电工学简明教程(秦曾煌)6

第6章可编程控制器第6章可编程控制器第6章可编程控制器第6章可编程控制器6.1可编程控制器的结构和工作方式6.2可编程控制器的程序编制*6.3应用举例第6章可编程控制器第6章可编程控制器由于继电接触器控制系统机械触点多、接线复杂、可靠性低、通用性差，因此已不能满足现代化生产过程复杂多变的控制要求。可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术发展起来的一种工业控制器。专门用于工业现场的自动控制装置。PLC具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单以及功耗低、体积小、重量轻等优点。但它存储容量小，价格高。本章只为初学者提供PLC基础知识，重点是基本工作原理以及简单程序编制方法。第6章可编程控制器6.1可编程控制器的结构和工作方式6.1.1可编程控制器的结构及各部分的作用PLC一般由主机、输入/输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几个主要部分构成。PLC可看作一个系统，外部的各种开关信号或模拟信号均为输入量，它们经输入接口寄存到PLC内部的数据存储器中，而后按用户程序要求进行逻辑运算和数据处理，最后以输出变量的形式送到输出接口，从而控制输出设备。第6章可编程控制器PLC硬件系统结构图电源I/O扩展接口I/O扩展单元CPU存储器用户程序系统程序输入设备输出设备输出接口外部设备接口输入接口编程器打印机磁带机计算机扫描仪电磁阀电磁线圈指示灯按钮行程开关触点主机PLC数据第6章可编程控制器1．主机主机部分包括中央处理器(CPU)、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，主要用来运行用户程序，监控输入/输出接口状态。PLC内部存储器系统程序存储器用户程序及数据存储器系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。用户不得更改。用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序输入输出变量及各种暂存数据和中间结果。第6章可编程控制器2．输入/输出(I/O)接口4．编程器5．输入/输出扩展接口6．外部设备接口(I/O)接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰。3．电源PLC电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路所配置的开关稳压电源。编程器是PLC重要的外部设备，用于手持编程。输入/输出扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与主机连接在一起。外部设备接口将外部设备与主机相连，以完成相应操作。第6章可编程控制器6.1.2可编程控制器的工作方式扫描周期的长短视用户程序的指令条数及执行一条指令所需时间而定，一般不超过100ms。PLC采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作。其工作过程分为输入取样、程序执行和输出刷新三个阶段，并进行周期循环。示意图如下：输入状态寄存器输出接口输出状态寄存器输入接口程序执行程序执行输入取样输出刷新一个扫描周期读读写输入端子输出端子第6章可编程控制器6.1.3可编程控制器的主要技术指标指PLC的外部输入和输出端子数。通常小型机有几十点，中型机有几百个点，而大型机超过千点。1．I/O点数2．用户程序存储容量在PLC中，程序指令按“步”存储，一“步”占用一个地址单元，一条指令有的往往不止一“步”。一个地址单元一般占两个字节。3．扫描速度指扫描1000步用户程序所需的时间，以ms/千步为单位。有时也用扫描一步指令的时间计，如s/步。4．指令系统条数PLC具有基本指令和高级指令，指令的种类和数量越多，其软件功能越强。第6章可编程控制器6.1.3可编程控制器的主要技术指标5．编程元件的种类和数量编程元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用“字”寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等，其种类和数量的多少是衡量PLC硬件功能强弱的一个指标。PLC内部“继电器”是存储器的存储单元。当写入该单元逻辑状态为1时，则表示相应“继电器”的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。所以PLC内部这些“继电器”称为“软”继电器。第6章可编程控制器FP1-C24可编程控制器编程元件的编号范围与功能说明元件名称代表字母编号范围功能说明输入继电器输出继电器辅助继电器通用“字”寄存器计数器定时器XYRTCWRX0XF共16点接收外部输入的信号输出程序执行结果给外部输出设备在程序内部使用，不能提供外部输出延时定时继电器，其触点在程序内部使用减法计数继电器，其触点在程序内部使用每个WR由相应的16个辅助继电器R构成Y0Y7共8点R0R62F共1008点T0T99共100点C100C143共44点WR0WR62共63个第6章可编程控制器6.2可编程控制器的程序编制6.2.1可编程控制器的编程语言PLC的程序有系统程序和用户程序两种。系统程序用户不能修改。用户程序是用户根据控制要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言和指令编写的应用程序。PLC的编程语言以梯形图语言和指令语句表语言最为常用，并且两者之间一一对应，可以相互转换。1．梯形图梯形图是一种从继电接触器控制电路图演变而来的图形语言。它是借助于继电器的动合触点、动断触点、线圈以及串联与并联等术语和符号，根据控制要求连接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形。第6章可编程控制器1．梯形图梯形图中用表示PLC编程元件的动合触点动断触点线圈编程元件的种类用图形符号及字母或数字加以区别。KM12SB1SB2KM(ED)X2X1Y1Y1连接线路梯形图PLC输入继电器动断触点动合触点输出继电器线圈动合触点第6章可编程控制器6.2.1可编程控制器的编程语言几点说明(1)梯形图中的继电器不是“硬”继电器，是PLC存储器的一个存储单元。