機床電氣-第四章課件

第4章可編程控制器(PLC)

概述4.2可編程控制器的程序編制4.3可編程控制器應用舉例4.1可編程控制器的結構和工作原理第4章可編程控制器(PLC)本章要求：1.了解可編程控制器的結構和工作原理。2.了解可編程控制器的幾種基本編程方法。3.熟悉常用的編程指令。4.學會使用梯形圖編制簡單的程序。第4章可編程控制器（PLC）

概述1.定義：可編程控制器是一種數字運算的電子操作系統(tǒng)裝置，專為工業(yè)現場應用而設計的，它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備都應按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)聯成一個整體和易于擴充其功能的原則進行設計進入80年代，隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，可編程控制器的功能已遠遠超出邏輯控制、順序控制的范圍，可以進行模擬量控制、位置控制，特別是遠程通訊功能的實現，易于實現柔性加工和制造系統(tǒng)，因此將其稱為可編程控制器（ProgrammableController）簡稱PC,但為了與個人電腦PC相區(qū)別，仍將其稱為PLC。PLC已被稱為現代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）之一。目前PLC已廣泛應用于冶金、礦業(yè)、機械、輕工等領域，加速了機電一體化的進程。3.PLC的主要特點(1)可靠性高，抗干擾能力強。由于采用大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數大大減少，并且在硬件的設計和制造的過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應惡劣的工作環(huán)境，具有很高的可靠性。(2)編程簡單，使用方便。(3)通用性好，具有在線修改能力。PLC硬件采用模塊化結構，可以靈活地組態(tài)以適應不同的控制對象，控制規(guī)模和控制功能的要求。且可通過修改軟件，來實現在線修改的能力，因此其功能易于擴展，具有廣泛的工業(yè)通用性。(4)縮短設計、施工、投產的周期，維護容量。目前PLC產品朝著系列化、標準化方向發(fā)展，只需根據控制系統(tǒng)的要求，選用相應的模塊進行組合設計，同時用軟件編程代替了繼電控制的硬連線，大大減輕了接線工作，同時PLC還具有故障檢測和顯示功能，使故障處理時間縮短。(5)體積小，易于實現機電一體化。模擬量輸入行程開關繼電器觸點各種開關傳感器CPUROM、RAM電源部件輸出接口輸入接口外設接口照明電磁裝置執(zhí)行機構采用光電隔離裝置繼電器、可控硅、晶體管電路編程器打印機計算機采用光電隔離裝置1.主機CPU是PLC的核心，一切邏輯運算及判斷都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是我們常說的電腦芯片。(1)運行用戶程序。(2)監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)。(3)作出邏輯判斷和進行數據處理主機部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數據存儲器

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。

用戶程序及數據存儲器：主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數據、中間結果。內部存儲器有兩類：一類是系統(tǒng)程序存儲器，另一類是用戶程序及數據存儲器4.編程器編程器是PLC很重要的外部設備，它主要由鍵盤、顯示器組成。編程器分簡易型和智能型兩類。小型PLC常用簡易編程器，大、中型PLC多用智能編程器。編程器的作用是編制用戶程序并送入PLC程序存儲器。利用編程器可檢查、修改、調試用戶程序和在線監(jiān)視PLC工作狀況?，F在許多PLC采用和計算機聯接，并利用專用的工具軟件進行編程或監(jiān)控。6.外部設備接口I/O擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數擴展單元與基本單元（即主機）聯接在一起。5.輸入輸出擴展接口此接口可將編程器、打印機、條形碼掃描儀等外部設備與主機相連。4.1.2可編程控制器的工作原理PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的工作方式，這個過程可分為輸入采樣，程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，整個過程掃描并執(zhí)行一次所需的時間稱為掃描周期。輸入端子輸入鎖存器輸入狀態(tài)寄存器輸出鎖存器輸出狀態(tài)寄存器輸出端子程序執(zhí)行讀讀寫輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新1.輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段，以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態(tài)或輸入數據，并將此狀態(tài)存入輸入狀態(tài)寄存器，即輸入刷新。接著轉入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內容也不會改變，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入。2.程序執(zhí)行階段PLC在執(zhí)行階段，按先左后右，先上后下的步序，執(zhí)行程序指令。其過程如下：從輸入狀態(tài)寄存器和其它元件狀態(tài)寄存器中讀出有關元件的通/斷狀態(tài)，并根據用戶程序進行邏輯運算，運算結果再存入有關的狀態(tài)寄存器中。3.輸出刷新階段在所有指令執(zhí)行完畢后，將各物理繼電器對應的輸出狀態(tài)寄存器的通/斷狀態(tài)，在輸出刷新階段轉存到輸出寄存器，去控制各物理繼電器的通/斷，這才是PLC的實際輸出。由PLC的工作過程可見，在PLC的程序執(zhí)行階段，即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)寄存器的內容也不會立即改變，要等到下一個周期輸入處理階段才能改變。暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號，等到一個循環(huán)周期結束，CPU集中將這些輸出信號全部輸出給輸出鎖存器，這才成為實際的CPU輸出。因此全部輸入、輸出狀態(tài)的改變就需要一個掃描周期，換言之，輸入、輸出的狀態(tài)保持一個掃描周期。5.編程元件的種類和數量編程元件指：輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數器、通用“字”寄存器、數據寄存器及特殊功能繼電器等。其種類和數量是衡量PLC的一個指標。代表字母

