31 可編程序控制器概述32 可編程序控制器的組成與工作原理

1、3.1 可編程序控制器概述3.2 可編程序控制器的組成與工作原理3.3 可編程序控制器的指令系統(tǒng)3.4 可編程序控制器應(yīng)用實(shí)例 作業(yè),3.1.1可編程序控制器的產(chǎn)生及發(fā)展,可編程控制器是從20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來(lái)的一種新型的電氣控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體，以其顯著的優(yōu)點(diǎn)正被廣泛地應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制中。可編程控制器（Programmable Control

2、ler）簡(jiǎn)稱PC，為了不與簡(jiǎn)稱PC（Personal Computer）的個(gè)人計(jì)算機(jī)相混淆，可編程控制器也稱為PLC（Programmable Logic Controller）。,3.1 可編程序控制器概述,可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的內(nèi)存，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。,定義,

3、3.1.2 可編程序控制器的特點(diǎn),,,可靠性高、抗干擾能力強(qiáng),控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng),編程簡(jiǎn)單，使用、維護(hù)方便,組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣,體積小、重量輕、功耗低,3.1.3 可編程序控制器的基本類型,整體式PLC：即把CPU、內(nèi)存及I/O模塊等裝在印制電路板上，并把電源模塊也配置在一起，裝入機(jī)殼內(nèi)，形成一個(gè)整體。,模塊式PLC：即把PLC的各部分以單獨(dú)的模塊分開，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊等，用搭積木的方式將其組裝在一

4、個(gè)電源機(jī)架內(nèi)。,1.按PLC的結(jié)構(gòu)形式分類,2. 按PLC的I/O點(diǎn)數(shù)分類,小型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以下為小型PLC。,中型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以上，2048點(diǎn)以下為中型PLC。,大型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上為大型PLC。,3.按PLC的功能分類,3.1.4 可編程序控制器的應(yīng)用,用于邏輯控制,用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制,用于模擬量控制,用于工業(yè)機(jī)器人控制,用于多層分布式控制系統(tǒng),3.2 可編程序控制器的組成

5、與工作原理,3.2.1 可編程序控制器的組成,CPU是PLC的核心組成部分，與通用微機(jī)的CPU一樣，是PLC的控制運(yùn)算中心。,1）CPU,PLC的存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。,2）存儲(chǔ)器,I/O模塊是CPU與現(xiàn)場(chǎng)用戶I/O設(shè)備之間聯(lián)系的橋梁。,3）I/O模塊,,輸入模塊電路構(gòu)成示意圖,輸出模塊電路構(gòu)成示意圖,電源為PLC內(nèi)部電路提供能源。,4）電源模塊,編程器用于對(duì)用戶程序的編制、編輯、調(diào)試檢查，還可以通過其鍵盤去調(diào)用和

6、顯示PLC內(nèi)部的一些狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。,5）編程器,外設(shè)I/O接口的作用就是將外設(shè)與CPU連接，某些PLC還可以通過通信接口與其他PLC或上位計(jì)算機(jī)連接，以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。,6）外設(shè)I/O接口,當(dāng)用戶的輸入輸出設(shè)備所需的I/O點(diǎn)數(shù)超過了主機(jī)（基本單元）的I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，可用I/O擴(kuò)展單元來(lái)加以擴(kuò)展。,7）I/O擴(kuò)展接口,3.2.2 可編程序控制器的工作原理,PLC采用周期性循環(huán)掃描的工作方式。整個(gè)過程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周

7、期。,1. PLC的工作方式,2. PLC的工作過程,3.2.3 可編程序控制器系統(tǒng)與微機(jī)系統(tǒng)及繼電器控制系統(tǒng)的比較,1.PLC與微機(jī)的比較,PLC的抗干擾能力比微機(jī)高,PLC使用方便，編程簡(jiǎn)單,PLC控制系統(tǒng)硬件配置簡(jiǎn)單，開發(fā)周期短,PLC目前的價(jià)格還比較高，采用微機(jī)控制時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要構(gòu)成所謂最小系統(tǒng)，具有良好的經(jīng)濟(jì)性,PLC的輸入/輸出響應(yīng)速度較慢，有較大的滯后現(xiàn)象（一般為ms級(jí)），而微機(jī)的響應(yīng)速度快（一般為?s級(jí)）,2.

