PLC基础培训教材

PLC编程理论与控制原理目录第一章PLC基本工作原理1—1基本原理…………………………………………………………………31—2扫描原理…………………………………………………………………31—3I/O映象区…………………………………………………………………31—4输入输出操作……………………………………………………………41—5中断处理…………………………………………………………………4第二章PLC硬件结构2—1处理器单元………………………………………………………………52—2EEPROM存储模块………………………………………………………62—3扩展单元…………………………………………………………………72—4手执式编程器……………………………………………………………72—5安装设备—DIN道轨……………………………………………………7第三章PLCI/O接口3—1电源电路的连接及性能…………………………………………………83—2接地………………………………………………………………………83—3输入输出…………………………………………………………………93—4安装位置图………………………………………………………………10第四章基本指令和基本逻辑说明4—1基本逻辑指令…………………………………………………………114—2基本逻辑指示说明……………………………………………………12第五章PLC用户程序编程5—1完成一个用户程序的步骤……………………………………………185—2梯形图（LAD）………………………………………………………185—3扫描周期………………………………………………………………195—4语句表（STL）…………………………………………………………19第一章PLC基本工作原理PLC（ProgrammableLogicController)是目前工控的主要工具，具有高可靠性、丰富的I/O接口模块、模块化结构、编程简单、安装维护方便、系统设计和调试周期短等特点。广泛应用于逻辑控制、计数控制、顺序控制、PID控制、数据处理、通信和联网等工业控制领域。1基本原理可编程序控制器要完成控制任务是在其硬件的支持下,通过执行反映控制要求的用户程序来完成的。这一点是和计算机的工作原理一致的，所以可编程序控制器工作的基本原理是建立在计算机工作原理之上的，其实质上也是一种计算机控制系统，只不过它具有比计算机更强的与工业过程想连的接口，具有更适合用于控制要求的编程语言。可编程序控制器的CPU是采用按顺序逐条扫描用户程序的运行方式工作的，它的输入输出是在扫描到该I/O点时才读入开关信号或刷新输出信号，考虑到继电器控制装置中各类触点的动作时间一般在100MS以上，故可编程序控制器扫描用户程序的时间一般都小于100MS。2扫描原理可编程序控制器对用户程序的扫描不是执行一就结束,而是对整个程序一遍一遍不停的循环执行,直至停机.扫描周期的长短,首先与每条指令执行的时间长短有关,其次与所用的指令类型以及包含指令条数的多少有关。前者取决于机器的主频既时钟的快慢，机器选定之后，主频也就却定了，后者取决于被控系统的复杂程度及编程人员的水平。3I/O映象区在PLC系统中，决定被控变量状态的逻辑关系组成因素多数来自生产现场。从现场采集这些信息的方式有两种。1）在程序执行中，需要某一信息，就到生产现场去采集该信息，采集到的信息是实时的，但采集时间可能略多。2）在每一循环扫描周期内，定时将所需要的现场有关信息采集到控制器中，存放在预先准备好的一定区域，即RAM的某一地址，称为输入映象区，输出映象区亦然。I/O映象区的建立，使系统工作变成一个采集控制系统；并使可编程序控制器工作时只和内存有关地址单元内所存信息状态发生关系，而系统输出也只是给内存某一地址单元设定一个状态，因此，这时的控制系统已经远离实际控制对象，这一点为系统的标准化生产，大规模生产创造了条件。