電工學(xué)簡明教程(秦曾煌)6.ppt

1、第 6 章 可編程控制器,第 6 章可編程控制器,6.1可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作方式,6.2可編程控制器的程序編制,*6.3應(yīng)用舉例,第 6 章可編程控制器,由于繼電接觸器控制系統(tǒng)機械觸點多、接線復(fù)雜、可靠性低、通用性差，因此已不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)過程復(fù)雜多變的控制要求。,可編程控制器(PLC)是以中央處理器為核心，綜合了計算機和自動控制等先進技術(shù)發(fā)展起來的一種工業(yè)控制器。專門用于工業(yè)現(xiàn)場的自動控制裝置。,PLC 具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡單以及功耗低、體積小、重量輕等優(yōu)點。但它存儲容量小，價格高。,本章只為初學(xué)者提供 PLC 基礎(chǔ)知識，重點是基本工作原理以及簡單程序編制方法。,6

2、.1可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作方式,6.1.1可編程控制器的結(jié)構(gòu)及各部分的作用,PLC 一般由主機、輸入/輸出接口、電源、編程器、擴展接口和外部設(shè)備接口等幾個主要部分構(gòu)成。,PLC 可看作一個系統(tǒng)，外部的各種開關(guān)信號或模擬信號均為輸入量，它們經(jīng)輸入接口寄存到 PLC 內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器中，而后按用戶程序要求進行邏輯運算和數(shù)據(jù)處理，最后以輸出變量的形式送到輸出接口，從而控制輸出設(shè)備。,PLC 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,電 源,I/O擴展接口,CPU,存儲器,用戶程序,系統(tǒng)程序,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,輸出接口,外部設(shè)備接口,輸入接口,主機,PLC,數(shù)據(jù),1主機,主機部分包括中央處理器(CPU)、系統(tǒng)程序存儲器和用

3、戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。,CPU 是 PLC 的核心，主要用來運行用戶程序，監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)。,PLC 內(nèi)部存儲器,系統(tǒng)程序存儲器,用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器,系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序。用戶不得更改。,用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器，主要存放用戶編制的應(yīng)用程序輸入輸出變量及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。,2輸入/輸出(I/O)接口,4編程器,5輸入/輸出擴展接口,6外部設(shè)備接口,(I/O)接口是 PLC 與輸入/輸出設(shè)備連接的部件。一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾。,3電源,PLC 電源是指為 CPU、存儲器、I/O 接口等內(nèi)部電子電路所配置的開關(guān)穩(wěn)壓電源。,編程

4、器是 PLC 重要的外部設(shè)備，用于手持編程。,輸入/輸出擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴展單元與主機連接在一起。,外部設(shè)備接口將外部設(shè)備與主機相連，以完成相應(yīng)操作。,6.1.2可編程控制器的工作方式,掃描周期的長短視用戶程序的指令條數(shù)及執(zhí)行一條指令所需時間而定，一般不超過 100 ms。,PLC 采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進行工作。其工作過程分為輸入取樣、程序執(zhí)行和輸出刷新 三個階段，并進行周期循環(huán)。示意圖如下：,輸入狀態(tài)寄存器,輸出接口,輸出狀態(tài)寄存器,輸入接口,程序執(zhí)行,程序執(zhí)行,輸入取樣,輸出刷新,一個掃描周期,讀,讀,寫,輸 入 端 子,輸 出 端 子,6.1.3可編程

5、控制器的主要技術(shù)指標,指 PLC 的外部輸入和輸出端子數(shù)。通常小型機有幾十點， 中型機有幾百個點，而大型機超過千點。,1I/O點數(shù),2用戶程序存儲容量,在 PLC 中，程序指令按“步”存儲，一 “步”占用一個地址單元，一條指令有的往往不止一“步”。一個地址單元一般占兩個字節(jié)。,3掃描速度,指掃描 1000 步用戶程序所需的時間，以 ms /千步為單位。 有時也用掃描一步指令的時間計，如 s/步。,4指令系統(tǒng)條數(shù),PLC 具有基本指令和高級指令，指令的種類和數(shù)量越多， 其軟件功能越強。,6.1.3可編程控制器的主要技術(shù)指標,5編程元件的種類和數(shù)量,編程元件是指輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、

