大三下學(xué)期-機(jī)電傳動課件6chap

第二章可編程控制器技術(shù)主要內(nèi)容3概述可編程控制器的結(jié)構(gòu)和原理可編程控制器程序的表達(dá)方式可編程控制器的指令可編程控制器的編程PLC的應(yīng)用第一部分：概述5概述1.可編程控制器的概念2.可編程控制器的特點(diǎn)3.可編程控制器的分類4.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域5.常見可編程控制器6.可編程控制器的歷史和發(fā)展可編程控制器的概念早期的可編程控制器主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制，因此稱為可編程序邏輯控制器（Programmable

Logic

Controller），簡稱PLC隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，

PLC的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了順序控制的范圍，被稱為可編程控制器（Programmablecontroller，略寫PC)為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)的簡稱

，通常還是將可編程控制器稱之為PLC6可編程控制器的概念PLC的定義有許多種，國際電工

定義可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其

存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，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)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)7可編程控制器的特點(diǎn)通用性強(qiáng)，靈活性好對不同的控制對象，可以采用相同的硬件，只需編制不同的接線簡單輸入輸出端接線即可編程簡單易學(xué)梯形圖或簡單指令形式編程，形象直觀8可編程控制器的特點(diǎn)可靠性高，

能力強(qiáng)高可靠性是電器控制設(shè)備的關(guān)鍵輸入輸出采用光電具有硬件故障的自

功能容量大，體積小，重量輕，功耗少，成本低，維修方便豐富的I/O接口模塊9可編程控制器的分類按結(jié)構(gòu)分整體式PLC模塊式PLC疊裝式PLC10可編程控制器的分類按容量分小型：256點(diǎn)以下中型：256-2048點(diǎn)大型：2048點(diǎn)以上PLC輸入輸出的點(diǎn)數(shù)通常是４的倍數(shù)，用輸入輸出點(diǎn)數(shù)的和來描述PLC的規(guī)模這種劃分不是非常嚴(yán)格11可編程控制器的分類按功能分低檔機(jī)具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，可實(shí)現(xiàn)邏輯、順序等控制功能中檔機(jī)除上述外，還具有較強(qiáng)的模擬量開關(guān)輸入輸出等，可用于復(fù)雜的邏輯運(yùn)算及閉環(huán)控制的場合高檔機(jī)具有矩陣運(yùn)算、帶符號運(yùn)算等更強(qiáng)的數(shù)字處理能力，可實(shí)現(xiàn)智能控制、控制、大規(guī)?？刂啤⑼ㄓ嵉?，實(shí)現(xiàn)工廠自動化管理12可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域邏輯控制運(yùn)動控制閉環(huán)過程控制數(shù)據(jù)處理通信聯(lián)網(wǎng)在多品種、小批量、高質(zhì)量的產(chǎn)品生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，PLC控制已成為工業(yè)控制的重要之一，與CAD/CAM，機(jī)器人技術(shù)一起成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代自動化生產(chǎn)的三大支柱13常見可編程控制器C系列等通用電氣公司(GE)：GE系列等三菱公司：F、FX系列等立石公司：OMRON(歐姆龍)德國西門子公司：S7系列本講解三菱公司的FX系列PLC14可編程控制器的歷史和發(fā)展早期的PLC(20世紀(jì)60年代末－70年代中期)1968年由

通用汽車公司（GE）提出，1969年有

數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制成功，有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)算功能稱為PLC以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)形式出現(xiàn)中期的PLC(70年代中期－80年代中后期)近期的PLC(80年代中后期至今)1516可編程控制器的歷史和發(fā)展小型化、微型化和定型化、專業(yè)化、智能化過程控制功能不斷增強(qiáng)與個(gè)人計(jì)算機(jī)日益緊密結(jié)合編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化通信聯(lián)網(wǎng)能力不斷增強(qiáng)第二部分：可編程控制器的結(jié)構(gòu)和原理主要內(nèi)容可編程控制器的基本組成PLC的工作方式PLC使用的元件和元件18可編程控制器的基本組成不同廠家結(jié)構(gòu)可能不同但基本組成一致處理器（CPU）器電源輸入輸出部件外部設(shè)備19可編程控制器的基本組成CPU：器(1)將各種輸入信號取入(2)編譯、執(zhí)行指令(3)把結(jié)果送到輸出端(4)響應(yīng)各種外部設(shè)備的請求器：各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正RAM：調(diào)試的程序ROM：存放程序和用戶已調(diào)試好的程序20可編程控制器的基本組成電源用來對PLC

