電工學(xué)原理 PLC課件

1、第7章可編程控制器7.1 概述7.2 硬件配置7.3 編程元件和基本指令7.4系統(tǒng)程序設(shè)計7.1 概述產(chǎn)生： 起源追溯到60年代，美國通用汽車公司為了適應(yīng)汽車型號不斷翻新的需要，通過改變存儲在里面的指令的方法來改變生產(chǎn)線的控制流程，從而提供了繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的靈活性。 但這一時期它主要是代替繼電器系統(tǒng)完成順序控制，雖然也采用了計算機的設(shè)計思想，實際只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC（Programmable Logical Controller）發(fā)展： 從1968年到現(xiàn)在，PLC經(jīng)歷了四次換代： 一位機 8位機（系列化） 多功能及聯(lián)網(wǎng)通訊 16位、32位高性能 CPU

2、（多功能產(chǎn)品 ）應(yīng)用領(lǐng)域：開關(guān)量邏輯控制；模擬量、數(shù)字量控制；數(shù)據(jù)處理；通信與聯(lián)網(wǎng)；監(jiān)控；運動控制。7.2硬件配置7.2.1組成：內(nèi)部主要由主機、輸入 /輸出接口、電源、編程器、擴展接口和外部設(shè)備接口等幾部分組成。CPUROM RAM電源部件輸出模塊輸入模塊外設(shè)接口打印機計算機編程器模擬量輸入行程開關(guān)繼電器觸點各種開關(guān)傳感器照明電磁裝置執(zhí)行機構(gòu)采用光電隔離裝置繼電器、可控硅、晶體管電路 系統(tǒng)程序存儲器：主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序。系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改。 用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器：主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果。 內(nèi)部存儲器：輸入/輸出(

3、I/O)接口 輸入接口用于接收輸入設(shè)備（如：按鈕、行程開關(guān)、傳感器等）的控制信號。 輸出接口用于將經(jīng)主機處理過的結(jié)果通過輸出電路去驅(qū)動輸出設(shè)備（如:接觸器、電磁閥、指示燈等）。 I/O擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數(shù)擴展單元與基本單元（即主機）聯(lián)接在一起。電源 指為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配備的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源。一般使用220V交流電源或24V直流電源供電。 7.2.2工作原理 PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的工作方式。在工作過程中，一般分為五個階段：輸入采樣（輸入掃描）階段輸入處理；程序執(zhí)行（執(zhí)行掃描）階段程序執(zhí)行；輸出刷新（輸出掃描）階段輸出處理。PLC處于工

4、作狀態(tài)時還必須完成內(nèi)部處理和通訊服務(wù)工作。1、內(nèi)部處理：系統(tǒng)自檢測、檢查程序執(zhí)行結(jié)果是否正確，進行奇偶校驗； 檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位。對具有斷電保持功能的繼電器現(xiàn)有值的刷新。 判斷程序執(zhí)行時間是否超時，如果超時，則停止中央處理工作。3、輸入處理(采樣) ：PLC以掃描工作方式按順序?qū)⑺械妮斎胄盘栕x入到輸入映象寄存器中存儲，這一過程稱為采樣。 在一個工作周期內(nèi)，這個采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變，它是PLC程序執(zhí)行時使用的輸入量的依據(jù)。4、程序執(zhí)行：PLC按順序?qū)Τ绦蜻M行掃描，即從上到下，從左到右的掃描每一條指令，并分別從輸入映象寄存器中讀入所需要的數(shù)據(jù)進行運算、“處理”，

5、再將每一條指令執(zhí)行的結(jié)果送入元件映象寄存器，供后面指令程序執(zhí)行時使用；當(dāng)全部程序執(zhí)行完畢以后，程序執(zhí)行的結(jié)果輸出繼電器的狀態(tài)被送入輸出映象寄存器保存，這個結(jié)果在整個程序執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端子上。Stop和RunPLC的基本工作狀態(tài)有：Stop和Run狀態(tài)。 當(dāng)PLC處于停止?fàn)顟B(tài)時，只需完成內(nèi)部處理和通訊服務(wù)工作。 內(nèi)部處理通訊服務(wù)輸入處理程序執(zhí)行輸出處理StopRun7.2.3S7-200系列PLC簡介 一個基本的S7-200 Micro PLC應(yīng)該包括： 一個S7-200 CPU模塊 一臺個人計算機（PC） STEP 7-Micro/WIN 32（3.1版）編程軟件 一條通訊電纜，簡稱

