可编程控制器教程

可編程控制器(PLC)教程[第1講]——第一章可編程控制器概況作者:劉偉流覽次數：19463可編程控制器（PROGRAMMABLECONTROLLER，簡稱PC）。與個人電腦的PC相區別，用PLC表示。PLC是在傳統的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、電腦技術、自動控制技術和通訊技術而形成的一代新型工業控制裝置，目的是用來取代繼電器、執行邏輯、記時、計數等順序控制功能，建立柔性的程式控制系統。國際電工委員會（IEC）頒佈了對PLC的規定：可編程控制器是一種數位運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它採用可編程式的記憶體，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，並通過數位的、類比的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程式控制器及其有關設備，都應按易於與工業控制系統形成一個整體，易於擴充其功能的原則設計。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。可以預料：在工業控制領域中，PLC控制技術的應用必將形成世界潮流。PLC程式既有生產廠家的系統程式，又有用戶自己開發的應用程式，系統程式提供運行平臺，同時，還為PLC程式可靠運行及資訊與資訊轉換進行必要的公共處理。用戶程式由用戶按控制要求設計。可編程控制器(PLC)教程[第2講]——第二章PLC的結構及基本配置作者:劉偉流覽次數：18514般講，PLC分為箱體式和模組式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、記憶體塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，並按I/O點數又有若干規格。對模組式PLC，有CPU模組、I/O模組、記憶體、電源模組、底板或機架。無任哪種結構類型的PLC，都屬於匯流排式開放型結構，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。PLC的基本結構框圖如下：一、CPU的構成PLC中的CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每台PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程式賦予的功能接收並存貯用戶程式和資料，用掃描的方式採集由現場輸入裝置送來的狀態或資料，並存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行後，從用戶程式記憶體中逐條讀取指令，經分析後再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路，與通用電腦一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯繫的資料、控制及狀態匯流排構成，還有週邊晶片、匯流排界面及有關電路。它確定了進行控制的規模、工作速度、記憶體容量等。記憶體主要用於存儲程式及資料，是PLC不可缺少的組成單元。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震盪信號控制。CPU的運算器用於進行數位或邏輯運算，在控制器指揮下工作。CPU的寄存器參與運算，並存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。CPU雖然劃分為以上幾個部分，但PLC中的CPU晶片實際上就是微處理器，由於電路的高度集成，對CPU內部的詳細分析已無必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。CPU模組的外部表現就是它的工作狀態的種種顯示、種種介面及設定或控制開關。一般講，CPU模組總要有相應的狀態指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的匯流排界面，用於接I/O範本或底板，有記憶體介面，用於安裝記憶體，有外設口，用於接外部設備，有的還有通訊口，用於進行通訊。CPU模組上還有許多設定開關，用以對PLC作設定，如設定起始工作方式、記憶體區等。二、I/O模組：PLC的對外功能，主要是通過各種I/O介面模組與外界聯繫的，按I/O點數確定模組規格及數量，I/O模組可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。I/O模組集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。三、電源模組：有些PLC中的電源，是與CPU模組合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模組的積體電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。四、底板或機架：大多數模組式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模組間的聯繫，使CPU能訪問底板上的所有模組，機械上，實現各模組間的連接，使各模組構成一個整體。五、PLC的外部設備外部設備是PLC系統不可分割的一部分，它有四大類1.編程設備：有簡易編程器和智慧圖形編程器，用於編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況。編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現場控制運行。2.監控設備：有資料監視器和圖形監視器。直接監視資料或通過畫面監視資料。3.存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、軟碟或唯讀記憶體，用於永久性地存儲用戶資料，使用戶程式不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。4.輸入輸出設備：用於接收信號或輸出信號，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，印表機等。六、PLC的通信聯網PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位電腦以及其他智慧設備之間能夠交換資訊，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。