可编程控制器(PLC).ppt

第11章 可编程控制器(PLC),概述,11.2 可编程控制器的程序编制,11.3 可编程控制器应用举例,11.1 可编程控制器的结构和工作原理,第11章 可编程控制器(PLC),本章要求：,1. 了解可编程控制器的结构和工作原理。,2. 了解可编程控制器的几种基本编程方法。,3. 熟悉常用的编程指令。,4. 学会使用梯形图编制简单的程序。,第11章 可编程控制器（PLC）,概述,PLC是60年代末发展起来的一种新型的电气控制装置，它将传统的继电控制技术和计算机控制技术融为一体，被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制。,传统的继电接触控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中广泛应用。但这类控制装置体积大，耗电较多，功能少，特别是靠硬件连接构成系统，接线复杂，通用性和灵活性差。,它的起源可以追溯到60年代，美国通用汽车公司为了适应汽车型号不断翻新的需要，对生产线上的控制设备提出了新的要求，为此设想：把计算机的功能完善、通用灵活等优点和继电接触控制简单易懂等优点结合起来，从而提供了继电器控制系统无法比拟的灵活性。并要求把计算机的编程方法和程序输入方法加以简化，使得不熟悉计算机的人也能方便使用。但这一时期它主要是代替继电器系统完成顺序控制，逻辑运算，计时、计数、故称为可编程逻辑控制器 简称PLC（Programmable Logical Controller）。,可编程控制器的发展：,进入80年代，随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程控制器的功能已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，它具有数据运算、传送与处理功能和可以进行模拟量控制、位置控制，特别是远程通讯功能的实现，易于实现柔性加工和制造系统，因此将其称为可编程控制器（Programmable Controller）简称PC ,但为了与个人电脑PC相区别，仍将其称为PLC。,目前PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，加速了机电一体化的进程。,1.用于逻辑控制,这是PLC的基本功能，也是最广泛的应用，如机车的电气控制、包装机械的控制、电梯的控制等。,2.用于模拟量的控制,PLC通过模拟量I/O模块，实现模数转换，并对模拟量进行控制。如闭环系统的过程控制、位置控制和速度控制。,2.用于工业机器人的控制,PLC作为一种工业控制器，适用于工业机器人。如自动生产线上有多个自由度的机器人控制。,11.1.1 可编程控制器的主要功能和特点,主要功能,2. PLC的主要特点,(1) 可靠性高，抗干扰能力强。由于采用大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件的设计和制造的过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，具有很高的可靠性。,(2) 编程简单，使用方便。目前大多数PLC均采用梯形图编程语言，沿用了继电接触控制的一些图形符号，直观清晰，易于掌握。,(3) 通用性好，具有在线修改能力。PLC硬件采用模块化结构，可以灵活地组态以适应不同的控制对象，控制规模和控制功能的要求。且可通过修改软件，来实现在线修改的能力，因此其功能易于扩展，具有广泛的工业通用性。,(4) 缩短设计、施工、投产的周期，维护容量。目前PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计，同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减轻了接线工作，同时PLC还具有故障检测和显示功能，使故障处理时间缩短。,(5) 体积小，易于实现机电一体化。,各种PLC的具体结构虽然多种多样，但其结构和工作原理大同小异，都是以微处理器为核心的电子电气系统。PLC各种功能的实现，不仅基于其硬件的作用，而且要靠其软件的支持。,PLC内部主要由主机、输入 /输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几部分组成。,11.2 可编程控制器的结构和工作原理,11.1.1 可编程控制器的结构及各部分的作用,1. 主机,主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器,系统程序存储器：主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。,用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。,2. 输入/输出(I/O)接口,输入接口用于接收输入设备（如：按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。