plc教案資料講義

可編程序控制器的基本程序設(shè)計教學(xué)重點：梯形圖經(jīng)驗設(shè)計法分析繼電器電路移植法設(shè)計梯形圖教學(xué)難點：經(jīng)驗設(shè)計法和移植法教學(xué)過程：一．PLC的工作原理對PLC來說，用戶程序是通過編程器鍵入，并存儲于用戶存儲器。順序執(zhí)行用戶程序是PLC的基本工作方式，每一時刻只能執(zhí)行一個指令，由于PLC有足夠快的執(zhí)行速度，以使外部結(jié)果從客觀上看似乎是同時執(zhí)行的。PLC工作過程周期需要三個階段：輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。對用戶程序的循環(huán)執(zhí)行過程稱為掃描。這種工作方式稱為掃描工作方式。圖5圖5-13PLC程序執(zhí)行過程PLC程序執(zhí)行過程如圖5-13所示。輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段以掃描方式順序讀入所有輸入端子的狀態(tài)通/斷（ON/OFF），并將此狀態(tài)存入輸入鏡象寄存器。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間，即使外部輸入信號的狀態(tài)變化，輸入鏡象寄存器的狀態(tài)也不會改變，這些變化只能在下一個工作周期的輸入采樣階段才被讀入。程序執(zhí)行階段PLC在程序執(zhí)行階段順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描。先從輸入鏡象寄存器中讀入所有輸入端子的狀態(tài)。若程序中規(guī)定要讀入某輸出狀態(tài)，則也在此時，從元件鏡象寄存器讀入，然后進(jìn)行邏輯運算，由輸出指令將運算結(jié)果存入元件鏡象寄存器。這就是說，對于每個元件來說，元件鏡象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會隨著程序的執(zhí)行過程而變化。輸出刷新階段在所有指令執(zhí)行完畢后即執(zhí)行程序結(jié)束指令時，元件鏡象寄存器中所有輸出繼電器的通/斷（ON/OFF）狀態(tài)，在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，因而元件鏡象寄存器亦稱為輸出鏡象寄存器。輸出鎖存電路的狀態(tài)，由上一個刷新階段輸出鏡象寄存器的狀態(tài)來確定。輸出鎖存電路的狀態(tài)，決定了PLC輸出繼電器線圈的狀態(tài)，這才是PLC的實際輸出。PLC重復(fù)執(zhí)行上述三個階段構(gòu)成的工作周期亦稱為掃描周期。掃描周期因PLC機(jī)型而異，一般執(zhí)行1000條指令約20ms。PLC工作完一個工作周期后，在第二個工作周期輸入采樣階段進(jìn)行輸入刷新，因而輸入鏡象寄存器的數(shù)據(jù)，由上一個刷新時間PLC輸入端子的通/斷狀態(tài)決定。二．程序設(shè)計：程序設(shè)計是PLC應(yīng)用中最關(guān)鍵的問題。程序設(shè)計方法是指用什么方法設(shè)計PLC梯形圖。它們是梯形圖設(shè)計的狀態(tài)表法、PLC程序設(shè)計的功能圖法、PLC程序設(shè)計的流程圖法等。狀態(tài)表和功能圖是用于程序設(shè)計的兩種表示方法。狀態(tài)表法是從傳統(tǒng)繼電器邏輯設(shè)計方法繼承而來的，經(jīng)過適當(dāng)改進(jìn)，適合于可編程控制器梯形圖設(shè)計的一種方法。