現在幾乎所有的PLC新產品都有通信聯網功能，它和電腦一樣具有RS-232介面，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的範圍內交換資訊。當然，PLC之間的通訊網絡是各廠家專用的，PLC與電腦之間的通訊，一些生產廠家採用工業標準匯流排，並向標準通訊協定靠攏，這將使不同機型的PLC之間、PLC與電腦之間可以方便地進行通訊與聯網。瞭解了PLC的基本結構，我們在購買程式控制器時就有了一個基本配置的概念，做到既經濟又合理，盡可能發揮PLC所提供的最佳功能。第三章基本指令系統和編程方法§1基本指令系統特點PLC的編程語言與一般電腦語言相比，具有明顯的特點，它既不同於高階語言，也不同與一般的組合語言，它既要滿足易於編寫，又要滿足易於調試的要求。目前，還沒有一種對各廠家產品都能相容的編程語言。如三菱公司的產品有它自己的編程語言，OMRON公司的產品也有它自己的語言。但不管什麼型號的PLC，其編程語言都具有以下特點：1.圖形式指令結構：程式由圖形方式表達，指令由不同的圖形符號組成，易於理解和記憶。系統的軟體發展者已把工業控制中所需的獨立運算功能編制成象徵性圖形，用戶根據自己的需要把這些圖形進行組合，並填入適當的參數。在邏輯運算部分，幾乎所有的廠家都採用類似於繼電器控制電路的梯形圖，很容易接受。如西門子公司還採用控制系統流程圖來表示，它沿用二進位邏輯元件圖形符號來表達控制關係，很直觀易懂。較複雜的算術運算、定時計數等，一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給予表示，雖然象徵性不如邏輯運算部分，也受用戶歡迎2.明確的變數常數：圖形符相當於操作碼，規定了運算功能，運算元由用戶填人，如：K400，T120等。PLC中的變數和常數以及其取值範圍有明確規定，由產品型號決定，可查閱產品目錄手冊。3.簡化的程式結構：PLC的程式結構通常很簡單，典型的為塊式結構，不同塊完成不同的功能，使程式的調試者對整個程式的控制功能和控制順序有清晰的概念。4.簡化應用軟體生成過程：使用組合語言和高階語言編寫程式，要完成編輯、編譯和連接三個過程，而使用編程語言，只需要編輯一個過程，其餘由系統軟體自動完成，整個編輯過程都在人機對話下進行的，不要求用戶有高深的軟體設計能力。5.強化調試手段：無論是組合語言程式，還是高階語言程式調試，都是令編輯人員頭疼的事，而PLC的程式調試提供了完備的條件，使用編程器，利用PLC和編程器上的按鍵、顯示和內部編輯、調試、監控等，並在軟體支援下，診斷和調試操作都很簡單。總之，PLC的編程語言是面向用戶的，對使用者不要求具備高深的知識、不需要長時間的專門訓練。§2編程語言的形式本教材採用最常用的兩種編程語言，一是梯形圖，二是助記符語言表。採用梯形圖編程，因為它直觀易懂，但需要一台個人電腦及相應的編程軟體；採用助記符形式便於實驗，因為它只需要一台簡易編程器，而不必用昂貴的圖形編程器或電腦來編程。雖然一些高檔的PLC還具有與電腦相容的C語言、BASIC語言、專用的高階語言（如西門子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），還有用布林邏輯語言、通用電腦相容的組合語言等。不管怎麼樣，各廠家的編程語言都只能適用於本廠的產品。*編程指令：指令是PLC被告知要做什麼，以及怎樣去做的代碼或符號。從本質上講，指令只是一些二進位碼，這點PLC與普通的電腦是完全相同的。同時PLC也有編譯系統，它可以把一些文字符號或圖形符號編譯成機器碼，所以用戶看到的PLC指令一般不是機器碼而是文字代碼，或圖形符號。常用的助記符語句用英文文字（可用多國文字）的縮寫及數位代表各相應指令。常用的圖形符號即梯形圖，它類似于電氣原理圖是符號，易為電氣工作人員所接受。*l指令系統：一個PLC所具有的指令的全體稱為該PLC的指令系統。它包含著指令的多少，各指令都能幹什麼事，代表著PLC的功能和性能。一般講，功能強、性能好的PLC，其指令系統必然豐富，所能幹的事也就多。我們在編程之前必須弄清PLC的指令系統*l程式：PLC指令的有序集合，PLC運行它，可進行相應的工作，當然，這裏的程式是指PLC的用戶程式。用戶程式一般由用戶設計，PLC的廠家或代銷商不提供。用語句表達的程式不大直觀，可讀性差，特別是較複雜的程式，更難讀，所以多數程式用梯形圖表達。*l梯形圖：梯形圖是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達所使用的PLC指令及其前後順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為內部橫豎線。內部橫豎線把一個個梯形圖符號指令連成一個指令組，這個指令組一般總是從裝載（LD）指令開始，必要時再繼以若干個輸入指令（含LD指令），以建立邏輯條件。最後為輸出類指令，實現輸出控制，或為資料控制、流程控制、通訊處理、監控工作等指令，以進行相應的工作。母線是用來連接指令組的。下圖是三菱公司的FX2N系列產品的最簡單的梯形圖例：它有兩組，第一組用以實現啟動、停止控制。第二組僅一個END指令，用以結束程式。*梯形圖與助記符的對應關係：助記符指令與梯形圖指令有嚴格的對應關係，而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現。一般講，其順序為：先輸入，後輸出（含其他處理）；先上，後下；先左，後右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程式。上圖的助記符程式為：位址指令變數0000LDX0000001ORX0100002ANDNOTX0010003OUTY0000004END反之根據助記符，也可畫出與其對應的梯形圖。*梯形圖與電氣原理圖的關係：如果僅考慮邏輯控制，梯形圖與電氣原理圖也可建立起一定的對應關係。如梯形圖的輸出（OUT）指令，對應於繼電器的線圈，而輸入指令（如LD，AND，OR）對應於接點，互鎖指令（IL、ILC）可看成總開關，等等。這樣，原有的繼電控制邏輯，經轉換即可變成梯形圖，再進一步轉換，即可變成語句表程式。有了這個對應關係，用PLC程式代表繼電邏輯是很容易的。這也是PLC技術對傳統繼電控制技術的繼承。下面我們著重介紹三菱公司的FX2N系列產品的一些編程元件及其功能。FX系列產品，它內部的編程元件，也就是支援該機型編程語言的軟元件，按通俗叫法分別稱為繼電器、計時器、計數器等，但它們與真實元件有很差別，一般稱它們為“軟繼電器”。這些編程用的繼電器，它的工作線圈沒有工作電壓等級、功耗大小和電磁慣性等問題；觸點沒有數量限制、沒有機械磨損和電蝕等問題。它在不同的指令操作下，其工作狀態可以無記憶，也可以有記憶，還可以作脈衝數位元件使用。一般情況下，X代表輸入繼電器，Y代表輸出繼電器，M代表輔助繼電器，SPM代表專用輔助繼電器，T代表計時器，C代表計數器，S代表狀態繼電器，D代表資料寄存器，MOV代表傳輸等。一、輸入繼電器（X）