响应画炼在左迷边。选按照嫁这个毅原则它绘制庆的梯拾形图求符合棕“从读左到付右、少自上顽而下常”贸的程厅序执枪行顺领序，常并易杀于用趁指令靠语句惰编程执。规则个5：输入嚼继电器佛的线圈我由输入嫌端子上号的外部弱信号驱党动，因唐而输入礼继电器居的线圈势不应出绸现在梯海形图中跳。梯形桥图中输朗入继电助器触点稍的通断映取决于喜外部信窑号。1.3贷.2梯形蹦图的块经验恒设计厘法经验设框计法是沿东用设刑计继劲电接卡触器梁控制猴电路表的方栗法来件设计搅梯形想图，唉即在览一些低典型狮的继睛电接炊触器蛋控制纱电路势的基连础上除，根席据被厅控对字象对斑控制弦系统厕的具症体要蒙求，指不断抢修改鸣和完膏善梯翻形图至。经乒验设用计法姜在设潮计时慕无普全遍规溪律可挺循，廉设计唐的质厨量与似设计伐者的烛经验疼有很作大的倒关系霜。经敢验设尘计法耳可用会于较遭简单海的梯张形图轰设计陵，如翻一些睛继电肃接触蛇器基就本控显制电欧路的银设计寇。图示为谈电动机番直接起蛙动控制县的梯形莫图及输腿入输出乐波形图娃。按下著起动按困钮，输疫入继电消器X4孝00接通，激其常开宝触点闭应合，输氧出继电货器Y43墓0接通伶，Y4校30的常开拉触点闭绒合自锁抹。按下薪停机按园钮，输随入继电励器X40精1接通著，其阿常闭许触点男断开宋，输忆出继锄电器Y43岩0断开密。图示为罪电动机诱正反转腰控制的PLC端子分季配、外烘部接线锡及梯形伍图。SB1、S嫩B2和SB3分别愤是正卡反转贝起动坦和停咽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