它的基本思想是，被控過程由若干個狀態(tài)組成，每個狀態(tài)都是由于接受了某個切換主令信號而建立，輔助繼電器用于區(qū)分狀態(tài)且構(gòu)成執(zhí)行元件的輸入變量，而輔助繼電器的狀態(tài)由切換主令信號來控制。正確寫出輔助繼電器與切換主令信號之間的邏輯方程及執(zhí)行元件與輔助繼電器之間的邏輯關(guān)系，也就基本完成了程序設(shè)計任務(wù)。但狀態(tài)表法僅適合于單一順序問題的程序設(shè)計，而對于具有并發(fā)順序和選擇順序的問題就顯得無能為力了。功能圖法是先將控制要求表達(dá)為功能圖，用功能圖來說明可編程控制器所要完成的控制功能，然后由功能圖寫出邏輯方程，再畫出梯形圖或?qū)懗鲋噶?。在工業(yè)控制中，往往要求按確定的順序按步操作，這時除了用基本邏輯指令編程外，還可采用移位寄存器來實現(xiàn)其控制，這樣將大大簡化程序設(shè)計。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC的數(shù)據(jù)處理功能愈來愈強的數(shù)據(jù)處理功能愈來愈強。而且，對邏輯問題，有時采用數(shù)據(jù)處理指令來解決，比單純用邏輯指令要簡單。但是，許多邏輯設(shè)計的方法很難直接用于設(shè)計與數(shù)據(jù)處理有關(guān)的PLC程序。流程圖是熟悉計算機(jī)高級語言的程序設(shè)計人員常用的一種解決與數(shù)據(jù)處理指令有關(guān)PLC程序設(shè)計的有效方法。狀態(tài)表法、功能圖法可以解決順序、隨機(jī)等類型問題的程序設(shè)計。但是，這些方法不適用于具有協(xié)調(diào)、競爭等性質(zhì)系統(tǒng)控制程序的設(shè)計.三．PLC程序設(shè)計的一般步驟1．梯形圖的繪制原則1）梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每個繼電器線圈為一個邏輯行，即一層階梯。每一個邏輯行起于左母線，然后是觸點的連接，最后終止于繼電器線圈或右母線。繪制梯形圖時應(yīng)注意的是：線圈與右母線之間沒有任何觸點，而線圈與左母線之間必須要有觸點。2）在梯形圖中某個編號繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而繼電器觸點（常開或常閉）可無限次引用。有些PLC，在含有跳轉(zhuǎn)指令或步進(jìn)指令的梯形圖中允許線圈重復(fù)輸出。3）在每一邏輯行中，串聯(lián)觸點多的支路應(yīng)放在上方。如果將串聯(lián)觸點多的支路放在下方，則語句增多，程序變長。如圖6-1所示。圖圖?6-1梯形圖之一圖6-2梯形圖之二圖6-2梯形圖之二圖?6-1梯形圖之一5）梯形圖中，不允許一個觸點上有雙向“電流”通過。如圖6-3a所示，觸點X002上有雙向“電流”通過，該梯形圖不能編程，這是不允許的。對于這樣的梯形圖，應(yīng)根據(jù)其邏輯功能作適當(dāng)?shù)牡刃ё儞Q，如圖6-3b所示。6）梯形圖中，當(dāng)多個邏輯行都具有相同條件時，為了節(jié)省語句數(shù)量，常將這些邏輯行合并。如圖6-4a所示，并聯(lián)觸點X000、X001是各個邏輯行所共有的相同條件。可圖6-3圖6-3梯形圖之三圖7-2梯形圖之二圖7-1梯形圖之一圖6-4圖6-4梯形圖之四圖7-3梯形圖之三圖7-2梯形圖之二圖7-1梯形圖之一圖6-5圖6-5復(fù)雜電路的處理方法圖7-4梯形圖之四圖7-3梯形圖之三圖7-2梯形圖之二圖7-1梯形圖之一合并成圖6-4b所示的梯形圖，可以利用主控指令或分支指令來編程。