6、(PC/PPI)電纜。 西門子PLC的外形圖7.3 編程元件和基本指令7.3.1PLC的編程語言 IEC 1131-3標(biāo)準(zhǔn)的5種編程語言：(1) 順序功能圖(Sequential Function Chart)；(2) 梯形圖(Ladder Diagram)；(3) 功能塊圖(Function Block Diagram)；(4) 指令表(Instruction List)；(5) 結(jié)構(gòu)文本(Structured Text)。PLC的編程語言梯形圖與語句表 功能塊圖 “能流”(Power Flow)只能從左向右流動。 1個網(wǎng)絡(luò)（Network）中只能放1塊獨立電路。 功能塊圖（FBD）類似于數(shù)

7、字邏輯門電路，“LOGO！”使用STEP 7-Micro/WIN的IEC 61131-3指令集只提供梯形圖、功能塊圖。地址前加“”，其指令不區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)類型。編程語言的相互轉(zhuǎn)換和選用 梯形圖程序中輸入信號與輸出信號之間的邏輯關(guān)系一目了然，易于理解，與繼電接觸器電路圖的表達方式極為相似。設(shè)計開關(guān)量控制程序時建議選用梯形圖語言。 語句表程序較難閱讀，其中的邏輯關(guān)系很難一眼看出，所以在設(shè)計復(fù)雜的開關(guān)量控制程序時一般使用梯形圖語言。7.3.2編程元件1輸入繼電器（I）2輸出繼電器（Q）3位存儲器（M）4特殊存儲器（SM），如：SM0.0：通電后一直為1狀態(tài)5順序控制繼電器（S）6.定時器（T）7.計數(shù)器（

8、C）7.3.3基本指令LD，LDN，= 指令A(yù)，AN 指令 O、ON指令LDI、LDNI、AI、ANI、OI 、ONI指令 棧 操 作 指 令 OLD (Or Load) 與ALD (And Load) 指令S、R指令和SI、 RI指令 NOT、EU、ED和NOP N指令LD，LDN，= 指令(2)LD I0.0= Q0.0LDN I1.0= Q1.0= Q1.1LD T33= Q1.2 LD、LDN指令可以用于I, Q, V, M, S, T和C，它們還可以與OLD、ALD指令配合，用于分支電路的起點。 = 指令可以用于Q, V, M和S，但是不能用于I（輸入繼電器）。= 指令可以連續(xù)使用多

9、次, 相當(dāng)于線圈 的 并聯(lián)。LD( )Q0.0I0.0=( )Q1.0I1.0LD=( )Q1.1=LD( )Q1.2T33=A，AN 指令A(yù) (And)：常開觸點串聯(lián)連接指令。AN(And Not)：常閉觸點串聯(lián)連接指令。AANALD I0.0A I0.1= Q0.0LD Q0.1AN I1.4= Q0.2A T33= Q0.4 A和AN指令可以用于I、Q、V、M、T、C和S。 單個觸點與左邊的電路串聯(lián)時，使用A和AN指令，串聯(lián)觸點的個數(shù)沒有限制。圖中，= Q0.2指令之后通過T33的觸點去驅(qū)動Q0.4，稱為連續(xù)輸出。只要按正確的次序設(shè)計電路，可以連續(xù)多次使用連續(xù)輸出。( )Q0.0I0.0

