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1、第11章 可编程控制器及其应用,11.2 可编程控制器的程序编制,11.3 可编程控制器应用举例,11.1 可编程控制器的结构和工作原理,11.5 可编程控制器微机编程与监控软件简介(略),11.4 松下FPX系列、欧姆龙(OMRON)C系列和 西门子S7200系列可编程控制器常用基本 指令对照(略),可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术发展起来的一种新型工业控制器，专门用于工业现场的自动控制装置。,PLC 具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程 简单以及功耗低、体积小等优点。但它存储容量小，价格高。,本章只为初学者提供 PLC 基础知识，重点是简单 程
2、序编制，重在应用。,继电接触器控制系统在生产中得到广泛应用。但由于它的机械触点多、接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性差，因此已不能满足现代化生产过程复杂多变的控制要求。,第11章 可编程控制器及其应用,PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同,但其结构和工作方式则大同小异, 一般由主机、输入/输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几个主要部分构成。,11.1 可编程控制器的结构和工作方式,11.1.1 可编程控制器的结构及各部分的作用,PLC 可看作一个系统，外部的各种开关信号或模拟信号均为输入变量，它们经输入接口寄存到 PLC 内部的状态寄存器和数据存储器中，而后按用户程序要求
3、进行逻辑运算或数据处理，最后以输出变量的形式送到输出接口，从而控制输出设备。,PLC 硬件系统结构图,1. 主机,CPU是PLC的核心，主要用来运行用户程序，监控输入/输出接口状态。,主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。,系统程序存储器：主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固化，用户不能更改。,用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。,2. 输入/输出(I/O)接口,输入接口用于接收输入设备(如按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。,输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设
4、备(如接触器、电磁阀、指示灯等)。,3. 电源,PLC电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。,I/O接口是 PLC 与输入/输出设备连接的部件。,I/O接口电路一般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰。,PLC的输入接口电路(直流输入型),PLC的继电器输出接口电路,PLC的晶体管输出接口电路,4. 编程器,编程器是 PLC 重要的外部设备，用于手持编程。 利用编程器可输入、检查、修改、调试用户程序或在线监视PLC工作状况。除手持编程器外，目前使用较多的是利用通信电缆将PLC和计算机连接，并利用专用的工具软件进行编程或监控。,6. 外部设备接口,I/O扩展接
5、口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元(即主机)连接在一起。,5. 输入/输出扩展接口,此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相连。,11.1.2 可编程控制器的工作方式,PLC 采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作。其工作过程分为输入采样、程序执行和输出刷新 三个阶段，并进行周期循环。,一条指令所需时间一般不超过 100 ms。,1. 输入采样阶段,PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将其存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行阶段，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一
6、个扫描周期的输入采样阶段才能被读入。,2. 程序执行阶段,PLC在程序执行阶段，按先左后右，先上后下的步序执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存器和其他元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态, 并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。,3. 输出刷新阶段,在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态, 在输出刷新阶段转存到输出锁存器中, 去控制各物理继电器的通/断, 这才是PLC的实际输出。,由PLC的工作过程可见, 在PLC的程序执行阶段,即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期输入采样阶段才能改变。暂存在输出
7、状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。,11.1.3 可编程控制器的主要技术性能,1. I/O点数,指PLC外部输入和输出端子数。通常小型机有几十个点,中型机有几百个点，而大型机超过千点。,2. 用户程序存储容量,用来衡量PLC所能存储用户程序的多少。在 PLC 中，程序指令按“步”存储, 一 “步”占用一个地址单元,一条指令有的往往不止一“步”。一个地 址单元一般占两个字节。,3. 扫描速度,指扫描1000步用户程序所需的时
8、间，以ms/千步 为单位。有时也用扫描一步指令的时间计, 如 s/步。,4. 指令系统条数,PLC 具有基本指令和高级指令，指令的种类和数 量越多，其软件控制功能越强。,5. 编程元件的种类和数量,编程元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继 电器、定时器、计数器、通用“字”寄存器、数据寄 存器及特殊功能继电器等，其种类和数量的多少是衡 量 PLC 硬件功能强弱的一个指标。,PLC 内部“继电器”是存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为1时，则表示相应“继电器”的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。所以 PLC 内部这些“继电器”称为“软”继电器。,FPX-C30可编程控制器编程元件的编
