机床电气第10讲

机床电气自动控制-------可编程序控制器原理陈光胜cgs-168@163.com创新楼341第九章PLC

可编程序控制器的历史可编程序控制器的特点与应用领域可编程序控制器的发展趋势1概述可编程序控制器－当代工业自动化支柱之一PLCCAD/CAM工业机械器人可编程序控制器简称ProgrammableController—PCPersonalComputer—PCProgrammableLogicController—PLC产生继电器控制

用弱电信号控制强电信号。故障查找与排除非常困难、改造工期长、费用高。GM首先提出【可编程序控制器】设想编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；可直接使用115V交流输入电压；输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等负载；通用性强，扩展方便；能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB.

1969年DEC研制出世界上第一台可编程序控制器可编程序控制器的历史可编程序控制器的历史发展性能提高：4位机→8位机→16位机→32位机；支持图形编程；数据处理；各种功能控制模块；联网通信功能。主要生产商大中型：A-B、GE、Siemens

中小型：OMRON,Mitsubushi可编程序控制器的历史定义1985年1月，国际电工委员会（IEC）定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。可编程序控制器的特点可编程序控制器的特点与应用领域编程方法简单易学功能强，性能价格比高硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强系统的设计、安装、调试工作量少维修工作量小，维护方便体积小，能耗低.可编程序控制器的应用领域可编程序控制器的特点与应用领域开关量逻辑控制自动生产线、机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运输带、包装机、飞剪等控制运动控制金属切削机床、金属成形机械、装配机器人、电梯等。闭环过程控制温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。数据处理数学运算、数据传输、转换、排序、查表、位操作。通信联网PLC与远程I/O、PLC之间、PLC与其它智能控制器之间。1、高性能、高速度、大容量发展可编程序控制器的发展趋势多CPU结构高性能、流水RISC结构CPU(32位机)增加智能控制功能支持组态设计2、大力发展微型PLC,不断增强微型PLC的功能掌上PLC高性能支持多种编程方式3、PLC编程语言标准化可编程序控制器的发展趋势IEC1131-3(IEC1994年5月公布)顺序功能图（SFC）梯形图功能块图指令表结构文本4、PLC与其它工业控制器产品相互融合可编程序控制器的发展趋势与个人计算机PC集散控制系统DCS计算机数控CNC2、PLC组成及原理一、组成及结构二、PLC原理三、编程语言及基本指令可编程序控制器的组成可编程序控制器的基本结构CPU模块

微处理器+存储器

PLC的大脑和心脏输入-执行-输出

I/O模块

系统的眼、耳、手、脚

输入：开关量、模拟量

输出：执行器（接触器、电磁阀、调节器、调速）编程器

编辑用户程序监视PLC状态电源为系统提供电源中央处理单元存储器数据存储器输出接口地址总线控制总线数据总线编程单元照明电磁装置执行机构……电源地址总线控制总线输入接口模拟量输入行程开关继电器接点各种开关PLC结构示意图CPU模块CPU(通用微处理、单片机、位片机)存储器（RAM、ROM、EPROM、EEPROM）可编程序控制器的组成PLC软件组成PLC软件系统1、系统程序2、用户程序1)系统管理2)解释程序3)标准模块和系统调用（a）逻辑符号

（b）控制线路实例逻辑“与”逻辑“或”

（a）逻辑符号

（b）控制线路实例

（a）逻辑符号

（b）控制线路实例逻辑“非”可编程序控制器的工作原理可编程序控制器工作原理直接启动停车控制控制电路图SB2SB1KMKMI/O分配：

X0：启动

X1：停车

Y0：KMX1X0COMY0COM~KMSB1SB2PLC外部接线图Y0X1Y0X0程序：梯形图可编程序控制器的工作原理扫描周期PLC在【RUN】工作状态时，完成‘内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理‘所需的时间。可编程序控制器的工作原理输入、输出滞后时间输入/输出滞后时间（系统响应时间）输入电路滤波时间输出电路滞后时间扫描工作时间（延迟可达2个多扫描周期）可编程序控制器的组成可编程序控制器的基本结构CPU模块

微处理器+存储器

PLC的大脑和心脏输入-执行-输出

I/O模块

系统的眼、耳、手、脚

输入：开关量、模拟量

输出：执行器（接触器、电磁阀、调节器、调速）编程器

编辑用户程序监视PLC状态电源为系统提供电源中央处理单元存储器数据存储器输出接口地址总线控制总线数据总线编程单元照明电磁装置执行机构……电源地址总线控制总线输入接口模拟量输入行程开关继电器接点各种开关PLC结构示意图CPU模块CPU(通用微处理、单片机、位片机)存储器（RAM、ROM、EPROM、EEPROM）可编程序控制器的组成PLC软件组成PLC软件系统1、系统程序2、用户程序1)系统管理2)解释程序3)标准模块和系统调用（a）逻辑符号

（b）控制线路实例逻辑“与”逻辑“或”

（a）逻辑符号

（b）控制线路实例

（a）逻辑符号

（b）控制线路实例逻辑“非”可编程序控制器的工作原理可编程序控制器工作原理直接启动停车控制控制电路图SB2SB1KMKMI/O分配：

X0：启动

X1：停车

Y0：KMX1X0COMY0COM~KMSB1SB2PLC外部接线图Y0X1Y0X0程序：梯形图可编程序控制器的工作原理扫描周期PLC在【RUN】工作状态时，完成‘内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理‘所需的时间。可编程序控制器的工作原理输入、输出滞后时间输入/输出滞后时间（系统响应时间）输入电路滤波时间输出电路滞后时间扫描工作时间（延迟可达2个多扫描周期）三、PLC的编程语言可编程序控制器编程语言的国际标准顺序功能图(Sequentialfunctionchart)梯形图(Ladderdiagram)功能块图(Functionblockdiagram)指令表(Instructionlist)结构文本(Structuredtext)可编程序控制器编程语言的国际标准顺序功能图(Sequentialfunctionchart)步转换动作控制电路图SB1SB2KMKMPLC外部接线图梯形图Y0X1Y0X0X1X0COMY0COM~KMSB2SB1可编程序控制器编程语言的国际标准梯形图(Ladderdiagram)梯形图与继电器控制电路相似直观、易懂I/O分配：

