第五章控制儀表及裝置

1、第五章第五章 可編程控制器可編程控制器可編程控制器可編程控制器 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) FX系列可編程控制器系列可編程控制器 第三節(jié)第三節(jié) S7系列可編程控制器系列可編程控制器概概 述述 可編程控制器可編程控制器(Programmable Logic Controller) 是在是在工業(yè)自動化系統(tǒng)中廣泛使用的通用數(shù)字式工業(yè)自動化系統(tǒng)中廣泛使用的通用數(shù)字式 控制裝置，控制裝置，簡稱簡稱PLC。 按照按照 IEC的定義，該裝置專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)的定義，該裝置專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng) 用而設(shè)計，它將邏輯運算、順序控制、算術(shù)運用而設(shè)計，它將邏輯運算、順序控制、算術(shù)運 算算、定時定時、計數(shù)等功能

2、存儲在可編程存儲器中，計數(shù)等功能存儲在可編程存儲器中， 通過數(shù)字量或模擬量的輸入和輸出，控制各種通過數(shù)字量或模擬量的輸入和輸出，控制各種 設(shè)備和生產(chǎn)過程。設(shè)備和生產(chǎn)過程。 PLC的特點的特點 可靠性高、抗干擾能力強可靠性高、抗干擾能力強 能適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán) 境，無故障時間達到數(shù)十萬小時。 功能完善，性價比高功能完善，性價比高 能實現(xiàn)開關(guān)量、模擬量 控制，完成復(fù)雜控制任務(wù)。 通用性強，組合靈活通用性強，組合靈活 產(chǎn)品系列化、模塊化、 標(biāo)準(zhǔn)化, 有多種系列化產(chǎn)品和模塊供用戶選擇。 編程簡單、直觀編程簡單、直觀 有多種編程語言，形象直觀, 容易掌握，使用者不需要專門的計算機知識。 體積小、維護方便體積

3、小、維護方便 易于安裝， 具有自診斷、 故障報警功能，便于操作者檢查維修。PLC的工作過程的工作過程輸入端子控制部件輸入設(shè)備輸出設(shè)備.輸入寄存器輸出寄存器輸出端子.輸入采樣輸入采樣 PLC 以掃描方式順序讀入輸入端的通斷狀態(tài)，并存入輸入寄存器。程序執(zhí)行程序執(zhí)行 讀出寄存器的通斷狀態(tài)， 進行邏輯、算術(shù)運算，將結(jié)果存入輸出寄存器。輸出刷新輸出刷新 將輸出寄存器的通斷狀態(tài)(即控制信號) 輸至輸出設(shè)備。編程語言編程語言指令表指令表 與匯編語言類似的助記符, 一條指令執(zhí)行一項命令。PLCPLC的編程語言的編程語言由由IECIEC 61131-361131-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定： 梯形圖梯形圖 是布爾變量

4、 (觸點與線圈) 的連接圖，類似于繼電器控制邏輯圖。功能塊圖功能塊圖 是算術(shù)運算、布爾變量等功能元素和功能塊的連接圖。順序功能圖順序功能圖 將控制任務(wù)分割為可按順序執(zhí)行的連接圖。結(jié)構(gòu)化文本結(jié)構(gòu)化文本 是類似于 PASCAL 的高級語言，可完成復(fù)雜的計算和控制任務(wù)。FX系列可編程控制器系列可編程控制器 FX型型可編程控制器包括可編程控制器包括FX1S、FX1N、FX1NC、 FX2N、FX2NC等多種系列產(chǎn)品，其基本功能類等多種系列產(chǎn)品，其基本功能類 似。似。本節(jié)介紹廣泛使用的本節(jié)介紹廣泛使用的FX2N。 功能指標(biāo)：功能指標(biāo)：I/O點數(shù)為點數(shù)為10256，基本指令基本指令27條條， 步進指令兩條

5、步進指令兩條，功能指令功能指令85128種，執(zhí)行時間種，執(zhí)行時間 0.080.7s/基本指令基本指令，程序容量程序容量200016000步步， 中斷源中斷源615。FX2N系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成FX2N包括基本單元、擴展單元、擴展模塊、包括基本單元、擴展單元、擴展模塊、特殊功能模塊及編程設(shè)備。特殊功能模塊及編程設(shè)備。FX2N開關(guān)量輸入輸出電路開關(guān)量輸入輸出電路輸入電路以直流輸入為主，輸入電路以直流輸入為主，其輸入器件可為其輸入器件可為無源觸點或傳感器的集電極開路晶體管。無源觸點或傳感器的集電極開路晶體管。輸出電路有三種形式：輸出電路有三種形式：繼電器輸出型、晶體繼電器輸出型、晶體管輸出型和雙向晶閘管

