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1、可编程序控制器原理及应用实验指导书(OMRON-CP1E)目 录PC可编程序控制器简介2第一章可编程控制器的基本原理2第二章可编程序控制器的编程6实验项目8实验一 艺术灯控制实验8实验二交通灯控制10实验三 液休混合装置自动控制12实验四LED数码管控制14实验五步进电机控制16实验六四级传送带控制18实验七机械手白动控制20实验八邮件分拣控制22实验九 水塔水位控制24实验十电机Y/起动控制26实验十一刀库捷径选择控制28实验十二四层电梯控制30PC可编程序控制器简介可编程序控制器(Programmable Controller)简称PC,但在我国一八部分技术人员为了与个 人计算机(Pers
2、onal Computer简称PC)区别开来，仍把可编程序控制器简称为PLC,也有一 简称PC的，木指导书中简称PC。PC它是以微处理器为核心的丄业通用口动控制装置。它具有控制能力强、使用方便灵 活、小型化、可靠性高、易于扩展、通用性强等优点。它不仅可以取代传统的继电辭控制系 统，还可以进行复杂的住产过程控制和应用于工厂H动化网络。目前在工业发达国家里， PC应用相当广泛，尤其是小型PC,采用类似继电器逻辑的过程操作语言，使用十分方便， 简单易学，备受工厂电气及工程技术人员的欢迎。普及PC技术，推广应用可编程序控制器, 加速我国企业的技术进步和设备改造，开始新型的机电一体化产品，对提高我国的工
3、业自动 化水平和生产效率有很重要的意义。为了配合PC技术在我国的广泛推广，满足大专院校、以及各类职业技术学校开设相关 课程的实验要求，我厂工程技术人员根据用户的需耍，最新研制出新型PC实验台。该实验 台针对冃前市场上已冇的同类产品扬长补短、优化创新、从而具冇功能完备、操作方便、造 型美观等特点。该设备依据我国目前高等院校机电、电气类课程的实验要求精心设计，实验 项目完整丰富，与课堂教学紧密结合，因此具有极高的性价比。第一章可编程控制器的基本原理町编程序控制器是工业专用微机控制装置，具有典型的计算机结构。川其构成的控制 系统也是典型的工业控制系统。一.可编程序控制器组成的控制系统可编程序控制器作
4、为控制器构成的口动控制系统可实现开关量的控制，也可实现模拟 量的控制；可实现断续控制，也可实现连续控制；系统组成可以是开环控制系统，也可构成 闭坏控制系统。该系统的纽成可分为输入设备、输出设备、可编程序控制器和外围设备等儿 部分。如图11所示。图1-1可编程序控制系统组成(1) 输入设备输入设备的作用是产生输入控制信号 送入可编程序控制器。常用的输入设备包括控制开关和传感 器。控制开关可以是按钮开关、限位开关、 行程开关、光电开关、继电器和接触器的 接点等。传感器包括各种数字式和模拟式传感器，如光栅位移式传感器、磁尺、热电阻、 热电耦等。另外，输入设备还冇接点状态编程器和通信接口以及其它计算机
5、等。(2) 输出设备输出设备的作用是将可编程序控制器的输岀控制信号转换为能够驱动被控对象工 作的信号。常用的输出设备包括叫磁开关、直流电动机、功率步进电动机、交流电动机、电磁 阀、电磁继电器、电磁离合器和加热器等。如需要也可接CRT显示器和打印机等。(3) 可编程序控制器可编程序控制器在控制系统中的作用。它将输入信号读入后按一定的控制规律进 行处理，然后产生控制信号输出，驱动输出设备工作。(4) 外围设备外围设备可完成用户与可编程序控制器对话、程序的存贮及打印等功能。可编程序控制器的外用设备可供选用的较多，有编程器、盒式磁带、EPROM (EEPROM)写入器、磁盘、X-Y记录器等。另外，外围