6、定時器、計數(shù)器、通用“字”寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能繼電器等，其種類和數(shù)量的多少是衡量 PLC 硬件功能強弱的一個指標。,PLC 內(nèi)部“繼電器”是存儲器的存儲單元。當寫入該單元邏輯狀態(tài)為 1 時，則表示相應(yīng)“繼電器”的線圈接通，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。所以 PLC 內(nèi)部這些 “繼電器”稱為 “軟”繼電器。,FP1-C24可編程控制器編程元件的編號范圍與功能說明,6.2可編程控制器的程序編制,6.2.1可編程控制器的編程語言,PLC 的程序有系統(tǒng)程序和用戶程序兩種。,系統(tǒng)程序用戶不能修改。,用戶程序是用戶根據(jù)控制要求，利用 PLC 廠家提供的程序編制語言和指令編寫的應(yīng)用程序。,PLC 的

7、編程語言以梯形圖語言和指令語句表語言最為常用，并且兩者之間一一對應(yīng)，可以相互轉(zhuǎn)換。,1梯形圖,梯形圖是一種從繼電接觸器控制電路圖演變而來的圖形語言。它是借助于繼電器的動合觸點、動斷觸點、線圈以及串聯(lián)與并聯(lián)等術(shù)語和符號，根據(jù)控制要求連接而成的表示 PLC 輸入和輸出之間邏輯關(guān)系的圖形。,1梯形圖,梯形圖中用,表示 PLC 編程元件的動合觸點,動斷觸點,線圈,編程元件的種類用圖形符號及字母或數(shù)字加以區(qū)別。,(ED),X2,X1,Y1,Y1,連 接 線 路,梯 形 圖,PLC 輸入繼電器 動斷觸點,動合觸點,輸出繼電器線圈,動合觸點,6.2.1可編程控制器的編程語言,幾點說明,(1)梯形圖中的繼電器

8、不是“硬”繼電器，是 PLC 存儲器的一個存儲單元。當寫入該單元的邏輯狀態(tài)為 1 時，則表示相應(yīng)繼電器的線圈接通，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。,(2)梯形圖按從左到右、自上而下的順序排列。每一邏輯行(或稱梯級)起始于左母線，然后是觸點的串、并聯(lián)接，最后是線圈與右母線相連。,(3)梯形圖中每個梯級流過的不是物理電流，而是“概念電流” ，從左流向右，其兩端沒有電源。這個“概念電流”只是用來形象地描述用戶程序執(zhí)行中滿足線圈接通的條件。,(4) 輸入繼電器用于接收外部輸入信號，而不能由PLC 內(nèi)部其他繼電器的觸點來驅(qū)動。因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點，而不出現(xiàn)其線圈。輸出繼電器輸出程序執(zhí)行結(jié)果

9、給外部輸出設(shè)備。當梯形圖中的輸出繼電器線圈接通時，就有信號輸出，但不是直接驅(qū)動輸出設(shè)備，而要通過輸出接口的“硬”繼電器、晶體管或晶閘管才能實現(xiàn)。,輸出繼電器的觸點也可供內(nèi)部編程使用。,2. 指令語句表,指令語句表是一種用指令助記符來編制 PLC 程序的語言，它類似于計算機的匯編語言，但比匯編語言容易理解。若干條指令組成的程序就是指令語句表。,籠型電動機直接起動控制的指令語句表,ST起始指令(取指令)：從左母線(即輸入公共線)開始取用動合觸點作為該邏輯行運算的開始，圖中取用 X2。,梯形圖,左 母 線,AN/觸點串聯(lián)反指令(也稱與非指令)：用于單個動斷觸點的串聯(lián)，圖中串聯(lián) X1。,OR觸點并聯(lián)指

10、令(也稱或指令)：用于單個動合觸點的并聯(lián)，圖中并聯(lián) Y1。,ED程序結(jié)束指令。,OT輸出指令：用于將運算結(jié)果驅(qū)動指定線圈，圖中驅(qū)動輸出繼電器線圈 Y1。,1編程原則,(2) PLC 編程元件觸點在編制程序時使用次數(shù)是無限的。,(1) 梯形圖的每一邏輯行(梯級)皆始于左母線，終止于右母線。各種元件的線圈接于右母線。,不正確接線,正確接線,(3) 編制梯形圖時，應(yīng)盡量做到“上重下輕、左重右輕”以符合“從左到右、自上而下”的執(zhí)行程序的順序，并易于編寫指令語句。,不 合 理,合 理,6.2.2可編程控制器的編程原則和方法,1編程原則,(4) 在梯形圖中應(yīng)避免觸點畫在垂直線上，因它無法用指令語句編程。,