当写入该单元的逻辑状态为1时，则表示相应继电器的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。(2)梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行(或称梯级)起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相连。(3)梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中满足线圈接通的条件。第6章可编程控制器(4)输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其他继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备。当梯形图中的输出继电器线圈接通时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的“硬”继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点也可供内部编程使用。2.指令语句表指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言容易理解。若干条指令组成的程序就是指令语句表。第6章可编程控制器笼型电动机直接起动控制的指令语句表ST起始指令(取指令)：从左母线(即输入公共线)开始取用动合触点作为该逻辑行运算的开始，图中取用X2。梯形图左母线AN/触点串联反指令(也称与非指令)：用于单个动断触点的串联，图中串联X1。OR触点并联指令(也称或指令)：用于单个动合触点的并联，图中并联Y1。ED程序结束指令。OT输出指令：用于将运算结果驱动指定线圈，图中驱动输出继电器线圈Y1。(ED)X2X1Y1Y10STX21ORY12AN/X14OTY15ED指令地址第6章可编程控制器1．编程原则(2)PLC编程元件触点在编制程序时使用次数是无限的。(1)梯形图的每一逻辑行(梯级)皆始于左母线，终止于右母线。各种元件的线圈接于右母线。不正确接线正确接线(3)编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左重右轻”以符合“从左到右、自上而下”的执行程序的顺序，并易于编写指令语句。不合理合理6.2.2可编程控制器的编程原则和方法第6章可编程控制器1．编程原则(4)在梯形图中应避免触点画在垂直线上，因它无法用指令语句编程。X3Y2X5X4X1Y1X2X4X2Y1X3X1X5X1Y2X3X2无法编程(5)应避免同一继电器线圈在程序中重复输出，否则引起误操作。第6章可编程控制器电动机直接起动继电接触控制线路X2X1Y1Y1(6)外部输入设备动断触点的处理。KMSB1SB2KMFRSB1SB2EX2X1Y1COMPLCCOMKMFRPLC控制(a)SB1仍接成动断，接在PLC输入继电器的X1端子上，则在编制梯形图时，用的是动合触点X1。未施加按动SB1的停止动作时，因SB1闭合，对应的输入继电器接通，这时它的动合触点X1是闭合的。按下SB1，断开输入继电器，动合触点X1才断开。第6章可编程控制器(6)外部输入设备动断触点的处理。KMSB1SB2KMFRSB1SB2EX2X1Y1COMPLCCOMKMFR电动机直接起动继电接触控制线路X2X1Y1Y1PLC控制(b)SB1接成动合形式，则在梯形图中，用的是动断触点X1。未施加按动SB1的停止动作时，因SB1断开，这时对应的输入继电器断开，其动断触点X1仍然闭合。按下SB1，接通输入继电器，动断触点X1才断开。第6章可编程控制器(6)外部输入设备动断触点的处理。SB1SB2EX2X1Y1COMPLCCOMKMPLC控制通常由PLC内部电源提供外接两边各自的公共端子FR的触点只能接成动断的，并且不作为PLC的输入信号，而将其直接通断接触器线圈。为了使梯形图和继电接触器控制电路一一对应，PLC输入设备的触点应尽可能接成动合形式。第6章可编程控制器笼型电动机正反转的控制线路KMFFRFUSB1SBFKMFKMFFRQSM3~KMRKMRSBRKMRKMFKMR2．编程方法以此电路为例，介绍PLC控制的编程方法。第6章可编程控制器2．编程方法(1)确定I/O点数及其分配输入输出SB1X0SBFX1SBRX2KMFY1KMRY2共需5个I/O点，即电动机正反转控制外部接线图SBFSBREX2X1Y2COMPLCCOMKMRFRY1KMFKMFKMRSB1X0第6章可编程控制器2．编程方法(2)编制梯形图和指令语句梯形图指令语句X1X0Y1Y1Y2X2X0Y2Y2Y1(ED)指令地址0STX11ORY12AN/X03AN/Y24OTY15STX26ORY27AN/X08AN/Y19OTY210ED第6章可编程控制器6.2.3可编程控制器的指令系统1．起始指令ST，ST/与输出指令OT指令使用说明：ST/起始反指令：从左母线开始取用动断触点作为该逻辑行运算开始。指令地址0STX01OTY02ST/X13OTR0(1)ST，ST/指令可使用的编程元件为X，Y，R，T，C；OT指令可使用的编程元件为Y，R。(2)ST，ST/指令也可与ANS或ORS块操作指令配合用于分支回路的起始处。X0Y0X1R0第6章可编程控制器(3)OT指令不能直接用于左母线，可以使用若干次，这相当于线圈的并联。X0Y0Y1Y2指令地址0STX01OTY02OTY13OTY2当X0闭合时，则Y0，Y1，Y2均接通。2．触点串联指令AN，AN/与触点并联指令OR，OR/AN，AN/指令分别用于单个动合和动断触点的串联。OR，OR/指令分别用于单个动合和动断触点的并联。指令使用说明：第6章可编程控制器指令地址0STX01ANX12OTY03STX24AN/X35OTY16STX47ORX58OTY29STX610OR/X711OTY32．触点串联指令AN，AN/与触点并联指令OR，OR/X1Y0Y1X2X0Y2Y3X3X4X5X6X7(1)AN，AN/，OR，OR/指令的使用元件为X，Y，R，T，C。(2)AN，AN/，指令可多次连续串联使用。OR，OR/指令可多次连续并联使用。串联或并联次数没有限制。指令使用说明第6章可编程控制器0STX01OTY02/3OTY13．反指令/指令地址X0Y0Y1当X0闭合时，Y0接通，Y1断开；反之，则相反。4．块串联指令ANS与块并联指令ORSANS(块与)和ORS(块或)分别用于指令块的串联和并联连接，ANS用于将两组并联的触点(指令块1和指令块2)串联；ORS用于将两组串联的触点(指令块1和指令块2)并联。第6章