控制仪表及装置第五章

控制仪表及装置第五章第1页，课件共37页，创作于2023年2月可编程控制器

第一节概述第二节FX系列可编程控制器第三节S7系列可编程控制器第2页，课件共37页，创作于2023年2月概述–

可编程控制器(ProgrammableLogicController)

是在工业自动化系统中广泛使用的通用数字式

控制装置，简称PLC。

–

按照IEC的定义，该装置专为在工业环境下应

用而设计，它将逻辑运算、顺序控制、算术运

算、定时、计数等功能存储在可编程存储器中，

通过数字量或模拟量的输入和输出，控制各种

设备和生产过程。第3页，课件共37页，创作于2023年2月

PLC的特点

–

可靠性高、抗干扰能力强

能适应恶劣工业环

境，无故障时间达到数十万小时。

–

功能完善，性价比高

能实现开关量、模拟量

控制，完成复杂控制任务。–

通用性强，组合灵活

产品系列化、模块化、

标准化,有多种系列化产品和模块供用户选择。

–

编程简单、直观

有多种编程语言，形象直观,

容易掌握，使用者不需要专门的计算机知识。

–

体积小、维护方便

易于安装，具有自诊断、

故障报警功能，便于操作者检查维修。第4页，课件共37页，创作于2023年2月PLC的工作过程输入端子控制部件输入设备输出设备…..输入寄存器输出寄存器输出端子…..输入采样

PLC以扫描方式顺序读入输入端的通断状态，并存入输入寄存器。程序执行

读出寄存器的通断状态，进行逻辑、算术运算，将结果存入输出寄存器。输出刷新

将输出寄存器的通断状态(即控制信号)输至输出设备。第5页，课件共37页，创作于2023年2月编程语言指令表

与汇编语言类似的助记符,一条指令执行一项命令。PLC的编程语言由IEC

61131-3标准规定：

梯形图

是布尔变量(触点与线圈)的连接图，类似于继电器控制逻辑图。功能块图

是算术运算、布尔变量等功能元素和功能块的连接图。顺序功能图

将控制任务分割为可按顺序执行的连接图。结构化文本

是类似于PASCAL的高级语言，可完成复杂的计算和控制任务。第6页，课件共37页，创作于2023年2月FX系列可编程控制器

–FX型可编程控制器包括FX1S、FX1N、FX1NC、

FX2N、FX2NC等多种系列产品，其基本功能类

似。本节介绍广泛使用的FX2N。

–

功能指标：I/O点数为10~256，基本指令27条，

步进指令两条，功能指令85~128种，执行时间

0.08~0.7µs/基本指令，程序容量2000~16000步，

中断源6~15。第7页，课件共37页，创作于2023年2月FX2N系统组成FX2N包括基本单元、扩展单元、扩展模块、特殊功能模块及编程设备。FX2N开关量输入输出电路输入电路以直流输入为主，其输入器件可为无源触点或传感器的集电极开路晶体管。输出电路有三种形式：继电器输出型、晶体管输出型和双向晶闸管输出型。第8页，课件共37页，创作于2023年2月编程元件PLC的编程元件包括触点、继电器、定时器、计数器等：

输入触点、继电器(X0~X177)用来接收外部开关信号。输出触点、继电器(Y0~Y177)用来传送信号到外部负载。COMX0COMY0线圈~负载端子端子输入信号外部电源第9页，课件共37页，创作于2023年2月辅助触点、继电器(M0~M499等)相当于继电器控制系统的中间继电器,但这些触点不能直接驱动外部负载。常数(K/H)十进制常数用K表示，十六进制常数用H表示。定时器(T0~T255)定时时间由时间脉冲累积计时确定，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作。定时时间常数一般由常数K设定。计数器(C0~C255)分为加计数器、减计数器等，计数脉冲从端子输入,当所计数等于设定值时,其输出触点动作。计数常数也由常数K设定。第10页，课件共37页，创作于2023年2月PLC指令和编程方法FX系列PLC的指令包括基本指令、步进指令和功能指令，以下例举常用的基本指令（用梯形图和指令表描述）：

