可编程控制器2-PLC概述

可编程控制器机电工程学院胡兆勇[e-mail]教学内容常用低压电器1PLC结构、原理与表达方式2基本逻辑控制指令33步进指令和功能指令445PLC编程2PLC结构、原理与表达方式2.1PLC概述52.1.1可编程控制器的概念早期的可编程控制器主要用来代替继电器实现逻辑控制，因此称为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC随着电子技术、计算机技术的迅速发展，PLC的功能已远远超出了顺序控制的范围，被称为可编程控制器（Programmablecontroller，略写PC)为了避免与个人计算机的简称混淆，通常还是将可编程控制器称之为PLC62.1.1可编程控制器的概念PLC的定义有许多种，国际电工委员会定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计72.1.2可编程控制器的特点通用性强，灵活性好对不同的控制对象，可以采用相同的硬件，只需编制不同的软件接线简单输入输出端接线即可编程简单易学梯形图或简单指令形式编程，形象直观82.1.2可编程控制器的特点可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电器控制设备的关键输入输出采用光电隔离具有硬件故障的自诊断功能容量大，体积小，重量轻，功耗少，成本低，维修方便丰富的I/O接口模块92.1.3可编程控制器的分类按结构分整体式PLC模块式PLC叠装式PLC102.1.3可编程控制器的分类按容量分小型：256点以下中型：256-2048点大型：2048点以上PLC输入输出的点数通常是４的倍数，用输入输出点数的和来描述PLC的规模这种划分不是非常严格112.1.3可编程控制器的分类按功能分低档机•具有逻辑运算、计时、计数等功能，可实现逻辑、顺序等控制功能中档机•除上述外，还具有较强的模拟量开关输入输出等，可用于复杂的逻辑运算及闭环控制的场合高档机•具有矩阵运算、带符号运算等更强的数字处理能力，可实现智能控制、远程控制、大规模控制、通讯等，实现工厂自动化管理122.1.4可编程控制器的应用领域开关量的逻辑控制模拟量控制运动控制过程控制数据处理通信联网–广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。–PLC控制已成为工业控制的重要手段之一，与CAD/CAM，机器人技术一起成为实现现代自动化生产的三大支柱。132.1.4可编程控制器的应用领域开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域。它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制。可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。PLC厂家基本都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。142.1.4可编程控制器的应用领域运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。过程控制过程控制是对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。在冶金、化工、热处理、锅炉等场合有非常广泛应用。PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块。152.1.4可编程控制器的应用领域数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，或将它们打印制表。一般用于大型控制系统，如柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、食品工业中的大型控制系统。通信联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。162.1.5常见可编程控制器美国通用电气公司(GE)：GE系列等日本三菱公司：F、FX系列等立石公司：OMRON(欧姆龙)C系列等德国西门子公司：S7系列本教材讲解三菱公司的FX系列PLC2.2PLC的结构和原理182.2.1可编程控制器的基本组成不同厂家结构可能不同但基本组成一致中央处理器（CPU）存储器电源输入输出部件外部设备192.2.1可编程控制器的基本组成CPU：(1)将各种输入信号取入存储器(2)编译、执行指令(3)把结果送到输出端(4)响应各种外部设备的请求存储器：RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序202.2.1可编程控制器的基本组成电源用来对PLC内部电路供电通常使用交流220或直流24V工作电源可以提供DC5、12、24V等各种内部工作电源可以为输入电路提供直流24V工作电源但PLC负载的直流电源或交流电源一般由用户提供，本身也具有一定的负载能力外部设备编程器：手持式和个人计算机EPROM写入器等212.2.1可编程控制器的基本组成输入和输出以FX系列基本单元为例FX□N—□□□系列名I/O总点数单元功能输出类型R：继电器输出T：晶体管输出S：晶闸管输出M：基本单元E：输入输出混合扩展单元与扩展模块EX：输入专用扩展模块EY：输出专用扩展模块222.2.1可编程控制器的基本组成１.输入结构输入共有24点，八进制编码光电隔离，抗干扰能力强232.2.1可编程控制器的基本组成２.输入接线接线简单，只需接入一个常开或常闭触头状态可多次使用242.2.1可编程控制器的基本组成3.