元件名稱

編號范圍

輸入繼電器

輸出繼電器

輔助繼電器

定時器

計數器

XYMTCX0～X7~X3778進制Y0～Y7~X3778進制

M000~M499共500點T0～T199共200點C0～C99共100點FX2N－編程軟元件的表示形式及編號范圍C100～C199共100點4.1.4可編程控制器的主要功能和特點1.主要功能（1）開關邏輯控制（2）定時/計數控制（3）步進控制（4）數據處理（5）過程控制（6）運動控制（7）通信聯網（8）監(jiān)控（9）數字量與模擬量的轉換2.PLC的主要特點(1)可靠性高，抗干擾能力強。由于采用大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數大大減少，并且在硬件的設計和制造的過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應惡劣的工作環(huán)境，具有很高的可靠性。(2)編程簡單，使用方便。(3)通用性好，具有在線修改能力。PLC硬件采用模塊化結構，可以靈活地組態(tài)以適應不同的控制對象，控制規(guī)模和控制功能的要求。且可通過修改軟件，來實現在線修改的能力，因此其功能易于擴展，具有廣泛的工業(yè)通用性。4.2可編程控制器的程序編制11.2.1可編程控制器的編程語言同其它電腦裝置一樣，PLC的操作是依其程序操作進行的，而程序是用程序語言表達的，并且表達的方式多種多樣，不同的生產廠家，不同的機種，采用的表達方式不同，但基本上可歸納為：梯形圖語言語句表語言布爾代數語言流程圖語言目前常用1.梯形圖是在繼電控制系統(tǒng)電氣原理圖基礎上開發(fā)出來的一種圖形語言。它繼承了繼電器接點、線圈、串聯、并聯等術語和類似的圖形符號，具有形象、直觀、實用的特點，不需學習計算機專業(yè)知識，電氣技術人員使用最方便。常閉接點(2)利用梯形圖編制控制程序Y0X0X1如：按SB0，則X0存儲單元為“1”則其常開接點閉合，線圈通電，電機轉動。注意：這些接點或線圈并不是真實的物理繼電器接點或線圈，而是在軟件編程中使用的編程元件，每個編程元件與存儲器中的一個存儲單元相對應，該存儲單元為“1”則表示梯形圖中常開閉合,常閉斷開，線圈通電。[]Y0狀態(tài)取決于按鈕是否動作如：按SB1，則X1存儲單元為“1”則其常閉接點斷開，線圈斷電，電機停車。輸出繼電器(線圈)常開接點2.語句表語言這種編程語言與匯編語言類似，不同的廠家其語句表有所不同，這里以日本松下可編程控制器為例，對上述電機起、?？刂七M行編程（即將梯形圖轉換成語句表語言）。LDX0ORY0ANIX1OUTY0注意：按梯形圖從左到右，從上到下的順序編程。梯形圖和助記符語言是PLC中最常用的編程語言，學習中應注意以下概念：(1)梯形圖中的繼電器并不一定是物理繼電器，每個繼電器或輸入接點各為存儲器中的一位，相應位為“1”態(tài)，表示繼電器線圈通電或常開觸頭閉合，或常閉觸頭斷開。(2)梯形圖中流過的電流不是物理電流，而是概念電流，是程序執(zhí)行的形象表示方式。(3)梯形圖中的繼電器接點在編寫用戶程序時（即作為邏輯接點）可根據需要在梯形圖中反復使用，沒有數量限制，既可用常開也可用常閉。(4)只有PLC中的物理繼電器才能驅動實際負載，其它繼電器只能作為一種邏輯來使用，故稱為“軟繼電器”。4.2.2可編程控制器的編程原則和方法1.編程原則（1）PLC編程元件的觸點在編程過程中可以無限次使用，每個繼電器的線圈在梯形圖中只能出現一次，它的觸點可以使用無數次。（2）梯形圖的每一邏輯行皆起始于左母線，終止于右母線。線圈總是處于最右邊，且不能直接與左邊母線相連。OOOO（3）編制梯形圖時，應盡量做到“上重下輕、左重右輕”。不合理合理（4）兩個或兩個以上的線圈可以并聯，但不可以串聯。O