11、X4,X2,Y1,X3,X1,X5,X1,Y2,X3,X2,無法編程,(5) 應(yīng)避免同一繼電器線圈在程序中重復(fù)輸出，否則引起誤操作。,電動機直接起動 繼電接觸控制線路,X2,X1,Y1,Y1,(6) 外部輸入設(shè)備動斷觸點的處理。,FR,SB1,SB2,E,KM,FR,PLC 控制 (a),SB1 仍接成動斷，接在 PLC 輸入繼電器的 X1 端子上，則在編制梯形圖時，用的是動合觸點 X1。未施加按動 SB1 的停止動作時，因 SB1 閉合，對應(yīng)的輸入繼電器接通，這時它的動合觸點 X1 是閉合的。按下 SB1，斷開輸入繼電器，動合觸點 X1 才斷開。,(6) 外部輸入設(shè)備動斷觸點的處理。,KM,

12、SB1,SB2,KM,FR,SB1,SB2,E,KM,FR,電動機直接起動 繼電接觸控制線路,X2,X1,Y1,Y1,PLC 控制 (b),SB1 接成動合形式，則在梯形圖中，用的是動斷觸點 X1。未施加按動 SB1 的停止動作時，因 SB1 斷開，這時對應(yīng)的輸入繼電器斷開 ，其動斷觸點 X1 仍然閉合。按下 SB1，接通輸入繼電器，動斷觸點 X1 才斷開。,(6) 外部輸入設(shè)備動斷觸點的處理。,SB1,SB2,E,KM,FR,PLC 控制,通常由 PLC 內(nèi)部電源提供,外接,兩邊各自 的公共端子,FR 的觸點只能接成動斷的，并且不作為 PLC 的輸入信號，而將其直接通斷接觸器線圈。,為了使梯

13、形圖和繼電接觸器控制電路一一對應(yīng)，PLC 輸入設(shè)備的觸點應(yīng)盡可能接成動合形式。,籠型電動機正反轉(zhuǎn)的控制線路,KMF,FR,FU,SB1,SBF,KMF,KMF,FR,QS,KMR,KMR,SBR,KMR,KMF,KMR,2編程方法,以此電路為例，介紹 PLC 控制的編程方法。,2編程方法,(1) 確定 I/O 點數(shù)及其分配,共需 5 個 I/O 點，即,電動機正反轉(zhuǎn) 控制外部接線圖,2編程方法,(2) 編制梯形圖和指令語句,梯形圖,指令語句,指令,地址,0 ST X1 1 OR Y1 2 AN/ X0 3 AN/ Y2 4 OT Y1 5 ST X2 6 OR Y2 7 AN/ X0 8 AN

14、/ Y1 9 OT Y2,10 ED,6.2.3可編程控制器的指令系統(tǒng),1起始指令 ST，ST/ 與輸出指令 OT,指令使用說明：,ST/ 起始反指令：從左母線開始取用動斷觸點作為該邏輯行運算開始。,(1) ST，ST/ 指令可使用的編程元件為 X，Y，R，T，C；OT 指令可使用的編程元件為 Y，R。,(2) ST，ST/ 指令也可與 ANS 或 ORS 塊操作指令配合用于分支回路的起始處。,(3) OT 指令不能直接用于左母線，可以使用若干次，這相當于線圈的并聯(lián)。,當 X0 閉合時，則 Y0，Y1，Y2 均接通。,2觸點串聯(lián)指令 AN，AN/ 與觸點并聯(lián)指令 OR，OR/,AN，AN/ 指

15、令分別用于單個動合和動斷觸點的串聯(lián)。,OR，OR/ 指令分別用于單個動合和動斷觸點的并聯(lián)。,指令使用說明：,2觸點串聯(lián)指令 AN，AN/ 與觸點并聯(lián)指令 OR，OR/,(1) AN，AN/，OR，OR/ 指令的使用元件為X，Y，R，T，C。,(2) AN，AN/，指令可多次連續(xù)串聯(lián)使用。 OR，OR/ 指令可多次連續(xù)并聯(lián)使用。,串聯(lián)或并聯(lián)次數(shù)沒有限制。,指令使用說明,0 ST X0 1 OT Y0 2 / 3 OT Y1,3反指令/,當 X0 閉合時，Y0 接通，Y1 斷開；反之，則相反。,4塊串聯(lián)指令 ANS 與塊并聯(lián)指令 ORS,ANS(塊與)和 ORS(塊或)分別用于指令塊的串聯(lián)和并聯(lián)連