4输入输出操作PLC的工作方式是循环扫描执行用户程序，所建立的输入输出映象区，只是在扫描周期的适当时刻，在操作系统的组织下，将输入映象区信息全部倾卸给外设，同时也可以从外设读入信息。对一般的外设来讲，这种输入输出方式可以满足要求。但是PLC的功能在不断的扩展，特别是特殊模块、智能模块被当作I/O外设以及中断控制的利用等，对响应的及时性提出了新的要求。所以，输出交换正常的周期性输入信息就无法满足要求。系统的周期性扫描与外设希望的及时响应矛盾的解决办法是设法将有关要输入或输出的信息分离出来，即这一部分信息的输入输出与系统CPU的周期扫描脱离，利用专门的硬件模块或通过软件利用专门指令去执行某一个I/O映象区的输入输出。所以，PLC的循环扫描工作方式对外设希望及时响应要求的实现有一定的困难。5中断处理PLC中断处理的特点：1）中断的响应是在系统循环扫描的各个阶段。系统在工作过程中，不仅对用户程序进行扫描，而且对输入、输出、通信模块和自诊断程序都实行循环扫描。所以，对中断的响应不仅仅在扫描用户程序阶段，而且在循环扫描的各个阶段。2）在PLC系统中，用户程序是循环扫描反复执行的。但是，对于中断程序来说，只有中断申请被接受后中断程序被扫描一次。3）中断源排队的先后顺序，在PLC中，中断源的信息是通过输入点而进入系统的，中断源的先后顺序按照它们占用的输入点编号的前后顺序自动排队的。在PLC中，中断服务程序的编制与一般微机系统基本一致。但无中断嵌套关系，且中断服务程序执行的结果应尽快输出给外设。第二章PLC硬件结构PLC是以微CPU为中心的一个小型逻辑单元。其主要组成部分是由MCPU、CMOS—LSI、CMOS—IC、LS—TTL（Triacrelay）组成，其中内部还有DC24V电源。从PLC构成控制系统的方式来说，应包括下面几种部件。*基本单元（处理器单元）*扩展单元*编程器单元*EEPROM存贮器模块*通信线缆1基本单元（处理器单元）处理器单元内部装有由I/O接口电路以及存贮器集合而成的固体电路，该处理器将处理和控制编程信息，在控制软件的管理下是输出设备设备为响应输入设备的开/关状态而接通或断开。其原理方框图如下：编程信息用编程器输入，也可通过计算机输入用户程序，PLC将用户程序存储在处理器CMOSRAM中，当处理器断电时，由备用电池供电，以保证存贮器内容不变。处理器EEPROM模块和编程器（手执式）的直流操作电源，由控制器内部带熔丝的电源供电。处理器结构特点：A：电源进线端子，一般具有自提升压线板，为接线提供了方便，并能确保接线的可靠。B：输出接线端子；输入接线端子与电源进线相同。C：自诊断指示器：DCPOWER（绿色）：指示处理器单元已启动，直流电源已在供电。PCRUN（绿色）：指示处理器单元正在运行操作方式。EEPROMRAM后备电池电源模块CPUPIO时钟系统通信口输出单元输入单元CPUFUALT（红色）：指示已检测到处理器或RAM出现故障，停止操作。BATTERYLOW（红色）：为CMOSRAM提供备用电源的电池，其电压降低到极限值，LED灯亮警示用户更换电池。FORMEDI/O（淡黄色）：指示一个或多个输入，输出地址已被强制接通或断开。D：输入电源保险丝：如果电源的进线端有电压，而DCPOWER灯不亮，可能是保险死断。E：输入状态指示灯：当一个输入电路被接通时，则相应的状态指示灯亮。F：输出状态指示灯：当一个已编程的输出指令是“真”时，则其相应的输出状态指示灯亮。G：自动/手动开关：当处理器单元电压下降或断开后，重新启动的方式由开关的位置决定。H：EEPROM存贮器模块组件：任选的存贮器模块可插入处理器单元中。I：编程器连接器：当需编程、编辑或监视操作时，并与编程器或电脑相连接。J：扩展单元的连接：用专用电缆连接。k：备用电池：一般使用的备用电池为锂电池。2EEPROM存贮器模块这是一任选的器件，他能很方便地插入到处理器单元中。其功能：A：存贮（复制）处理器内RAM中之内容，达到保存用户程序的目的。B：传递EEPROM中之内容到RAM中。