逻辑取及线圈驱动

分别为逻辑取LD、逻辑取反LDI和输出OUT。0LDX01

OUTY02LDIX13

OUTM14

OUT

Y1X0X1Y0M1Y1第11页，课件共37页，创作于2023年2月触点串联

分别为逻辑与AND和逻辑与非ANI。0LD

X01

ANDX22

OUTY33

ANI

X34

OUT

M15

OUT

T0K196LDT07

OUTY1X0X3Y3M1T0X2Y3K19Y1T0第12页，课件共37页，创作于2023年2月触点并联

分别为逻辑或OR和逻辑或非ORI。0LD

X41

ORX62

ORI

M23

OUTY54LDIY55

ANDX76

OR

M37

ANI

X108

ORM109

OUTM3X4Y5X7X6M2M3Y5M3M10X10第13页，课件共37页，创作于2023年2月串联电路块的并联（ORB）0LD

X01

ANDX12

LD

X23

AND

X34

ORB

5

LDI

X46AND

X57ORB8OUTY3X0X3Y3X1X2串联电路块X5X4第14页，课件共37页，创作于2023年2月并联电路块的串联（ANB）0LD

X01

ORX12

LD

X23

AND

X34LDI

X45

ANDX56

ORB

7

ORX68

ANB

9

OR

X310

OUTY3X2Y3X3X1并联电路块X6X3X0X4X5第15页，课件共37页，创作于2023年2月自保持与解除（SET/RST）0LDX01

SETY02

LD

X13

RSTY04

LD

X25

SETM06

LD

X37

RST

M08

LDX49

SET

S010LD

X511RST

S0X0SETX1X2X3Y0RSTY0SETM0RSTM0X4X5SETS0RSTS0X0X1Y0第16页，课件共37页，创作于2023年2月脉冲输出（PLS/PLF）0LDX01

PLSM03

LD

M04

SET

Y05

LD

X16

PLFM18

LD

M19

RST

Y0X0PLSM0X1M1M0SETY0PLFM1RSTY0X0X1Y0M0M1空操作（NOP）

该指令使此程序步作空操作。程序结束（END）该指令表示程序结束。第17页，课件共37页，创作于2023年2月编程注意的问题–

合适的编程顺序

在设计并联电路时，串联触

点多的电路应尽量放在上部；在设计串联电路

时,并联触点多的电路应尽量放在左边。X0X2Y0X14.ORB1.LD2.LD3.AND5.OUTX0X2Y0X1不需要ORB指令3.OR1.LD2.AND4.OUT第18页，课件共37页，创作于2023年2月–

重新排列不能编程的电路

有些电路较复杂，如桥路,不能直接编程，必须重新排列，然后再进行编程。12Y03Y04553251413第19页，课件共37页，创作于2023年2月常用电路编程举例瞬时接通延时断开电路0LD

X01

ORY02

ANI

T03

OUT

Y04

LD

Y05ANI

X06

OUT

T07K30X0Y0T0T0Y0K30Y0X0X0Y03s第20页，课件共37页，创作于2023年2月延时接通延时断开电路0LD

X01

OUT

T02

K303LD

Y14ANI

X05OUT

T16

K60

7LD

T08

OR

Y19

ANI

T110

OUT

Y1X0T0Y1X0Y1K60T0T1X0Y13sT1K30Y16s第21页，课件共37页，创作于2023年2月多谐振荡电路0LD

X11

ANI

T22OUT

T13

K30

4LD

T15

OUT

T26

K107

OUT

Y2X1T1Y2K10T1T2X1Y23sT2K301s第22页，课件共37页，创作于2023年2月定时器的扩展0LD

X01

ANI

T02OUT

T03

K304LD

T05OUT

C06

K1000

7LD

C08

OUT

Y4X0T0C0T0K1000T0X0Y45000sK50C0Y4T0触点5s第23页，课件共37页，创作于2023年2月步进指令概述FX2N有两条步进指令STL和RET，可编制类似于SFC语言的程序。STL用于步进开始，RET为步进结束。

以下为状态转移图、梯形图和指令表。状态S22有效时输出Y2接通,当X2接通,状态由S22转到S23，Y2断开。S22S22X2Y2S22Y2RSTS0X2S23STLS22

