可编程控制器(PLC)原理及应用讲解

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1、可 编 程 控 制 器 原 理 及 应 用 Programmable Logic Controller(PLC) Programmable Controller(PC) 可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上，逐步 发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技 术融为一体的新型工业自动控制装置。 1 概 述 一、发展概况 PLC 可编程控制器 二、PLC的品牌产品 三 菱： FX1S、FX1N、FX2N、Q、A系列 日 立： E、EC、EM、EMII、H、EH-150、MICRO-EH系 列 东 芝： EX20 EX40系列 富 士： NB、NJ、NS、SPB系列 松 下：

2、 FP0、FP1、FP2、FP2SH、FP3、FPM、FPC、 FP5、 FP10、FP10S、 FP10SH系列 欧姆龙： CPM1A、CPM2A、C200H、CQM1、CQM1A、 CJ系列 SIEMENS： SIMATIC S7-200 S7-300 S7-400系列 施 耐 德： Twido系列 通 用： GE-I系列 德洲仪器：TI100系列 LG： K10、K30、K60、K80、K100、K120、K120S（E ）、 K200、K300、K1000系列 二、PLC的品牌产品 三、主要功能 1.逻辑控制 可编程序控制器具有逻辑运算功能，它设置有“与”、“或“、“ 非”等逻辑运算指

3、令，能够描述继电器触点的串联、并联、串并联 、并串联等各种连接。因此它可以代替继电器进行组合逻辑和顺序 逻辑控制。 2. 定时控制 可编程序控制器具有定时控制功能。它为用户提供若干个定时 器并设置了定时指令。定时时间可由用户在编程时设定，并能在运 行中被读出与修改，定时时间的最小单位也可在一定的范围内进行 选择，因此，使用灵活，操作方便。 3.计数控制 可编程序控制器具有计数控制功能。它为用户提供若干个计数 器并设置了记数指令。计数值可由用户在编程时设定，并能在运行 中被读出与修改，有些可编程序控制器还设置了加计数、减计数两 种不同的记数方式。 4. A/D、D/A转换 大多数可编程序控制器还

4、具有摸/数（A/D）和数/摸（D/A）转 换功能，能完成对模拟量的检测与控制。 三、主要功能 5.定位控制 有些可编程序控制器具有步进电动机和伺服电动机控制功能， 能组成开环系统或闭环系统，实现位置控制。 6.通信与联网 有些可编程序控制器具有联网和通信功能，可以进行远程I/O 控制，多台可编程序控制器之间还可以进行同位链接，还可以与计 算机进行上位链接。由一台计算机和多台可编程序控制器可以组成 “集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以完成较大规模的复杂 控制。 三、主要功能 7.数据处理功能 大多数可编程序控制器都具有数据处理功能，能进行数据并行 传送、比较运算；BCD码的加、减、乘、除等

5、运算；还能进行字的 按位“与”、“或”、“异或”、求反、逻辑移位、算术移位、数据检索 、比较、数制转换等操作。 随着科学技术的不断发展，可编程序控制器的功能还在不断拓 宽和增强。 三、主要功能 BCD码: 用4位二进制数来表示1位十进制数中的09这10个数码，简 称BCD码，即BCD代码。Binary-Coded Decimal，简称BCD，称 BCD码或二-十进制代码，亦称二进码十进数。是一种二进制的数字 编码形式，用二进制编码的十进制代码。 四、主要特点 1. 可靠性高、抗干扰能力强、适用于恶劣工作环境 2. 编程简单易学 3. 应用灵活方便 4. 通用性强 5. 具有完善的监视和诊断功能

6、 6. 体积小、重量轻、功耗小、安装维护方便、性价比高 1）各种机械行业，可实现设备、自动线的自动化控制； 2）顺序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理 、结合网络技术； 3）数字量、模拟量的数据采集； 五、应用范围 一、 PLC的基本结构 三菱PC基本单元外形 CPU 存储器 通用串口扩展接口 电 源 外部设备 （编程器等） 扩展单元、特 殊功能单元等 输入状态寄存器 输出状态寄存器 输入接口 输出接口 现场输入信号 现场输出信号 PLC基本结构框图 2 可编程控制器的硬件结构与工作原理 2. 存储器 系统程序存储区：存放系统软件，固化在ROM或EPROM等只 读存储器中。 用户程

