PLC可編程控制器基礎(chǔ)知識(shí)課件

1、PLC可編程控制器基礎(chǔ)知識(shí)北京松下控制裝置有限公司制造技術(shù)課編制第1頁，共39頁?？删幊炭刂破魇且环N工業(yè)計(jì)算機(jī) 可編程控制器是現(xiàn)代自動(dòng)化設(shè)備中最廣泛使用的核心控制器件，它是從繼電器順序控制技術(shù)發(fā)展而來，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行邏輯判斷與運(yùn)算的控制器。以可編程控制器為核心加入各種輔助器件（傳感器、驅(qū)動(dòng)器件等）構(gòu)成控制系統(tǒng)，以順序+反饋的方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。下面，我們分幾部分來認(rèn)識(shí)可編程控制器和以它為中心的控制系統(tǒng)。 第2頁，共39頁。一.基本硬件結(jié)構(gòu) 第3頁，共39頁。1.控制器各主要部分作用微處理器：顯然是控制器的核心部件，它實(shí)現(xiàn)各種邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算，還要對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的各個(gè)部分的工作進(jìn)行協(xié)

2、調(diào)與控制。存儲(chǔ)器：數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域，用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量、輸入/輸出狀態(tài)的映像、以及各種其它數(shù)據(jù)信息。輸入/輸出接口：即I/O接口，可編程控制器與被控對(duì)象設(shè)備、或者周邊其它控制器相互聯(lián)系、交換信息與指令的通道。電源：整個(gè)控制器的電力供給中心；其一為內(nèi)部電源內(nèi)部的微處理器、存儲(chǔ)器等的工作用電，一般是直流5V；其二為外部電源（也稱用戶電源）用于傳送設(shè)備上各傳感器信號(hào)、用于驅(qū)動(dòng)設(shè)備的各種執(zhí)行元件，一般是直流24V、而且功率較小。I/O擴(kuò)展部分：為控制系統(tǒng)擴(kuò)展輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)而設(shè)計(jì)，根據(jù)不同的控制器型號(hào)能擴(kuò)充的最大點(diǎn)數(shù)也不相同，而且擴(kuò)展的功能模塊也不盡相同，高版本的輸入、輸出、模/數(shù)、數(shù)

3、/模轉(zhuǎn)換等。外部設(shè)備：開發(fā)及維護(hù)設(shè)備的可編程控制器系統(tǒng)時(shí)，及設(shè)計(jì)與調(diào)試應(yīng)用程序、監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的各種輔助設(shè)備，我們公司內(nèi)常用到的是安裝有NPST-GR軟件的筆記本電腦、或者是手持編程器等。第4頁，共39頁。2.基本工作方式可編程控制器的基本工作方式掃描第5頁，共39頁。掃描依次對(duì)各種規(guī)定的操作項(xiàng)目全部進(jìn)行訪問與處 理；每掃描完成一個(gè)循環(huán)即為一個(gè)掃描周期。在第一個(gè)“I/O更新”的過程中，微處理器從輸入/輸出單元接收設(shè)備等外圍裝置的當(dāng)前狀態(tài)，存入存儲(chǔ)器中備用；在“演算/處理”過程中，微處理器把存儲(chǔ)器中的I/O狀態(tài)與用戶程序結(jié)合進(jìn)行邏輯和數(shù)字運(yùn)算，生成的運(yùn)算結(jié)果也存入存儲(chǔ)器中；在第二個(gè)“I/O更新

4、”過程中，微處理器把演算、處理的結(jié)果送入輸出單元，通過接口傳給設(shè)備等外圍裝置。第6頁，共39頁。3.輸入輸出方式 可編程控制器的輸入輸出方式可以分為：繼電器輸入/輸出型、晶體管輸入/輸出型等。NAIS FP1就是繼電器輸入輸出型的可編程控制器 輸入回路里一般都把公共端接電源的+24V端，而把輸入端經(jīng)過開關(guān)后引到電源的0V端； 輸出回路里一般把公共端接電源的0V端，把輸出端經(jīng)過負(fù)載后引到電源的+24V端。第7頁，共39頁。二.可編程控制器的軟件 繼電器種類及功能繼電器序號(hào)及說明 基本程序指令 基本程序回路 第8頁，共39頁。繼電器種類及功能 可編程控制器是從繼電器序列控制裝置的基礎(chǔ)上運(yùn)用計(jì)算機(jī)技

