可編程序控制器及應用

可編程序控制器及其應用主講：田彪高級技師泰安市首席技師

國家注冊安全工程師國家職業(yè)技能鑒定考評員第一章可編程控制器及其工作原理

第一節(jié)可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展歷史定義特點應用領域國內(nèi)外狀況發(fā)展趨勢PLC的歷史：

1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應汽車型號不斷更新的需要，提出了十條技術指標在社會上公開招標，制造一種新型的工業(yè)控制裝置。?（1）編程簡單，可在現(xiàn)場修改和調(diào)試程序；?（2）維修方便，各部件最好采用插件方式；?（3）可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；?（4）設備體積小于繼電器控制柜；?（5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；?（6）成本可與繼電器控制系統(tǒng)相競爭；?（7）輸入輸出電壓都是115V交流電；?（8）輸出電流達到2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥；?（9）系統(tǒng)擴展時，原系統(tǒng)只需作很小的變動；?（10）用戶程序存儲容量可擴展到4KB。?1969年美國數(shù)字設備公司（DEC）根據(jù)招標的要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應用成功。?1980年美國電氣制造商協(xié)會（NEMPLCA）將其命名為可編程序控制器（ProgrammableController），英文簡稱PC。為了與個人計算機PC（PersonalComputer）相區(qū)別，就在PC中間加入L（Logical）而寫成PLC。國際電工委員會（IEC）于1982年頒布了PLC標準草稿第一稿，1987年2月頒布了第三稿，對可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充功能的原則而設計”。PLC的特點（優(yōu)點）1、可靠性高、抗干擾能力強(平均無故障時間10萬～幾十萬小時）2、適應性強、應用靈活3、編程簡單、方便、易于使用4、擴展功能強5、控制系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試方便6、維修方便7、體積小、重量輕易于實現(xiàn)機電一體化PLC的應用領域主要用于設備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)1、開關量的順序控制2、模擬量的閉環(huán)過程控制3、運動控制4、通信和聯(lián)網(wǎng)功能（PPI、MPI、PROFIBUSDP、自由通訊口）PLC的缺點主要是PLC的軟、硬件體系結構是封閉而不是開放的：如專用總線、專家通信網(wǎng)絡及協(xié)議，I/O模板不通用，甚至連機柜、電源模板亦各不相同。編程語言雖多數(shù)是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語言結構均不一致，因此各公司的PLC互不兼容。SIEMENS等公司已經(jīng)開發(fā)出以個人計算機為基礎，在Windows平臺下，結合IEC1131－3國際標準的新一代開放體系結構的PLC。PLC的國內(nèi)外狀況1971年，日本從美國引進PLC技術，由日立公司研制成功日本第一臺PLC。日本生產(chǎn)PLC的廠家有40余家：三菱電機(MITSUBISHI)，歐姆龍(OMRON)，富士電機（FujiElectric），東芝（TOSHIBA），光洋（KOYO)，松下電工（MEW），和泉（IDEC），夏普(SHARP），安川等公司。PLC的國內(nèi)外狀況我國在70年代末和80年代初開始引進PLC。我國早期獨立研制PLC的單位有：北京機械工業(yè)自動化研究所，上海工業(yè)自動化儀表研究所，大連組合機床研究所，成都機床電器研究所，中科院北京計算機所及自動化所，長春一汽，上海起重電器廠，上海香島機電公司，上海自力電子設備廠等單位。以上諸單位都沒有形成規(guī)?；a(chǎn)。PLC的國內(nèi)外狀況遼寧無線電二廠引進德國西門子技術生產(chǎn)PLC；無錫電器和日本光洋合資生產(chǎn)的PLC;中美合資的廈門A—B公司生產(chǎn)的PLC；上海香島機電公司引進技術生產(chǎn)的PLC;上海OMRON公司;西安Siemens公司等。PLC的發(fā)展趨勢（1）向高速度、大存儲容量方向發(fā)展（2）向多品種方向發(fā)展和提高可靠性（3）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標準化（硬件、軟件兼容的PLC）（4）分散型、智能型、與現(xiàn)場總線兼容的I／0（5）加強聯(lián)網(wǎng)和通信的能力（6）控制的開放和模塊化的體系結構OMAC（openModularArchitectureforControl）第二節(jié)可編程控制器的初步認識?型號

