圖解PLC編程入門.

1、圖解 PLC編程入門可編程邏輯控制器是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，它采用一種可編程的存儲器在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。PLC的定義可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。2.PLC

2、的分類PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對于PLC，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和I/O 點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。2.1. 按結(jié)構(gòu)形式分類根據(jù) PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。（ 1）整體式 PLC整體式 PLC是將電源、 CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機(jī)箱內(nèi)，如圖所示。具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點(diǎn)。小型 PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式 PLC由不同 I/O 點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成，基本單元內(nèi)有 CPU、I/O 接口、 與 I/O 擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口以及與編程器或 EPROM寫入器相連的接口等；擴(kuò)展單元內(nèi)只有 I/

3、O 和電源等，而沒有 CPU?；締卧蛿U(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式 PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。二、 PLC 的功能及應(yīng)用領(lǐng)域PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活、方便的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造和發(fā)展的，這就使PLC具有許多其他控制器所無法相比的特點(diǎn)。1.PLC 的功能PLC是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置，具有可靠性高、 體積小、 功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡單、靈活通用及維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，因而在冶金、 能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三

4、大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM）之一。根據(jù) PLC的特點(diǎn)，可以將其功能形式歸納為以下幾種類型。（1）開關(guān)量邏輯控制PLC具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力，可以實(shí)現(xiàn)各種簡單和復(fù)雜的邏輯控制。這是PLC的最基本也最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代了傳統(tǒng)的繼電器接觸器的控制。（2）模擬量控制PLC中配置有A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊。 A/D 模塊能將現(xiàn)場的溫度、壓力、流量、速度等模擬量轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量，再經(jīng) PLC中的微處理器進(jìn)行處理（微處理器處理的只能是是數(shù)字量），然后進(jìn)行控制；或者經(jīng)D/A 模塊轉(zhuǎn)換后變成模擬量，然后控制被控對象，這樣就可實(shí)現(xiàn)PLC對模擬量的控制。（3）過程控制現(xiàn)代大中型的PLC一般都配備了

5、PID 控制模塊， 可進(jìn)行閉環(huán)過程控制。當(dāng)控制過程中某一個變量出現(xiàn)偏差時，PLC能按照 PID 算法計(jì)算出正確的輸出，進(jìn)而控制調(diào)整生產(chǎn)過程，把變量保持在整定值上。目前，許多小型PLC也具有 PID 控制功能。（4）定時和計(jì)數(shù)控制PLC具有很強(qiáng)的定時和計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供幾十甚至上百、上千個定時器和計(jì)數(shù)器。其計(jì)時的時間和計(jì)數(shù)值可以由用戶在編寫用戶程序時任意設(shè)定， 也可以由操作人員在工業(yè)現(xiàn)場通過編程器進(jìn)行設(shè)定， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)定時和計(jì)數(shù)的控制。如果用戶需要對頻率較高的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以選擇高速計(jì)數(shù)模塊。（5）順序控制在工業(yè)控制中，可采用PLC步進(jìn)指令編程或用移位寄存器編程來實(shí)現(xiàn)順序控制。（6）數(shù)據(jù)

6、處理現(xiàn)代的 PLC不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、 數(shù)據(jù)傳送、 排序及查表等操作， 而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、 數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)顯示和打印等，它具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。（7）通信和聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代 PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS-232 或 RS-485 接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O 控制。多臺PLC彼此間可以聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間可以實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、 監(jiān)視和診斷。 通信接口或通信處理器按標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。2.PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制

7、造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。（1）開關(guān)量的邏輯控制這是 PLC最基本，也是最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代了傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制；既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線，如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線及電鍍流水線等。（2）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使PLC處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。 PLC 廠家都生產(chǎn)配套的A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使PLC用于模擬量控制。（3）運(yùn)動控制P

8、LC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動控制模塊，可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品幾乎都具有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。（4）過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制，在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法，大中型PLC都有 PID 模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模

9、塊。 PID 處理一般是運(yùn)行專用的PID 子程序。（5）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代 PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表及位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，進(jìn)而完成一定的控制操作；也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（6）通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含 PLC間的通信及PLC與其他智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC生產(chǎn)廠商都十分重視P

10、LC的通信功能， 紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。三、 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理作為一種工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)， PLC 和普通計(jì)算機(jī)有著相似的結(jié)構(gòu)；但是由于使用場合、目的不同，在結(jié)構(gòu)上又有一些差別。1.PLC 的硬件組成PLC硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。在圖中， PLC 的主機(jī)由CPU、存儲器（ EPROM、RAM）、輸入 / 輸出單元、外設(shè)I/O 接口、通信接口及電源組成。對于整體式PLC，這些部件都在同一個機(jī)殼內(nèi)。而對于模塊式PLC，各部件獨(dú)立封裝，稱為模塊，各模塊通過機(jī)架和電纜