7）如果電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用ANB、ORB等指令難以處理時，可以重復(fù)使用一些觸點改成等效電路，再進(jìn)行編程，如圖6-5所示。8)設(shè)計梯形圖時，輸入繼電器的觸點狀態(tài)全部按相應(yīng)的輸入設(shè)備為常開進(jìn)行設(shè)計更為合適，不易出錯。2．PLC程序設(shè)計的一般步驟1）詳細(xì)了解生產(chǎn)工藝和設(shè)備對控制系統(tǒng)的要求。必要時畫出系統(tǒng)的工作循環(huán)圖或流程圖、功能圖及有關(guān)信號的時序圖。2）將所有輸入信號（按鈕、行程開關(guān)、速度及時間等傳感器），輸出信號（接觸器、電磁閥、信號燈等）及其它信號分別列表，并按PLC內(nèi)部軟繼電器的編號范圍，給每個信號分配一個確定的編號，即編制現(xiàn)場信號與PLC軟繼電器編號對照表。3）根據(jù)控制要求設(shè)計梯形圖。圖上的文字符號應(yīng)按現(xiàn)場信號與PLC軟繼電器編號對照表的規(guī)定標(biāo)注。4）編寫程序清單。梯形圖上的每個邏輯元件均可相應(yīng)地寫出一條命令語句，編寫程序應(yīng)按梯形圖的邏輯行和邏輯元件的編排順序由上至下、自左至右依次進(jìn)行。四．程序設(shè)計的常用方法1.將繼電器控制電路，改畫成梯形圖。對于成熟的繼電器控制系統(tǒng)，可用此法改畫成PLC梯形圖。圖6-6為三相感應(yīng)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路，現(xiàn)以此為例來說明此法。圖6-6圖6-6接觸器控制電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路1）分析控制要求正轉(zhuǎn)：按下SB2，KM1通電吸合，M正轉(zhuǎn)；反轉(zhuǎn)：按下SB3，KM2通電吸合，M反轉(zhuǎn)；停止：按下SB1，KM1（KM2）斷電釋放，M停。2）編制現(xiàn)場信號與PLC軟繼電器對照表，見表6-1。3）畫梯形圖。按梯形圖的要求把原控制電路適當(dāng)改動，并根據(jù)表6-1標(biāo)出各觸點，線圈的文字符號，見圖6-7。改用PLC軟繼電器后，觸點的使用次數(shù)不受限制，故作為停止按鈕和熱繼電器的輸入繼電器觸點各用了兩次。由于梯形圖中得觸點代表軟繼電器的狀態(tài)，其中X000的常閉觸點只有在輸入繼電器X000未得電的條件下才保持閉合，所以當(dāng)電動機(jī)運行時，停止按鈕應(yīng)該斷開輸入繼電器X000，即停止按鈕SB1應(yīng)當(dāng)接常開觸點，其接線圖如圖6-8所示。4）列寫程序清單。根據(jù)梯形圖自上而下，從左到右按它們的邏輯關(guān)系，列寫程序清單如表6-2所示。表6-1現(xiàn)場信號與PLC地址對照表類別名稱現(xiàn)場信號PLC地址輸入信號停止按鈕SB1X000正轉(zhuǎn)按鈕SB2X001反轉(zhuǎn)按鈕SB3X002熱繼電器KRX003輸出信號正轉(zhuǎn)接觸器KM1Y000反轉(zhuǎn)接觸器KM2Y0012.經(jīng)驗設(shè)計法。a）PLC的外部硬件接線圖b）梯形圖a）PLC的外部硬件接線圖b）梯形圖圖6-7PLC控制電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路例如：電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路圖6-7a所示為PLC的外部硬件接線圖。其中SB1為停止按鈕，SB2為正轉(zhuǎn)起動按鈕，SB3為反轉(zhuǎn)起動按鈕，KM1為正轉(zhuǎn)接觸器，KM2為反轉(zhuǎn)接觸器。