10、( )Q0.2I0.1I1.4Q0.1( )Q0.4T33O、ON指令O(Or)：常開觸點的并聯(lián)連接指令。ON (Inverse Not )：常閉觸點的并聯(lián)連接指令。LD I0.1O I1.1ON M0.2= Q0.1LD Q0.5A I1.2O M1.3AN I2.1ON M1.0= M1.3OONLDI0.1I1.1M0.2Q0.1Q0.5I1.2I2.1M1.3M1.3M1.0 O和ON指令可以用于I、Q、V、M、T、C和S。 O和ON指令用于單個觸點與前面電路的并聯(lián)，并聯(lián)觸點的左端接到LD點上，右端與前一條指令對應(yīng)的觸點的右端相連。并聯(lián)觸點總是并在它前面已經(jīng)連好的電路的兩端。LDI、L

11、DNI、AI、ANI、OI 、ONI、=I指令LDI、LDNI、AI、ANI、OI、ONI和=I指令也稱為立即指令，I表示立即（Immediate），LDI、LDNI、AI、ANI、OI、ON為立即觸點指令，只能用于輸入I；=I為立即輸出指令，只能用于輸出量（Q）。LDNIOIAILDIONI=ANI= II0.5I0.1I1.4I0.4I0.2Q0.3I0.0Q3.4I0.0I0.1I0.2I0.4I0.5Q0.3Q3.4IIIIIII1.4( )( )I立即觸點與立即輸出指令 執(zhí)行立即觸點指令時，立即讀入物理輸入點的值，根據(jù)該值決定觸點的接通/斷開狀態(tài)，但是并不更新該物理輸入點對應(yīng)的映象寄

12、存器。 執(zhí)行立即輸出指令（= I）時，將棧頂值立即寫入指定的物理輸出位和對應(yīng)的輸出映象寄存器。棧操作指令(1)堆棧的基本概念 S7-200有1個9位的堆棧，棧頂用來存儲邏輯運算的結(jié)果，下面的8位用來存儲中間運算結(jié)果 。堆棧中的數(shù)據(jù)一般按“先進后出”的原則存取。( )I1.4I0.3Q5.3C24I3.2T16I1.2Q3.4LDNAiv0iv1iv2iv3iv4iv5iv6iv7iv8iv0iv1iv2iv3iv4iv5iv6iv7I1.4iv0iv1iv2iv3iv4iv5iv6iv7S0第2層 第1層(棧頂) 第9層(棧底) 第3層 第4層 第5層 第6層 第7層 第8層 S0=I1.4*

13、I0.3棧操作指令(2)LPS、LRD、LPP指令 LPS（入棧，Logic Push）指令：復(fù)制棧頂?shù)闹挡⑵鋲喝攵褩５南乱粚?，棧中原來的?shù)據(jù)依次向下一層推移，棧底值被推出丟失。 LRD（讀棧，Logic Read）指令：將堆棧中第2層的數(shù)據(jù)復(fù)制到棧頂。29層的數(shù)據(jù)不變，但原棧頂值消失。棧操作指令(3)LPS、LRD、LPP指令 LPP（出棧，Logic Pop）指令：使棧中各層的數(shù)據(jù)向上移動一層，第2層的數(shù)據(jù)成為堆棧新的棧頂值，原來棧頂?shù)臄?shù)據(jù)從棧內(nèi)消失。 LDS n（裝載堆棧，Load Stack, n = 18）指令：復(fù)制堆棧內(nèi)第n層的值到棧頂。棧中原來的數(shù)據(jù)依次向下一層推移，棧底值被推

14、出丟失。 棧操作指令(4)LPS、LRD、LPP指令 棧操作指令(5)LPS、LRD、LPP指令-應(yīng)用舉例 LRDLPS( )Q0.0I0.0I0.1I1.4( )Q0.4I0.5( )Q0.3I1.4LPPLD I0.0A I0.1LPSAN I0.4= Q0.0LRDA I0.5= Q0.4LPPAN I1.4= Q0.3OLD(Or Load)與ALD(And Load)指令(1)OLD(Or Load)：串聯(lián)電路塊的并聯(lián)連接指令。 ALD(And Load)：并聯(lián)電路塊的串聯(lián)連接指令。 兩個以上的觸點串聯(lián)連接而成的電路塊稱為“串聯(lián)電路塊”，將串聯(lián)電路塊并聯(lián)連接時用OLD指令。OLD指令

