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1、PLC的原理 编程与应用 重庆大学 廖常初 1 概 述 国际电工委员会 IEC 对PLC的定义 可编程序控制器是 一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境下应用而设 计 它采用可编程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑 运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并 通过数字式 模拟式的输入和输出 控制各种类型的机械或 生产过程 可编程序控制器及其有关设备 都应按易于使工 业控制系统形成一个整体 易于扩充其功能的原则设计 PLC的特点 1 编程方法简单易学 2 功能强 性能价格比高 3 硬件配套齐全 用户使用方便 适应性强 4 可靠性高 抗干扰能力强 5 系统的设计 安装 调试工作量少
2、 6 维修工作量小 维修方便 7 体积小 能耗低 主要的PLC生产厂家 美国Rockwell AB 公司 GE Fanuc公司 德国的西门子公司 法国的施耐德 Schneider 公司 日本的三菱公司 欧姆龙 OMRON 公司 PLC的应用领域 1 开关量逻辑控制 2 闭环过程控制 3 数据处理 4 通信联网 5 运动控制 可编程序控制器的发展趋势 1 向高性能 高速度 大容量发展 三菱的AnA系列使用单芯片实现PLC全部功能的32位微处理 器 每条基本指令0 15 s 松下的FP10SH系列采用32位5级流水线RISC结构的CPU 可以同时处理5条指令 顺序指令的执行速度高达0 04 s 步
3、 PID指令 PID模块 模糊控制 自适应 参数自整定 2 大力发展微型可编程序控制器 西门子的LOGO 通用逻辑模块 价格便宜 有的集成有AS i 接口 10 20个I O点 类似的有三菱的ALPHA 富士的ELC OMRON的ZEN OMRON 的 ZEN简单逻辑控制器 70 90mm 18DI 16DO 梯形图编程 有编程软件 3 大力开发智能型I O模块和分布式I O子系统 模拟量I O 高速计数输入 中断输入 运动控制 温度检测 条码阅读器 BCD码输入 输出 模糊控制器 PID回路控 制 通信等模块 Siemens的ET 200是基于PROFIBEUS现场总线的分布 式I O控制系
4、统 4 基于PC的编程软件取代手持式编程器 5 PLC编程语言的标准化 IEC1131 3 PLC编程语言标准 6 PLC通信的易用化和 傻瓜化 7 PLC的软件化与PC化 符合IEC1131 3标准在PC上运行的软件包 软件PLC 亚控 公司的KingACT 研华公司的ADAM 5501 P31 GE Fanuc公司推出了类似于笔记本电脑的PC 使用 Windows CE 可实现PLC的CPU模块功能 可与以太网和I O 模块通信 在工业现场使用 8 组态软件引发的上位计算机编程革命 组态软件面向工业控制 生成人机界面 通信不需编程 Intach iFix 组态王 力控 的WINCC CIM
5、PLICITY等 2 可编程序控制器的硬件与工作原理 2 1 可编程序控制器的基本结构 PLC的物理结构 整体式 模块式与叠装式 存储器分类 RAM ROM EPROM EEPROM 输出电流与负载类型的关系 PLC内部 外部电路的配合 2 2 可编程序控制器的工作原理 PLC的工作方式 RUN方式执行用户程序 RUN LED亮 STOP方式不执行用户程序 可将用户程序和硬件设置信息 下载到PLC TERM 终端 方式与通信有关 可用CPU模块上的方式开关改变工作方式 方式开关在 STOP或TERM位置时上电 自动进入STOP方式 在RUN位 置上电自动进入RUN方式 PC PLC之间建立起通