6、设备还有复印机、个人计算机等。不同的系统根据系统功能需耍选配外 围设备。外围设备的发展在很大程度上决定了可编程序控制器的发展。二、可编程序控制器的组成可编程序控制器的组成基木同计算机一样，由电源、中映处理机、输入接口、输 出接口及外围设备接口构成。图2-2给出了可编程序控制器的结构框图。外围设备接口输 入 接 口中央处理机包括微处理器存贮器输 岀 接 口电源部件1、输入接口输入接口是可编程序控制器与控制现场 的接口界面的输入通道。输入接口由光电耦合 输入电路和微处理器输入接入接口电路组成。见图1-3。光电耦合输入电路隔离输入信号，防 止现场的强电干扰进入微机见图14和图15。 对交流输入信号还
7、可采川变压器或继电器隔 离。微机输入接口电路把隔离后的输入信号转换成微处理器能接受的信号。有许多种可编程图1-2可编程序控制器结构框图序控制器还加有滤波环节来增强抗干扰性能。IN0IN1COM微机输入接口电路图1-3输入接口示意图图1-4直流输入电路输出接口接收主机的信息，并进行功率放大和隔离，经过输出接线端子向现场的输出部分输出相应的控制信号。输出接 口电路一般由微电脑输出接口和隔离电 路、功率放人电路纟fl成。可编程序控制 器的输出元件冇三种形式即继电器输 出、晶体管输出和双向可控硅输出。如 图26、图27、图28所示。前者属接 点型输出，后两种是无触点输出。川户町根据执行部件的需耍来选择
8、。图1-6继电器输出图1-7可控硅输出0M图1-8晶体管输出3、微处理器中央处理机包括微处理器和存贮器等。微处理器是具有运算和控制功能的大规模 集成电路。乂称CPU,它控制所有具他部件的操作是PC的核心。其作川是：（1）按照系统程序赋予的功能接收并存贮由编程器键入的用户程序和数据，诊 断电源及可编程序控制器内部电路的T作状态和编程中出现的语法错谋。（2）用扫描方式工作。监视和接收现场输入信号，从存贮器中逐条读収并执行 用户程序所规定的逻辑或算术运算操作，根据运算结果控制输出。不同型号的可编程序控制器可能使用不同种类的微处理器。常用的是通用微处理 器如单片机和双极型位片式微处理器。在小型可编程序
9、控制器中大多采用八位微处理 器，中型机中多采用16位的微处理器，大型机小多釆用高速位片机。不同的微处理器 只能执行各自的机器语言所编写的程序。4、存贮器存贮器是具有记忆功能的半导体集成电路，用于存放系统程序、用户程序、逻辑 变量和其它信息。系统程序是控制和完成可编程序控制器各种功能的程序，由控制辭制 造厂家编写。用户程序是根据生产过程和工艺要示设计的控制程序，由可编程序控制器 的使用者编写。可编程序控制器中使用的存贮器冇ROM、RAM和EPROMo（1）只读存贮器ROM 只读存贮器中一般存放着系统程序。系统程序具有开机自 检、工件方式选择、键盘输入处理、信息传递和对用八程序的翻译解释等功能。系
10、统程 序关系到可编程序控制器的性能，由制造厂家用微机的机器语言编写并在出厂时已固化 在ROM或EPROM （紫外线可擦除ROM）芯片中，用户不能肓接存取。（2）随机存贮器RAM 随机存贮器又称可读可写存贮器。读岀时，RAM中的内 容仍保持不变。写入时，新写入的信息覆盖了原来的內容。因此，RAM用来存放既耍 读出乂需经常修改的内容。可编程序控制辭中RAM 般存放用八程序、逻辑变量和其 它一些信息。用户程序是在编程工作方式下，用户从键盘上输入并经过系统程序编译处理后放 在RAM中的。用户程序设计语言不同于微处理器机器语言，它简单、直观、易懂、容 量掌握。用户真正要掌握的就是对编程序控制器程序设计语
11、言和应用程序的正确编制, 而不需要学习计算机的专业知识和机器语言。在用八程序设计和调试过程中要经常进行 读写操作。所以，用户程序要存放在RAM !, RAM中还要有若T单元用來存放逻辑 变最，这些逻辑变最用可编程序控制器的术语来说，就是它的可编程器件如输入继电器、 输岀继电器、内部辅助继电器、保持继电器、定时器和计数器等。此外，还有一部分 RAM单元用来保存输入输出状态表及可编程序控制器工作时耍使用的其它信息。RAM中的内容在掉电示要消失，所以可编程序控制器对RAM提供有备用电池供 电电路。-般备用电池是锂电池，使用期35年左右。如果调试通过的用户程序要长期 使用，可用专用的EPROM写入器把
