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1、10 可编程控制器及其应用,10.1 可编程控制器的结构和工作原理,10.2 可编程控制器的技术性能指标,10.3 可编程控制器FP1的基本指令,10.4 PLC编程的基本原则和技巧,10.5 PLC控制系统的设计,目 录,下 页,上 页,返 回,一、基本内容：,1. 可编程控制器的结构和工作原理； 2. 可编程控制器的几种基本编程方法； 3. 常用的编程指令； 4. 使用梯形图编制简单的程序； 5. 基于PLC控制系统的工程设计。,下 页,上 页,返 回,10 可编程控制器及其应用,了解PLC的主要功能， PLC与传统继电器逻辑系统相比有些什么优点； 了解PLC的输入模式及它们的特点； 掌握
2、编写PLC程序时的基本规则。,二、教学要求：,下 页,上 页,返 回,10 可编程控制器及其应用,下 页,上 页,返 回,1.定义：可编程控制器是一种数字运算的电子操作系统装置，专为工业现场应用而设计的，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，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备都应按易于与工业控制器系统联成一个整体和易于扩充其功能的原则进行设计。,10 可编程控制器及其应用,概述,2. 可编程控制器的发展：它的起源可以追溯到60年代，美国通用汽车公司为了适应汽车型号不断翻新的需要，对
3、生产线上的控制设备提出了新的要求，为此研制了第一台可编程控制器用于生产线上，通过改变存储在里面的指令的方法来改变生产线的控制流程，从而提供了继电器控制系统无法比拟的灵活性。,10 可编程控制器及其应用,下 页,上 页,返 回,但这一时期它主要是代替继电器系统完成顺序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，实际只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器, 简称PLC（Programmable Logical Controller）。,10 可编程控制器及其应用,进入80年代，随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程控制器的功能已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，可以进行模拟量控制、位置控制，特别是远程
4、通讯功能的实现，易于实现柔性加工和制造系统，因此将其称为可编程控制,下 页,上 页,返 回,器（Programmable Controller）简称PC ，但为了与个人电脑PC相区别，仍将其称为PLC。PLC已被称为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。,目前PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，加速了机电一体化的进程。,10 可编程控制器及其应用,下 页,上 页,返 回,下 页,上 页,返 回,10.1 可编程控制器的结构 和工作原理,各种PLC的具体结构虽然多种多样，但其结构和工作原理大同小异，都是以微处理器为核心的电子电气系统。PLC各种功能的实现，不仅
5、基于其硬件的作用，而且要靠其软件的支持。,PLC内部主要由中央处理单元(CPU)、输入输出电路(IO)、存储器、电源等几个主要部分构成，如图示。,10.1.1 PLC的一般结构,下 页,上 页,返 回,10.1 可编程控制器的结构 和工作原理,1. 中央处理机,中央处理器(CPU)由控制电路、运算器和寄存器组成，这些电路一般都集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元、输入输出(IO)接口电路相连接。,中央处理机是PLC的大脑，它由中央处理器(CPU)和存储器等组成,中央处理器(CPU),存储器,10.1 可编程控制器的结构 和工作原理,下 页,上 页,返 回,系统程序
6、存储器（ROM） ：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定，用户不能更改。,用户程序及数据存储器（RAM） ：主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。,内部存储器有两类：一类是系统程序存储器，另一类是用户程序及数据存储器,10.1 可编程控制器的结构 和工作原理,存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息。,下 页,上 页,返 回,3. 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备（如:接触器
7、、电磁阀、指示灯等）。,2. 电源部件,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,10.1 可编程控制器的结构 和工作原理,下 页,上 页,返 回,10.1.2 PLC的基本工作原理,PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。整个工作过程可分为五个阶段：,10.1 可编程控制器的结构 和工作原理,下 页,上 页,返 回, 每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容为IO部分、存储器、CPU等，发现异常停机显示出错。若自诊断正常，继续向下扫描。,10.1 可编程控制器的结构 和工作原理, PLC检查
8、是否有与编程器和计算机的通信请求，若有则进行相应处理，如接受由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错信息等发送给编程器进行显示。如果有与计算机等的通信请求，也在这段时间完成,下 页,上 页,返 回, PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，将输入端的状态送到输入状态寄存器中，这就是输入采样阶段。,10.1 可编程控制器的结构 和工作原理, 中央处理器CPU将指令逐条调出并执行，以对输入和原输出状态(这些状态统称为数椐)进行“处理”，即按程序对数据进行逻辑、算术运算，再将正确的结果送到输出状态寄存器中，这就是程序执行阶段。,数据的接受和发送任务。,下 页,上 页,返 回,