6、輸出型。管輸出型和雙向晶閘管輸出型。編程元件編程元件PLCPLC的編程元件包括觸點、繼電器、定時器、的編程元件包括觸點、繼電器、定時器、計數(shù)器等計數(shù)器等： 輸入觸點、繼電器輸入觸點、繼電器(X0X177) 用來接收外部開關(guān)信號。輸出觸點、繼電器輸出觸點、繼電器(Y0Y177) 用來傳送信號到外部負載。COM X0COM Y0線圈負載端子端子輸入信號外部電源輔助觸點、繼電器輔助觸點、繼電器(M0M499等) 相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)的中間繼電器,但這些觸點不能直接驅(qū)動外部負載。常數(shù)常數(shù)(K/H) 十進制常數(shù)用K表示，十六進制常數(shù)用H表示。定時器定時器(T0T255) 定時時間由時間脈沖累積計時確定，

7、時鐘脈沖有1ms、10ms、100ms，當(dāng)所計時間達到設(shè)定值時，其輸出觸點動作。定時時間常數(shù)一般由常數(shù)K設(shè)定。計數(shù)器計數(shù)器(C0C255) 分為加計數(shù)器、減計數(shù)器等，計數(shù)脈沖從端子輸入,當(dāng)所計數(shù)等于設(shè)定值時, 其輸出觸點動作。計數(shù)常數(shù)也由常數(shù)K設(shè)定。PLC指令和編程方法指令和編程方法FXFX系列系列PLCPLC的指令包括基本指令、步進指令和的指令包括基本指令、步進指令和功能指令，以下例舉常用的基本指令（用梯功能指令，以下例舉常用的基本指令（用梯形圖和指令表描述）形圖和指令表描述）： 邏輯取及線圈驅(qū)動邏輯取及線圈驅(qū)動 分別為邏輯取分別為邏輯取LD、邏輯取邏輯取反反LDI和輸出和輸出OUT 。0

8、LD X0 1 OUT Y0 2 LDI X1 3 OUT M1 4 OUT Y1X0X1Y0M1Y1觸點串聯(lián)觸點串聯(lián) 分別為邏輯與AND和邏輯與非和邏輯與非ANI。0 LD X0 1 AND X2 2 OUT Y3 3 ANI X3 4 OUT M1 5 OUT T0 K19 6 LD T0 7 OUT Y1X0X3Y3M1T0X2Y3K19Y1T0觸點并聯(lián)觸點并聯(lián) 分別為邏輯或分別為邏輯或OR和邏輯或非ORI。0 LD X4 1 OR X6 2 ORI M2 3 OUT Y5 4 LDI Y5 5 AND X7 6 OR M3 7 ANI X10 8 OR M10 9 OUT M3X4Y5

9、X7X6M2M3Y5M3M10X10串聯(lián)電路塊的并聯(lián)串聯(lián)電路塊的并聯(lián) （ORB）0 LD X0 1 AND X1 2 LD X2 3 AND X3 4 ORB 5 LDI X4 6 AND X5 7 ORB 8 OUT Y3X0X3Y3X1X2 串聯(lián)電路塊X5X4并聯(lián)電路塊的串聯(lián)并聯(lián)電路塊的串聯(lián) （ANB）0 LD X0 1 OR X1 2 LD X2 3 AND X3 4 LDI X4 5 AND X5 6 ORB 7 OR X6 8 ANB 9 OR X3 10 OUT Y3X2Y3X3X1 并聯(lián)電路塊X6X3X0X4X5自保持與解除自保持與解除 （SET/RST）0 LD X0 1 SE

10、T Y0 2 LD X1 3 RST Y0 4 LD X2 5 SET M0 6 LD X3 7 RST M0 8 LD X4 9 SET S0 10 LD X5 11 RST S0X0SETX1X2X3Y0RSTY0SETM0RSTM0X4X5SETS0RSTS0X0X1Y0脈沖輸出脈沖輸出 （PLS/PLF）0 LD X0 1 PLS M0 3 LD M0 4 SET Y0 5 LD X1 6 PLF M1 8 LD M1 9 RST Y0X0PLSM0X1M1M0SETY0PLFM1RSTY0X0X1Y0M0M1空操作空操作 （NOP） 該指令使此程序步作空操作。該指令使此程序步作空操作

11、。程序結(jié)束程序結(jié)束 （END）該指令表示程序結(jié)束。該指令表示程序結(jié)束。編程注意的問題編程注意的問題 合適的編程順序合適的編程順序 在設(shè)計并聯(lián)電路時，串聯(lián)觸 點多的電路應(yīng)盡量放在上部； 在設(shè)計串聯(lián)電路 時, 并聯(lián)觸點多的電路應(yīng)盡量放在左邊。X0X2Y0X14.ORB1.LD2.LD 3.AND5.OUTX0X2Y0X1不需要ORB指令3.OR1.LD 2.AND4.OUT 重新排列不能編程的電路重新排列不能編程的電路 有些電路較復(fù)雜，如橋路, 不能直接編程，必須重新排列，然后再進行編程。12Y03Y04553251413常用電路編程舉例常用電路編程舉例瞬時接通延時斷開電路瞬時接通延時斷開電路0