3扩展单元其基本尺寸及外形结构与基本单元（处理器单元）相同，扩展单元只在于扩展I/O地址。其I/O地址是按照扩展单元的排列次序顺延。4编程器（手执式）它是一种用于编程、编辑、监视控制器操作的便携式编程装置。当需要时，它可用电缆连接到处理器上。其是用户与控制器之间的通信手段，能立即响应写入的信息，并提示该做什么和出错信息。功能：在线操作；编程—读出、写入、插入、删除；监视—内部软元件监视、程序检查、工作状态监视；测试—强制ON/OFF，T、C、D当前值及设定值的变更；写入文件寄存器等。特点：清晰的液晶画面充实的软件应用指令查询的HELP功能自动步进（+）、（-）功能体积小，随带方便。5安装DIN道轨处理器可直接安装在电气制柜上，也可以安装在DIN道轨上，处理器、扩展单元及其它一些辅助控制单元上有方便安装在DIN道轨的槽和锁定夹。第三章PLCI/O接口1电源电路的连接及性能PLC的电源一般来说是120VAC—240VAC，适用电压范围较宽。其外接电源线连接到PLC的N、L端口。必须注意：A：基本单元与扩展单元的电源，务必同时接通或断开。B：在紧急停止时，PLC的输出电路应在PLC外部切断。C：电源若发生未满10MS的瞬间停电，PLC的动作可以连续，长时间的停电或电压过底，PLC就会停止动作，输出OFF状态，一旦电源恢复，PLC自动或受动再启动运行（RUN输入为ON）。D：为不使电源电压降低，应选用2m㎡的电源线。2接地隔离变压器1：1BreakerPLC扩展PLC通信电缆LNNCLNNCA：接地必须用2m㎡的电线，接地电阻必须小于100欧。但切勿与强电系统共地（如接地困难，可不接地，PLC仍能正常工作。）B：扩展单元与扩展模块和基本单元的接地端应互相连接，并在基本单元侧接地。（即使不接地，两者也应连接）。另外，各单元SG端也应用2m㎡以上的电线连接器来。3输入/输出PLC输入/输出有两种方式接线，即共源极和共漏极接法。共源极接法是将COM端接到直流电源的负极，其另一端通过元件接正极。共漏极接法是将COM端接到直流电源的正极，其另一端接负极。这样接法是根据你所选用的输入型号元件的类型和负载情况来决定其连接方法，并照此完成I/O口的连接。PLC输出有三种方式：GRLGLGGRLGGR通信电缆1：晶体管（TTL）输出方式：适用的负载电源是DC24V。2：可控硅输出方式：适用的负载电源可以是DC和AC。3：继电器输出方式：适用的负载电源可以是DC和AC。以上2、3中的负载电源尽管可以使用直流或交流负载，但我们在使用中还是习惯用继电器负载输出型的PLC使用DC电源；而可控硅使用AC电源。4安装位置图为了PLC安全、可靠的工作，有必要安装隔离变压器，并在电控柜壁有散热孔和风机。MCR断路装置隔离变压器PLC1234576说明：1：一个标准的、适合于用户的并能避免用户控制器受电噪和空气污染的电控柜。2：断路装置，用来切断系统电源。3：带熔丝的隔离变压器或恒压变压器，根据用户选择。4：主控继电器/紧急停止电路。5：端子板或接线槽。6：电控柜壁排气孔。7：风机。第四章基本指令和基本逻辑说明各个PLC制造公司在竞相推出自己的产品序列的同时，同样推出自己相应的用户程序软件包，并有自己的编程规则和指令结构。1：基本指令介绍：几乎所有的PLC基本编程指令只有20个左右。尽管指令的表达方式不一致，但内容是一样的。下面介绍一下三菱PLC20个基本编程指令。符号称号功能电路表示对称要素LD取指令运算开始常开接点XYMSTCLDI取反指令运算开始常闭接点XYMSTCAND与串联连接常开接点XYMSTCANI与非串联连接常闭接点XYMSTCOR或并联连接常开接点XYMSTCORI或非并联连接常闭接点XYMSTCANB电路块与电路块串联连接ORB电路块或电路块并联连接OUT输出线圈驱动指令YMSTCNOP空操作无动作消去程序或空格用SET置位保持线圈工作的指令SETYMSRST点位清除线圈工作的指令RSTY