16、接， ANS 用于將兩組并聯(lián)的觸點(指令塊 1 和指令塊 2)串聯(lián)；ORS 用于將兩組串聯(lián)的觸點(指令塊 1 和指令塊 2)并聯(lián)。,4塊串聯(lián)指令 ANS 與塊并聯(lián)指令 ORS,X3,X1,X0,Y0,X2,指令塊 1,指令塊 2,指令塊 1,指令塊 2,0 ST X0 1 OR X2 2 ST X1 3 OR/ X3 4 ANS 5 OT Y0,0 ST X0 1 AN X1 2 ST X2 3 AN/ X3 4 ORS 5 OT Y0,4塊串聯(lián)指令 ANS 與塊并聯(lián)指令 ORS,0 ST X0 1 OR X2 2 ST X1 3 OR/ X3 4 ANS 5 OT Y0,0 ST X0 1

17、AN X1 2 ST X2 3 AN/ X3 4 ORS 5 OT Y0,指令使用說明：,(1) 每一指令塊均以 ST(或ST/)開始。,(2) 當兩個以上指令塊串聯(lián)或并聯(lián)時，可將前面塊并聯(lián)或串聯(lián)的結(jié)果作為新的“塊”參與運算。,(3) 指令塊中各支路的元件個數(shù)沒有限制。,(4) ANS 和 ORS 指令不帶使用元件。,0 ST X0 1 OR X1 2 ST X2 3 AN X3 4 ST X4 5 AN/ X5 6 ORS 7 OR X6 8 ANS 9 OR/ X7 10 OT Y0,例 1寫出圖中所示梯形圖的指令語句表。,解指令語句表如右圖所示。,5定時器指令 TM,TMR：定時單位為

18、0.01 s 的定時器；,TMX：定時單位為 0.1 s 的定時器；,TMY：定時單位為 1 s 的定時器。,TM 指令用法,當定時觸發(fā)信號發(fā)出后，觸點 X0 閉合，定時開始，5 s 后定時時間到，定時器觸點 T2 閉合，線圈 Y0 也就接通。如果 X0 閉合時間不到 5 s，則無輸出。,X0,Y0,5 s,2 s,動作時序圖,TMR 和 TMX 指令各 占三個地址號，TMY 指令占四個地址號。,定時器編號,定時器設(shè)置值 定時時間 50 0.1 s = 5 s,5定時器指令TM,指令使用說明,(1) 定時設(shè)置值為 K0 K32767 范圍內(nèi)任意一個十進制常數(shù)。,(2) 定時器為減 1 計數(shù)，每

19、來一個時鐘脈沖 CP，定時設(shè)置值減 1，至減為 0 時，定時器動作，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。(定時器的時鐘脈沖 CP 由 PLC 內(nèi)部產(chǎn)生),(3) 如果在定時器工作期間，X0 斷開，則運行中斷，定時器復(fù)位，回到原始值，同時其動合、動斷觸點恢復(fù)常態(tài)。,(4) 程序中每個定時器只能使用一次，但其觸點可多次使用，沒有限制。,0 ST X0 1 TMX 1 K 30 4 ST Y0 5 AN/ X0 6 TMX 2 K 40 9 ST T1 10 OR Y0 11 AN/ T2 12 OT Y0 13 ED,指令,地址,例 2試編制延時 3 s 接通、延時 4 s 斷開的電路的梯形 圖和指令語

20、句表。,解利用兩個TMX 指令的定時器 T1 和 T2，其定時設(shè)置值 K 分別為 30 和 40，即延時分別為 3 s 和 4 s。,梯 形 圖,動作 時序 圖,指令語句表,X1,Y0,6計數(shù)器指令 CT,X0,CT 指令的用法,當計數(shù)到 4 時，計數(shù)器動合觸點 C100 閉合，線圈 Y0 接通。,計數(shù) 設(shè)置值,計數(shù)脈沖輸入端,復(fù)位脈沖端輸入端,CT 指令占三個地址號,C100,計數(shù)器 編號,6計數(shù)器指令 CT,CT 指令使用說明,(1) 計數(shù)設(shè)置值為 K0 K32767范圍內(nèi)任意一個十進制常數(shù)。,(2) 計數(shù)器為減 1 計數(shù)，每來一個計數(shù)脈沖上升沿，計數(shù)設(shè)置值減 1，至減為 0 時，計數(shù)器動