12、LD X0 1 OR Y0 2 ANI T0 3 OUT Y0 4 LD Y0 5 ANI X0 6 OUT T0 7 K30 X0Y0T0T0Y0K30Y0X0X0Y03s延時接通延時斷開電路延時接通延時斷開電路0 LD X0 1 OUT T0 2 K30 3 LD Y1 4 ANI X0 5 OUT T1 6 K60 7 LD T0 8 OR Y1 9 ANI T1 10 OUT Y1 X0T0Y1X0Y1K60T0T1X0Y13sT1K30Y16s多諧振蕩電路多諧振蕩電路0 LD X1 1 ANI T22 OUT T1 3 K30 4 LD T1 5 OUT T2 6 K10 7 OUT

13、 Y2 X1T1Y2K10T1T2X1Y23sT2K301s定時器的擴展定時器的擴展0 LD X0 1 ANI T0 2 OUT T0 3 K30 4 LD T0 5 OUT C0 6 K1000 7 LD C0 8 OUT Y4 X0T0C0T0K1000T0X0Y45000sK50C0Y4T0觸點5s步進指令概述步進指令概述FX2N有兩條步進指令有兩條步進指令STL和和RET，可編制類似，可編制類似于于SFC語言的程序。語言的程序。STL用于步進開始，用于步進開始，RET為步進結(jié)束。為步進結(jié)束。 以下為以下為狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、梯形圖和指令表。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、梯形圖和指令表。 狀態(tài)狀態(tài)S22有效有效時

14、輸出時輸出Y2接通接通, 當(dāng)當(dāng)X2接通接通, 狀態(tài)由狀態(tài)由S22轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到S23，Y2斷開。斷開。S22S22X2Y2S22Y2RSTS0X2S23STL S22 OUT Y2 LD X2 SET S23 STL S23STLLD功能指令概述功能指令概述FX2N有豐富的功能指令，例如：有豐富的功能指令，例如：程序流控制：程序流控制：實現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移、調(diào)用、中斷、循環(huán)實現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移、調(diào)用、中斷、循環(huán)等功能。等功能。傳送和比較：傳送和比較：包括比較包括比較、傳送傳送、交換交換、變換等指令。變換等指令。運算：運算：實現(xiàn)四則運算和邏輯運算的功能。實現(xiàn)四則運算和邏輯運算的功能。數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理：包括區(qū)間復(fù)位、

15、平均值等指令。包括區(qū)間復(fù)位、平均值等指令。高速處理：高速處理：有刷新、脈寬調(diào)制、脈沖輸出等指令。有刷新、脈寬調(diào)制、脈沖輸出等指令。外部外部I/O處理處理：有有10鍵輸入鍵輸入、16鍵輸入鍵輸入、七段譯碼七段譯碼、讀特殊功能模塊等指令。讀特殊功能模塊等指令。外部設(shè)備處理：外部設(shè)備處理：有串行通信、有串行通信、PID控制等指令?？刂频戎噶?。S7系列可編程控制器系列可編程控制器 SIMATIC S7系列系列PLC包括包括S7-200、300、400等等 品種，品種，本節(jié)介紹本節(jié)介紹S7-300。 功能指標(biāo)：數(shù)字量功能指標(biāo)：數(shù)字量I/O通道數(shù)為通道數(shù)為256 65536, 模模 擬量擬量I/O通道數(shù)為

16、通道數(shù)為64 4096, 工作存儲器容量為工作存儲器容量為 16 512kB，共有，共有350多條指令，位操作指令執(zhí)多條指令，位操作指令執(zhí) 行時間為行時間為0.05 0.2s 。S7-300系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成S7-300 包括包括 CPU模塊、接口模塊（模塊、接口模塊（IM）、信信號模塊（號模塊（SM）、功能模塊（功能模塊（FM）、通信處理通信處理器（器（CP）及電源模塊（）及電源模塊（PS）等。）等。模塊安裝在專用的機架即導(dǎo)軌（模塊安裝在專用的機架即導(dǎo)軌（RACK）上，）上，模塊上集成了背板總線模塊上集成了背板總線，通過背板總線和總通過背板總線和總線連接器將各模塊相連接。線連接器將各模塊相連接