OX0X0Y12.編程方法(1)確定I/O點數及分配(2)編制梯形圖和指令語句表(5)程序以END指令結束，程序的執(zhí)行是從第一個地址到END指令結束，在調試的時候，可以利用這個特點將程序分成若干個塊，進行分塊調試，直至程序全部調試成功。4.2.3可編程控制器的指令系統(tǒng)LD加載LDI加載非OUT輸出指令可使用區(qū)域XYMTC1.起始指令LD，LDI與輸出指令OUT功能：讀入指定常開接點（X1）的ON/OFF信息。在每一條邏輯線或一個程序段的開始都要使用ST指令或ST/指令。LDX1LDIX1功能：讀入指定常閉接點（X1）的ON/OFF信息。X1X1功能：把輸出指令之前的運算結果輸出到指定的接點，輸出指令可并列使用。OUTY1Y1例：當輸入接點X0ON時，使輸出繼電器Y0、Y1動作，當接點X1OFF時，使繼電器Y2動作。梯形圖對應的助記符程序LDX0OUTY0OUTY1LDIX1OUTY2Y0X0Y2X1梯形圖程序Y1ANX1功能：該指令是接點串聯連接指令。到此為止的運算結果與指定的接點X1的ON/OFF信息進行與運算。2.觸點串聯指令AN，AN/與觸點并聯指令OR，OR/AN與ANI與非OR或指令可使用區(qū)域XYRTCORI或非X1X例：當輸入條件R0和R1及R2同時為ON時Y3被輸出的程序。助記符程序LDX0ANDX1ANDX2OUTY3

時序圖X0X1X2Y3X1X0X2Y3梯形圖程序ANIX1功能：該指令是接點串聯連接指令。到此為止的運算結果與指定的接點X1的ON/OFF信息進行與運算。X1X例：當輸入條件X0為ON，X1和X2為OFF時Y3被輸出程序。梯形圖程序X1X0X2Y3例：當輸入條件R0為ON，R1和R2為OFF時Y3被輸出程序。時序圖X0X1X2Y3助記符程序LDX0ANIX1ANIX2OUTY3

梯形圖程序R1X0R2Y3例：當輸入條件X0或X1或X2為ON時Y3被輸出程序。ORX1功能：該指令是接點并聯連接指令。到此為止的運算結果與指定的接點X1的ON/OFF信息進行或運算。X1X助記符程序LDR0XRR1XRR3OUTY3

梯形圖程序時序圖X0X1X2Y3X1X0X2Y3例：當輸入條件X0為ON，或X1或X2為OFF時Y3被輸出程序。ORIX1功能：該指令是接點并聯連接指令。到此為止的運算結果與指定的接點X1的ON/OFF信息進行或運算。X1X助記符程序LDX0ORIX1ORIX2OUTY3