?分類

?結構

?工作原理

?編程語言

?注意事項FX2N系列PLC外部結構FX2N-64MR的主機外形圖采用繼電器輸出，輸出側左端4個點公用一個COM端，右邊多輸出點公用一個COM端。輸出的COM比輸入端要多，主要考慮負載電源種類較多，而輸入電源的類型相對較少。對于晶體管輸出其公用端子更多?！ざ俗訛榭斩俗?，在外部配線工作中作中繼端子使用。I/O端子編號

●FX系列家族成員

FX0FX2FX2CFX0SFX1SFX0NFX1NFX2NFX2NC

在PLC的正面，一般都有表示該PLC型號的符號，通過閱讀該符號即可以獲得該PLC的基本信息。FX系列PLC的型號命名基本格式如下：

FX□—□□□□系列序號I/O總點數(shù)單元類型特殊品種的區(qū)別輸出形式FX系列PLC型號的含義序列號：0、0S、0N、2、2C、1S、2N、2NCI/O總點數(shù)：10～256單元類型：

M—基本單元；

E—輸入輸出混合擴展單元及擴展模塊

EX—輸入專用擴展模塊

EY—輸出專用擴展模塊輸出形式：

R—繼電器輸出

T—晶體管輸出

S—晶閘管輸出特殊品種區(qū)別：

Ｄ—DC電源，DC輸入

A1—AC電源，AC輸入Ｈ—大電流輸出擴展模塊（1A/1點）Ｖ—立式端子排的擴展模塊Ｃ—接插口輸入輸出方式Ｆ—輸入濾波器1ms的擴展模塊Ｌ—TTL輸入擴展模塊Ｓ—獨立端子（無公共端）擴展模塊若特殊品種一項無符號，說明通指AC電源、DC輸入、橫排端子排；繼電器輸出：2A/點；晶體管輸出：0.5A/點；晶閘管輸出：0.3A/點。例1：FX2N-48MRD含義：FX2N系列，輸入輸出總點數(shù)為48點，繼電器輸出，DC電源，DC輸入的基本單元。例2：FX-4EYSH含義：FX系列，輸入點數(shù)為0點，輸出4點，晶閘管輸出，大電流輸出擴展模塊。FX還有一些特殊的功能模塊，如模擬量輸入輸出模塊、通信接口模塊及外圍設備等，使用時可以參照FX系列PLC產(chǎn)品手冊。PLC的分類（1）按輸入輸出（I／O）點數(shù)分類I／O點數(shù)在128點以下為小型PLC；I／O點數(shù)在129～512為中型PLC；I／O點數(shù)在513點以上為大型PLC；I／O點數(shù)大于1024為大型PLC；PLC輸入輸出點數(shù)越多，其存儲容量也越大。以上劃分不包括模擬量I／0點數(shù)，且劃分界限不是固定不變的。PLC的分類?

（2）按結構形式分類?

整體式PLC：又稱單元式或箱體式。整體式PLC是將電源、CPU、I／0部件都集中裝在一個機箱內(nèi)。一般小型PLC采用這種結構。?

模塊式PLC：將PLC各部分分成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I／0模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結構，有的小型PLC也采用這種結構。?