6、信连接后 若方式开关在RUN或 TERM位置 可用编程软件改变CPU的工作方式 在程序中插入STOP指令 可使CPU由RUN方式进入STOP 方式 中断程序的处理与立即I O指令可提高响应速度 LDI0 1 OQ0 0 ANI0 2 Q0 0 2 3 S7 200的主要特点 CPU模块 CPU221 222 224 226 I O点10 14 24 40点 最大DI DO 256 256点 AI AO 32 32点 定时器 计数器 256 256点 程 序空间2048 4096字 高速计数器 4 6点 30kHz 高速输出 2点 20kHz 模拟电位器1 2个 实时钟 RS 485 1 2个
7、输入中断4点 定时中断2个 1 255ms PPI MPI 自由通信口协议和PROFIBUS点对点协议 STEP 7 Micro WIN 32编程软件 扩展模块 数字量I O 8DI 8DO 4 4 8 8 16 16 DI DO 模拟量 I O模块 12位 4AI 2AO 4AI 1AO 热电偶 热电阻模块15 位 4AI 2AI EM277 PROFIBUS DP通信模块 调制解调器 模块 CP 243 2 AS i主站 它最多可以连接31个AS i从站 2 1 填空 1 可编程序控制器主要由 和 组成 2 继电器的线圈 断电 时 其常开触点 常闭触 点 3 外部的输入电路接通时 对应的输
8、入映像寄存器为 状态 梯形图中对应的常开触点 常闭触点 4 若梯形图中输出Q的线圈 断电 对应的输出映像 寄存器为 状态 在修改输出阶段后 继电器型输出模 块中对应的硬件继电器的线圈 其常开触点 外 部负载 3 可编程序控制器程序设计基础 Simatic指令集与IEC1131 3指令集 I3 2 I Q V M S SM L均可按位 字节 字和双字来存取 I0 0 绝对地址 I0 0 IEC编辑器用 INPUT1 局部变量符号地址 INPUT1 全局符号地址 外部输入电路接通时 对应的输入映像寄存器为ON 1状 态 梯形图中对应的常开触点闭合 常闭触点断开 梯形图中Q0 0的线圈 通电 对应的
9、硬件继电器的常开 触点闭合 接在标号为0 0的端子的外部负载工作 特殊存储器 SM 标志位 SM0 0一直为 1 状态 SM0 1仅在执行用户程序的第一个扫描周期为 1 状态 SM0 4和SM0 5分别提供周期为1分钟和1秒的时钟脉冲 SM1 0 SM1 1和SM1 2分别是零标志 溢出标志和负数标 志 局部存储器 作为暂时存储器 或给子程序传递参数 变量存储器 V 是全局存储器 可以被所有的POU存取 定时器的当前值大于等于设定值时 定时器位被置为1 计数器的当前值大于等于设定值时 计数器位被置为1 模拟量输入字从偶数字节地址开始 如AIW2 只读数 据 模拟量输出字从偶数字节地址开始 如A
10、QW2 用户不 能读取 32位累加器 AC0 AC3 可以按字节 字和双字来存取 按字节 字只能存取累加器的低8位或低16位 加双线圈 多重堆栈 梯形图优化 并联触点 总是并在它前 面已经连好的 电路的两端 堆栈中数据先入 后出 栈顶是运 算结果 立即触点与输出指令 立即输入只能用于I 立即输出只能用于Q 100ms定时器 可用类似图 a 的电路 减至0时 停止计数 计数 器位被置1 32 767 1 32 767 32 768 1 32 767 A 1 2 项目的组成 1 程序块 主程序 OB1 可选 的子程序和中断程序 各程序结束时 不需要加入无条件结束指令 中断程 序在中断事件发生时由操
11、作系统调用 用来处理预先规定的中断事件 2 数据块 由数据 存储器的初 始值和常数值 和注释组成 3 系统块 用来设置系统的参数 一般可采用默认的参数值 4 符号表 用符号来代替存储器 的地址 使程序更容易理解 5 状态表 用来观察程序执行时 指定的内部变量的状态 6 交叉引用表 列举出各操作数 出现的位置和指令的助记符 1 计算机通信参数的设置 用菜单命令 检视 通信 进入通信设置对话框 双击 PC PPI图标 出现PC PG接口属性对话框 单击 Properties 按钮 出现PC PPI电缆属性对话框 初学者一般可以按 Default 按钮 使用默认的通信参数 Select 按钮可选择通
