可編程序控制器

1.1

PLC概述及工作原理1.2

PLC的編程元件及指令系統(tǒng)1.3

梯形圖的設計規(guī)則與設計方法1.4PLC應用實例第1章可編程序控制器1.1PLC概述及工作原理1.1.1PLC概述

1、可編程序控制器的定義

2、可編程序控制器的特點功能強，性能價格比高一臺小型可編程序控制器內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，它具有很高的性能價格比。可編程序控制器可以通過通信聯(lián)網，實現(xiàn)分散控制與集中管理。

硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強可編程序控制器產品已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。可編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。可編程序控制器有較強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應工藝條件的變化。系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少?？删幊绦蚩刂破鞯奶菪螆D程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比繼電器系統(tǒng)電路圖的設計時間要少得多?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩舫绦蚩梢栽趯嶒炇夷M調試，輸入信號用小開關來模擬，通過可編程序控制器上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調試時間比繼電器系統(tǒng)要少得多。體積小，能耗低對于復雜的控制系統(tǒng)，使用可編程序控制器后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型可編程序控制器的體積僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的1/2～1/10。可編程序控制器的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，加上開關柜體積的縮小，可以節(jié)省大量的費用。3、可編程序控制器的的分類

按硬件的結構類型分類為了便于在工業(yè)現(xiàn)場安裝，便于擴展，方便接線，其結構與普通計算機有很大區(qū)別。通常從組成結構形式上將這些PLC分為兩類：一類是一體化整體式PLC，另一類是結構化模塊式PLC。

整體式結構從結構上看，早期的可編程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器相連的接口、輸入/輸出端子、電源、指示燈等都裝配在一起的整體裝置。一個箱體就是一個完整的PLC。它的特點是結構緊湊，體積小，成本低，安裝方便，缺點是輸入/輸出點數(shù)是固定的，不一定能適合具體的控制現(xiàn)場的需要。這類產品有OMRON公司的C20P、C40P、C60P，三菱公司的Fl系列，東芝公司的EX20/40系列等。

模塊式結構模塊式結構又叫積木式。這種結構形式的特點是把PLC的每個工作單元都制成獨立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通信模塊等。另外，機器上有一塊帶有插槽的母板，實質上就是計算機總線。把這些模塊按控制系統(tǒng)需要選取后，都插到母板上，就構成了一個完整的PLC。這種結構的PLC的特點是系統(tǒng)構成非常靈活，安裝、擴展、維修都很方便，缺點是體積比較大。常見產品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西門子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。

按應用規(guī)模及功能分類為了適應不同工業(yè)生產過程的應用要求，可編程序控制器能夠處理的輸入/輸出信號數(shù)是不一樣的。一般將一路信號叫做一個點，將輸入點數(shù)和輸出點數(shù)的總和稱為機器的點。按照點數(shù)的多少，可將PLC分為超小(微)、小、中、大、超大等五種類型。