有的PLC將整體式和模塊式結合起來，稱為疊裝式

PLC。三、PLC的硬件組成PLC由五部分組成：中央處理單元（CPU板）存儲器電源部件輸入輸出（I/O）部件通訊接口PLC主機I/O模塊電源：為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配備的直流開關穩(wěn)壓電源。編程器：用于手持編程?？捎盟斎?、檢查、修改、調(diào)試程序，或用它監(jiān)視PLC的工作情況。I/O擴展接口：擴充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴展單元與基本單元（即主機）聯(lián)接在一起。外設接口：將編程器、打印機、條碼掃描儀等外部設備與主機相聯(lián)，以完成相應操作。輸入模塊：接受輸入設備的控制信號。輸出模塊：輸出控制信號。CPU：起總指揮的作用。存儲器：存儲系統(tǒng)及用戶程序和數(shù)據(jù)。四、PLC的工作原理直接起動控制電路采用PLC控制，其外部接線及內(nèi)部等效電路如圖所示。可將PLC分成3部分：輸入部分、內(nèi)部控制電路和輸出部分。PLC是采用順序掃描、不斷循環(huán)的方式進行工作的。PLC的掃描工作過程可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新3個階段，并進行周期性循環(huán)。掃描周期定義：掃描一條程序所用的時間。掃描周期的長短主要取決于程序的長短。大概在1-100ms之間。五、PLC編程語言PLC標準的編程語言有5種，（分圖形編程語言和文字編程語言）順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能塊圖（FBD），指令表（IL）、結構文本（ST）。梯形圖、指令表助記符語言最為常用。梯形圖指令表X：輸入繼電器Y：輸出繼電器M：輔助繼電器T:定時器常開觸點常閉觸點梯形圖X0Y0Y0X1X2

左母線右母線輸出繼電器:Y輸入繼電器：X

PLC的設計和生產(chǎn)至今尚無國際統(tǒng)一標準，不同廠家所用語言和符號也不盡相同。但它們的梯形圖語言的基本結構和功能是大同小異的。梯形圖是在原繼電器—接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎上演變而來的一種圖形語言。它是目前用得最多的PLC編程語言。梯形圖——PLC最常用的編程語言梯形圖1.線圈2.動合觸點（常開觸點）3.動斷觸點（常閉觸點）等效開關

注意：它們并非是物理實體，而是“軟繼電器”。每個“軟繼電器”僅對應PLC存儲單元中的一位。該位狀態(tài)為“1”或“ON”時，對應的繼電器線圈接通，其常開觸點閉合、常閉觸點斷開；狀態(tài)為“0”或“OFF”時，對應的繼電器線圈不通，其常開、常閉觸點保持原態(tài)。

X1Y1X2Y2觸點狀態(tài)常開觸點常閉觸點ON（1）允許電流通過不允許電流通過OFF（0）不允許電流通過允許電流通過觸點在不同狀態(tài)下的動作（重點）：時序圖時序圖是用于輔助分析梯形圖的一種工具。高水平線：線圈通電/觸點動作低水平線：線圈斷電/觸點原態(tài)豎線：線圈通斷電/觸點閉斷時刻高水平線低水平線豎線TONOFFON(1)OFF(0)上升沿下降沿X1Y1X2Y2X1Y1ONON例：例：當X1,X2處于如下幾種狀態(tài)時，YI的狀態(tài)？六、梯形圖編程的注意事項能流只能從左邊的母線流向右邊母線。繼電器觸點和線圈只能作為水平元件使用。網(wǎng)絡中，最右一列只能放置線圈。線圈如放在其他列，其右邊不能放置任何指令。右邊的只能是輸出元件。線圈在梯形圖程序中只能使用一次，但作為該線圈的觸點，可以在梯形圖中多次使用。若梯形圖中串聯(lián)或并聯(lián)的指令數(shù)超過網(wǎng)絡規(guī)定的數(shù)值時，必須使用內(nèi)部繼電器經(jīng)分段組合來完成

