可编程序控制器的编程指导

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1、第4章 可编程序控制器的编程指导一、PLC编程特点和原则（一）、 PLC编程特点梯形图编程是PLC的第一编程语言，是最常用的方法。梯形图源于传统的继电接触器控制电路图，发展到现在两者之间存在较大差别。1、程序的执行顺序 （1）PLC程序按扫描执行的结果如图4.1所示。这种扫描执行方式的优点是可滤掉高频干扰，增强抗干扰能力。其缺点是产生响应滞后，影响可靠性。（2）继电器电路图和PLC梯形图执行顺序比较，参看图4.2。当X0闭合后，对于继电器电路来说Y0、Y1同时得电。而在PLC程序中，X0闭合后，Y0先输出，Y1后输出。2、继电器自身的延时效应继电器电路中由于继电器自身的延时效应，当X0动作后，

2、其输出Y0、Y1不能同时得电与断电，与PLC梯形图相比较，如图4.3所示。在PLC梯形图中，当X0动作后，其输出Y0、Y1同时得电与断电，这与继电器电路是不同的。3、PLC中的软继电器所谓软继电器是指PLC存储空间中的一个可以寻址的位。在PLC中软继电器的种类多、数量大。例如FP0型PLC的内部继电器（R0R62F）共有1008个，特殊继电器（R9000R903F）共64个，定时器/计数器144个。寄存器中触发器的状态可以读取任意次，相当于每个继电器有无数个常开和常闭触点供编程中使用。（二）、 PLC编程原则 学习了PLC的指令系统后，就可以根据实际系统的控制要求编制程序，下面就来说明编程的基

3、本原则。1、 PLC软继电器的触点可以多次重复使用PLC的输入/输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的接点可多次重复使用，无需用复杂的程序结构来减少接点的使用次数。2、梯形图的编制原则梯形图的每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。3、线圈一般不能与左母线相连(a)用内部继电器常闭触点实现输出图4.4 规则3的说明TMX0 K100R0R9010TMX0 K100(b)用内部特殊继电器实现输出除步进程序外，任何继电器线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母线相连。如果需要，可以通过一个没有使用的内部常OFF继电器的常闭触点或者特殊内部常ON继电器的常开触

4、点来连接，参看图4.4。4、不允许双线圈输出同一编号的线圈在一个程序中使用两次称为双线圈输出。双线圈输出容易引起误操作，应尽量避免线圈的重复使用。(a)用内部继电器常闭触点实现输出5、程序中不允许出现桥式电路在PLC程序中，不能用桥式电路直接编程，参看图4.5 。6、程序的编写顺序程序的编写顺序应按自上而下、自左至右的方式编写。为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大下小”，如图4.6和图4.7所示。 (a)不符合左大右小的电路（共5步） 图4.7 规则6的说明二、 PLC 编程实例（一）、 生产线上自动分拣系统的 PLC 应用1、概述过去工厂检验产品时都采用手工作业，抽样检查，为了提

5、高产品的质量和节省人手而采用了自动测定系统。考虑到系统结构紧凑及经济实用，采取松下PLC与LM 激光传感器的组合，能达到既经济又紧凑的目的。本文着重介绍 FP1、 LM 激光传感器以及上位机监控构成的实际使用系统。参见图 4.8。2、系统构成首先由传感器把距离转化为电信号，然后通过 A/ D模块采集，PLC 主机进行数据处理，控制及通讯，监控系统进行数据储存, 分析等，参见图 4.9 。（1） LM 激光传感器 把距离转化为模拟信号。（2）数据采集 将模拟信号转化为数字信号。（3）控制处理 采用松下 FP1型 的 PLC 主机进行控制处理。（4）监控系统 用 IBM微机，用 VB 软件编写的界

6、面进行人机对话，并把 PLC 传来的数据记录存储到硬盘上，还可以画出动态时序图, 正态分布图，即时打印。分析研究加工条件和产生残次品的关系与运行状况，对生产知识的积累具有实际意义。 图4.9 系统结构示意图3、部分硬件的设计LM 激光传感器是采用松下 LM10 系列测量距离模拟传感器，具有高精度的测量和比较输出的功能。它的原理是用激光二极管发射出波长为 685mm的激光束，遇到障碍物反射回来，先后的时间差为t。LM 激光传感器是由探测体与控制体两个部分组成，其参数见表 4-1 和表 4-2 。ANR1150ANR1151ANR1182ANR1115测定中心距离50mm50mm80mm130mm

7、测定范围10mm10mm20mm20mm光源最大输出/激光级数激光二极管 波长685mm0.4mW(最大)/级数1光束直径0.61.1mm0.090.05mm0.71.2mm0.71.4mm分辨率(2)10Hz5m5m20m100m线性误差0.2% of F.S.表4-1 探测体(ANR11系列)参数表4-2 控制体参数ANR5131/32ANR5141/42ANR5231/32ANR5241/42模拟输出5V/F.S.(最大2mm)420mA/F.S.(最大250)5V/F.S.(最大2mm)420mA/F.S.(最大250)响应频率(-3DB)响应时间(1090%)1KHz 100Hz 1