實現(xiàn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)功能的梯形圖如圖6-7b所示。應(yīng)該注意的是：圖6-7雖然在梯形圖中已經(jīng)有了內(nèi)部軟繼電器的互鎖觸點(X001與X002、Y000與Y001)，但在外部硬件輸出電路中還必須使用KM1、KM2的常閉觸點進(jìn)行互鎖。因為，一方面是PLC內(nèi)部軟繼電器互鎖只相差一個掃描周期，而外部硬件接觸器觸點的斷開時間往往大于掃描周期，來不及響應(yīng)。另一方面也是避免接觸器KM1或KM2的主觸點熔焊引起電動機(jī)主電路短路。表6-2程序清單步序號指令數(shù)據(jù)步序號指令數(shù)據(jù)01234567LDORANIANIANIANIOUTLDX001Y000X000X002X003Y001Y000X002891011121314ORANIANIANIANIOUTENDY001X000X001X003Y000Y0013.程序設(shè)計的狀態(tài)表法狀態(tài)表法是從傳統(tǒng)繼電器邏輯設(shè)計方法繼承而來的，經(jīng)過適當(dāng)改進(jìn)，適合于可編程控制器梯形圖設(shè)計的一種方法。它的基本思路是，被控過程由若干個狀態(tài)所組成；每個狀態(tài)都是由于接受了某個切換主令信號而建立；輔助繼電器用于區(qū)分狀態(tài)且構(gòu)成執(zhí)行元件的輸入變量；而輔助繼電器的狀態(tài)由切換主令信號來控制。正確寫出輔助繼電器與切換主令信號之間的邏輯方程及執(zhí)行元件與輔助繼電器之間的邏輯方程，也就基本完成了程序設(shè)計任務(wù)。為此，應(yīng)首先列出狀態(tài)表，用以表示被控對象工作過程。狀態(tài)表是在一矩形表各中，從左到右列有如下項：狀態(tài)序號、該序號狀態(tài)的切換主令信號、該狀態(tài)對應(yīng)的動作名稱、每個執(zhí)行元件的狀態(tài)、輸入元件狀態(tài)、將要設(shè)計的輔助繼電器狀態(tài)及約束條件等。狀態(tài)表列出后，用1或0數(shù)碼來記載每一個輸入信號觸點的狀態(tài)，若將該狀態(tài)序號的每一個輸入信號的數(shù)碼從左到右排成一行就成為該狀態(tài)序號的特征數(shù)，所以特征數(shù)是由該狀態(tài)輸入觸點數(shù)碼組成。將各個狀態(tài)的特征數(shù)進(jìn)行分析，看哪些是可區(qū)分狀態(tài)，哪些是不可區(qū)分狀態(tài)。對于不可區(qū)分狀態(tài)可通過引入雇主繼電器，構(gòu)成尾綴數(shù)碼，把它們尾綴在特征數(shù)之后，使之獲得新的特征數(shù)。這樣，由于輔助繼電器的介入，使所有狀態(tài)的特征數(shù)都獲得完全區(qū)分。利用特征數(shù)中的數(shù)碼就能構(gòu)成每個狀態(tài)的輸出邏輯方程。此后，再將邏輯方程轉(zhuǎn)化為梯形圖或程序命令。狀態(tài)表法可參閱有關(guān)資料，在此不詳敘。除上述三種方法外還有程序設(shè)計的功能圖法和用移位寄存器實現(xiàn)順序控制，這兩種方法將在后詳細(xì)討論。二．基本指令程序設(shè)計教學(xué)重點：運用實例講解三菱plc的基本指令和程序設(shè)計教學(xué)難點：基本指令及程序設(shè)計教學(xué)過程：