,输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备（如:接触器、电磁阀、指示灯等）。,3. 电源,电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源,4. 编程器,编程器是PLC很重要的外部设备，它主要由键盘、显示器组成。编程器分简易型和智能型两类。小型PLC常用简易编程器，大、中型PLC多用智能编程器。编程器的作用是编制用户程序并送入PLC程序存储器。利用编程器可检查、修改、调试用户程序和在线监视PLC工作状况。现在许多PLC采用和计算机联接，并利用专用的工具软件进行编程或监控。,6. 外部设备接口,I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。,5. 输入输出扩展接口,此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等外部设备与主机相连。,11.1.3 可编程控制器的工作原理,PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。,输入采样,程序执行,输出刷新,1. 输入采样阶段,PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。,2. 程序执行阶段,PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。,3. 输出刷新阶段,在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通/断，这才是PLC的实际输出。,由PLC的工作过程可见， 在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。,11.1.3 可编程控制器的主要技术性能,2. 用户程序存储容量,用来衡量PLC所能存储用户程序的多少。,3. 扫描速度,指扫描1000步用户程序所需的时间，以ms/千步为单位。,4. 指令系统条数,指PLC具有的基本指令和高级指令的种类和数量。种类数量越多，软件功能越强。,5. 编程元件的种类和数量,编程元件指：输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用“字”寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等。其种类和数量是衡量PLC的一个指标。,FP1C24编程元件的表示形式及编号范围,11.2 可编程控制器的程序编制,11.2.1 可编程控制器的编程语言,同其它电脑装置一样，PLC的操作是依其程序操作进行的，而程序是用程序语言表达的，并且表达的方式多种多样，不同的生产厂家，不同的机种，采用的表达方式不同，但基本上可归纳为：,1. 梯形图,是在继电控制系统电气原理图基础上开发出来的一种图形语言。它继承了继电器接点、线圈、串联、并联等术语和类似的图形符号，具有形象、直观、实用的特点，不需学习计算机专业知识，电气技术人员使用最方便。,例：用PLC组成电机起停控制电路,继电接触控制图,(1) PLC系统图,起动按钮,停止按钮,如：接通SB0，则X0存储单元对应的位为“1”,反之则为“0”。,常闭接点,(2) 利用梯形图编制控制程序,Y0,X0,X1,如：按SB0，则X0存储单元为“1”则其常开接点闭合，线圈通电，电机转动。,注意：这些接点或线圈并不是真实的物理继电器接点或线圈，而是在软件编程中使用的编程元件，每个编程元件与存储器中的一个存储单元相对应，该存储单元为“1”则表示梯形图中常开闭合, 常闭断开，线圈通电。, ,Y0,如：按SB1，则X1存储单元为“1”则其常闭接点断开，线圈断电，电机停车。,输出继电 器(线圈),常开接点,梯形图和助记符语言是PLC中最常用的编程语言，学习中应注意以下概念：,(1)梯形图中的继电器并不一定是物理继电器，而是PLC存储器的一个存储单元，当写入该单元的逻辑状态为“1”时，表示继电器线圈通电，其动合触点闭合，动断触头断开。,(2)梯形图中流过的电流不是物理电流，而是概念电流，是程序执行的形象表示方式。,(3)梯形图中的继电器接点在编写用户程序时（即作为逻辑接点）可根据需要在梯形图中反复使用，没有数量限制，既可用常开也可用常闭。,(4)只有PLC中的物理继电器才能驱动实际负载，其它继电器只能作为一种逻辑来使用，故称为“软继电器”。,(3)输入继电器用于接收外部输入信号，它不能由PLC内部其它继电器的触头来驱动。,2. 语句表语言,这种编程语言与汇编语言类似，不同的厂家其语句表有所不同，这里以日本松下可编程控制器为例，对上述电机起、停控制进行编程（即将梯形图转换成语句表语言）。,注意：按梯形图从左到右，从上到下的顺序编程。,11.2.2 可编程控制器的编程原则和方法,1. 编程原则,（1）PLC编程元件的触点在编程过程中可以无限次 使用，每个继电器的线圈在梯形图中只能出现一次， 它的触点可以使用无数次。,（2）梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止于右母线。