時序圖X0X1X2Y3梯形圖程序[]X1X0X2Y3例1:利用PLC實現正反轉控制1.要求：SB1按鈕為正轉按鈕，SB2為反轉按鈕，SB0為停止按鈕。2.系統(tǒng)圖SB0SB1SB2~KMFKMRPLCX0X1X2COM...COMY0Y1...3.梯形圖程序互鎖接點自鎖接點助記符程序LDX1ORY0ANIX0ANIY1OUTY0LDX2ANIX0ANIY0OUTY1ORY1正轉反轉Y0X1X0Y1Y1X2X0Y0Y1Y03.塊串聯指令ANB與塊并聯指令ORBX0X1X2X3Y0指令塊1指令塊2指令塊1指令塊2語句表指令

LDX0

ORX2

LDX2

ORIX3

ANB

OUTY0語句表指令

LDX0

ANDX1

LDX2

ANIX3

ORB

OUTY0[]X0X1X2X3Y04.置位、復位指令SET，RSTSET功能：當輸入條件變?yōu)镺N時，使指定輸出接點保持ON狀態(tài)，此后即使輸入變?yōu)镺FF，該輸出仍保持ON狀態(tài)。RST功能：當輸入條件變?yōu)镺N時，使指定輸出接點保持OFF狀態(tài)，此后即使輸入變?yōu)镺FF，該輸出仍保持OFF狀態(tài)。<S>Y0<R>Y0例：

R0R1Y0Y0LDR0SETY0LDR1RSTY0語句表指令時序圖R0R1Y0SETY0RSTY05.定時器指令TT2

K200X0T2Y0設置值定時器號語句表指令

LDX0

T2

K200LDT2

OUTY0t通電延時時間=200*0.1S輸入信號X0定時器接點輸出信號T26.計數器指令CX1X0C100Y0設置值計數器號語句表指令

X0X1Y0C100K4RSTC1007.微分指令DF，DF/DF例：功能：當輸入條件由OFF轉為ON時，指定接點僅在PLC的1次掃描周期內為ON，其它時間為OFF。該指令產生的輸出是一個脈沖，其寬度為一個掃描周期。[](DF)[]X0R0Y0Y0[](DF)R0[]X0R0Y0Y0[](DF)R01個掃描周期X0時序圖R0Y0虛線部分為自鎖產生的輸出DF/功能：當輸入條件由ON轉為OFF時，指定接點僅在PLC的1次掃描周期內為ON，其它時間為OFF。該指令產生的輸出是一個脈沖，其寬度為一個掃描周期。[](DF/)[]X0R0Y0Y0[](DF/)R0例：X0R0Y01個掃描周期虛線部分為自鎖產生的輸出[]X0R0Y0Y0[](DF/)R0例：時序圖8.空操作指令NOP[]NOP

?Y0R0語句表指令

STR1

NOP

OTY0NOP指令的使用對程序運行的結果沒有任何影響，一般為了方便閱讀。9.移位指令SRX0X1X2SRWR2INCCLR語句表指令

STX0

STX1

STX2

SRWR210.堆棧指令PSHS、RDS、POPS

PSHS用于壓入堆棧，RDS用于讀出堆棧，POPS用于彈出堆棧。[]X1X2X3Y1[]Y0[]Y2X0PSHSRDSPOPS語句表指令

STX0

PSHS

ANX1

OTY0

RDS

ANX2

OTY1

POPS

ANX3

OTY211.3可編程控制器應用舉例分析控制對象確定控制內容選擇PLC類型硬件設計軟件設計系統(tǒng)總裝統(tǒng)調符合設計要求投入運行調整硬件否調整軟件否是11.3.1利用PLC實現電動機的Y-

起動1.要求SB1按鈕為起動按鈕，SB0按鈕為停止按鈕KM1為電動機電源接觸器，KM2為三角形運行接觸器，KM3為星形啟動接觸器KM1KM3KM2X1X4X3X2...SB1SB2Y1Y4Y3Y2...程序KM3(Y)接觸器KM1接觸器KM2()接觸器2.系統(tǒng)圖3.梯形圖程序Y1接通電源、Y2△形連接、Y3星形連接[][][]TMX50

0[]R0T0Y3[]TMX10

1[]T0T1Y2X2R0X1R0Y2T0Y1R0Y3(ED)4.語句表指令

STX2

ORR0

AN/X1

OTR0

STY2

OR/T0

ANS

OTY1

STR0

TMX0

K50STR0

AN/T0

OTY3

STT0

TMX1

K10

STT1

AN/Y3

OTY2