7、序存储区：存放用户程序 变量（数据）存储区：存放内 部变量或数据 通常采用低功耗的 CMOS-RAM存储器加 备用电池，可读写 1. 中央处理单元CPU 计算和控制中心。它的性能（位数和主频）决定了PLC的运 算速度和信息处理量的大小。 3.输入/输出接口： 是CPU连接工业现场设备的桥梁。 CPU： 标准电平 弱电 数字量 外部设备： 开关量、模拟量 不同电压等级的交流、直流量 高速、低速信号 远程、本地信号 输入/输出接口 PC厂家为用户提供各种类型的I/O接口电路。 直流开关量输入接口电路 光耦的作用: 电气隔离，抗干扰 电平转换 1) 开关量输入接口：将工业现场的开关量信号转变成CPU

8、能接受 的标准逻辑电平。 (图) 直流开关量输入接口 交流开关量输入接口 内部直流电源 发光二极管光电耦合器 输出 方式 2) 开关量输出接口：通过该接口实现对外部设备的驱动控制 继电器输出 晶体管输出 晶闸管输出 继电器输出：输出接口由继电器构成。 晶体管输出：输出接口由晶体管构成。 晶闸管输出：输出接口由晶闸管构成。 适于大功率、低速、交、直流负载 适合于小功率、高速、直流负载 适合于大功率、高速、交流负载 请问PLC输出24V是否直接驱动接触器，接触器是不是 直流接触器？补充：PLC控制的接触器控制220V的电 路。要不要中间还要有什么转换电路。 PLC有多种输出控制，常见的是晶闸管，小

9、型继电器， 理论上是可以直接控制接触器的，但是万一你的接触 器质量不好，是要烧坏PLC的，所以中间还是加套中间 继电器控制，加保险丝 (图) 继电器输出型接口电路 负载电源由外部提供 继电器输出接口电路 PLC 通过 PhotoMOS继电器 驱动电磁阀、接触器 效 果好 使用 PhotoMOS继电器 驱动电磁阀、电磁开关、直流电 机、接触器等 高速1KHz 无机械磨损 无噪音 无辐射污染 5V TTL 电平信号驱动 直流5-48V 3-20A 电流 24V PLC 电平信号驱动 直流5-48V 3-20A 电流 信号源可以是 PLC,TTL,DCS,DSP,MCU 6. 编程器：是PLC的主要

10、外设。用于用户程序的编制、编辑、 调试、检查和监视。 便携式：本身不带CPU，只能联机编程。体积小、重量轻 、便于生产现场调试。 CRT智能式：带有显示屏的图形编程器，有CPU，可联机 编程也可脱机编程，可用多种语言编程。 4. 扩展接口：是用于扩展I/O单元或特殊功能单元。 通用微机作为编程器：个人电脑，配上厂家提供的编程 软件和通讯线。有效利用资源。 5. 电源：是PLC的供电电源一般为市电（也有24V供电的）。 PLC内部设计有电路进行稳压和变换。以适应内部电路的需要。 二、 PLC的基本工作原理 PLC的工作方式：循环扫描工作方式 扫描周期：从开始到输出结果完成所 需的时间。一般为几毫

11、秒几十毫秒。 (图) 开始 自诊断 与编程器通信 读入现场信号 执行用户程序 输出结果 STOP RUN 用 户 程 序 输 入 映 象 寄 存 器 输 出 映 象 寄 存 器 执行用户程序输出读入 PLC的分类 按I/O点数分 小型PLC：入出总点数256 中型PLC：入出总点数 2562048 大型PLC：入出总点数2048 按结构类型分 整体式 模块式（积木式） 按功能分 低档机 中档机 高档机 三、 PLC分类、主要技术指标 PLC的主要技术指标 入/出点数 扫描速度 内存容量 指令条数 内部元件 功能模块 编程语言 3 可编编程控制器的软件和用户环境 一、 PLC的软件结构 软件结构