15、不帶元件號，它相當(dāng)于觸點間的一段垂直連線。每個串聯(lián)電路塊的起點都要用LD或LDN指令，電路塊的后面用OLD指令。OLD(Or Load)與ALD(And Load)指令(2) ALD指令將并聯(lián)電路塊與前面的電路串聯(lián)，在使用ALD指令之前，應(yīng)先完成并聯(lián)電路塊的內(nèi)部連接。并聯(lián)電路塊中各支路的起始觸點使用LD或LDN指令。OLDALD ALD指令相當(dāng)于兩個電路塊之間的串聯(lián)連線，該點也可以視為它右邊的并聯(lián)電路塊的LD點。OLD(Or Load)與ALD(And Load)指令(3) S1S0S2S3S4 OLD(Or Load)與ALD(And Load)指令(4)OLD(Or Load)：串聯(lián)電路塊

16、的并聯(lián)連接指令。 ALD(And Load)：并聯(lián)電路塊的串聯(lián)連接指令。 I0.0I1.1I0.2I0.3OLDOLDI0.4I0.5(Q0.6)LDLDLDLDI0.00ANI1.11LDI0.22AI0.33OLD4LDI0.45ANI0.56OLD7=Q0.68S、R指令和SI、 RI指令(1)S (Set，置位或置1)：置位指令，使操作保持置位（1狀態(tài)）的指令。R(Reset，復(fù)位或置0)：復(fù)位指令，使操作保持復(fù)位（0狀態(tài)）的指令。SI（Set Immediate，）：立即置位指令RI（Reset Immediate，）：立即復(fù)位指令。S、R指令和SI、 RI指令(2)圖中N = 1

17、NOT、EU、ED和NOP N指令NOT（Not）取反指令：取反觸點將它左邊電路的邏輯運算結(jié)果取反。EU(Edge Up，上升沿)和ED(Edge Down，下降沿)指令?？詹僮髦噶睿∟OP N）不影響程序的執(zhí)行，操作數(shù)N = 0255。 EU 和ED指令沒有操作數(shù)，觸點符號中間的“P”和“N”分別表示表示正跳變(Positive Transition)和負(fù)跳變(Negative Transition) 例題分析(1)例1 已知梯形圖程序如下,試寫出對應(yīng)的語句表(指令表)。LD I0.0AN I0.1OR I0.2A I0.3ON C5= Q0.3= Q1.4AN I3.4= Q2.6例題分析

18、(2)例2 已知梯形圖程序如下，試寫出對應(yīng)的語句表(指令表)。LD I0.0O Q2.5AN I2.3LDN M4.5O Q0.3A T1LDN M5.6A C5OLDALDO M3.2= Q0.3例題分析(3)例3 已知梯形圖程序如下，試寫出對應(yīng)的語句表(指令表)。LD I0.7AN Q3.2O I0.2AI I0.3LDI I0.5A M2.5OLD LPSNOT=I Q0.3LPPA C42SI Q0.5,1LDN I3.4O M1.3ALDO M3.5R M2.4,1例題分析(4)例4 已知語句表(指令表)程序如下,試寫出對應(yīng)的梯形圖。LDI I1.4A I0.3LD I3.2AN T

19、16OLDLDN C24ON I1.2ALDO Q3.4= Q5.3( )Q5.3I0.3C24Q3.4I1.2I3.2OLDALDT16I1.4IQ0.3例題分析(5)例5 已知語句表,試寫出對應(yīng)的梯形圖。( )M3.7PI0.0I0.2III0.1I0.4M3.7M0.2Q2.1I1.5I0.5I0.4I0.4NOT( )Q0.3SI1S1S1S2S3S4S6S5S2S3S4S5S6OLDALDLPSLPP定時器指令通電延時定時器指令斷電延時定時器指令保持型通電延時定時器指令TON T*，PT 通電延時定時器指令(1)通電延時定時器(TON)輸入端(IN)的輸入電路接通時開始定時。當(dāng)前值大