12、程序固化在EPROM芯片内，再把该芯片插入可编 程序控制器上的EPROM专用插座中。不同型号可编程序控制器的存贮器容量是不同的。在町编程序控制器的技术特性 中通常给岀的是与用户编程和使用有关的指标如可编程器件数，允许用户程序的最人长 度等。这些指标间接地反映了 RAM的容最，至于ROM容最则与可编程序控制器的种 类和性能有关。5、外围设备接口外I韦I设备不能肓接与处理机相连，必须通过可编程序控制器的外围设备接口才 能与中央处理机连接。常用的接口冇外存贮器接口，用于与EPROM和盒式磁带机连接、 远程通讯接口以及与CRT、打卬机连接的接口等。6、电源部件电源部件将交流电压信号转换成微处理器、存贮
13、器及输入，输出部件正常工作所需 要的直流电源。由于可编程序控制器主要用于工业现场的自动控制，直接处于工业干扰 的影响之中，所以，为了保证可编程序控制器内主机可靠工作，电源部件对供电电源用 用了较多的滤波环节，还用集成电压调整器进行调整以适应交流电网的电压波动，对过 电压和欠电压都有一定的保护作用。另外，采川了较多的屏蔽措施来防止工业坏境中的 空间电磁干扰。常用的电源电路有串联稳压电路、开关式稳压电路和设有变压器的逆变 式电源。串联稳压电路是在电源回路串入带电压口动调节器的可变电阻；当电源侧或负荷侧 电压发生变化时，自动调节电阻值以保持输出电压恒定。可变电阻可用大功率管实现。开关式稳压电路是交直
14、电路。它通过开关管把直流输入变为高频方波，再把方波滤 波得到肓流稳压波。没有变压器的电压电源是-种IC构成的串联稳压电路。供电电源的电压等级常见的有AC100V、200V, DC100V、48V、24V等。以上六部分组成的总体称为可编程序控制器，简称PC,是一种可根据主产需要人 为灵活变更控制规律的控制装置，它与各种生产机械配套可组成各种匸业控制设备，实 现对生产过程或某些工艺参数的自动控制。山于PC主机实质是一台工业专业微机，并 具有普通微机所不具备的特点，使它成为各种开环、闭环系统控制器的首选方案Z。综上所述，PC主机在构成实际系统时，至少需要建立以下两种双向的信息交换通 道，即完成主机与
15、牛产机械之间，主机与人之间的信息交换。在与生产现场进行连接后, 含有工况信息的电信号通过输入通道送入主机，经过处理，计算产生输出控制信号，通 过输出通道控制执行元件工作。建立合理的PC控制系统，首先要明确控制目的，根据控制要求充分熟悉现场的工 艺过程，正确地选择输入信号和设备，正确地确定输出信号和执行部件。在熟悉PC器 件 工作原理和指令系统的基础上，就能编制出正确的程序。第二章可编程序控制器的编程一、可编程序控制器程序设计语言PC的控制逻辑是由编程实现的。编程就是川一定的语言（或称程序表达式）把控 制任务描述出来，并送到PC中去执行。PC的程序设计语言是而向现场、面向问题的 简单而直观的控制型语言，它能总接表达被控对象的动作及输入输出关系。PC程序设 计语言可分为梯形图、逻辑功能图、指令语句表及逻辑代数式等儿种，它们主要是由传 统继电控制电气线路变换而来的。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。它沿用 了继电器、接点、串并联等术语和类似的图形符号，信号流向清楚、简单、肓观、容易 看懂，不需要学习计算机专业知识。梯形图在PC中用得非常普遍。通常各厂家、各类型PC都把它作为第一用户语言。 电气技术人员使用最为方便。2. 逻
