PLC安装编程指导

HSIS 湖南先步信息股份有限公司第二章 PLC安装编程指导可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。一. PLC的由来在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：1. 编程方便，现场可修改程序；2. 维修方便，采用模块化结构；3. 可靠性高于继电器控制装置；4. 体积小于继电器控制装置；5. 数据可直接送入管理计算机；6. 成本可与继电器控制装置竞争；7. 输入可以是交流115V；8. 输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9. 在扩展时，原系统只要很小变更；10. 用户程序存储器容量至少能扩展到4K。1969年，美国数字设备公司(DEC) 研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。二. PLC的定义PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA(National Electrical Manufactory Association) 经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC(Programmable Controller),并给PC作了如下定义：“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。三. PLC的特点一. PLC的主要特点(一) 高可靠性(二)丰富的I/O接口模块(三) 采用模块化结构(四) 编程简单易学(五) 安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。二. PLC的功能(一) 逻辑控制(二) 定时控制(三) 计数控制(四) 步进(顺序)控制(五) PID控制(六) 数据控制PLC具有数据处理能力。(七) 通信和联网(八) 其它PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。四. PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图所示：中央处理单元(CPU)编程器输入电路输出电路系统程序存储器系统程序存储器电源一. 中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。二. 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。(一) PLC常用的存储器类型1. RAM (Random Assess Memory)这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。2. EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。3. EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。(二) PLC存储空间的分配虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域： 系统程序存储区 系统RAM存储区(包括I/O映象区和系统软设备等) 用户程序存储区1. 系统程序存储区在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的性能。2. 系统RAM存储区系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如： 逻辑线圈 数据寄存器 计时器 计数器 变址寄存器 累加器等存储器。(1) I/O映象区由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位(bit)，一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字(16个bit)。因此整个I/O映象区可看作两个部分组成： 开关量I/O映象区 模拟量I/O映象区(2) 系统软设备存储区除了I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备(逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等)的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC断电时，数据被清零。1) 逻辑线圈与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。2) 数据寄存器与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字(16 bits)。另外，PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。3) 计时器4) 计数器3. 用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。三. 电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。五. PLC的工作原理最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的： 继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点(包括其常开或常闭触点)在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。 PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式-扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。一. 扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。第(n+1)个扫描周期输入采样第(n-1)个扫描周期输出刷新第n 个扫描周期输入采样输出刷新用户程序执行(一) 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(二) 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。(三) 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。比较下二个程序的异同：程序1：( )( )( )( )%I1%M1%M2%M3%M1%M2%M3%M4程序2：%M1%M2%M3%M4%I1%M1%M2%M3( )( )( )( )这两段程序执行的结果完全一样，但在PLC中执行的过程却不一样。 程序1只用一次扫描周期，就可完成对%M4的刷新； 程序2要用四次扫描周期，才能完成对%M4的刷新。这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。输出刷新用户程序执行输入采样自诊断RUN上电通讯故障二. PLC的I/O响应时间为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式(扫描技术)。以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。其最短的I/O响应时间与最长的I/O响应时间如图所示：最短I/O响应时间：第(n-1)个扫描周期第(n+1)个扫描周期用户程序执行输出刷新输入采样第n 个扫描周期输出刷新输入采样最短I/O响应时间最长I/O响应时间：第n +1个扫描周期第n 个扫描周期用户程序执行用户程序执行输出刷新输出刷新输入采样输入采样最长I/O响应时间第二篇. PLC指令集(一) 继电器指令一. 继电器触点: 二. 继电器线圈指令:三. 注意点1.脉冲触点的特点(包括上升沿触点与下降沿触点), 其程序及波形图如下:%I1%M1%I1( )T%M1q %I1: 输入信号q %M1:输出线圈q T :一次扫描周期2.延续触点与延续线圈每行程序最多可以有9个触点，一个线圈。如超过这个限制，则要用到延续触点与延续线圈。注意延续触点与延续线圈的位置关系。%I1( )%M1%I2( )%M2当%I1得电时，%M1与%M2不会得电，只有%I2得电时，%M1与%M2才会得电。 第三讲. PLC指令集(二) 计时器、计数器一. 计时器PLC计时器分为三种类型：EnableEnable输出端Enable预置值q 延时计时器梯形图：注释：输出端其工作波形图如下：A = 当ENABLE端由“01”时，计时器开始计时。B = 当计时计到后，输出端置“1”，计时器继续计时。C = 当ENABLE“10”, 输出端置“0”，计时器停止计时，当前值被清零。D = 当ENABLE端由“01”时，计时器开始计时。E = 当当前值没有达到预置值时，ENABLE端由“10”, 输出端仍旧为零，计时器停止计时，当前值被清零。注：每一个计时器需占用3个连续的寄存器变量。q 保持延时计时器预置值复位端输出端梯形图：Enable注释：复位端Enable输出端其工作波形图如下：A = 当ENABLE端由“01”时，计时器开始计时；B = 当计时计到后，输出端置“1”，计时器继续计时；C = 当复位端由“01”时， 输出端被清零；计时值被复位； D = 当复位端由“10”时， 计时器重新开始计时；E = 当ENABLE端由“10”时， 计时器停止计时，但当前值被 保留；F = 当ENABLE端再由“01”时， 计时器从前一次保留值开始 计时；G 当计时计到后，输出端置“1”，计时器继续计时，直到使能 端为“0”并复位端为“1”，或当前值达到最大值；H = 当ENABLE端由“10”时，计时器停止计时，但输出端仍旧 为“1”。注：每一个计时器需占用3个连续的寄存器变量。q 断电延时计时器Enable预置值输出端Enable梯形图：注释：输出端其工作梯形图如下：A = 当ENABLE端由“01”时；输出端也由 “01”；B = 当ENABLE端由“10”时，计时器开始计时；输出端继续为“1” C = 当当前值达到预置值时; 输出端由“10”，计时器停 止计时；D = 当ENABLE端由“01”时，计时器复位（当前值被清零）；E = 当ENABLE端由“10”;计时器开始计时；F = 当ENABLE又由“01”时，且当前值不等于预置值时计时器复位（当前值被清零。） G = 当ENABLE端再由“01”; 计时器开始计时；H = 当当前值达到预置值时; 输出端由“10”，计时器停 止计时。注：每一个计时器需占用3个连续的寄存器变量。二. 计数器PLC的计数器有两种：q 加计数器计数端复位端输出端梯形图：预置值注释：当计数端输入由“01”（脉冲信号），当前值加“1”，当当前值等于预置值时，输出端置“1”。只要当前值大于或等于预置值，输出端始终为“1”，而且该输出端带有断电自保功能，在上电时不自动初始化。该计数器是复位优先的计数器，当复位端为“1”时（无需上升沿跃变），当前值于预置值均被清零，如有输出，也被清零。另，该计数器计数范围为0至32,767。注：q 每一个计数器需占用3个连续的寄存器变量。q 计数端的输入信号一定要是脉冲信号，否则将会屏蔽下一次计数。q 减计数器输出端计数端复位端梯形图：预置值注释：当计数端输入由“01”（脉冲信号），当前值减“1”，当当前值等于“0”时，输出端置“1”。只要当前值小于或等于预置值，输出端始终为“1”，而且该输出端带有断电自保功能，在上电时不自动初始化。该计数器是复位优先的计数器，当复位端为“1”时（无需上升沿跃变），当前值被置成预置值，如有输出，也被清零。