電路供電通常使用交流220或直流24V工作電源可以提供DC5、12、24V等各種

工作電源可以為輸入電路提供直流24V工作電源但PLC負(fù)載的直流電源或交流電源一般由用戶提供，本身也具有一定的負(fù)載能力外部設(shè)備編程器：手持式和個(gè)人計(jì)算機(jī)EPROM寫入器等21可編程控制器的基本組成輸入和輸出以FX1N-40MR基本單元為例R：繼電器輸出（有觸點(diǎn)，帶交直流負(fù)載）S：雙向晶閘管輸出（無觸點(diǎn)，帶交流負(fù)載）T：晶體管輸出（無觸點(diǎn)，帶直流負(fù)載）22可編程控制器的基本組成１.輸入結(jié)構(gòu)輸入共有24點(diǎn)，八進(jìn)制編碼光電

，

能力強(qiáng)23可編程控制器的基本組成２.輸入接線接線簡單，只需接入一個(gè)常開或常閉觸頭狀態(tài)可多次使用24可編程控制器的基本組成3.輸出結(jié)構(gòu)輸出共有16點(diǎn)，八進(jìn)制編碼如

P6頁所示圖輸出通常對外提供一對常開觸頭觸頭可以無數(shù)次重復(fù)使用4.輸出接線注意輸出端電源公共端的分配2526PLC的工作方式工作方式微機(jī)：等待命令PLC：循環(huán)掃描工作周期PLC是通過一種周期工作方式來完成控制的，每個(gè)工作周期分為輸入掃描程序執(zhí)行輸出刷新27PLC的工作方式輸入掃描階段也稱為輸入采樣讀入所有輸入端的開關(guān)信號狀態(tài)（閉合為“1”，斷開為“0”）并逐一存入輸入映像區(qū)（寄存器）PLC的工作方式器程序執(zhí)行階段組成程序的每條指令是按順序依次存入中的，這個(gè)順序號稱為步序在程序執(zhí)行時(shí)，從0步開始順序執(zhí)行程序指令執(zhí)行指令時(shí)，若涉及輸入或輸出狀態(tài)，就從輸入映像區(qū)或輸出映像區(qū)的某對應(yīng)位讀入進(jìn)行邏輯運(yùn)算，結(jié)果存入各元件的映像區(qū)中2829PLC的工作方式輸出刷新階段在所有的指令執(zhí)行完畢后，將輸出映像區(qū)中各輸出端的0/1狀態(tài)傳送至輸出鎖存區(qū)，驅(qū)動微型功率繼電器形成PLC的實(shí)際輸出由此可見，輸入輸出的改變，需要經(jīng)過一個(gè)工作周期換句話說，集體輸入，集體輸出30PLC的工作方式PLC屬于串行工作，而不是并行工作PLC工作周期的長短取決于主頻程序的長短指令的種類思考題：PLC控制與接觸器繼電器控制各有什么特點(diǎn)？PLC使用的元件和元件不同類型的PLC，元件有所不同F(xiàn)X系列產(chǎn)品，它

的編程元件，也就是支持該機(jī)型編程語言的軟元件，按通俗叫法分別稱為繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等但它們與真實(shí)元件有很大的差別，一般稱它們?yōu)椤败浝^電器”。這些編程用的繼電器，其工作線圈沒有電壓等級、功耗大小和電磁慣性等問題；觸點(diǎn)沒有數(shù)量限制、沒有機(jī)械磨損和電蝕等問題31PLC使用的元件和元件為區(qū)分類型，采用不同的名稱和X代表輸入繼電器Y代表輸出繼電器M代表輔助繼電器S代表狀態(tài)繼電器T代表定時(shí)器C代表計(jì)數(shù)器D代表數(shù)據(jù)寄存器等來命名32PLC使用的元件和元件輸入繼電器（X）八進(jìn)制編碼：輸入為X000

～

X007，X010

～X017，X020

～X027（共24個(gè)）有常開/常閉兩種觸點(diǎn)供編程時(shí)隨時(shí)使用，且使用次數(shù)不限輸入繼電器的狀態(tài)唯一地取決于外部輸入開關(guān)信號的狀態(tài)，不可能受用戶程序的控制，因此在梯形圖中不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈33PLC使用的元件和元件輸出繼電器（Y）八進(jìn)制編碼：輸出為Y000

～Y007，Y010～Y017（共16個(gè)）輸出繼電器的線圈由程序控制輸出繼電器的外部輸出觸點(diǎn)接到PLC的輸出端子上供外部負(fù)載使用，其余常開/常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部程序使用輸出繼電器的常開/常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不限34PLC使用的元件和元件輔助繼電器（M）PLC內(nèi)有很多的輔助繼電器，其線圈與輸出繼電器一樣，由PLC內(nèi)各軟元件的觸點(diǎn)驅(qū)動輔助繼電器也稱中間繼電器，它沒有向外的任何聯(lián)系，只供編程使用它的常開/常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不受限制。但是，這些觸點(diǎn)不能直接驅(qū)動外部負(fù)載，外部負(fù)載的驅(qū)動必須通過輸出繼電器來實(shí)現(xiàn)采用十進(jìn)制編碼35PLC使用的元件和元件輔助繼電器（M）1.通用輔助繼電器M0～M383FX1N系列可編程控制器的通用輔助繼電器為M0～M383，共384若PLC運(yùn)行時(shí)電源突然中斷，輸出繼電器和這些通用輔助繼電器全部變?yōu)?2．?dāng)嚯姳３州o助繼電器M384～M1535某些控制系統(tǒng)要求