5、術(shù)發(fā)展而來的，所以其程序、符號(hào)等均保留著原來的稱呼繼電器，程序也是與電氣控制圖相近梯形圖；先看我們可以在程序中使用的資源繼電器的種類列表存儲(chǔ)器區(qū)域名稱 功能 繼電器 外部輸入 X根據(jù)外部輸入的狀態(tài)ON/OFF切換 外部輸出 Y把ON/OFF狀態(tài)向外部輸出 內(nèi)部繼電器 R根據(jù)程序結(jié)果確定其ON/OFF狀態(tài) 定時(shí)器 T延遲到定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間后ON 計(jì)數(shù)器 C按照記數(shù)器的設(shè)定，記數(shù)滿時(shí)ON 特殊內(nèi)部繼電器 R特定條件下ON/OFF、各種運(yùn)算的標(biāo)志位等 第9頁，共39頁。繼電器序號(hào)及說明 根據(jù)不同種類的可編程控制器，繼電器的序號(hào)編碼方式是不一樣的，下面針對(duì)我公司最常用到的松下系列可編程控制器，作以簡(jiǎn)單

6、介紹： 外部輸入、外部輸出、內(nèi)部繼電器 以外部輸入X為例，如下面圖示：最低位是以16點(diǎn)為基礎(chǔ)單位，是十六進(jìn)制數(shù)0F，除最低位以外均采用十進(jìn)制數(shù)。是一種十進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)結(jié)合的表示方法。 第10頁，共39頁。定時(shí)器、計(jì)數(shù)器如下面的圖示： 接點(diǎn)序號(hào)和相應(yīng)的定時(shí)器與計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)，都是由10進(jìn)制數(shù)組成。 WX、WY、WR和X、Y、R的關(guān)系： 以WX為例，WX0作為一個(gè)寄存器單元對(duì)應(yīng)著X0XF這16點(diǎn)X，WX1則對(duì)應(yīng)著X10X1F這16點(diǎn)的X，WX7，參考下面的圖示，： 第11頁，共39頁。關(guān)于程序繼電器的使用說明：外部輸入X：沒有進(jìn)行機(jī)能設(shè)定的外部輸入不能使用； 無法通過程序的演算改變外部輸入的ON/

7、OFF狀態(tài) 在程序上的使用次數(shù)沒有限制。外部輸出Y：沒有進(jìn)行機(jī)能設(shè)定的外部輸出，能作內(nèi)部繼電器 ，但不能作為保持型；作為接點(diǎn)使用的時(shí)候沒有次 數(shù)的限制；作為演算的輸出繼電器使用時(shí)，如： OT、KP等命令中，原則上一個(gè)程序中只能用一 次（禁止二重出力）。內(nèi)部繼電器R：作為接點(diǎn)使用的時(shí)候，沒有次數(shù)的限制；作為 演算的輸出繼電器使用時(shí)，如：OT、KP等命令 ，原則上一個(gè)程序中只能用一次（禁止二重出力) 有保持型和非保持型兩種，保持型繼電器在切斷電 源、或從RUN切換到PROG方式時(shí)，對(duì)當(dāng)前 ON/OFF狀態(tài)保持記憶，恢復(fù)電源、或恢復(fù)到RUN 方式后仍然能恢復(fù)到原來的狀態(tài)。 第12頁，共39頁。定時(shí)器