9、号范围与功能说明,11.1.4 可编程控制器的主要功能和特点,1. 主要功能,(1) 开关逻辑控制,用PLC取代传统的继电接触器进行逻辑控制。,(3) 步进控制,(4) 数据处理,(2) 定时/计数控制,用PLC的定时/计数指令来实现定时和计数控制。,用步进指令实现一道工序完成后，再进行下一道工序操作的控制。,能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算和逻辑运算等操作。,(5) 过程控制,(6) 运动控制,(7) 通信连网,(8) 监控,(9) 数字量与模拟量的转换,可实现对温度、压力、速度、流量等非电量参数进行自动调节。,通过高速计数模块和位置控制模块进行单轴或多轴控制。如用于数控机床、
10、机器人等控制。,通过PLC之间的连网及与计算机的连接，实现远程控制或数据交换。,能监视系统各部分的运行情况,并能在线修改控制程序和设定值。,能进行A/D和D/A转换，以适应对模拟量的控制。,2. 主要特点,(1) 可靠性高，抗干扰能力强。PLC采用大规模集成电路和计算机技术，对电源进行屏蔽，对I/O接口采取光电耦合；在软件方面定期进行系统状态及故障检测。而这些都是继电接触器控制系统不具备的。,(2) 编程简单，使用方便。,(3) 通用性好，具有在线修改能力。PLC硬件采用模块化结构，可以灵活地组态以适应不同的控制对象、控制规模和控制功能的要求。且可通过修改软件，来实现在线修改的能力，因此其功能
11、易于扩展，具有广泛的工业通用性。,(4) 缩短设计、施工、投产的周期, 维护容易。目前PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据控制系统的要求，就可选用相应的模块进行组合设计，同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减轻了接线工作，同时PLC还具有故障检测和显示功能，使故障处理时间缩短。,(5) 体积小，易于实现机电一体化。,11.2 可编程控制器的程序编制,11.2.1 可编程控制器的编程语言,可编程控制器的程序有系统程序和用户程序两种。,系统程序用户不能修改。,用户程序是用户根据控制要求，利用 PLC 厂家提 供的程序编制语言和指令编写的应用程序。,PLC 的编程语言以梯形图语言和指
12、令语句表语言 最为常用，并且两者常常联合使用。,1. 梯形图,梯形图是在继电控制系统电气原理图基础上开发出来的一种图形语言。它是继承了继电器触点、线圈、串联、并联等术语和符号，根据控制要求连接而成的表示 PLC输入和输出之间逻辑关系的图形。,1. 梯形图,编程元件的种类用图形符号及字母或数字加以区别。,例: 用PLC组成电机起停控制电路,(1) 继电接触控制图,(2) 利用梯形图编制控制程序,(1)梯形图中的继电器不是物理继电器，是 PLC存储器的一个存储单元。当写入该单元的逻辑状态为1时，则表示相应继电器的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。,几点说明：,(2) 梯形图按从左到右、自上而
13、下的顺序排列。每一逻辑行(或称梯级)起始于左母线，然后是触点的串、并联连接，最后通过线圈与右母线相连。,(3) 梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中满足线圈接通的条件。,(4) 输入继电器用于接收外部输入信号，它不能由PLC内部其他继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备。当梯形图中的输出继电器线圈接通时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的“硬”继电器、晶体管或晶闸管才能实现。,输出继电器的触点也可供内部编
14、程使用。,2.指令语句表,指令语句表是一种用指令助记符来编制 PLC 程 序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语 言容易理解。若干条指令组成的程序就是指令语句表。,笼型电动机直接起动控制的指令语句表,ST 起始指令(取指令):从左母线(即输入公共线)开始取用动合触点作为该逻辑行运算的开始，图中取用 X2。,OR 触点并联指令(也称或指令): 用于单个动合触点的并联，图中并联 Y1。,ED 程序结束指令。,OT 输出指令: 用于将运算结果驱动指定线圈，图中驱动输出继电器线圈 Y1。,AN/ 触点串联反指令(也称与非指令):用于单 个动断触点的串联，图中串联 X1。,11.2.2 可编程控
15、制器的编程原则和方法,1. 编程原则,(1) PLC编程元件的触点在编制程序时使用次数 是无限的。每个继电器的线圈在梯形图中只能出现 一次, 它的触点可以使用无数次。,(2) 梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止于右母线。线圈总是处于最右边，且不能直接与左母线相连。,不正确,正确,(3) 编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左重右轻”。,不合理,合理,(4) 在梯形图中应避免将触点画在垂直线上，因为它无法用指令语句编程。,(5) 应避免同一继电器线圈在程序中重复输出，否则将引起误操作。,电动机直接起动控制,(6) 外部输入设备动断触点的处理如下图所示。,在(b)图中, SB1 接成动断, 接
16、在 PLC 输入继电器的 X1 端子上, 则在编制梯形图时, 用的是动合触点X1。因 SB1闭合，对应的输入继电器接通, 这时它的动合触点 X1是闭合的。按下SB1, 断开输入继电器, 动合触点X1才断开。,通常由 PLC 内部电源提供,外接,FR的触点只能接成动断触点，且不作为PLC的输入信号，而将其触点接在输出电路中直接用于通断接触器线圈。,为了使梯形图和继电接触器控制电路一一对应， PLC 输入设备的触点应尽可能接成动合形式。,2. 编程方法,以笼型电动机正反转的控制电路 为例介绍PLC控制的编程方法,笼型电动机正反转的控制电路,(1)确定I/O点数及分配,2. 编程方法,电动机正反转 控制外部接线图,(2)编制梯形图和指令语句表,梯形图,指令语句表,11.2.3 可编程控制器的指令系统,1. 起始指令ST，ST/与输出指令OT,指令使用说明：,ST/ 起始反指令(也称取反指令)：从左母线开始取用动断触点作为该逻辑行运算的开始。,(1) ST，ST/ 指令可使用的编程元件为 X，Y，R，T，C；OT 指令可使用的编程元件为 Y，R。,(2) ST，ST/ 指令也可与