(1)超小型PLC：I/O點數(shù)小于64點，內存容量為256B～1KB。

(2)小型PLC：I/O點數(shù)為65～128點，內存容量為1～3.6KB。小型及超小型PLC在結構上一般是一體化整體式的，主要用于中等容量的開關量控制，具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制、通信等功能。(3)中型PLC：I/O點數(shù)范圍為為129～512點，內存容容量為3.6～13KB。中型PLC除具有小型型、超小型型PLC的功能外，，還增加了了數(shù)據處理理能力，適適用于小規(guī)規(guī)模的綜合合控制系統(tǒng)統(tǒng)。(4)大型PLC：I/O點數(shù)范圍為為513～896點，內存容容量為13KB以上。(5)超大型PLC：I/O點數(shù)為896點以上，內內存容量為為13KB以上。隨著PLC的不斷發(fā)展展，劃分標標準已有過過多次的修修改?？删幊绦蚩乜刂破鬟€可可以按功能能分為低檔檔機、中檔檔機和高檔檔機。低檔檔機以邏輯輯運算為主主，具有定定時、計數(shù)數(shù)、移位等等功能。中中檔機一般般有整數(shù)及及浮點運算算、數(shù)制轉轉換、中斷斷控制及聯(lián)聯(lián)網功能，，可用于復復雜的邏輯輯運算及閉閉環(huán)控制場場合。高檔檔機具有更更強的數(shù)字字處理能力力，可進行行矩陣運算算、函數(shù)運運算，完成成數(shù)據管理理工作，有有更強的通通信能力，，可以和其其他計算機機構成分布布式生產過過程綜合控控制管理系系統(tǒng)。可編程序控控制器的按按功能劃分分及按點數(shù)數(shù)規(guī)模劃分分是有一定定聯(lián)系的。。一般來說說，大型機機、超大型型機都是高高檔機。機機型和機器器的結構形形式及內部部存儲器的的容量一般般也有一定定的聯(lián)系，，大型機一一般都是模模塊式機，，都有很大大的內存容容量。1.1.2PLC的結構PLC主機I/O模塊電源：為CPU、存儲器、I/O接口等內部部電子電路路工作所配配備的直流流開關穩(wěn)壓壓電源。編程器：用于手手持編程程?？捎糜盟斎肴?、檢查查、修改改、調試試程序，，或用它它監(jiān)視PLC的工作情情況。I/O擴展接口口：擴充外外部輸入入/輸出出端子數(shù)數(shù)的擴展展單元與與基本單單元（即即主機））聯(lián)接在在一起。。外設接口口：將編程程器、打打印機、、條碼掃掃描儀等等外部設設備與主主機相聯(lián)聯(lián)，以完完成相應應操作。。輸入模塊塊：接受輸輸入設備備的控制制信號。。輸出模塊塊：輸出控控制信號號。CPU：起總指揮揮的作用用。存儲器：存儲系系統(tǒng)及用用戶程序序和數(shù)據據。1.1.3PLC的工作原原理1、PLC的繼電器PLC可看成是由普普通繼電器、、定時器、計計數(shù)器等組合合而成的電氣氣控制系統(tǒng)。。注意，PLC內部的繼電電器實際上上是指存儲儲器中的存存儲單元，，稱為軟繼繼電器。當當輸入到存存儲單元的的邏輯狀態(tài)態(tài)為1時，，則表示相相應繼電器器的線圈通通電，其常常開觸點閉閉合，常閉閉觸點斷開開；而當輸輸入到存儲儲單元的邏邏輯狀態(tài)為為0時，則則表示相應應繼電器的的線圈斷電電，其常開開觸點斷開開，常閉觸觸點閉合。。所以這些些軟繼電器器體積小、、功耗低、、無觸點、、速度快、、壽命長，，且具有無無限多的常常開、常閉閉觸點供程程序使用。。2、PLC的工作原理理直接起動控控制電路采采用PLC控制，其外外部接線及及內部等效效電路如圖圖所示。可可將PLC分成3部分分：輸入部部分、內部部控制電路路和輸出部部分。梯形形圖圖：實際際上上就就是是用用戶戶所所編編寫寫的的應應用用程程序序等等效效于于PLC內部部的的接接線線圖圖。。當當用用編編程程器器將將梯梯形形圖圖程程序序送送入入PLC內，，PLC就可可以以按按照照預預先先制制定定的的方方案案工工作作。。電路路工工作作過過程程：當當起起動動按按鈕鈕SB1閉合合，，輸輸入入繼繼電電器器X400接通通，，其其常常開開觸觸點點X400閉合合，，輸輸出出繼繼電電器器Y430接通，，Y430的常開開觸點點閉合合自鎖鎖，同同時外外部常常開觸觸點閉閉合，，使接接觸器器線圈圈KM通電，，電動動機連連續(xù)運運行。。停機機時按按停機機按鈕鈕SB2，輸入繼繼電器器X401接通，，其常常閉觸觸點斷斷開，，線圈圈Y430斷開，，電動動機停停止運運行。。這里里要注注意，，因與與停機機按鈕鈕相連連的輸輸入繼繼電器器X401采用的的是常常閉觸觸點，，所以以停機機按鈕鈕必須須采用用常開開觸點點，這這與繼繼電接接觸器器控制制電路路不同同。