8、0Hz0.4ms 4ms 40ms检测输出NPN/PNP晶体管开路集电极双点(100mA 30VDC以下，残余电压1.5V以下)NPN/PNP晶体管开路集电极双点(100mA 30VDC以下，残余电压1.5V以下)应差0.2% of F.S.电源电压直流电压1224V(-15%，+10%)消耗电流250mA以下（DC12V输入时）125mA以下（DC24V输入时）使用环境温度工作时：0+50（1）探测体的选用根据被测体的尺寸、测量精度、传输带宽度及安装的位置，我们就可以确定探测体型号。假设被测体的尺寸为 50 毫米，测量精度为 0.05 毫米，传输带宽度为 100 毫米，可以选探测体型号 AN

9、R1150 ，检测中心距离为 50 毫米，检测精度为 0.005 um 。这样被测体两面在探测体的中心位置上，能减少检测误差，按图尺寸安装被测体的尺寸范围，可以在30mm70mm，参看图4.10。（2）控制体的选用探测体与控制体是配套产品，它们之间的连接不必考虑。主要考虑控制体与A/D模块的匹配，A/D模块的输入信号有多种选择（输入05V；010V；020mA三种），根据A/D模块输入信号可以选择它们相近的信号，由表2可以查出，型号为ANR5141的模块输出信为420mA与A/D模块相近。把LM1的输出信号接在A/D模块的第一通道（CH0），LM2的输出信号接在A/D模块的第二通道（CH1）。

10、 4、PLC的编程我们检验被测体的尺寸有四种可能：合格测定范围内；不合格尺寸偏小；不合格尺寸偏大；检测系统有出错可能溢出测定范围。在上位机监控系统中设置测定上限值、测定下限值及测定值，并通过串行口传递给PLC，PLC把数据分别存在DT12、DT11、DT10中，对采集实际的数据进行比较。（1）数据处理 探测体的信号传给控制体产生420mA的电信号，经过A/D模块转换成数字信号，由于A/D模块输入的信号时020mA对应的数字值为01000，我们还不能直接使用该数字，需要经过处理才能使用。也就是说，LM传感器检测的范围是10mm对应420mA，经过A/D模块产生数字范围是2001000，这样很容易

11、得出实际的1mm相当于PLC处理的数据40。通过PLC把LM1的数据读入存储器DT100中，把LM2的数据读入存储器DT101中，此时读入的数据加上中心距离减10mm，才是LM传感器到被测体的一面的距离。即：4、PLC的编程我们检验被测体的尺寸有四种可能：合格测定范围内；不合格尺寸偏小；不合格尺寸偏大；检测系统有出错可能溢出测定范围。在上位机监控系统中设置测定上限值、测定下限值及测定值，并通过串行口传递给PLC，PLC把数据分别存在DT12、DT11、DT10中，对采集实际的数据进行比较。（1）数据处理 探测体的信号传给控制体产生420mA的电信号，经过A/D模块转换成数字信号，由于A/D模块

12、输入的信号时020mA对应的数字值为01000，我们还不能直接使用该数字，需要经过处理才能使用。也就是说，LM传感器检测的范围是10mm对应420mA，经过A/D模块产生数字范围是2001000，这样很容易得出实际的1mm相当于PLC处理的数据40。通过PLC把LM1的数据读入存储器DT100中，把LM2的数据读入存储器DT101中，此时读入的数据加上中心距离减10mm，才是LM传感器到被测体的一面的距离。即：L1（DT110）=DT100+（50-10）40=DT100+1600 L2（DT111）=DT101+（50-10）40=DT101+1600LM1与LM2的距离为：L=15040=

13、6000 被测体实际的尺寸为：D（DT112）=L-(L1+L2)（2）梯形图程序 PLC梯形图程序如图4.11所示。读LM1读LM2L1=LM1+1600L2=LM2+1600L3=LM1+LM2D=6000-L3比较是否合适不合格上限以上合格不合格下限以下溢出测定范围标志传给上位机实际尺寸传给上位机图4.11 PLC程序梯形图X0：LM激光模拟传感器1输入；X1：LM激光模拟传感器2输入；X2：测定定时输入；WY9：为CH0的地址；WY10：为CH1的地址PLC根据DT20的值可以对不同的次品进行分类，把不同的次品 放在相对应的料槽里。 随着市场的激烈竞争，产品的质量要求越来越高，以往的人

14、工抽样检查，无法满足生产的要求。采用自动生产线可以对产品逐一进行检查，由上位机设定检查的允许上、下限值，对所有产品实现自动检查，这样大大提高了产品质量，节省了人力，提高了生产经济效益。(二）、FP0的PWM（脉宽调制）功能在变频调速系统中的应用1、概述 变频器应用于电梯控制系统中的调速部分是现行工程发展的方向。传统的电梯工程一般采用大、中型PLC和A/D、D/A模块以及电梯专用变频器对专用电机进行速度控制。本文介绍一种小型PLC利用其PWM专用指令，不需A/D、D/A模块即可对变频器进行变频调速的方法，以期对中小型电梯企业提供一些借鉴。 脉宽调制PWM（pulse width modulati