12、信 硬件 假设选择19 2k bps 站地址为0 最大节点地址为15 用Local标签选择PC的串口 不用Modem 2 电缆上的DIP开关设为00100 19 2k 3 PLC的通信参数在系统块中设置 站地址为2 19 2k bps 4 PC PLC在线连接的建立 用菜单命令 检视 通信 进入通信设置对话框 双击刷新 图标 将显示已建立连接的每个站的CPU图标和信息 5 PLC中信息的读取 选择命令 PLC 信息 可显示PLC的各种信息 可校时 A 2 程序的编写与传送 1 生成项目或打开一个已有的项目 2 设置PLC的型号 3 用 工具 选项 的 通用 标签选择编程语言和编程模式和 记忆表
13、 4 确定程序结构 是否用子程序和中断程序 5 编写符号表和数据块 如果需要 6 编写用户程序 7 编译程序 编译后符号表起作用 8 设置系统块参数 初学者可选默认值 9 建立PC PLC的连接 10 下载程序 上装和清除程序 PLC应处于STOP方式 上装前应建立或打开保存从PLC上装的块的项目 NETWORK 1 LD启动 O电源 AN停止 AN过载 电源 TONT37 50 NETWORK 2 LDT37 短接 异步电机串电阻降压启动控制系统 符号表 I0 0启动 I0 1停止 I0 2过载 Q0 0电源 Q0 1短接 A 3 用编程软件监视与调试程序 1 用状态表监视与调试程序 状态表
14、的创建 打开和编辑 起动和关闭 单次读取状态 信息 2 用状态表强制改变数值 全部写入不能用于输入和已强制的变量 强制 对单个操 作数取消强制 取消全部强制 读取全部强制 显式强制 隐 式强制 部分隐式强制 3 梯形图程序的状态监视 按 程序状态 按钮后进入 可起动强制和取消强制 4 语句表程序的状态监视 按 程序状态 按钮后进入 用菜单命令 工具 选项 选 STL状态 后设置 不能强制数值 可 触发暂停 黑色 指令 被正确执行 红色 执行时有错误 灰色 没有被执行 例题 例题 做习题 3 6 7 9 11 LD AN O AI LDNI A OLD NOT I A SI LDN O ALD
15、O R I0 7 Q3 2 I0 2 I0 3 I0 5 M2 5 Q0 3 C42 Q0 5 1 I3 4 M1 3 M3 5 M2 4 1 LPS LPP 4 数字量控制系统梯形图程序设计方法 4 1 经验设计法 4 2 根据继电器电路图设计梯形图的方法 中间单元 硬 件互锁 优化 梯形图 4 3 梯形图的顺序控制设计法 顺序功能图中转换实现的基本规则 1 转换实现的条件 1 该转换所有的前级步都是活动步 2 相应的转换条件得到满足 2 转换实现应完成的操作 1 使所有的后续步变为活动步 2 使所有的前级步变为不活动步 绘制顺序功能图时的注意事项 1 两个步绝对不能直接相连 必须用一个转换
16、将它们隔开 2 两个转换也不能直接相连 必须用一个步将它们隔开 3 不要漏掉初始步 4 在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环 5 用初始化脉冲SM0 1的常开触点将初始步预置为活动步 实验用异步化同步发电机励磁控制系统要求 转子上有两个相互垂直的励磁绕组 6种运行方式 双 轴励磁 一轴开路 一轴断路 双轴短路 双轴励磁与其余 各种方式可相互切换 绕组由励磁到开路时应先灭磁 停机 时应先解列 与电网断开 再灭磁 直到灭磁结束 练习题 4 7 10 12 例题 第5章 顺序控制梯形图的设计方法 图5 2 鼓风 机和引风机 的顺序功能 和梯形图 习题 1 3 15 在FOR指令中 需要设置指针或当前循环 次数计数器 INDX 起始值 INIT 和结束值 FINAL 监控定时器复位指令WDR 第6章 可编程序控制器的功能指令 6 4 数据处理指令 NETWORK 1 LDSM0 1 首次扫描 MOVB 5 QB0 置彩灯初值 NETWORK 2 LDNT37 TONT37 10 产生脉冲 NETWORK 3 LDT37 每0 5s AI0 2 RLBQB0 1 左移一次 NETWOR