17、。電源PSCPUIMSMSMCP編程語言編程語言S7-300使用使用STEP 7編程語言編程語言, 有指令表有指令表（STL）梯形圖梯形圖（LAD）、功能塊圖、功能塊圖（FBD）、）、結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)化控制語言控制語言（SCL）、）、順序控制順序控制（GRAPH）、狀狀態(tài)圖態(tài)圖（HiGRAPH）及連續(xù)功能圖及連續(xù)功能圖（CFC）等。等。通常使用指令表、梯形圖、功能塊圖語言通常使用指令表、梯形圖、功能塊圖語言，以以下例舉常用的位邏輯下例舉常用的位邏輯、定時器和計數(shù)器的指令，定時器和計數(shù)器的指令，及相應(yīng)的梯形圖和功能塊圖的表示法。及相應(yīng)的梯形圖和功能塊圖的表示法。位邏輯位邏輯“與與”和和“與非與非” （

18、A、AN）A I0.0 A I1.0 AN M1.0 = Q3.0I0.0I0.1M0.1Q0.1&=I0.0I0.1M0.1Q3.0“或或”和和“或非或非” （O、ON）O I0.0 ON I0.1 O Q0.1 = Q3.0I0.0I0.1Q0.1=1=I0.0I0.1Q1.0Q3.0Q1.0梯形圖功能塊圖指令表“異或異或”和和“異或非（同或）異或非（同或）” （X、XN）I1.0I1.0Q4.0I1.1I1.1X I1.0X I1.1 = Q3.0I1.0I1.0Q4.0I1.1I1.1X I1.0XN I1.1 = Q3.0異或邏輯同或邏輯電路塊的串聯(lián)和并聯(lián)電路塊的串聯(lián)和并聯(lián)I1.0I

19、1.2Q4.0I1.1I1.3A(O I1.0O I1.1 )A(O I1.2O I1.3 )AN M1.0= Q4.0先并后串M1.0I1.0I1.2Q4.0I1.1I1.3A I1.0A I1.1 O A I1.2A I1.3ON M1.0= Q4.0M1.0先串后并置位和復(fù)位置位和復(fù)位A I1.0 S Q4.0 A I1.1 R Q4.0I1.0I1.1Q4.0Q4.0RSI1.0I1.1Q4.0RS觸發(fā)器觸發(fā)器I1.0I1.1Q4.0RSSRQM1.0I1.0I1.1Q4.0RSSRQM1.0=A I1.0R M1.0 A I1.1S M1.0A M1.0= Q4.0梯形圖功能塊圖指令

20、表定時器定時器有脈沖定時器有脈沖定時器、擴展定時器擴展定時器、接通延時定時器、接通延時定時器、斷電延時定時器等多種形式。斷電延時定時器等多種形式。定時器的定時時間由時基（時間基準(zhǔn)）和定時定時器的定時時間由時基（時間基準(zhǔn)）和定時值組成。值組成。預(yù)裝定時時間的兩種方式：預(yù)裝定時時間的兩種方式：L W#16#wxyz W#16#表示16進制字,w為時基,xyz為時間值。L S5T#aH_bM_cS_dMS S5T表示SIMATIC時間, H、M、S、MS分別 為小時、分、秒和毫秒。a,b,c,d 為設(shè)置值。脈沖定時器（脈沖定時器（SP）A I1.1 L S5T#2M2S SP T1 A I1.2 R

21、 T1A T1= Q4.0I1.1I1.2T1T1RSPS5T#2M2ST1Q4.0I1.1I1.2Q4.0RSQT1=S5T#2M2STVB1BCDS_PULSEt脈沖定時器時序I1.1I1.2Q4.0T1接通延時定時器（接通延時定時器（SD）A I1.1 L S5T#2M2S SD T1 A I1.2 R T1A T1= Q4.0I1.1I1.2T1T1RSPS5T#2M2ST1Q4.0I1.1I1.2Q4.0RSQT1=S5T#2M2STVB1BCDS_ODTt接通延時定時器時序I1.1I1.2Q4.0T1計數(shù)器計數(shù)器有加計數(shù)器、減計數(shù)器和可逆計數(shù)器。計數(shù)范有加計數(shù)器、減計數(shù)器和可逆計數(shù)器。計數(shù)范圍為圍為0999，計數(shù)值達到上限計數(shù)值達到上限999時時，累加停止，累加停止，計數(shù)值達到下限計數(shù)值達到下限0時，不再減小。時，不再減小。使用復(fù)位指令使用復(fù)位指令R可復(fù)位計數(shù)器可復(fù)位計數(shù)器，其計數(shù)值被清其計數(shù)值被清0。計數(shù)器輸出狀態(tài)也為計數(shù)器輸出狀態(tài)也為0。加計數(shù)器加計數(shù)器A I1.0 CU C5 A I1.1 L C#100 S