20、于等于PT（Preset Time，預(yù)置時間）端指定的設(shè)定值時(PT = 132 767)，定時器位變?yōu)镺N，對應(yīng)定時器的常開觸點閉合，常閉觸點斷開。達到設(shè)定值后，定時器保持接通，直到輸入電路斷開，定時器被復(fù)位。INTONPT100msT3730( )Q0.1I2.3T37TON T*，PT 通電延時定時器指令(2)LD I2.3TON T37，30LD T37= Q0.0 定時器的設(shè)定時間等于設(shè)定值與分辨率的乘積，定時器有1ms、10ms和100ms三種分辨率，分辨率取決于定時器號。 INTONPT100msT3730( )Q0.1I2.3T37TON T*，PT 通電延時定時器指令(3)定

21、時器號與分辨率類型分辨率定時范圍定時器號TONR1ms32,767sT0,T6410ms327.67sT1T4,T65T68100ms3 276.7sT5T31,T69T95TONTOF1ms32 767sT32,T9610ms327.67sT33T36,T97T100100ms3 276.7sT37T63,T101T255圖中的T37為100ms定時器，設(shè)定時間為100ms 4 = 0.4s。INTONPT100msT3730( )Q0.1I2.3T37TOF T*，PT斷電延時定時器指令(1)斷電延時定時器(TOF)用來在IN輸入電路斷開后延時一段時間，再使定時器位OFF。它用輸入從ON到

22、OFF的負(fù)跳變啟動定時。INTOFPT10msT33200( )Q0.1I0.0T33TOF T*，PT斷電延時定時器指令(2)接在定時器IN輸入端的輸入電路接通時，定時器位變?yōu)镺N，當(dāng)前值被清零。輸入電路斷開后，開始定時，當(dāng)前值從0開始增大。當(dāng)前值等于設(shè)定值時，輸出位變?yōu)镺FF，當(dāng)前值保持不變，直到輸入電路接通。LD I0.0TOF T33 , 200LD T33= Q0.0INTOFPT10msT33200( )Q0.1I0.0T33TOF T*，PT斷電延時定時器指令(3)TOF與TON不能共享相同的定時器號，例如不能同時使用TON T33 和 TOF T33?？捎脧?fù)位(R)指令復(fù)位定時

23、器。復(fù)位指令使定時器位變?yōu)镺FF，定時器當(dāng)前值被清零。在第一個掃描周期，TON和TOF被自動復(fù)位，定時器位OFF，當(dāng)前值為0。INTOFPT10msT33200( )Q0.1I0.0T33INTONPT100msT3330( )Q0.1I2.3T33不允許在同一程序中出現(xiàn)TONR T*,PT保持型通電延時定時器指令保持型通電延時定時器（Retentive On-Delay Timer，TONR) 的輸入電路接通時，開始定時。當(dāng)前值大于等于PT端指定的設(shè)定值時，定時器位變?yōu)镺N。達到設(shè)定值后，當(dāng)前值仍繼續(xù)計數(shù)，直到最大值32767輸入電路斷開時，當(dāng)前值保持不變。復(fù)位指令(R)用來清除它的當(dāng)前值，

24、同時使定時器位OFF。 LD I2.1TONR T2 , 10LD T2= Q0.0LD I0.3R T2，1計數(shù)器指令加計數(shù)器指令減計數(shù)器指令加減計數(shù)器指令CTU Cxxx, PV加計數(shù)器指令當(dāng)復(fù)位輸入（R）電路斷開，加計數(shù)（Count Up）脈沖輸入（CU）電路由斷開變?yōu)榻油ǎ碈U信號的上升沿），計數(shù)器的當(dāng)前值加1，直至計數(shù)最大值32 767。當(dāng)前值大于等于設(shè)定值（PV）時，該計數(shù)器位被置1。當(dāng)復(fù)位輸入（R）ON時，計數(shù)器被復(fù)位，計數(shù)器位變?yōu)镺FF，當(dāng)前值被清零。如圖所示。 在語句表中，棧頂值是復(fù)位輸入（R），加計數(shù)輸入值（CU）放在棧頂下面一層。CTD Cxxx, PV減計數(shù)器指令在脈