X0：启动X1：停车Y0：KM可编程序控制器编程语言的国际标准

功能块图(Functionblockdiagram)

指令表(Instructionlist)

结构文本(Structuredtext)指令：LDX0ORY0ANIX1OUTY0END梯形图的主要特点某些编程元件沿用继电器名称梯形图两侧的垂直公共线为公共母线（Busbar）逻辑求解顺序：从上到下，从左到右编程元件的常开触电和常闭触电可以无限次使用X5X1X3X2Y1X4X1X3X2Y1X5X3X1X4X5四、FX系列PLC梯形图中的编程元件FX系列的性能指标与编程元件

1）基本性能

FXOS/FXON（p43表3.2）

FX2N(p44表3.3）运算控制方式输入输出控制方式运算速度程序语言程序容量指令数输入继电器输出继电器辅助继电器状态寄存器定时器计数器数据寄存器跳步指令FX系列的性能指标与编程元件1）输入继电器（X）2)输出继电器(Y)

FX系列的性能指标与编程元件通用辅助继电器（十进制）断电保持辅助继电器特殊辅助继电器3）辅助继电器(M)FX系列的性能指标与编程元件3）辅助继电器(M)

特殊辅助继电器运行监控（M8000）初始化脉冲(M8002)

锂电池电压降低(M8005)4）状态（S）

顺序控制编程元件；与STL指令一起使用。FX系列的性能指标与编程元件FX系列的性能指标与编程元件通用定时器通用定时器积分定时器

5）定时器（T）FX系列的性能指标与编程元件

积分定时器

*定时器的定时精度

T0(扫描周期)

α(定时器基准量)5）定时器（T）FX系列的性能指标与编程元件

内部计数器高速计数器6）计数器（C）LD、LDI、OUT指令LD(Load)常开触点与母线连接指令LDI(LoadInverse)常闭触点与母线连接指令OUT(Out)驱动线圈输出指令

说明

LD,LDI编程元件：X、Y、M、T、C、S；LD,LDI与ANB,ORB指令配合，用于分支电路的起点；OUT指令不能用于输入继电器X

；OUT指令可以连续输出（相当于线圈并联）；定时器和计数器的OUT指令之后应设置常数K(或数据寄存器号)，占一个步序。LD、LDI、OUT指令X0X1M100T0Y0T0Y1K19LD X0OUT Y0LDI X1OUT T0K 19OUT M100LD T0OUT Y1梯形图程序指令表程序AND与ANI指令AND(And)常开触点串连连接指令ANI(AndInverse)常闭触点串连连接指令说明

AND和ANI编程元件：X、Y、M、T、C、S；单个触点与左边的电路串连时使用AND和ANI，触点的个数没有限制；LD X2AND X0OUT Y0LDI X1ANI Y0

OUT M101AND T0OUT Y1梯形图程序指令表程序AND与ANI指令X2X1M101Y0T0Y1X0Y0ANDANIANDLDI X1ANI Y0MPSAND T0 OUT M101MPPOUT Y1注意：逻辑求解含义梯形图程序指令表程序AND与ANI指令X1M101T0Y1Y0MPSMPPOR与ORI指令OR(Or)常开触点并联连接指令ORI(OrInverse)常闭触点并联连接指令说明

OR和ORI编程元件：X、Y、M、T、C、S；单个触点与前面的电路并联时使用OR和ORI，并联触点的左端接到LD点上，右端与前一条指令的触点对应的右端相连；LD X4OR X6ORI M106OUT Y0LDI X1 ANI Y0OR M103ANI Y2ORI M116OUT M103梯形图程序OR与ORI指令X1M103Y0X4Y0X6M106M103M116Y2LDORORIORORIORB指令ORB(OrBlock)串联电路块并联连接指令

说明：串联电路块：两个以上的触点串连而成的电路块；将串联电路块并联时用ORB指令；ORB指令不带元件号（相当于触点间的垂直连线）每个串联电路块的起点都要用LD或LDI指令，电路块后面用ORB指令X2X1Y0X0Y2串联电路块X0X4Y0X1Y0X2X5X6Y2串联电路块LDI X1ANI Y0ANI M100LDI X2ANI Y2AND M101ORBLDI X3AND T0ANI M112ORBOUT M115梯形图程序ORB指令X1M115Y0M100X2Y2M101X3T0M112ANB指令ANB(AndBlock)并连电路块串连连接指令

说明：并联电路块：两个以上的触点串连而成的电路块；将并联电路块与前面的电路串联时用ANB指令；使用ANB指令之前，应先完成并联电路块内部的连接。并联电路块中各支路的起点使用LD或LDI指令；ANB指令相当于两个电路块之间的串联连线。X0X4Y0X1Y0X2X1X0Y2X2X5X6Y2并联电路块并联电路块LDI X1ORI X2LDI Y0ANI M100LDI Y2AND M101ORBOR T0ANB ORI X3OUT M115梯形图程序ANB指令X1M115Y0M100X2Y2M101X3T0ANBLDORBLDI X1ANDY0ORIX2LDY0ANI M100LDI Y2AND M101ORBOR C0ANB

ORI X3OUT Y6AND M105OUT M110梯形图程序实例X1Y0M100X2Y2M101X3C0Y0M110M105Y6INV(Inverse)

该指