21、作，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。,(3) 如果在計數(shù)器工作期間，復(fù)位端 R 輸入復(fù)位信號，使計數(shù)器復(fù)位，則運行中斷，回到原始之值，同時其動合、動斷觸點恢復(fù)常態(tài)。,(4) 程序中每個計數(shù)器只能使用一次，但其觸點可多次使用。,例 3試編制實現(xiàn)下述控制要求的梯形圖。用一個開關(guān)來通斷輸入觸點X0而獲得計數(shù)脈沖以控制三個燈 Y1，Y2，Y3 的亮滅；開關(guān)(X0)閉合一次，Y1 點亮；閉合兩次，Y2 點亮；閉合三次，Y3 點亮；再閉合一次，三個燈全滅。,解R0 是內(nèi)部輔助繼電器,Y1,Y2,X0,Y3,0 ST X0 1 PSHS 2 AN X1 3 OT Y0 4 RDS 5 AN/ X2 6 OT

22、Y1 7 POPS 8 AN X3 9 OT Y2,7堆棧指令 PSHS，RDS，POPS,PSHS(壓入堆棧)，RDS(讀出堆棧)，POPS(彈出堆棧)常用于梯形圖中多條連于同一點的分支通路，并要用到同一中間運算結(jié)果的場合。,PSHS,RDS,POPS,7堆棧指令 PSHS，RDS，POPS,X0,Y2,Y1,Y0,X3,X2,X1,PSHS,RDS,POPS,指令使用說明,(1) 在分支開始處用 PSHS 指令，它存儲分支點前的運算結(jié)果；分支結(jié)束用 POPS 指令，它讀出和清除 PSHS 指令存儲的運算結(jié)果；在兩個指令之間的分支均用 RDS 指令，它讀出PSHS 指令存儲的運算結(jié)果。,(2

23、) 堆棧指令是組合指令，不能單獨使用。PSHS，POPS在程序中各出現(xiàn)一次(開始和結(jié)束時)，而 RDS 在程序中視連接在同一點的支路數(shù)目的多少可多次使用。,0 ST X0 1 DF 2 OT Y0 3 ST X1 4 DF/ 5 OT Y1,8微分指令 DF，DF/,DF：當檢測到觸發(fā)信號上升沿時，線圈接通一個掃描周期。,DF/：當檢測到觸發(fā)信號下降沿時，線圈接通一個掃描周期。,X0,Y1,Y0,X1,(DF),(DF/),指令用法,梯形圖,指令語句表,8微分指令 DF，DF/,指令使用說明,(1) DF，DF/ 指令在觸發(fā)信號接通或斷開狀態(tài)變化時有效。,(2) DF，DF/ 指令沒有使用次數(shù)

24、的限制。,(3) 如果某一操作只需在觸點閉合或斷開時執(zhí)行一次，可使用 DF 或 DF/ 指令。,當 X0 閉合時，Y0 接通一個掃描周期；當 X1 斷開時，Y1 接通一個掃描周期。觸點 X0、X1 分別稱為上升沿和下降沿微分指令的觸發(fā)信號。,X0,Y0,Y1,X1,一個掃描周期,9置位、復(fù)位指令 SET，RST,SET：觸發(fā)信號 X0 閉合時，Y0 接通。,RST：觸發(fā)信號 X1 閉合時，Y0 斷開。,指令用法,梯形圖,動作時序圖,指令 語句 表,0 ST X0 1 SET Y0 4 ST X1 5 RST Y0,9置位、復(fù)位指令 SET，RST,指令使用說明,(1) SET，RST 指令的使用元件為 Y，R。,(2) 當接通觸發(fā)信號即執(zhí)行 SET(RST)指令。不管觸發(fā)信號隨后如何變化，線圈將保持接通(斷開)。,(3) 對同一繼電器 Y(或 R)，可以多次使用 SET 和 RST 指令，次數(shù)不限。,10保持指令 KP,S 和 R 分別由輸入觸點 X0 和 X1 控制。當 X0 閉合時，指定繼電器線圈 Y0 接通并保持；當 X1 閉合時，Y0 斷開復(fù)位。,0 ST X0 1 ST X1 2 KP Y0,指令用法,X0,Y0,X1,KP,S,R,置位輸入端,復(fù)位輸入端,X1,Y0,X0,1