OUTY2

LDX2

SETS23

STLS23STLLD第24页，课件共37页，创作于2023年2月功能指令概述FX2N有丰富的功能指令，例如：程序流控制：实现程序转移、调用、中断、循环等功能。传送和比较：包括比较、传送、交换、变换等指令。运算：实现四则运算和逻辑运算的功能。数据处理：包括区间复位、平均值等指令。高速处理：有刷新、脉宽调制、脉冲输出等指令。外部I/O处理：有10键输入、16键输入、七段译码、读特殊功能模块等指令。外部设备处理：有串行通信、PID控制等指令。第25页，课件共37页，创作于2023年2月S7系列可编程控制器

–SIMATICS7系列PLC包括S7-200、300、400等

品种，本节介绍S7-300。

–

功能指标：数字量I/O通道数为256~65536,模

拟量I/O通道数为64~4096,工作存储器容量为

16~512kB，共有350多条指令，位操作指令执

行时间为0.05~0.2µs。第26页，课件共37页，创作于2023年2月S7-300系统组成S7-300包括CPU模块、接口模块（IM）、信号模块（SM）、功能模块（FM）、通信处理器（CP）及电源模块（PS）等。模块安装在专用的机架即导轨（RACK）上，模块上集成了背板总线，通过背板总线和总线连接器将各模块相连接。电源PSCPUIMSMSM……CP第27页，课件共37页，创作于2023年2月编程语言S7-300使用STEP7编程语言,有指令表（STL）梯形图（LAD）、功能块图（FBD）、结构化控制语言（SCL）、顺序控制（GRAPH）、状态图（HiGRAPH）及连续功能图（CFC）等。通常使用指令表、梯形图、功能块图语言，以下例举常用的位逻辑、定时器和计数器的指令，及相应的梯形图和功能块图的表示法。第28页，课件共37页，创作于2023年2月位逻辑“与”和“与非”（A、AN）AI0.0AI1.0ANM1.0=Q3.0I0.0I0.1M0.1Q0.1&=I0.0I0.1M0.1Q3.0“或”和“或非”（O、ON）OI0.0ONI0.1OQ0.1=Q3.0I0.0I0.1Q0.1>=1=I0.0I0.1Q1.0Q3.0Q1.0梯形图功能块图指令表第29页，课件共37页，创作于2023年2月“异或”和“异或非（同或）”（X、XN）I1.0I1.0Q4.0I1.1I1.1XI1.0XI1.1=Q3.0I1.0I1.0Q4.0I1.1I1.1XI1.0XNI1.1=Q3.0异或逻辑同或逻辑电路块的串联和并联I1.0I1.2Q4.0I1.1I1.3A(OI1.0OI1.1)A(OI1.2OI1.3)ANM1.0=Q4.0先并后串M1.0I1.0I1.2Q4.0I1.1I1.3AI1.0AI1.1OAI1.2AI1.3ONM1.0=Q4.0M1.0先串后并第30页，课件共37页，创作于2023年2月置位和复位AI1.0SQ4.0AI1.1R

Q4.0I1.0I1.1Q4.0Q4.0RSI1.0I1.1Q4.0RS触发器I1.0I1.1Q4.0RSSRQM1.0I1.0I1.1Q4.0RSSRQM1.0=AI1.0RM1.0AI1.1S

M1.0AM1.0=

Q4.0梯形图功能块图指令表第31页，课件共37页，创作于2023年2月定时器有脉冲定时器、扩展定时器、接通延时定时器、断电延时定时器等多种形式。定时器的定时时间由时基（时间基准）和定时值组成。预装定时时间的两种方式：LW#16#wxyzW#16#表示16进制字,w为时基,xyz为时间值。LS5T#aH_bM_cS_dMSS5T表示SIMATIC时间,H、M、S、MS分别为小时、分、秒和毫秒。a,b,c,d为设置值。第32页，课件共37页，创作于2023年2月脉冲定时器（SP）AI1.1LS5T#2M2SSPT1AI1.2R

T1A

T1=

Q4.0I1.1I1.2T1T1RSPS5T#2M2ST1Q4.0I1.1I1.2Q4.0RSQT1=S5T#2M2STVB1BCDS_PULSEt脉冲定时器时序I1.1I1.2Q4.0T1第33页，课件共37页，创作于2023年2月接通延时定时器（SD）AI1.1LS5T#2M2SSDT1AI1.2R

T1A

T1=

Q4.0I1.1I1.2T1T1RSPS5T#