8、T：預(yù)制計(jì)時(shí)定時(shí)器通過預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)，在條件（定 時(shí)器線圈接通時(shí)）具備時(shí)逐步遞減，減小至“零”時(shí) 其接點(diǎn)“ON”； 定時(shí)器的執(zhí)行條件OFF時(shí)，定時(shí)器接 點(diǎn)全OFF； 接點(diǎn)使用次數(shù)沒有限制。 計(jì)數(shù)器C：當(dāng)計(jì)數(shù)輸入的上升沿，對(duì)預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)執(zhí)行減計(jì) 數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值減為“零”時(shí)計(jì)數(shù)器接點(diǎn)ON； 計(jì)數(shù)器的復(fù)位輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器接點(diǎn)OFF； 接點(diǎn)的使用次數(shù)不限。 定時(shí)器與計(jì)數(shù)器的相關(guān)項(xiàng)目： 定時(shí)器與計(jì)數(shù)器使用的是共同的存儲(chǔ)器區(qū)，可以通過設(shè)定存儲(chǔ)器區(qū)域的大小，確保定時(shí)器/計(jì)時(shí)器的數(shù)目；但是二者之和是由可編程控制系統(tǒng)版本限定的，總數(shù)不能更改；定時(shí)器全部是非保持型，計(jì)數(shù)器有非保持型和保持型，根據(jù)可編程控制系統(tǒng)版本不

9、同，有的可以進(jìn)行非保持型和保持型數(shù)目的設(shè)定。第13頁，共39頁?；境绦蛑噶?可編程控制器的基礎(chǔ)是下面的這些基本指令，許多的基本指令都是依照繼電器順序控制的原形發(fā)展而來，基本的功能與繼電器、開關(guān)、定時(shí)器等相同，由于采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，也就提供了眾多的應(yīng)用命令，如對(duì)數(shù)據(jù)的傳送、移位、邏輯與數(shù)學(xué)運(yùn)算等，主要包括：基本順序指令、基本功能指令、控制指令、比較指令。 下面是對(duì)一些常用的基本命令與其梯形圖程序的簡(jiǎn)單介紹： ST 常開觸點(diǎn)與母線連接，開始邏輯運(yùn)算； ST/ 常閉觸點(diǎn)與母線連接，開始邏輯運(yùn)算； AN 串聯(lián)常開觸點(diǎn)指令，將前面保存在結(jié)果寄存器中的邏輯操作 結(jié)果與指定繼電器內(nèi)容相與；并把這一結(jié)果存入

10、結(jié)果寄存器 AN / 串聯(lián)常閉觸點(diǎn)指令，將前面保存在結(jié)果寄存器中的邏輯操作 結(jié)果與指定繼電器內(nèi)容相與；并把這一結(jié)果存入結(jié)果寄存器 OR 并聯(lián)常開觸點(diǎn)指令，將前面保存在結(jié)果寄存器中的邏輯操作 結(jié)果與指定繼電器內(nèi)容相或；并把這一結(jié)果存入結(jié)果寄存器 OR / 并聯(lián)常閉觸點(diǎn)指令，將前面保存在結(jié)果寄存器中的邏輯操作 結(jié)果與指定繼電器內(nèi)容相或；并把這一結(jié)果存入結(jié)果寄存器 第14頁，共39頁。 左圖是可編程控制器的兩個(gè)基本的塊指令（觸點(diǎn)組用法）： ANS 兩個(gè)基本指令組之間是“與”的邏輯關(guān)系；兩塊電路組總體上是“串聯(lián)”； ORS 兩個(gè)基本指令組之間是“或”的邏輯關(guān)系；兩塊電路組總體上是“并聯(lián)”； 第15頁，

11、共39頁。 DF上升沿微分指令， 僅在其前面條件ON的上升沿時(shí)，輸出ON信號(hào)一個(gè)掃描周期； DF/下降沿微分指令， 僅在其前面條件ON的下降沿時(shí)，輸出ON信號(hào)一個(gè)掃描周期；NOT取反指令，對(duì)它前 面的運(yùn)算結(jié)果取反；NOP空操作指令，不執(zhí) 行任何操作； 第16頁，共39頁。 PSHS保存前面的演算結(jié)果，以備后面使用，相當(dāng)于堆棧的入棧指令； RDS讀取前面保存的演算結(jié)果，繼續(xù) 演算，相當(dāng)于堆棧的讀棧指令； POPS釋放前面保存的演算結(jié)果,繼續(xù)演算，相當(dāng)于堆棧的出棧指令。 第17頁，共39頁。左圖是可編程控制器的三個(gè)基本的輸出指令：OT 輸出繼電器線圈，同一序號(hào)只能用一次； TM 定時(shí)器線圈，同一序