输出结构输出共有16点，八进制编码如教材P6页所示图输出通常对外提供一对常开触头触头可以无数次重复使用4.输出接线注意输出端电源公共端的分配252.2.2PLC的工作方式工作方式微机：等待命令PLC：循环扫描工作周期PLC是通过一种周期工作方式来完成控制的，每个工作周期分为•输入扫描•程序执行•输出刷新262.2.2PLC的工作方式输入扫描阶段也称为输入采样读入所有输入端的开关信号状态（闭合为“1”，断开为“0”）并逐一存入输入映像区（寄存器）272.2.2PLC的工作方式程序执行阶段组成程序的每条指令是按顺序依次存入存储器中的，这个顺序号称为步序在程序执行时，从0步开始顺序执行程序指令执行指令时，若涉及输入或输出状态，就从输入映像区或输出映像区的某对应位读入进行逻辑运算，结果存入各元件的映像区中282.2.2PLC的工作方式输出刷新阶段在所有的指令执行完毕后，将输出映像区中各输出端的0/1状态传送至输出锁存区，驱动微型功率继电器形成PLC的实际输出输入输出的改变，需要经过一个工作周期换句话说，集体输入，集体输出292.2.2PLC的工作方式PLC属于串行工作，而不是并行工作PLC工作周期的长短取决于主频程序的长短指令的种类302.2.3PLC的编程软元件可编程控制器内部有许多具有不同功能的器件，实际上这些器件是由电子电路和存储器组成的。为了和通常的硬器件区分开，通常称为软元件和继电接触器的元件类似、具有线圈和常开常闭触点。这些编程用的继电器，其工作线圈没有电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；没有机械磨损和电蚀等问题线圈通电时，常开触点闭合，常闭触点断开，反之亦然编程元件可以有无数多个常开、常闭触点不同厂家、甚至同一厂家的不同型号的可编程控制器编程元件的数量和种类都不一样。312.2.3PLC的编程软元件FX系列软元件X代表输入继电器Y代表输出继电器M代表辅助继电器S代表状态继电器T代表定时器C代表计数器D代表数据寄存器K、H代表常数等322.2.3PLC的编程软元件输入继电器（X）八进制编码：X000～X007，X010～X017，X020～X027（共24个）内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用，且使用次数不限输入继电器的状态唯一地取决于外部输入开关信号的状态，不可能受用户程序的控制在梯形图中不能出现输入继电器的线圈332.2.3PLC的编程软元件输出继电器（Y）八进制编码：Y000～Y007，Y010～Y017（共16个）输出继电器的线圈由程序控制输出继电器的外部输出触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用输出继电器的常开/常闭触点使用次数不限342.2.3PLC的编程软元件辅助继电器（M）PLC内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用它的常开/常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现采用十进制编码352.2.3PLC的编程软元件辅助继电器（M）1.通用辅助继电器M0～M383•FX1N系列可编程控制器的通用辅助继电器为M0～M383，共384•若PLC运行时电源突然中断，输出继电器和这些通用辅助继电器全部变为02．断电保持辅助继电器M384～M1535•某些控制系统要求记忆电源中断时的状态，系统重新来电时使用断电前的状态•M384～M1535可以用于这种应用，共计1152点362.2.3PLC的编程软元件辅助继电器（M）3．特殊辅助继电器M8000～M8255•M8000～M8255特殊辅助继电器，共256点•用来表示PLC的某些状态，提供时钟脉冲和标志设定PLC的运行方式，或用于步进顺序控制、禁止中断、设定计数器为加计数或减计数等372.2.3PLC的编程软元件辅助继电器（M）3．特殊辅助继电器M8000～M8255•特殊辅助继电器分为触点利用型和线圈驱动型•触点利用型由可编程控制器的系统程序驱动其线圈，在用户程序中可直接使用其触点–M8000：运行监视–M8002：初始化脉冲–M8011、M8012、M8013和M8014是分别产生10ms、100ms、1s和10min时钟脉冲的特殊辅助继电器。382.2.3PLC的编程软元件辅助继电器（M）3．特殊辅助继电器M8000～M8255•特殊辅助继电器分为触点利用型和线圈驱动型•线圈驱动型由程序驱动其线圈，使可编程控制器执行特定的操作–M8033：线圈得电，则PLC停止时输出保持–M8034：线圈得电，则全部输出被禁止392.2.3PLC的编程软元件状态继电器（S）它们与步进梯形指令STL一起使用，用于顺序控制。状态S编号为S0～S999，共1000点。•初始状态继电器S0～S9共10点。•回零状态继电器S10～S19共10点。•通用状态继电器S20～S499共480点当状态S不用于步进梯形指令时，可当作普通辅助继电器M使用402.2.3PLC的编程软元件定时器（T）在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作时钟脉冲有1ms、10ms、100ms计数器（C）内部计数器•16位加计数器•32位加减计数器高速计数器412.2.3PLC的编程软元件数据寄存器（D）数据寄存器D用来存储数据和参数一个数据寄存器都是16bit（最高位为正、负符号位）也可用两个数据寄存器合并起来存储32bit数据1.通用数据寄存器D0～D127•共128点，无断电保持2.断电保持数据寄存器D128～D7999•共7872点，有断电保持•其中D1000～D7999中的数据寄存器，可通过参数设定，以500点为单位作文件寄存器422.2.3PLC的编程软元件