12、 监控程序 用户程序 1. 监控程序 监控程序是可编程控制器产品必须包括的部分，由生产厂家 提供。其功能如下： 1）系统管理 运行管理：何时输入、何时输出、何时运算、何时自检、何时 通讯等进行时间上的分配管理。 程序空间的管理：生成用户环境。 系统自检程序：系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验 等。 2）用户指令解释程序 编辑程序和解释程序。 3）标准程序和系统调用 2. 用户程序 用户在PLC提供的编程环境下编制的完成控制功能的程序。 1. 用户数据结构 1）位数据 这是一类逻辑量，其值只有“0”或“1”。 2）字数据 其数制、字长有很多形式。单字或双字、十进制（K）或十六 进制(H)等

13、。 3）位和字的混合。 二、 用户环境 2、 PLC的内部等效电路 输入设备 输出设备 1) 输入部分：等效输入继电器。 2) 逻辑控制部分：由用户程序实现的逻辑关系。构成逻辑电路 的元件是等效编程元件。 3) 输出部分：等效输出继电器。 三菱F系列PLC的基本情况 日本三菱的早期产品，小型机，整体式结构，包括：基本单元 ，扩展单元、特殊单元三种。 3. PLC的元件 用户可以使用的输入输出接口、内部存储单元统称元件。 编程元件 1. 输入继电器（X0X7，X10X17，X20X27，） 注意：元件编号采用八进制 输入继电器线圈由外部信号驱动，触点可无限次使用。 2. 输出继电器（Y0Y7，Y

14、10Y17，Y20Y27 ，） 主要用于将内部逻辑结果传递到外部负载，每一输出继电 器仅有一常开触点连到输出端子供外部负载用，同时也 有软触点可无限次使用。 3.辅助继电器(M) 编号从 M0开始 十进制编码 通用型和掉电保护型两种 辅助继电器仅供内部使用 4. 定时器（T） 编号从T0开始； 十进制编码 定时器按定时时钟的不同进行分组 延时时间由设定的K值大小确定 定时器做计时功能 5. 计数器(C) 编号从C0开始； 十进制编码 分加计数、减计数和双向计数器 分掉电保护和通用型两种 计数值由设定的K值大小确定 可对外部事件或内部脉冲进行计数。 4 可编程控制器的编程和基本的逻辑指令 一、

15、PLC的常用编程语言 助记符语言：类似于汇 编语言，用易于记忆的 助记符表达某种操作 梯形图语言:与传统的继电器接 触器控制线路图相似，不同的是 特定元件和构图规则 LD X400 OR X402 ANI X401 OUT Y430 LD X402 OUT Y431 形象、直观、易于接受 二、 梯形图程序设计的规则和方法 梯形图中的元件： 必须是对应PLC中给定编号的编程元件 梯形图符号 母线：假象能电流从左母线流向右母线 逻辑行（每一继电器线圈为一逻辑行）：按自上而下，自左而右的 顺序画逻辑行 线圈和触点的使用： 线圈：广义的线圈。线圈右边必须连右母线，左边必须有触点 ，同一程序中同一元件的

16、线圈使用两次或以上称为双线圈输出 ，一般不应出现双线圈输出。 触点：软触点，可以无限次的使用，触点不能连到右母线。 程序有结尾标志 三、 三菱F系列PLC的指令系统 输入、输出指令 LD：“取”指令 ,用于母线、分支电路开始的常开触点 。 LDI： “取反”指令，用于母线、分支电路开始的常闭 触点。 OUT：输出，驱动Y、M、T、C的线圈，注意：驱动T 或C时，该指令后必须设常数K值 输入输出指令编程示例 LD X000 OUT Y000 LDI X001 OUT M100 OUT T0 K 19 LD T0 OUT Y001 LD、LDI地址码：X、Y、C、T、M OUT地址码：Y、C、T、M 逻辑指令 与指令 AND： “与”，串联一个常开触点 ANI：“与非”，串联一个常闭触点 地址码：X、Y、M、T、C LD X002 AND M102 OUT Y035 LD Y035 ANI X003 OUT M102 AND T1 OUT Y0