①起動停止控制程序圖5-73所示梯形圖是起動停止控制程序之一。當(dāng)X1常開觸點閉合時，輔助繼電器M1線圈接通，其常開觸點閉合自鎖。當(dāng)X2常閉觸點斷開，M1線圈斷開，其常開觸點斷開。在這里X1就是起動信號，X2為停止信號。圖5-74為另一種起動停止控制程序，它利用了SET/RST指令，達(dá)到的目的是相同的。圖5-73圖5-73圖5-74思考題：單鍵起停②產(chǎn)生單脈沖的程序圖5-75圖5-76在PLC程序設(shè)計時經(jīng)常用到單個脈沖，進(jìn)行一些軟繼電器的復(fù)位、起動、停止等。最常用的產(chǎn)生單脈沖的程序就是使用PLS和PLF指令完成，利用這兩條指令可以得到寬度為一個掃描周期的脈沖。圖5圖5-75圖5-76③產(chǎn)生固定脈寬連續(xù)脈沖的程序在PLC程序設(shè)計中，經(jīng)常用到連續(xù)的脈沖信號，如作為計數(shù)器的計數(shù)脈沖或其他用途。圖5-77為得到連續(xù)的脈沖信號的程序，脈沖寬度為一個掃描周期，且不可調(diào)整。注意，不可用輸出繼電器產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號，因為如果輸出繼電器為繼電器輸出型，硬件繼電器的觸點在高頻率的接通斷開運行中，短時間內(nèi)就將損壞。圖5圖5-77④產(chǎn)生可調(diào)脈寬連續(xù)脈沖的程序圖5-78上述產(chǎn)生連續(xù)脈沖的程序其脈沖寬度不可調(diào)整，在PLC程序設(shè)計時，經(jīng)常用到脈寬可調(diào)的連續(xù)脈沖。如：故障報警指示燈等，要求一定的點亮和時間，這在PLC程序設(shè)計時可以利用定時器T來完成。圖5-78為產(chǎn)生可調(diào)脈寬連續(xù)脈沖的程序。在這里T0為輸出接通時間，T1為輸出關(guān)斷時間，通過修改T0和T1的時間設(shè)定值，便可以改變M1圖5-78⑤利用特殊輔助繼電器產(chǎn)生的閃爍電路程序在PLC程序設(shè)計中如果故障報警指示燈的閃爍時間定為點亮1s熄滅1s，則可利用特殊輔助繼電器M8013完成程序設(shè)計。M8013是時鐘為1s的特殊輔助繼電器，我們可以利用它來驅(qū)動輸出繼電器。見圖5-79。當(dāng)故障檢測信號X1有輸入時，故障報警輸出Y1便產(chǎn)生接通1s、斷開1s的連續(xù)輸出信號。利用M8011~M8014可以完成10ms、100ms、1s、1min的閃爍電路程序。圖5-79⑥圖5-79FX系列PLC的定時器為接通延時定時器，線圈得電開始延時，時間達(dá)到設(shè)定值，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。當(dāng)定時器線圈斷電時，其觸點瞬間復(fù)位。利用定時器的特點，便可以設(shè)計出多種時間控制程序。如接通延時控制程序和斷開延時控制程序。圖5-80為接通延時控制程序，圖5-81為斷開延時控制程序。圖5-80所示程序，X0接通后，T0開始延時，若X0接通時間不足時間設(shè)定值，T0觸點不動作。當(dāng)X0一次接通時間達(dá)到10s后（此例中時間設(shè)定值為K100），Y0便有信號輸出。所以稱為接通延時控制程序。圖5-81所示程序，當(dāng)X1接通后，Y0便有輸出，當(dāng)X1斷開10s后，Y0才停止輸出，所以稱為斷開延時控制程序。圖5圖5-80接通延時控制程序圖5圖5-81斷開延時控制程序⑦定時器串級使用控制程序圖5-82定時器串級使用控制程序在PLC程序設(shè)計中經(jīng)常用到較長時間延時的控制程序，而定時器的時間設(shè)定值范圍是固定的，達(dá)不到要求，這時可以使用兩個或多個定時器串級使用以擴(kuò)展延時范圍。圖6-82所示程序為使用兩個定時器串聯(lián)，達(dá)到1h延時的控制程序。圖5-82定時器串級使用控制程序圖5