8、PLC與繼電器控制的比較,器件組成不同,工作方式不同,實(shí)施控制的方法不同,觸點(diǎn)數(shù)量不同,3.3 可編程序控制器的指令系統(tǒng),3.3.1 可編程序控制器的編程語(yǔ)言概述,對(duì)PLC編程時(shí)也不需要使用計(jì)算機(jī)的編程語(yǔ)言，而直接采取面向生產(chǎn)第一線的電氣技術(shù)人員及操作維修人員、面向生產(chǎn)控制過程、面向控制對(duì)象的“自然語(yǔ)言”編寫控制程序。PLC常用編程語(yǔ)言有梯形圖、指令表（語(yǔ)句表）、功能圖等。,1.梯形圖,梯形圖按自上而下，從左到右的順序排列，兩側(cè)的

9、垂直公共線稱為母線。每一個(gè)邏輯行（就像一層階梯，梯形圖由此而命名）起于左邊母線，然后是各觸點(diǎn)的串、并聯(lián)連接，靠近右邊母線的只能是內(nèi)部繼電器的線圈。,梯形圖中雖采用了“繼電器”這一名稱，但它們不是實(shí)際的物理繼電器，而是PLC內(nèi)部的編程元件，因此稱之為“軟繼電器”。每一個(gè)編程元件與PLC的元件映象寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)，若相應(yīng)存儲(chǔ)單元為“1”，表示繼電器線圈“通電”，則其常開觸點(diǎn)閉合（ON），常閉觸點(diǎn)斷開（OFF），反之亦然。,在梯形圖

10、中有一個(gè)假想的電流，即所謂“能流”從左流向右。例如，當(dāng)圖3-8中觸點(diǎn)X00、X01、X02均閉合，就有一假想的能流從左向右流向線圈Y30，則說該線圈被通電接通，或者說被激勵(lì)。應(yīng)當(dāng)注意，在母線兩端是沒有任何電源的，梯形圖中也沒有真正的物理電流流動(dòng)。這個(gè)概念上的能流，只是用來(lái)幫助更好地理解和分析梯形圖。,由于存儲(chǔ)單元的狀態(tài)可以無(wú)數(shù)次被讀出，因此PLC中各編程元件的觸點(diǎn)可無(wú)限次被使用，也可理解為有無(wú)限多對(duì)觸點(diǎn)。,2.指令表,3.3.2 可編

11、程序控制器的元器件種類及編號(hào),1.型號(hào),2. FX2系列PLC的性能,FX2系列一般技術(shù)指標(biāo),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,FX2的性能指標(biāo),,,,,,,,,,,FX2系列輸出技術(shù)指標(biāo),3. FX2系列PLC內(nèi)部繼電器的種類、編號(hào)及功能,FX2系列PLC內(nèi)部繼電器的種類及編號(hào),1）輸入繼電器,輸入繼電器是PLC專門用于接收外部元件發(fā)來(lái)的控制信號(hào)，與輸入端子相連。,2）輸出繼電器,輸出繼電器是

12、PLC專門用于將輸出信號(hào)傳給外部負(fù)載，具有一定的負(fù)載能力，不能直接由外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)，而只能在程序內(nèi)部用指令驅(qū)動(dòng)。,3）輔助繼電器,輔助繼電器與輸出繼電器一樣，只能由程序驅(qū)動(dòng)，但不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，專供PLC內(nèi)部編程時(shí)用，有無(wú)限多對(duì)常開和常閉觸點(diǎn)供編程使用，其作用相當(dāng)于繼電器控制電路中的中間繼電器。,4）移位寄存器,移位寄存器是由相鄰的幾個(gè)輔助繼電器組成，第一個(gè)輔助繼電器的編號(hào)就是該移位寄存器的編號(hào)。,5）特殊輔助繼電器,特殊輔助繼電器和