第二章PLC的編程元件與指令系統(tǒng)第一節(jié)、PLC的編程元件編程元件的名稱：三菱PLC編程元件的名稱由字母和數(shù)字組成。字母代表功能，表示元件類型；數(shù)字元件序號，輸入、輸出繼電器的元件號采用八進制數(shù)，其它編程元件的元件號采用十進制數(shù)。編程元件并非真實的物理繼電器，如“輸入繼電器”，實際上是PLC內(nèi)部存儲單元。例如X07，Y10，M125。X：輸入繼電器，PLC輸入點。（八進制）Y：輸出繼電器，PLC輸出點。（八進制）M：輔助繼電器，PLC內(nèi)部位寄存器。（十進制）T:定時器，PLC定時器的作用相當于時間繼電器。C:計數(shù)器，PLC計數(shù)器的作用就是記憶次數(shù)，加或減。1.輸入繼電器(X)（常用）輸入繼電器可以理解為PLC的輸入通道，與輸入端相連，是PLC接收外部輸入開關量信號的窗口。以FX2N系列為例，地址編號范圍為X0～X377，共256個。元件地址編號采用8進制數(shù)。

X1Y1X2Y2

2.輸出繼電器(Y)

（常用）

輸出繼電器是PLC向外部負載發(fā)送信號的窗口。以FX2N系列為例，地址編號范圍為Y0～Y377，共256個。元件地址編號采用8進制數(shù)。

X1Y1X2Y2基本指令編程練習Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11X0X1X2X3X4X5X63.輔助繼電器(M)

（常用）

輔助繼電器是PLC供用戶存放中間變量。

用軟件實現(xiàn)，它們不能接收外部的輸入信號，由程序驅(qū)動，也有常開和常閉觸點。它不能直接驅(qū)動負載。相當于繼電器電路的中間繼電器。輔助繼電器采用十進制編號。

輔助繼電器（M）：以FX2N系列為例，地址編號范圍：M0～M499，共500點為普通型；M500～M1023，共524點為停電保持型（默認）;M1024～M3071，共2048點為停電保持專用型；M8000～

M8255，共256點為特殊型。當定時器的計數(shù)值和設定值相等時，其輸出觸點動作，即常開觸點閉合,常閉觸點斷開。ON（得電）OFF（斷電）脈沖周期4.定時器(T)（常用）T0K10Y0X0T02.脈沖計數(shù)個數(shù)的設定值。3.定時器的觸點，當脈沖計數(shù)值=設定值時，驅(qū)動T0觸點動作閉合，Y0得電。說明：當X0閉合通電時，T0開始計數(shù)100ms的脈沖數(shù)，當計數(shù)脈沖個數(shù)值=設定值10時（即10×100ms=1s后），會驅(qū)動T0觸點閉合，然后Y0得電。當X0斷電后，計數(shù)值清零，定時器觸點恢復原來狀態(tài)。PLC運行時，會自動產(chǎn)生時間脈沖，其中T0-T199定時器只針對100ms的時間脈沖進行計數(shù)；T200-T245定時器只針對10ms的時間脈沖進行計數(shù)。定時器由3個部分組成：PLC定時器的作用相當于時間繼電器。它的定時功能是通過對時鐘脈沖的計數(shù)來實現(xiàn)的。時鐘脈沖的周期有1ms(=0.001s)、10ms和100ms。

1.表示選擇計數(shù)對象的脈沖周期。

定時器的設定值可通過常數(shù)k或數(shù)據(jù)寄存器D的內(nèi)容來設定。T后面的數(shù)字表示定時器的定時類型和定時精度，K后面的為計數(shù)次數(shù)，定時時間的計算公式：定時時間＝計數(shù)次數(shù)×定時精度。類型點數(shù)K的設定范圍定時精度（周期）定時范圍通用型T0--T1991~32,767100ms0.1-3276.7S通用型T200--T2451~32,76710ms0.01-327.67ST200Y0X0T200K3283.28s定時器T200計數(shù)值X0（開關）Y0通用定時器的工作原理可用下圖說明:當定時器的計數(shù)值和設定值相等時，其輸出觸點動作，即常開觸點閉合，常閉觸點斷開。ONOFFX0斷電，定時器計數(shù)值清零ONOFFK328定時器的計數(shù)值和設定值相等時，T200觸點閉合,Y0得電常數(shù)