线圈总是处于最右边，且不能直接与左边母线相连。,（3）编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左重右轻”。,不合理,合理,（4）两个或两个以上的线圈可以并联，但不可以串联。,2. 编程方法,(1)确定I/O点数及分配,(2)编制梯形图和指令语句表,(5)程序以END指令结束，程序的执行是从第一个地址到END指令结束，在调试的时候，可以利用这个特点将程序分成若干个块，进行分块调试，直至程序全部调试成功。,12.2.3 可编程控制器的指令系统,ST 起始指令,ST/ 起始反指令,OT 输出指令,指 令,可使用的编程元件,X Y R T C,1. 起始指令ST，ST/与输出指令OT,X Y R T C,Y R T C,功能：读入指定常开接点（X1）的ON/OFF信息。在每一条逻辑线或一个程序段的开始都要使用ST指令或ST/指令。,功能：读入指定常闭接点（X1）的ON/OFF信息。,功能：将逻辑运算结果去驱动一个指定的线圈，输出指令可并列使用。OT指令不能用于输入继电器X，也不能直接用于左母线。,例：当输入接点X0 ON时，使输出继电器Y0、Y1动作，当接点X1 OFF时，使继电器Y2动作。,梯形图对应的 助记符程序,功能：该指令是触点串联连接指令。用于单个动合触点的串联，即完成逻辑“与” 运算。,2. 触点串联指令AN，AN/与触点并联指令OR，OR/,例：当输入条件R0和R1及R2同时为ON时Y3被输出的程序。,时序图,梯形图程序,例：当输入条件R0为ON，R1和R2为OFF时Y3被输出程序。,例：当输入条件R0为ON，R1和R2为OFF时Y3被输出程序。,例：当输入条件R0或R1或R2为ON时Y3被输出程序。,梯形图程序,例：当输入条件R0为ON，或R1或R2为OFF时Y3被输出程序。,梯形图程序,例1 : 利用PLC实现正反转控制,1.要求：SB1按钮为正转按钮，SB2为反转按钮，SB0为停止按钮。,3. 梯形图程序,正转,反转,3. 块串联指令ANS与块并联指令ORS,指令块1,指令块2,语句表指令 ST X0 OR X2 ST X1 OR/ X3 ANS OT Y0,用于电路块与前面电路块的串联,在使用ANS指令前，应先完成电路块的内部连接。,ANS指令是一条独立指令，不带元件符号。,3. 块串联指令ANS与块并联指令ORS,指令块1,指令块2,语句表指令 ST X0 AN X2 ST X2 AN/ X3 ORS OT Y0,用于电路块与前面电路块的并联,在使用ORS指令前，应先完成电路块的内部连接。,ORS指令是一条独立指令，不带元件符号。,4. 置位、复位指令SET，RST,功能：当输入条件变为ON时，使指定线圈保持ON状态，此后即使输入变为OFF，该输出仍保持ON状态。,功能：当输入条件变为ON时，使指定线圈保持OFF状态，此后即使输入变为OFF，该输出仍保持OFF状态。,用于对Y和R的置位和复位,5. 定时器指令TM,定时器分为下列三种类型,TMR:定时单位为0.01s的定时器。,TMX:定时单位为0.1s的定时器。,TMY:定时单位为1s的定时器。,定时器为通电延时型。,设置值,定时器号,语句表指令 ST X0 TMX 2 K 50 ST T2 OT Y0,5. 定时器指令TM,X0,T2,如果需要也可构成延时断电的定时器。,Y0,X0,6. 计数器指令CT,设置值,计数器号,语句表指令 ST X0 ST X1 CT 100 K 4 ST C100 OT Y0,7. 微分指令DF，DF/,例：,功能：当检测到触发信号上升沿时，线圈接通1个扫描周期,功能：当检测到触发信号下降沿时，线圈接通1个扫描周期,例：,例：,时序图,8. 空操作指令NOP,语句表指令 ST R1 NOP OT Y0,NOP指令的使用对程序运行的结果没有任何影响，一般为了方便阅读。,9. 移位指令SR,语句表指令 ST X0 ST X1 ST X2 SR WR2,10. 堆栈指令PSHS、RDS、POPS,PSHS用于压入堆栈，RDS用于读出堆栈，POPS用于弹出堆栈。,PSHS,RDS,POPS,语句表指令 ST X0 PSHS AN X1 OT Y0 RDS AN X2 OT Y1 POPS AN X3 OT Y2,12.3 可编程控制器应用举例,选择PLC类型,硬件设计,软件设计,系统总装统调,投入运行,1.要求,2.系统图,3.梯形图程序,Y1 接通电源、Y2 形连接、Y3 星形连接,启动时，按下SB2，X2常开闭合，此时R0接通，定时器接通，Y1、Y3也接通，KM1、KM3接触器接通，电动机进入星形降压启动。,延时5秒后，定时器T0动作，其常闭触点断开，使Y1、Y3断开，KM1、KM2断开。,T0的常开触点闭合，接通定时器T1，延时1秒后，T1动作，Y1、Y2接通，KM1、KM2接通，电动机三角形联结，进入正常工作。,12.3.2 加热炉自动上料控制,1.系统要求 系统启动时，先将炉门打开，当炉门打开到最大时，给料机进，送料入炉。给料后，给料机退回到原位，并将炉门关闭。,2.系统图,3.梯形图程序,