25、沖輸入（CD）的上升沿（從OFF到ON），從設(shè)定值開始，計數(shù)器的當(dāng)前值減1，減至0時，停止計數(shù)，計數(shù)器位被置1。裝載輸入（LD）為ON時，計數(shù)器位被復(fù)位，并把設(shè)定值裝入當(dāng)前值。CTDD Cxxx, PV減計數(shù)器指令在脈沖輸入（CU）的上升沿，計數(shù)器的當(dāng)前值加1，在減計數(shù)脈沖輸入（CD）的上升沿，計數(shù)器的當(dāng)前值減1，當(dāng)前值大于等于設(shè)定值（PT）時，計數(shù)器位被置位。復(fù)位輸入（R）ON，或?qū)τ嫈?shù)器執(zhí)行復(fù)位（R）指令時，計數(shù)器被復(fù)位。如圖所示。 計數(shù)器的編號范圍為C0C255。不同類型的計數(shù)器不能共用同一計數(shù)器號。 練習(xí)舉例(1)例1：寫出圖示梯形圖的語句表程序LDN C22O M1.3O M3.5L

26、D M2.1AN I0.4 A T21LD I0.2ANI I2.7OLDON Q0.4ALDO I1.4LPSEUSI Q3.3,1LPPA M2.2TON T37,100 練習(xí)舉例(2)例2：寫出圖示梯形圖的語句表程序LD I0.7AN Q3.2O I0.2AI I0.3LDI I0.5 A M2.5OLDLPSNOT=I Q0.3LPPA C42SI Q0.5,1LDN I3.4O M1.3ALDO M3.5 R M2.4,1練習(xí)舉例(3)例3：畫出如下語句表程序的梯形圖。習(xí)題15.5(b)I0.1I0.0I0.2I0.4(Q2.1)I4.6 Q0.3( R ) 1I0.5(M3.6)I

27、0.4INTONPT100msT3725練習(xí)舉例(4)例4：畫出如下語句表程序的梯形圖。習(xí)題15.5(c)I0.7I2.7Q0.3 II2.5 Q0.4( I ) I0.2M0.1I0.5M3.5I4.6I0.2NOTNCUPVCTURC41307.4系統(tǒng)程序設(shè)計（梯形圖經(jīng)驗設(shè)計法）基本電路 1.有記憶功能的電路 起、保、停電路I0.0起動Q0.0保持I0.1停止LD I0.0O Q0.0AN I0.1= Q0.0LD I0.0S Q0.0,1LD I0.1R Q0.0,12.定時器應(yīng)用電路延時接通/延時斷開電路LD I0.0T0N T37,90LD T37T0F T38,70LD T38=

28、Q0.13.定時器應(yīng)用電路長延時電路1LD I0.2 AN T37TON T37,30000LD T37LDN I0.2CTU C4,12000LD C4= Q0.02.定時器應(yīng)用電路長延時電路25000hQ0.1I0.1LD SM0.4LD I0.1CTU C2,30000LD C2= Q0.14.定時器應(yīng)用電路閃爍電路I0.02sQ0.03sLD I0.0AN T38TON T37,20LD T37TON T38,30= Q0.0經(jīng)驗法設(shè)計舉例1.異步電動機的正反轉(zhuǎn)控制按下正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）起動按鈕SB2（SB3），使KM1（KM2）的線圈通電，電機開始正（反）轉(zhuǎn)運行。按下停止按鈕SB1，使KM1（KM2）的線圈斷電，電動機停止運行。MKM2KM1FU1FU2AC 380VABCSB2SB3KM1KM2FRSB1KM1KM2KM1KM2FRSB2SB3FRCOM1COMSB1SB2SB3AC 220VKM1KM2KM1KM2I0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1I0.2I0.1( )Q0