该计数器的最小预置值为“0”，最大预置值为“32,767”，最小当前值为“32,767”。注：q 每一个计数器需占用3个连续的寄存器变量。q 计数端的输入信号一定要是脉冲信号，否则将会屏蔽下一次计数。第四篇. 数学运算 PLC 提供以下数学运算功能：四则运算和求余四则运算的梯形图及语法基本类似，现以加法指令为例：EnableOK和 加数被加数梯形图：注释：q 在I1端为被加数，I2端为加数，Q为和，其操作为QI1I2当Enable为“1”时（无需上升沿跃变），指令就被执行。I1、I与Q是三个不同的地址时，Enable端是长信号或脉冲信号没有不同。q 当I1或I2之中有一个地址于Q地址相同时，即：I1(Q)=I1+I2或I2(Q)=I1+I2 其Enable端要注意是长信号还是脉冲信号。是长信号时，该 加法指令成为一个累加器，每个扫描周期，执行一次，直至 溢出。是脉冲信号时，当Enable端为“1”时， 执行一次。q 当计算结果发生溢出时，Q保持当前数型的最大值（如是带符号的数，则用符号表示是正溢出还是负溢出。）q 当Enable端为“1”时，指令正常执行时，没有发生溢出时， OK端为“1”，除非发生以下情况： 对ADD来说，( ) ( )； 对SUB来说， ( + ) ( + )； 对MUL来说，0 ( )； 对DIV来说，0/0，1/； I1和（或）I2不是数字。注：要注意四则运算的数型，相同的数型才能运算：q INT带符号整数（16位）-32,768 +32767q UINT不带符号整数（16位）0 65,535q DINT双精度整数（32位）+2,147,483,648q REAL浮点数（32位）q MIXED混合型（90-70乘、除法时用）16位16位X32位16位16位/32位 第五篇. 比较指令PLC 提供以下比较指令功能：一. 普通比较指令比较指令的梯形图及语法基本类似，现以等于指令为例：条件满足输出值被比较值EnableOK梯形图：比较值注释：比较I1和I2的值，如满足指定条件，且当Enable为“1”时（无需上升沿跃变），Q端置“1”，否则置“0”。比较指令执行如下比较：I1=I2，I1I2等。当Enable为“1”时，OK端即为“1”，除非I1或I2不是数值。比较指令支持如下数型（相同数型才能比较）：q INTq DINTq REAL q UNIT二. CMP指令大于条件满足输出值等于条件满足输出值小于条件满足输出值EnableOK被比较值梯形图：比较值注释：比较I1和I2的值，且当Enable为“1”时（无需上升沿跃变），如I1I2，GT端置“1”；I1=I2，EQ端置“1”，I1I2，I1I2。当Enable为“1”时，OK端即为“1”，除非I1或I2不是数值。注：比较指令支持如下数型（相同数型才能比较）：q INTq DINTq REAL q UNIT三. Range指令条件满足输出EnableOK范围值1梯形图：输入端范围值2注释：当Enable为“1”时（无需上升沿跃变），该指令比较输入端IN是否在L1和L2所指定的范围内（L1INL2 或 L2XL1），如条件满足，Q端置“1”，否则置“0”。当Enable为“1”时，OK端即为“1”，除非L1、L2和IN不是数值。注：Range指令支持的数型（相同数型才能比较）：q INTq DINTq UNITq WORDq DWORD第六篇. MODICON安装说明1 底板选择底板用于站上所有模板的机械固定和电气连接。底板包括一块无源印刷电路板，它使得模板互相之间可进行通讯，识别他们的槽号而不需要另行设置开关。2 安装支架选择当将底板固定于19英寸NEMA机柜内时需要安装支架。安装支架支持210槽的底板。使用标准NEMA硬件支架固定到导轨上。3 Quantum系统安装的空间要求当在机柜中安装Quantum系统时，在模板的上方和下方应留有4”（101.6.mm）的空间。侧面空间至少应有1”（25.40mm）。两个底板之间要求能安装2”（50.80mm）方形的线槽，并距上、下模板各1”（25.40mm）。在两个底板之间安装的线槽尺寸若超过2”（50.80mm），则线槽应距上、下模板各4”（101.6.mm），以便于空气流动。4 安装Quantum模板Quantum模板，除电源模块之外，可插入任一底板的任一槽内，可带电插拔而不损坏模板或底板；电源模板必须安装在底板的第一个槽上或最后一个槽上，以利于接线和系统散热。 如有应用要求，可选择一个20mm或125mm支架安装到导轨上。 选择合适的底板并安装到支架上，取下底板连接器上的防尘塑料盖。a. 将模板倾斜合适角度，安装到底板顶部的两个挂钩上。b. 将模板往下按使之于底板I/O总线连接器实现电气连接。c. 拧紧底板底部的螺丝。 d.将合适的端子条（如果需要的话）安装到模板上，并用十字起子拧紧顶部和底部的固定螺钉。 e.用十字起子，将所有I/O连接到端子条上。安装模板端子跨接线夹当邻近的I/O点需要跨接时（例如，AVO 020 00模拟量电压输出模板），需要安装端子跨接线夹。以下是安装跨接线夹的步骤：a.切断系统电源。b.将端子条从模板上拆下。c.在你要跨接的点拧松端子螺钉。d.在拧松的螺钉下面插入跨接线夹。e.拧紧螺钉并安装模板。 取下Quantum I/O端子条Quantum I/O端子条设有一撬动槽，有助于将其取下。下面是取下端子条的步骤：a.拧松位于端子条顶部和底部的固定螺钉。b.找准将端子条顶部的撬动槽（靠近顶部固定螺钉）。c.从前面将平头螺丝刀插入撬动槽内，撬起端子条的顶部使之与模板分开。d.一 旦端子板的顶部已松动，只要继续用螺丝刀向外使劲就能使之与模板分开。e.将端子条重新安装到模板上。取下Quantum模板门Quantum自动化系列模板和端子条的门可方便的取下，便于接线和在端子条上作业。按照下面步骤取下模板门。a.打开模板的门。b.将大拇指放在靠近门的中部。c.大拇指使劲直到门有点弯曲，铰销跳出端子条顶部和底部的固定孔。d.在模板接完线之后，按照与上面相反的步骤重新安装上门。 中国 . 湖南 . 长沙 - - 26 - 26 -