常數(shù)K：用于表示十進制常數(shù)。

常數(shù)H：用于表示十六進制常數(shù)。思考題：

Y0T1T0T0K20K10T1X02.請仔細分析梯形圖，X0閉合后，第1S,2.5S,4S時Y0燈的狀態(tài)？（A）滅，亮，亮（B）滅，亮，滅（C）滅，滅，亮1.如圖所示，問當X0為ON后，Y0燈1.5S、2.5S的時候的狀況？（A）亮、亮（B）滅、亮（C）亮、滅3.如圖所示，當X0閉合時，Y0、Y1看起來的演示效果是：()（A）Y0閃爍，Y1一直不亮（B）Y0、Y1都閃爍（C）Y0閃爍，Y1一直亮

1.邏輯取與輸出線圈指令（LD、LDI、OUT）

LD：常開觸點邏輯運算起始指令。LDI：常閉觸點邏輯運算起始指令。OUT：驅(qū)動線圈專用的輸出指令。

第二節(jié)、PLC的基本邏輯指令2.觸點串聯(lián)指令（AND、ANI）

AND：常開觸點串聯(lián)指令。ANI：常閉觸點串聯(lián)指令。注意：AND指令和ANI指令只能用于一個觸點與前面的觸點串聯(lián)，不能用于兩個及以上觸點并聯(lián)的電路塊與前面的電路串聯(lián)，并聯(lián)電路塊串聯(lián)要使用ANB指令。電路塊串聯(lián)指令ANB：將多個串聯(lián)電路塊并聯(lián)的電路（亦稱并聯(lián)電路塊）與前面的電路串聯(lián)。使用ANB指令的原則是：（1）先組塊后串聯(lián)；（2）在每一電路塊開始時，須使用LD、LDI指令；（3）多個電路塊組成的串聯(lián)電路，在組成一個電路塊后，緊跟一條ANB指令，則串聯(lián)電路塊的個數(shù)沒有限制，這種編程方式較好。也可以在所有的電路塊組成之后，集中寫若干條ANB指令，但這種寫法串聯(lián)電路塊不能超過8個，是不好的編程方式。3、觸點并聯(lián)指令（OR、ORI）

OR：常開觸點并聯(lián)指令。 ORI：常閉觸點并聯(lián)指令。注意：OR指令和ORI指令只能用于一個觸點與前面的電路并聯(lián)，不能用于兩個及以上觸點串聯(lián)的支路與前面的電路并聯(lián)，串聯(lián)支路并聯(lián)要使用ORB指令。電路塊并聯(lián)指令ORB：將兩個及以上觸點串聯(lián)的支路（亦稱串聯(lián)電路塊）與前面支路并聯(lián)。使用ORB指令的原則是：（1）先組塊后并聯(lián)；（2）使用ORB指令對各個支路進行并聯(lián)時，各個支路的起點須使用LD、LDI指令；（3）多個支路組成的并聯(lián)電路，每寫一條并聯(lián)支路后緊跟一條ORB指令，則并聯(lián)電路塊的條數(shù)沒有限制，這種編程方式較好。也可以在所有的支路組成之后，集中寫若干條ORB指令，但這種寫法并聯(lián)支路不能超過8條，是不好的編程方式。SETY0X0RSTY0X1X0X1Y04、置位復位指令（SET、RST）5、邊沿檢測脈沖指令（LDP、LDF）

X0X1Y0Y10LDPX0OUTY0LDFX15OUTY1X0Y01個掃描周期X1Y11個掃描周期6．空操作指令NOP：使該步為空操作。若在程序中寫入NOP指令，可使變更和增加程序時，步序號變更最小。但需注意，若將程序中的LD、LDI、ANB、ORB等指令改為NOP指令，會引起電路結構的重大變化，如圖所示。因此，NOP指令的使用應慎重。7．結束指令END：程序結束時寫入END指令。調(diào)試程序時，若在每個程序塊的末尾寫上END指令，檢查每一個程序塊的運行情況時就可以減少調(diào)試時間，檢查完畢后，再將各個END指令刪去。1、延時電路