3、PLC的工作方方式PLC是采用順序掃描描、不斷斷循環(huán)的方式進進行工作作的。PLC的掃描工工作過程程可分為為輸入采采樣、程程序執(zhí)行行和輸出出刷新3個階段段，并進進行周期期性循環(huán)環(huán)。1.2PLC的編程元元件與指指令系統(tǒng)統(tǒng)6.2.1PLC的編程元元件以F—40M為例。F—40M的元件編編號采用用8進制制。輸入繼電電器：24個個，編號號為X400～X407、、X410～X413、X500～～X507、X510～X513。。輸出繼電電器：16個個，編號號為Y430～Y437、、Y530～Y537。輔助繼電電器：M100～M277，，128點為普通通型。M300～M377，，64點為斷電電保持型型。移位寄存存器：由輔助助繼電器器構成。?？山M成成8位或或16位位的移位位寄存器器。移位位寄存器器的第一一個輔助助繼電器器的代號號，就是是這個移移位寄存存器的代代號。圖示是代代號為M300的16位移位位寄存器。（1）輸入：：設置第一個個輔助繼電器器的狀態(tài)，由由接在輸入端端的輸入繼電電器X400的狀態(tài)所決定定，其操作如如圖所示。（2）復位：：當復位端的的信號X402接通（1態(tài)））時，M300～M317全部處于復位位狀態(tài)（0態(tài)態(tài)）。因此，，當移位寄存存器按照移位位方式工作時時，復位輸入入（在此即指指X402）應斷開。（3）移位：：當移位輸入入端的信號X401接通（由0變變1）一次，，每個輔助繼繼電器的狀態(tài)態(tài)（1或0））向右移一位位，原M317的信號溢出。。計數(shù)器：16個，，編號為C460～C467，C560～C567。每個計數(shù)器器的計數(shù)值K為1～999，在編程中中設定。每個個計數(shù)器均有有斷電保持功功能。不需要要斷電保持時時，可用初始始化脈沖M71復位。圖示是無電源源中斷保持的的減法計數(shù)器器。運行開始始時，M71將計數(shù)器C460復位，計數(shù)值值等于設定值值19。當復復位輸入斷開開，計數(shù)開始始。X401接通一次（由由0變1），，計數(shù)值減1，直到減到到0為止，此此時C460的常開觸點接接通，使Y430接通。若再來來計數(shù)脈沖，，計數(shù)值仍保保持為0，C460的常開觸點一一直保持接通通。直到復位位輸入X400接通，C460斷開，計數(shù)值值恢復為設定定值。計數(shù)器也可作作定時器用。。圖示是由計計數(shù)器C461組成的60s定時器。X402接通，100ms的時鐘脈沖M72使計數(shù)器C461計數(shù)，當計數(shù)數(shù)值達到設定定值600（（即0.1s×600=60s）時，計數(shù)器C461的常開觸點閉閉合，使輸出出繼電器Y531接通。輸入入繼電器X402斷開時，其其常閉觸點點閉合，使使C461復位，其常常開觸點斷斷開，從而而使輸出繼繼電器Y531斷開。利用用此特點，，可用計數(shù)數(shù)器構成長長延時定時時器。特殊輔助繼繼電器：M70：運行監(jiān)視。。當PLC處于運行狀狀態(tài)，M70接通。M71：初始化脈沖沖。當M70接通，第一一執(zhí)行周期期M71接通，可用用作計數(shù)器器、移位寄寄存器的初初始化復位位。M72：100ms時鐘。產生生脈沖間隔隔為100ms的時鐘。M76：電池電壓監(jiān)監(jiān)視。鋰電電池電壓下下降到規(guī)定定值時接通通。可以用用它的觸點點通過輸出出繼電器接接通指示燈燈，提醒操操作者更換換電池。M77：禁止全部輸輸出。若M77的線圈接通通，全部輸輸出繼電器器的輸出將將自動斷開開，但輔助助繼電器、、定時器及及計數(shù)器仍仍繼續(xù)工作作。在緊急急情況下，，可用M77切斷全部輸輸出。1.2.2PLC的指令輸入、輸出出指令LD：取指令。取取與左母線線相聯(lián)的常常開觸點。。LDI：取反指令。。取與左母母線相聯(lián)的的常閉觸點點。以上兩條指指令還可與與ANB、ORB配合，用于于分支電路路的開始點點OUT：輸出指令。。用于驅動動輸出繼電電器、輔助助繼電器、、定時器、、計數(shù)器，，但不能用用于輸入繼繼電器。對對于定時器器和計數(shù)器器使用OUT指令后，必必須設定常常數(shù)K，常數(shù)K的設定也作作為一條指指令。與指令AND：常開觸點串串聯(lián)聯(lián)接指指令。ANI：常閉觸點串串聯(lián)聯(lián)接指指令。注意：AND指令和ANI指令只能用用于一個觸觸點與前面面的觸點串串聯(lián)，不能能用于兩個個及以上觸觸點并聯(lián)的的電路塊與與前面的電電路串聯(lián)，，并聯(lián)電路路塊串聯(lián)要要使用ANB指令?