12、號(hào)只能用一次；例中的TMX19對(duì)應(yīng)著設(shè)定值區(qū)SV19、經(jīng)過值區(qū)EV19；計(jì)時(shí)器是逐步遞減的計(jì)時(shí)方式；SET、RST對(duì)繼電器線圈直接進(jìn)行操作，同一繼電器可多次使用，使用此種命令不受多重輸出的禁止限制； 第18頁，共39頁。CT 計(jì)數(shù)器的線圈，同一 序號(hào)只能用一次；K99為十進(jìn)制預(yù)置常數(shù)99； 也可以使用其它進(jìn)制 的常數(shù) 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方式為減計(jì)數(shù)（定時(shí)器也一樣）； 例中的CT101對(duì)應(yīng)著設(shè)定值區(qū)SV101、經(jīng)過值區(qū)EV101；第19頁，共39頁。KP指令 相當(dāng)于一個(gè)鎖存繼電器，當(dāng)置位輸入為ON時(shí)，使輸出接通為ON并保持。X0X1KPY0置位觸發(fā)信號(hào)復(fù)位觸發(fā)信號(hào)輸出地址第20頁，共39頁。TMR、T

13、MX、TMY指令TMR：以0.01秒為單位設(shè)置延時(shí)ON定時(shí)器；TMX：以0.1秒為單位設(shè)置延時(shí)ON定時(shí)器；TMY：以1秒為單位設(shè)置延時(shí)ON定時(shí)器；T5TMX305X0Y0預(yù)置值定時(shí)器指令編號(hào)第21頁，共39頁。CT計(jì)數(shù)指令 為預(yù)置計(jì)數(shù)器,完成減計(jì)數(shù)操作,當(dāng)計(jì)數(shù)輸入端信號(hào)從OFF變?yōu)镺N時(shí),計(jì)數(shù)值減1,當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0時(shí),計(jì)數(shù)器為ON,使其常開接點(diǎn)閉合,常閉接點(diǎn)打開.X0X1CT10計(jì)數(shù)觸發(fā)信號(hào)復(fù)位觸發(fā)信號(hào)預(yù)置值100C100Y0第22頁，共39頁。MC(主控繼電器)和MCE（主控繼電器結(jié)束）指令當(dāng)預(yù)置觸發(fā)信號(hào)接通時(shí)，執(zhí)行MC至MCE之間的指令（MC 0） Y0 Y1 （MCE 0） X0X2X1

14、R0X3R1預(yù)置觸發(fā)信號(hào)MC指令編號(hào)第23頁，共39頁。LOOP（循環(huán)）和LBL（標(biāo)號(hào)）指令 跳轉(zhuǎn)到與LOOP指令相同編號(hào)的LBL指令，并反復(fù)執(zhí)行LBL指令之后的程序，直到規(guī)定的操作數(shù)變?yōu)?。（LBL 1） R1 Y1 LOOP 1 DT0 X0X5R2Y0R1預(yù)置觸發(fā)信號(hào)X1LBL指令編號(hào)第24頁，共39頁。基本程序回路： 自鎖回路互鎖回路 順序動(dòng)作回路 第25頁，共39頁。自鎖回路 在輸入X0“ON”之后，輸出繼電器R線圈得電、動(dòng)作，以自身的觸點(diǎn)維持自身線圈的電源，所以稱自鎖；只有在輸入斷開的X1“ON”后才會(huì)切斷繼電器R的電源；廣泛應(yīng)用于需要保持的動(dòng)作中，如電機(jī)的起動(dòng)與停止的控制等。自鎖

15、也提供失電保護(hù)的機(jī)能。 左圖的上、下兩者都是自鎖，但是又有些區(qū)別： 上面復(fù)位優(yōu)先：以輸入斷開為優(yōu) 先，在斷開有輸入時(shí)，無法接通動(dòng)作 繼電器； 下面動(dòng)作優(yōu)先，以輸入動(dòng)作為優(yōu) 先，在動(dòng)作有輸入時(shí)，無法斷開動(dòng)作 繼電器； 基于這種區(qū)別，我們所使用的安全回路往往是采用斷開優(yōu)先的方式，以保證安全回路動(dòng)作后，能可靠地切斷輸出。 第26頁，共39頁?；ユi回路 當(dāng)輸出繼電器R1動(dòng)作后，R1通過自鎖保持了本身的線圈電源，同時(shí)通過自身的常閉觸點(diǎn)切斷了繼電器R2的線圈電源，使其無法動(dòng)作；只有在R1斷開后，其常閉觸點(diǎn)恢復(fù)接通，R2才可能動(dòng)作；同理，R2動(dòng)作也會(huì)使得R1無法動(dòng)作。 這樣的兩個(gè)繼電器動(dòng)作互相制約稱互鎖；廣