在FX型PLC定時器有三種標準時鐘脈沖（周期分別為0.01s、0.1s、1s），可用于時間延時控制。請看下面幾個例子。例1.是最簡單的延時電路，當X0為ON時，啟動定時器，經(jīng)過30×0.1=3秒之后，Y0得電。T0Y0X0T0K300LDX01OUTT0K304LDTO5OUTY0語句指令表第三節(jié)、PLC的基本電路例2．利用兩個定時器組合以實現(xiàn)長延時.當X0為ON，啟動定時器T0,10×0.1=1S后，T0觸點接通，啟動定時器T1,20×0.1=2S后，T1觸點接通,Y0得電。T0T1X0T0K10K20Y0T10LDX01OUTT0K104LDTO5OUTT1K208LDT19OUTY0語句指令表2、置位復位電路

X1X2SETY0RSTY0梯形圖LDX1SETY0使Y0得電LDX2RSTY0使Y0失電語句指令表3、自鎖電路自鎖電路在梯形圖中的應用極其廣泛。自鎖電路的最主要的特點就是具有“記憶”功能。Y0

梯形圖X1Y0X2LDX1梯級開始，＃（表示動合觸點）X1接至左母線ORY0或運算，并聯(lián)自鎖觸點＃Y0ANIX2與運算，串連◎（表示動斷觸點）X2OUTY0輸出，梯級結束語句指令表4、限時電路

X0T0K10T1K10T0T1Y00LDX01OUTT0K10LDT0OUTT1K10ANIT1OUTY0梯形圖語句指令表第三章

PLC的編程軟件一、程序編制環(huán)境及功能1．進入程序編制環(huán)境

當在計算機中安裝好編程軟件后，在計算機的開始菜單中選“程序”，找MELSOFT，選GXDeveloper啟動項就可以進入GXDeveloper程序編制環(huán)境。二、梯形圖程序建立及編輯操作1．建立梯形圖程序文件

先進入GXDeveloper程序主界面。通過單擊“工程”菜單中的“創(chuàng)建新工程(N)”，或者按下快捷鍵Control+N，或者單擊標準工具條中的圖標，就出現(xiàn)如圖2所示的創(chuàng)建新工程對話框，在下拉菜單中選擇合適的PLC系列，選擇合適的PLC類型；然后，選擇程序類型，設置工程名和工程標題，最后按確定，則可進入梯形圖編程編環(huán)境。

圖2創(chuàng)建新工程對話框

2.打開梯形圖程序文件

進入GXDeveloper程序主界面。通過單擊“工程”菜單中的“打開工程(O)”，或者按下快捷鍵Control+O，或者單擊標準工具條中的圖標，就出現(xiàn)打開工程對話框。3．讀取梯形圖程序文件將程序從PLC傳輸?shù)接嬎銠C（上載或者讀?。?，可以通過“在線(O)”菜單中的“PLC讀取(R)”菜單項來完成。或者,在沒有打開PLC

工程文件的情況下，用鼠標點擊單擊標準工具條中的圖標，就出現(xiàn)PLC讀取對話框。（與PLC的寫入類似，下面一起講解）

4．讀取其他格式的梯形圖程序文件在“工程(F)”菜單中選擇“讀取其他格式的文件(I)”再選擇相應的文件格式讀入PLC程序。5．梯形圖程序輸入梯形圖程序的輸入，可以用梯形圖標記工具條中的圖標按鈕來輸入，或用“編輯(E)”菜單中的“梯形圖標記(S)”子菜單來輸入。6．梯形圖程序編輯梯形圖程序編輯，可以使用主菜單上的“查找/替換(S)”和“編輯(E)”菜單或者梯形圖寫入狀態(tài)下的鼠標右鍵菜單來完成。編輯梯形圖程序時，要處于梯形圖寫入模式。在“編輯(E)”菜單中，用“讀出模式(R)”、“寫入模式(W)”切換梯形圖模式。7．梯形圖的轉換在梯形圖寫入模式下，輸入完PLC程序后，需要將梯形圖轉換為PLC內(nèi)部格式。未轉換時，梯形圖背景呈灰色，轉換完成時，梯形圖背景呈白色。

可以