15、on），即PLC输出的幅值、频率不变，占空比变化的信号。松下小型PLC如FP0具有PWM功能的指令，可直接控制变频器的启动、停止、无级调速运行等。现以六层电梯模型中的变频调速为例，论述PWM的应用设计。2、PLC-变频器调速系统的构成设计的PWM变频调速系统是由松下FP0型PLC、小型VF0变频器、旋转编码器、三相异步电动机、上位机等组成的具有速度反馈环节的闭环控制系统。（1）变频器接线图变频器的主电路接线较简单，从变频器的主回路端子U、V、W相接入三相异步电动机即可，主接线图略。本文只给出变频器与PLC控制电路接线图，如图4.12所示。变频器控制端子图4.12 PLC与变频器控制电路接线图（

16、2）闭环控制系统构成为了控制电梯的平层定位精度，设计了具有速度反馈环节的闭环控制系统，如图4.13所示。实现闭环控制有两种方法：一种是采用内置PID变频器，利用变频器内部PID的功能形成自闭环；另一种是不采用内置PID变频器，上位机做总闭环计算的控制，其优点是采用上位机做各种PID的算法，计算速度快，控制精度高，采用FP0的专用PID指令，实现简单。其特点是所有的反馈信号都接到上位机，由上位机通过PWM信号输出控制变频器运行的速度。上位机（计算机或PLC）变频器频率给定信号变频器电源电机及检测元件图4.13 闭环控制系统的设计反馈信号：电压、电流或脉冲信号3、PLC脉宽调制（PWM）程序梯形图

17、设计 F170是PWM输出专用指令，在图4.14中“n”可设为K0或K1。当设定为K0时，脉宽调制波占用内部寄存器0通道，当R10为ON时，其输出波形由Y0输出；当“n”值设为K1时，脉宽调制波占用内部寄存器1通道，其输出波形由Y1输出。PWM脉宽调制波通过驱动器接到变频器的输入端子，变频器接受此信号后，输出频率改变，从而控制三相异步电机的转速。当PLC程序中DT21数据发生变化时，输出脉冲占空比随之而改变，变频器控制的电机转速相应发生变化。图4.14 PWM指令使用说明R10F170 PWM , DT20 , K0sn 由于高速计数器与PWM不能占用同一个通道。因此还需设置系统寄存器400来

18、选择通道。FP0中高速计数器占用内部寄存器0通道，PWM只能用内部寄存器1通道。“n”值设定后，程序运行是不能改变的。图4.15为PWM初始化程序，DT20数据寄存器存放脉冲周期，K13位对应脉冲周期1ms，DT21中的数据为占空比的设定值，PLC在每次扫描时占空比都可以根据DT21值的改变而改变，用户可以通过F0（MV）指令来修改DT21的值，以达到修改PWM脉宽调制波占空比的目的。频率设置在PWM指令运行后不能再改变其参数。图4.15 初始化梯形图设计R9013F0 MV , K13 , DT20R9010F170 PWM , DT20, K1F0 MV , K13 , DT21初始化PW

19、M控制指令初始脉冲信号PWM控制模式PWM频率控制PWM控制模式常闭继电器 作为应用设计，必须考虑电梯运行平稳、舒适，还需考虑设计电梯的加减速程序。经过多次试验，结果表明电梯加减速的参数与楼层高度、速度、加减速时间等有关。图4.16、图4.17为电梯加减速运行的梯形图程序。4.17为电梯加减速运行的梯形图程序。 减速程序设计：减速从当前速度开始，以一定斜率下降到一定值，在此数值确定的频率下运行，直至平层。当检测有轿厢减速信号且DT21数据寄存器中PWM波形输出占空比的值大于10%时，PWM输出按0.5%（如K5）不宜过小，过小会导致到平层时减速缓慢；也不宜过大，过大会导致平层出现过冲。图4.1

20、6 电梯减速梯形图程序R800 DT21 , K100轿厢减速信号PWM频率控制R9018（DF）0.01s时钟脉冲11F27- , DT21 , K5 , DT21PWM频率控制PWM频率控制图4.17 电梯加速梯形图程序 加速程序设计：加速从零速开始，以一定斜率上升到一定值，在此数值确定的频率下运行。改变此梯形图中按比例递加值（K5）可以改变加速斜率。改变比较指令中数据K750的值可以限定加速后达到的最快速度。如本设计变频器最大频率设定为70Hz，则电梯稳定运行的频率为7075%=52.5Hz。 对TVT-2000E电梯模型经过调试选择图4.16、图4.17中所示的频率及占空比设置，获得了理想的调速效果。利用PLC对变频器的PWM控制，还可以将变频器的运行状况输送到上位计算机，可对生产过程进行集中控制。实践证明，这种控制方法完全可以应用到实际电梯设计中。