13、通用輔助繼電器一樣，均為內(nèi)部使用繼電器，但特殊輔助繼電器只向用戶提供使用觸點(diǎn)，而不允許用戶用各種方式驅(qū)動(dòng)工作線圈。,6）定時(shí)器,定時(shí)器相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的延時(shí)繼電器，可提供不同延時(shí)的觸點(diǎn)，供用戶在編程時(shí)選用或設(shè)定。,計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)次數(shù)的設(shè)置是用戶根據(jù)設(shè)計(jì)要求而自行選定或設(shè)定的。,狀態(tài)寄存器是在編制步進(jìn)順序控制程序時(shí)使用的基本單元，常與步進(jìn)梯形指令STL配合使用。,7）計(jì)數(shù)器,8）狀態(tài)寄存器,3.3.3 可編程序控制器的基本邏輯指令及編

14、程方法,1.基本邏輯指令,(1)邏輯取指令及線圈驅(qū)動(dòng)指令LD、LDI和OUT,LD（Load)：取指令，用于常開觸點(diǎn)與母線連接,LDI(Load Inverse)：取反指令，用于常閉觸點(diǎn)與母線連接,OUT：線圈驅(qū)動(dòng)指令，用于將邏輯運(yùn)算的結(jié)果去驅(qū)動(dòng)一個(gè)指定的線圈。,LD、LDI、OUT指令的使用說明,(2)單個(gè)觸點(diǎn)串聯(lián)指令A(yù)ND和ANI,AND：與指令，用于單個(gè)常開觸點(diǎn)的串聯(lián)，即完成邏輯“與”運(yùn)算,ANI(And Inverse)：與

15、反指令，用于單個(gè)常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)。,AND、ANI指令的使用說明,（3）單個(gè)觸點(diǎn)并聯(lián)指令OR和ORI,OR：或指令，用于單個(gè)常開觸點(diǎn)的并聯(lián)，完成邏輯“或”運(yùn)算,ORI(Or Inverse)：或反指令，用于單個(gè)常閉觸點(diǎn)的并聯(lián),OR、ORI指令的使用說明,（4）電路塊的并聯(lián)指令ORB(Or Block),ORB指令的使用說明,ORB：塊或指令。用于電路塊的并聯(lián)連接,(5)電路塊的串聯(lián)指令A(yù)NB(And Block),ANB：塊與指令。用于

16、電路塊的串聯(lián)連接,ANB指令的使用說明,(6)置位與復(fù)位指令S/R(Set/Reset),S/R（Set/Reset）：置位/復(fù)位指令，用于對(duì)輸出繼電器、輔助繼電器（M010～M490）和狀態(tài)寄存器的強(qiáng)迫置位與復(fù)位操作。,S/R指令的用法,SET、RST指令的使用說明（a）梯形圖 （b）語(yǔ)句表 （c）波形,(7)脈沖輸出指令PLS,PLS (Pulse) 脈沖輸出指令，也叫微分輸出指令，專用于輔助繼電器的短時(shí)間脈沖輸出。,PLS指令

17、的用法,（8）復(fù)位指令RST(Reset),RST（Reset）：復(fù)位指令，用于計(jì)數(shù)器和移位寄存器的復(fù)位。,RST指令的用法,（9）移位指令SFT,SFT（Shift）：用于移位寄存器的移位。,SFT指令的用法,（10）跳轉(zhuǎn)指令CJP/EJP,CJP（Conditional Jump）：條件跳轉(zhuǎn)指令，用于跳轉(zhuǎn)開始。,EJP（End Of Jump）：跳轉(zhuǎn)結(jié)束指令，用于指示跳轉(zhuǎn)結(jié)束。,CJP/EJP指令的執(zhí)行過程,CJP/EJP指令的用法