9、 当所有的指令执行完毕时，集中把输出状态寄存器的状态通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备，这就是输出刷新阶段。,10.1 可编程控制器的结构 和工作原理,扫描时间主要取决于程序的长短，一般每秒钟可扫描数十次以上，对控制时间要求较严格，响应速度要求快的系统，就应该精确地计算响应时间，细心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少扫描周期造成的响应延时等不良影响。,下 页,上 页,返 回,10.1.3 PLC的分类及应用场合,10.1 可编程控制器的结构 和工作原理,1、按结构形状分类，PLC可分为整体式和机架模块式两种。,PLC产品的分类,2、按PLC的IO点数、存
10、储容量和功能来分，大体可以分为：大、中、小三个等级。,小型PLC的IO点数在120点以下，用户程序存储器容量为4KB以下；中型PLC的IO点数在120-512点之间，用户程序存储器容量达4-16KB；大型,下 页,上 页,返 回,PLC的 I0点数在512点以上，用户程序存储器容量达到16KB或16KB以上。,10.1 可编程控制器的结构 和工作原理,PLC的应用场合, 用于开关逻辑控制, 用于机械加工的数字控制, 用于机器人控制, 用于闭环过程控制, 用于组成多级控制系统，实现工厂自动化网络,下 页,上 页,返 回,10.2 可编程控制器的技术性能指标,3. 内存容量,用来衡量PLC所能存储
11、用户程序的多少。,2. 扫描速度,指扫描1000步用户程序所需的时间，以ms/千步为单位。,4. 指令条数,10.2.1 PLC的基本技术指标,指PLC具有的基本指令和高级指令的种类和数量。,下 页,上 页,返 回,5. 内部寄存器,PLC内部有许多寄存器用以存放变量状态、中间结果、数据等。还有许多辅助寄存器可供用户使用，这些辅助寄存器常可以给用户提供许多特殊功能或简化整体系统设计。,10.2.2 FP1性能介绍,10.2 可编程控制器的技术性能指标,FP1是日本松下电工生产的小型PLC产品，该产品有C14-C72多种规格，形成系列化。它集CPU、IO、通信等诸多功能模块为一体，具有体积小，功
12、能强、性能价格比高等特点。,下 页,上 页,返 回,采用FPl实现PLC控制的主要特点为：, 程序容量最大可达5000步，并为用户提供充足的数据区(最大6144字)、内部继电器(最大1008点)、定时器计数器(最大144个)。, 具有基本指令81条，高级指令111条。,10.2 可编程控制器的技术性能指标, 具有完善的高级功能。机内高速计数器可输入频率高达10kHz的脉冲，并可同时输入两路脉冲。晶体管输出型的FPl可以输出频率可调的脉冲信号。, 具备网络功能。,下 页,上 页,返 回,10.3 可编程控制器FP1的基本指令,下 页,上 页,返 回,同其它电脑装置一样，PLC的操作是依其程序操作
13、进行的，而程序是用程序语言表达的，并且表达的方式多种多样，不同的生产厂家，不同的机种，采用的表达方式不同，但基本上可归纳为：,可编程控制器的编程语言,下 页,上 页,返 回,(1) 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。它继承了继电器接点、线圈、串联、并联等术语和类似的图形符号，具有形象、直观、实用的特点，不需学习计算机专业知识，电气技术人员使用最方便。,10.3 可编程控制器FP1的基本指令,(2) 指令表,指令就是用英文名称的缩写字母来表达PLC各种功能的助记符号。常用的助记符语言类似于微机,下 页,上 页,返 回,中的汇编语言。由指令构成的能完成控制任务的指令组
14、合就是指令表，每一条指令一般由指令助记符和作用器件编号两部分组成。不同型号的PLC，其梯形图、指令表都有些差异，使用的符号不一，但编程的方法和原理是一致的。,10.3 可编程控制器FP1的基本指令,FP1系列PLC的指令系统按其功能特点划分为四种类型：基本顺序指令、基本功能指令、控制指令和比较指令。,梯形图和助记符语言是PLC中最常用的编程语言，学习中应注意以下概念：,(1)梯形图中的继电器并不一定是物理继电器，每个继电器或输入接点各为存储器中的一位，相应位为“1”态，表示继电器线圈通电或常开触头闭合，或常闭触头断开。,(2)梯形图中流过的电流不是物理电流，而是概念电流，是程序执行的形象表示方
15、式。,10.3 可编程控制器FP1的基本指令,下 页,上 页,返 回,(3)梯形图中的继电器接点在编写用户程序时（即作为逻辑接点）可根据需要在梯形图中反复使用，没有数量限制，既可用常开也可用常闭。,(4)只有PLC中的物理继电器才能驱动实际负载，其它继电器只能作为一种逻辑来使用，故称为“软继电器”。,10.3 可编程控制器FP1的基本指令,下 页,上 页,返 回,下 页,上 页,返 回,1. 起始指令ST，ST/与输出指令OT,10.3 可编程控制器FP1的基本指令,功能：读入指定常开接点（X1）的ON/OFF信息。在每一条逻辑线或一个程序段的开始都要使用ST指令或ST/指令。,功能：读入指定
16、常闭接点（X1）的ON/OFF信息。,功能：把输出指令之前的运算结果输出到指定的接点，输出指令可并列使用。,下 页,上 页,返 回,10.3 可编程控制器FP1的基本指令,例：当输入接点X0 ON时，使输出继电器Y0、Y1动作，当接点X1 OFF时，使继电器Y2动作。,梯形图对应的 指令表程序,下 页,上 页,返 回,10.3 可编程控制器FP1的基本指令,触点串联指令AN，AN/与触点并联指令 OR，OR/,10.3 可编程控制器FP1的基本指令,功能：该指令是接点串联连接指令。到此为止的 运算结果与指定的接点X1的ON/OFF信息进行与 运算。,下 页,上 页,返 回,例：当输入条件R0和R1及R2同时为ON时Y3 被输出的程序。,梯形图程序,10.3 可编程控制器FP1的基本指令,时序图,下 页,上 页,返 回,10.3 可编程控制器FP1的基本指令,例：当输入条件R0为ON，R1和R2为OFF时Y3被输出程序。,下 页,上 页,返 回,例：当输入条件R0为ON，R1和R2为OFF时Y3被输出程序。,10.3 可编程控制器FP1的