16、泛應(yīng)用于不能同時(shí)存在的幾個(gè)動(dòng)作之間，如控制3相電機(jī)的正反轉(zhuǎn).互鎖動(dòng)作的優(yōu)先程度是并列的。 第27頁，共39頁。順序動(dòng)作回路 只有在R1動(dòng)作，R1的接點(diǎn)自鎖后，R2才可能動(dòng)作；只有在R2動(dòng)作，R2的接點(diǎn)自鎖后，R3才可能動(dòng)作； 這樣就形成了后續(xù)的動(dòng)作以前面的動(dòng)作為條件的動(dòng)作順序，所以也稱為條件動(dòng)作。 第28頁，共39頁。 在我們公司的設(shè)備中，有很多要嚴(yán)格限制動(dòng)作順序的時(shí)候；考慮到動(dòng)作的可靠性，往往在回路中加入確認(rèn)動(dòng)作到位的傳感器信號(hào)，以構(gòu)成一種閉環(huán)的控制系統(tǒng)。 如左面圖示中的R1與R2間的動(dòng)作關(guān)聯(lián)，即：R0動(dòng)作 + X10檢知 R1動(dòng)作。 有的時(shí)候，為了確保動(dòng)作的到位，還在檢知的后面加時(shí)間繼電器

17、延緩下一步動(dòng)作。 第29頁，共39頁?？删幊炭刂破鲗?shí)現(xiàn)的F-F回路 可編程控制器的梯形圖程序源自繼電器控制電路，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展賦予了更多、更強(qiáng)大的功能，如計(jì)算、比較等功能。拋開這些高級(jí)功能不提，可編程控制器的順序性繼電器控制要強(qiáng)得多，它嚴(yán)格按照其程序的地址順序執(zhí)行，能取出條件上升沿、下降沿，所以在考慮控制動(dòng)作的時(shí)序、時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)上要相對(duì)容易些。在繼電器控制的典型回路中提到的F-F回路，用可編程控制器來實(shí)現(xiàn)要簡(jiǎn)單得多 指令DF是關(guān)鍵所在，它把輸入按鈕的信號(hào)轉(zhuǎn)化成在前面的輸入信號(hào)X“ON”的上升沿時(shí)僅“ON”一個(gè)掃描周期的瞬時(shí)輸出信號(hào)，消除了時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)，使得可編程控制器的掃描處理結(jié)果得以確定。

18、 第30頁，共39頁。公司PLC程序典型組成部分 在我公司主要使用的可編程控制器為NAIS FP系列的PLC，包括FP-M FP-0 FP-1 FP-2 FP-3 FP-5 FP-10 FP-10SH 等，其程序大多數(shù)為使用基本指令編寫的，程序的尺寸（步驟數(shù)）的大小依照設(shè)備的功能及動(dòng)作的復(fù)雜而復(fù)雜，少則二百余步，多則五六千步。對(duì)于功能及動(dòng)作復(fù)雜的設(shè)備其程序都是有固定組成結(jié)構(gòu)的，模塊化的結(jié)構(gòu)也是為了便于編寫和修改。模塊之間使用LBL標(biāo)號(hào)指令予以標(biāo)明加以分別，程序常見的組成模塊主要有：報(bào)警模塊、停機(jī)模塊、啟動(dòng)模塊、原位置模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、機(jī)構(gòu)動(dòng)作模塊，下面就以TX1#彎曲包裝機(jī)的程序?yàn)槔右越榻B。第31頁，共39頁。報(bào)警模塊 報(bào)警模塊主要內(nèi)容是各種應(yīng)避免發(fā)生的狀況的描述以