18、,（11）主控及主控復(fù)位指令MC/MCR,MC：主控指令，用于公共串聯(lián)觸點(diǎn)的連接,MCR：主控復(fù)位指令，即作為MC的復(fù)位指令,MC/MCR指令的用法,(12)空操作指令NOP,NOP：空操作指令 ,用于程序的修改,NOP指令的用法,（13）程序結(jié)束指令END,END：程序結(jié)束指令，用于表示程序的結(jié)束，它也是無(wú)元件編號(hào)的獨(dú)立指令。,2.編程舉例,（1）長(zhǎng)延時(shí)電路,（2）分頻電路,（3）電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)/停止控制電路,3.3.4 可編程序控制

19、器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖及編程方法,1.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖與步進(jìn)梯形圖,a）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 b）步進(jìn)梯形圖 c)語(yǔ)句表,2.步進(jìn)及步進(jìn)返回指令STL/RET,STL（Step Ladder）：步進(jìn)梯形指令，用于步進(jìn)觸點(diǎn)的驅(qū)動(dòng),RET（Return）：步進(jìn)返回指令,STL/RET指令的用法,3.編程舉例,狀態(tài)表,a）功能表圖 b）步進(jìn)梯形圖,指令表程序,3.4 可編程序控制器應(yīng)用實(shí)例,3.4.1 可編程序控制器應(yīng)用的基本

20、原則,應(yīng)用PLC作為電氣控制系統(tǒng)的核心部件，相對(duì)于傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)而言，在實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量等方面，具有前所未有的優(yōu)越性。,滿足控制對(duì)象的工藝要求，保證能按照工藝流程準(zhǔn)確而且可靠地工作。,系統(tǒng)構(gòu)成應(yīng)力求簡(jiǎn)單、實(shí)用，便于操作、調(diào)整和檢修。,設(shè)計(jì)合理、經(jīng)濟(jì)，能發(fā)揮PLC控制的優(yōu)點(diǎn)。,保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。,為適應(yīng)未來(lái)生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有余量。

21、,3.4.2 可編程序控制器應(yīng)用的基本內(nèi)容,1.確定控制對(duì)象和控制范圍,應(yīng)用可編程控制器，首先要詳細(xì)分析被控對(duì)象、控制過程與要求，在熟悉了解工藝流程后列出控制系統(tǒng)的所有功能和指標(biāo)要求，與繼電器控制系統(tǒng)和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較后加以選擇，控制對(duì)象確定后，可編程控制器的控制范圍還要進(jìn)一步明確。,2.可編程序控制器的選擇,（1）機(jī)型的選擇,1）結(jié)構(gòu)合理,2）功能合理,3）機(jī)型統(tǒng)一,4）是否在線編程,（2）I/O的選擇,1）可編程控制器控制系

22、統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)估算,控制電磁閥等所需的Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù),控制交流電動(dòng)機(jī)所需的Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù),控制直流電動(dòng)機(jī)所需的Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù),2）I/O模塊的選擇,（3）內(nèi)存估計(jì),1）內(nèi)存利用率,2）開關(guān)量I/O總點(diǎn)數(shù),3）模擬量I/O總點(diǎn)數(shù),4）程序編寫質(zhì)量,總存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)＝(開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)＋開關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù))×10＋模擬量點(diǎn)數(shù)×150,（4）響應(yīng)時(shí)間：系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是指輸入信號(hào)產(chǎn)生時(shí)刻與由此使輸出信號(hào)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)刻的時(shí)間間隔。,系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間＝輸入