；蛑噶頞R：常開觸點并并聯(lián)聯(lián)接指指令。ORI：常閉觸點并并聯(lián)聯(lián)接指指令。注意：OR指令和ORI指令只能用用于一個觸觸點與前面面的電路并并聯(lián)，不能能用于兩個個及以上觸觸點串聯(lián)的的支路與前前面的電路路并聯(lián)，串串聯(lián)支路并并聯(lián)要使用用ORB指令。電路塊串聯(lián)聯(lián)指令ANB：將多個串聯(lián)聯(lián)電路塊并并聯(lián)的電路路（亦稱并并聯(lián)電路塊塊）與前面面的電路串串聯(lián)。使用ANB指令的原則則是：（1）先組組塊后串聯(lián)聯(lián)；（2）在每每一電路塊塊開始時，，須使用LD、LDI指令；（3）多個個電路塊組組成的串聯(lián)聯(lián)電路，在在組成一個個電路塊后后，緊跟一一條ANB指令，則串串聯(lián)電路塊塊的個數(shù)沒沒有限制，，這種編程程方式較好好。也可以以在所有的的電路塊組組成之后，，集中寫若若干條ANB指令，但這這種寫法串串聯(lián)電路塊塊不能超過過8個，是是不好的編編程方式。。脈沖指令PLS：用于產生脈脈沖信號。。PLS指令只能用用于M100～～M377。在X400的上升沿（（由0變1）M101產生一個寬寬度為一個個工作周期期的脈沖。。工作周期期是從程序序執(zhí)行開始始到程序執(zhí)執(zhí)行結束（（END）之間所需要要的時間。。計數(shù)器和移移位寄存器器的復位、、移位寄存存器的移位位通常需要要這種脈沖沖。圖示為為繼電器脈脈沖輸出用用于計數(shù)器器復位的例例子。空操作指令令NOP：使該步為空空操作。若在程序中中寫入NOP指令，可使使變更和增增加程序時時，步序號號變更最小小。但需注注意，若將將程序中的的LD、LDI、ANB、ORB等指令改為為NOP指令，會引引起電路結結構的重大大變化，如如圖所示。。因此，NOP指令的使用用應慎重。。10．結束束指令END：程序結束時時寫入END指令。調試程序時時，若在每每個程序塊塊的末尾寫寫上END指令，檢查查每一個程程序塊的運運行情況時時就可以減減少調試時時間，檢查查完畢后，，再將各個個END指令刪去。。1.3梯形圖的設設計規(guī)則與與設計方法法1.3.1梯形圖的設設計規(guī)則梯形圖：是由表示示PLC內部編程元元件的圖形形符號所組組成的階梯梯狀圖形。。繪制梯形形圖時應遵遵循以下幾幾條規(guī)則：：規(guī)則1：梯形圖按按從左到右右，自上而而下的順序序繪制（指指令編程亦亦應從左到到右，自上上而下）。。每個編程程元件線圈圈為一邏輯輯行。元件件線圈與右右母線直接接相聯(lián)。兩兩線圈不能能串聯(lián)，也也不能在線線圈與右母母線之間接接其他元件件，線圈一一般也不允允許直接與與左母線相相聯(lián)。規(guī)則2：除有跳轉轉指令外，，一般某編編號的線圈圈在梯形圖圖中只能出出現(xiàn)一次。。規(guī)則3：在梯形圖圖中的觸點點應畫在水水平線上，，不應畫在在垂直線上上，這是因因為這種形形式的梯形形圖無法用用指令語句句編程，應應改畫成能能夠編程的的形式。規(guī)則4：繪制梯形形圖時，應應按照“上上重下輕、、左重右輕輕”的原則則進行。即即當幾條支支路并聯(lián)時時，串聯(lián)觸觸點多的應應畫在上面面；幾個電電路塊串聯(lián)聯(lián)時，并聯(lián)聯(lián)觸點多的的電路塊應應畫在左邊邊。按照這這個原則繪繪制的梯形形圖符合““從左到右右、自上而而下”的的程序執(zhí)行行順序，并并易于用指指令語句編編程。規(guī)則5：輸入繼電電器的線圈圈由輸入端端子上的外外部信號驅驅動，因而而輸入繼電電器的線圈圈不應出現(xiàn)現(xiàn)在梯形圖圖中。梯形形圖中輸入入繼電器觸觸點的通斷斷取決于外外部信號。。1.3.2梯形圖的經經驗設計法法經驗設計法法是沿用設計計繼電接觸觸器控制電電路的方法法來設計梯梯形圖，即即在一些典典型的繼電電接觸器控控制電路的的基礎上，，根據被控控對象對控控制系統(tǒng)的的具體要求求，不斷修修改和完善善梯形圖。。經驗設計計法在設計計時無普遍遍規(guī)律可循循，設計的的質量與設設計者的經經驗有很大大的關系。。經驗設計計法可用于于較簡單的的梯形圖設設計，如一一些繼電接接觸器基本本控制電路路的設計。。圖示為電動動機直接起起動控制的的梯形圖及及輸入輸出出波形圖。。按下起動動按鈕，輸輸入繼電器器X400接通，其常常開觸點閉閉合，輸出出繼電器Y430接通，Y430的常開觸點點閉合自鎖鎖。按下停停機按鈕，，輸入繼電電器X401接通，其常常閉觸點斷斷開，輸出出繼電器Y430斷開。圖示為電動動機正反轉轉控制的PLC端子分配、、外部接線線及梯