11、連接在一起。主機(jī)內(nèi)的各個部分均通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，根據(jù)實(shí)際控制對象的需要配備一定的外部設(shè)備，構(gòu)成不同的PLC控制系統(tǒng)。 常用的外部設(shè)備有編程器、打印機(jī)、 EPROM寫入器等。PLC可以配置通信模塊與上位機(jī)及其他的PLC進(jìn)行通信，構(gòu)成PLC的分布式控制系統(tǒng)。下面分別介紹PLC的各組成部分及其作用，以便用戶進(jìn)一步了解PLC 的控制原理和工作過程。（1）CPUCPU是 PLC的控制中樞， PLC 在 CPU的控制下有條不紊地協(xié)調(diào)工作，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的各個設(shè)備進(jìn)行控制。CPU由微處理器和控制器組成，它可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)運(yùn)算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作?？刂破鞯淖饔檬强?/p>

12、制整個微處理器的各個部件有條不紊的進(jìn)行工作，它的基本功能就是從內(nèi)存中讀取指令和執(zhí)行指令。（2）存儲器PLC配有兩種存儲器，即系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器用來存放系統(tǒng)管理程序，用戶不能訪問和修改這部分存儲器的內(nèi)容。 用戶存儲器用來存放編制的應(yīng)用程序和工作數(shù)據(jù)狀態(tài)。 存放工作數(shù)據(jù)狀態(tài)的用戶存儲器部分也稱為數(shù)據(jù)存儲區(qū)， 它包括輸入 / 輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)、 定時器 / 計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)區(qū)及存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)。PLC的存儲器主要包括以下幾種。（ 1）只讀存儲器（ 2）可編程只讀存儲器（ 3）可擦除可編程只讀存儲器（ 4）電可擦除可編程只讀存儲器（5）隨機(jī)存取存儲器（ 3）輸入 / 輸出（

13、 I/O ）模塊開關(guān)量輸入模塊開關(guān)量輸入設(shè)備是各種開關(guān)、按鈕、傳感器等， PLC 的輸入類型通常可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由 PLC內(nèi)部提供。開關(guān)量輸出模塊輸出模塊的作用是將 CPU執(zhí)行用戶程序所輸出的 TTL 電平的控制信號轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)現(xiàn)場所需的， 能驅(qū)動特定設(shè)備的信號，以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作。（4）編程器編程器是 PLC重要的外部設(shè)備， 利用編程器可將用戶程序送入 PLC的用戶程序存儲器， 調(diào)試程序、 監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。編程器從結(jié)構(gòu)上可分為以下三種類型。（1）簡易編程器（2）圖形編程器（3）通用計(jì)算機(jī)編程器（5）電源電源單元的作用是把外部電源（220V的交

14、流電源）轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。外部連接的電源，通過PLC內(nèi)部配有的一個專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流 / 直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源（直流 5V、12V、24V），并為外部輸入元件（如接近開關(guān)）提供24V 直流電源（僅供輸入端點(diǎn)使用）。驅(qū)動PLC負(fù)載的電源由用戶提供。（6）外設(shè)接口外設(shè)接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器， 并能通過外設(shè)接口組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。 PLC使用 PC/PPI 電纜或者M(jìn)PI 卡通過 RS-485 接口與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。2.PLC 的軟件組成PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。系統(tǒng)程序由 PLC制造廠商設(shè)

15、計(jì)編寫， 并存入 PLC的系統(tǒng)存儲器中， 用戶不能直接讀寫與更改。 系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序及監(jiān)控程序等。PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，最重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序， 以實(shí)現(xiàn)控制目的。 由于 PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置， 其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力， PLC 的主要編程語言采用比計(jì)算機(jī)語言相對簡單、易懂、形象的專用語言。1. 圖形式指令結(jié)構(gòu)2. 明確的變量常數(shù)3. 簡化的程序結(jié)構(gòu)4. 簡化應(yīng)用軟件生成過程5. 強(qiáng)化調(diào)試手段三、 PLC 的

16、基本工作原理PLC掃描的工作方式主要分三個階段，即輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。如圖所示。1. 輸入采樣階段在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入的是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。2. 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又

17、總是先掃描梯形圖左邊由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、 先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算； 然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)，或者刷新該輸出線圈在I/O 映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)，或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O 映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用； 相反， 排在下面的梯形圖， 其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的梯形圖起作用。3. 輸出刷新階段當(dāng)用戶程序掃描結(jié)束后，PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC 的真正輸出。輸入 / 輸出滯后現(xiàn)象從 PLC的工作過程，可以總結(jié)如下幾個結(jié)論。以掃描的方式執(zhí)行程序，其輸入/ 輸出信號間的邏輯