23、濾波時(shí)間＋輸出濾波時(shí)間＋掃描時(shí)間,3.硬件與程序設(shè)計(jì),在確定了控制對(duì)象的任務(wù)和選擇好可編程控制器的機(jī)型后，就可進(jìn)行控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)，畫出流程圖，進(jìn)一步說明各信息流之間的關(guān)系，然后具體安排輸入、輸出的配置，并對(duì)輸入、輸出進(jìn)行地址分配。,4.總裝統(tǒng)調(diào),總裝統(tǒng)調(diào)是可編程控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)最后一個(gè)設(shè)計(jì)步驟。用戶程序在總裝統(tǒng)調(diào)前需進(jìn)行模擬調(diào)試。用裝在可編程控制器上的模擬開關(guān)模擬輸入信號(hào)的狀態(tài)，用輸出點(diǎn)的指示燈模擬被控對(duì)象，檢查程序無(wú)誤后便把可編

24、程控制器接到系統(tǒng)里去進(jìn)行總裝統(tǒng)調(diào)。,3.4.3 可編程序控制器應(yīng)用的一般步驟,1.設(shè)計(jì)流程,2.可編程控制器程序設(shè)計(jì)步驟,1）對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，也可省去這一步。,2）設(shè)計(jì)梯形圖,3）根據(jù)梯形圖編制程序清單,4）用編程器將程序鍵入到PLC的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查鍵入的程序是否正確,5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止,6）待控制臺(tái)(柜)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就

25、可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。如不滿足要求，再回去修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。,7）編制技術(shù)文件,8）交付使用,3.4.4 電梯控制,1.電梯控制系統(tǒng)的主要指標(biāo),1）電梯運(yùn)行到位后具有手動(dòng)及自動(dòng)開關(guān)門的功能,2）利用指示燈顯示廂外召喚信號(hào)、廂內(nèi)指令信號(hào)和電梯到達(dá)信號(hào),3）能自動(dòng)判別電梯運(yùn)行方向，并發(fā)出響應(yīng)的指示信號(hào),2. PLC選型及信號(hào)編排,輸入信號(hào)及地址編號(hào),輸出信號(hào)及地址編號(hào),3.系統(tǒng)轎廂內(nèi)、外控制按鈕的動(dòng)作要求,本系統(tǒng)采用轎廂外

26、召喚、轎廂內(nèi)按鈕控制方式的自動(dòng)控制形式。電梯由安裝在轎廂內(nèi)的指令按鈕進(jìn)行操作，其操作內(nèi)容為響應(yīng)，轎廂內(nèi)指令依層次指令運(yùn)行啟動(dòng)電梯，使電梯到達(dá)目標(biāo)層。轎廂外指令即作呼叫作用。本系統(tǒng)采用轎廂外召喚、轎廂內(nèi)按鈕控制方式的自動(dòng)控制形式。電梯由安裝在轎廂內(nèi)的指令按鈕進(jìn)行操作，其操作內(nèi)容為響應(yīng)，轎廂內(nèi)指令依層次指令運(yùn)行啟動(dòng)電梯，使電梯到達(dá)目標(biāo)層。轎廂外指令即作呼叫作用。,4.梯形圖程序設(shè)計(jì),（1）開門、關(guān)門,（2）電梯到層指示,（3）層呼叫指示,（

27、4）電梯起動(dòng)和運(yùn)行,3.4.5 多工步機(jī)床控制,1.機(jī)床概況,2.控制流程,3.PLC的選型,電控系統(tǒng)選用FX2-64MR主機(jī)和一個(gè)16點(diǎn)的輸入擴(kuò)展模塊(FX-16EX)，這樣共有48個(gè)輸入點(diǎn)(32+16)，輸出點(diǎn)就是主機(jī)的32點(diǎn)。完全可以滿足42個(gè)輸入、27個(gè)輸出的要求，且有一定余量。,4.I/O信號(hào)地址編號(hào),輸入信號(hào)地址編號(hào),4.I/O信號(hào)地址編號(hào),輸出信號(hào)地址編號(hào),5. PLC梯形圖程序,組合機(jī)床初始化梯形圖程序,5. PLC梯