電源中斷時(shí)的狀態(tài)，系統(tǒng)重新來電時(shí)使用斷電前的狀態(tài)M384～M1535可以用于這種應(yīng)用，共計(jì)1152點(diǎn)36PLC使用的元件和元件輔助繼電器（M）3．特殊輔助繼電器M8000～M8255M8000～M8255特殊輔助繼電器，共256點(diǎn)用來表示PLC的某些狀態(tài)，提供時(shí)鐘脈沖和標(biāo)志設(shè)定

PLC的運(yùn)行方式，或用于步進(jìn)順序控制、中斷、設(shè)定計(jì)數(shù)器為加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)等37PLC使用的元件和元件輔助繼電器（M）3．特殊輔助繼電器M8000～M8255特殊輔助繼電器分為觸點(diǎn)利用型和線圈驅(qū)動型觸點(diǎn)利用型由可編程控制器的系統(tǒng)程序驅(qū)動其線圈，在用戶程序中可直接使用其觸點(diǎn)M8000（運(yùn)行監(jiān)視）：當(dāng)執(zhí)行PLC中的用戶程序時(shí)，M8000為1；當(dāng)停止執(zhí)行時(shí)，M8000為0。M8002（初始化脈沖）：在執(zhí)行程序后，M8002輸出一個(gè)時(shí)間為一個(gè)工作周期的1的脈沖。M8011～M8014分別是10ms、100ms、1s、1min的時(shí)鐘脈沖線圈驅(qū)動型由程序驅(qū)動其線圈，使可編程控制器執(zhí)行特定的操作驅(qū)動M8034的線圈為1，則全部輸出被驅(qū)動M8032的線圈為1，則作保持用的

器全清零38PLC使用的元件和元件狀態(tài)繼電器（S）狀態(tài)S

為S0～S999，共1000點(diǎn)，其中S0～S9供初始狀態(tài)用。它們與步進(jìn)梯形指令STL一起使用，用于順序控制。當(dāng)狀態(tài)S不用于步進(jìn)梯形指令時(shí)，可當(dāng)作普通輔助繼電器M使用39PLC使用的元件和元件定時(shí)器（T）在PLC內(nèi)的定時(shí)器是根據(jù)時(shí)鐘脈沖的累積形

式，當(dāng)所計(jì)時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)，其輸出觸點(diǎn)動作，時(shí)鐘脈沖有1ms、10ms、100ms計(jì)數(shù)器（C）后面相關(guān)節(jié)詳細(xì)介紹40PLC使用的元件和元件數(shù)據(jù)寄存器（D）數(shù)據(jù)寄存器D用來

數(shù)據(jù)和參數(shù)為正、負(fù)符32

bit數(shù)據(jù)一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器都是16bit（最號位）也可用兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器合并起來1.通用數(shù)據(jù)寄存器D0～D127共128點(diǎn)，無斷電保持2.斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器D128～D7999共7872點(diǎn)，有斷電保持其中D1000～D7999中的數(shù)據(jù)寄存器，可通過參數(shù)設(shè)定，以500點(diǎn)為單位作文件寄存器41PLC使用的元件和元件數(shù)據(jù)寄存器（D）3．特殊數(shù)據(jù)寄存器D8000～D8255共256點(diǎn)，用來

可編程控制器的運(yùn)行狀態(tài)，如電池電壓、掃描時(shí)間、正在動作的狀態(tài)的

等4．變址寄存器（V、Z）變址寄存器V0～V7和Z0～Z7的內(nèi)容用來改變編程元件的元件號–當(dāng)V0=8時(shí)，數(shù)據(jù)寄存器元件號D5V0相當(dāng)于D13（5+8=13）在32位操作時(shí)，V、Z合并使用，Z為低位42PLC使用的元件和元件指針（P、I）指針（P/I）包括分支用的指針P0～P127（共128點(diǎn)）和中斷用的指針（共15點(diǎn)）43第三部分：可編程控制器程序的表達(dá)方式45PLC常用的程序表達(dá)方式PLC常用的程序表達(dá)方式有四種梯形圖指令邏輯功能圖高級語言此外還有順序功能圖等梯形圖LAD（Ladder

Diagram）梯形圖是一種以圖形符號及其在圖中的相互關(guān)系表示控制關(guān)系的編程語言，是由