PLC编程及应用全套课程.ppt

可编程序控制器及应用 目录 第一章概述第二章PLC硬件结构和工作原理第三章PLC的程序设计基础第四章数字量控制系统梯形图设计方法第五章顺序控制梯形图的设计方法第六章PLC的功能指令第七章PLC的通信与自动化通信网络第八章PLC应用中的一些问题 第1章概述 定义分类特点应用领域国内外状况发展趋势 第1章概述 1 1可编程序控制器的定义可编程序控制器 ProgrammableController 简称为PC可编程序逻辑控制器 ProgrammableLogicCntroller 简称为PLC一 可编程序控制器的历史20世纪70年代前继电器接触器控制系统优点 结构简单 价格低廉 缺点 灵活性差 可靠性低 1968年 美国最大的汽车制造厂家 通用汽车公司 GM 为了适应汽车型号不断更新的需要 提出了十条技术指标在社会上公开招标 制造一种新型的工业控制装置 提出了研制可编程序控制器的基本设想 即 1 能用于工业现场 2 能改变其控制 逻辑 而不需要变动组成它的元件和修改内部接线 3 出现故障时易于诊断和维修 1969年 美国数字设备公司 DEC 研制出了世界上第一台PLC 并在GM公司汽车生产线上首次应用成功 逻辑 计时 计数 1980年美国电气制造商协会 NEMA 正式将其命名为可编程序控制器 ProgrammableController 简称PC 国际电工委员会 IEC 于1982 11月 1985 1和987 2发布了可编程序控制器标准草案的第1 2 3稿 在第3稿中对可编程序控制器作了如下的定义 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境下应用而设计 它采用可编程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字式 模拟式的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 可编程序控制器及其有关设备 都应按易于使工业控制系统形成一个整体 易于扩充其功能的原则设计 定义强调了PLC是 1数字运算操作的电子系统 也是一种计算机2专为在工业环境下应用而设计3面向用户指令 编程方便4逻辑运算 顺序控制 定时计算和算术操作5数字量或模拟量输入输出控制6易与控制系统联成一体7易于扩充 1 2PLC的分类 1 按I O点数分类I O点数小于32为微型PLC I O点数在32 128为微小型PLC I O点数在128 256为小型PLC I O点九在256 1024为中型PLC I O点数大于1024为大型PLC I O点数在4000以上为超大型PLC 以上划分不包括模拟量I 0点数 且划分界限不是固定不变的 2 按结构形式分类整体式PLC 又称单元式或箱体式 整体式PLC是将电源 CPU I 0部件都集中装在一个机箱内 一般小型PLC采用这种结构 模块式PLC 将PLC各部分分成若干个单独的模块 如CPU模块 I 0模块 电源模块和各种功能模块 模块式PLC由框架和各种模块组成 模块插在插座上 一般大 中型PLC采用模块式结构 有的小型PLC也采用这种结构 有的PLC将整体式和模块式结合起来 称为叠装式PLC 电源模块 CPU模块 底板 IO模块 模块式 1 3PLC的特点优点 1编程方法简单易学2可靠性高 抗干扰能力强3通用性强4系统的设计 安装 调试工作量少5维修工作量小 维修方便6体积小 能耗低 缺点 1 主要是PLC的软 硬件体系结构是封闭而不是开放的 如专用总线 专家通信网络及协议 I O模板不通用 甚至连机柜 电源模板亦各不相同 2 编程语言虽多数是梯形图 但组态 寻址 语言结构均不一致 因此各公司的PLC互不兼容 SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础 在Windows平台下 结合IEC1131 3国际标准的新一代开放体系结构的PLC 1 4PLC的应用领域PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用 在国内外已广泛应用于机械 冶金 石油 化工 轻工 纺织 电力 电子 食品 交通等行业 经验表明 80 以上的工业控制可以使用PLC来完成 主要有以下几个方面 1 数字量逻辑控制2 运动控制3 闭环过程控制4 数据处理5 通信联网 1 4PLC的国内外现状 1969年美国研制出世界上第一台PLC以后 日本 德国 法国等国相继研制了各自的PLC 70年代中期 PLC进入了实用化阶段 70年代末和80年代初 PLC进入了成熟阶段 美国PLC发展得最快 1984年有48家 生产150多种PLC 1987年有63家 生产243种PLC 1996年有70余家 生产近300种PLC 著名厂家有A B Allen Bradley 艾伦一布拉德利公司 MODICON莫迪康公司 GE FSNUC公司 TI TexasInstrument 德州仪器公司 WESTHOUSEElectric西屋电气公司 IPM InternationalParallelMachines 国际并行机器公司等 欧洲PLC的厂家有60余家 西门子 Siemens 于1973年研制出第一台PLC 法国的TE Telemecanique 施耐德 瑞士的Selectron公司等 1971年 日本从美国引进PLC技术 由日立公司研制成功日本第一台PLC 日本生产PLC的厂家有40余家 三菱电机 MITSUBISHI 欧姆龙 OMRON 富士电机 FujiElectric 东芝 TOSHIBA 光洋 KOYO 松下电工 MEW 和泉 IDEC 夏普 SHARP 安川等公司 我国在70年代末和80年代初开始引进PLC 我国早期独立研制PLC的单位有 北京机械工业自动化研究所 上海工业自动化仪表研究所 大连组合机床研究所 成都机床电器研究所 中科院北京计算机所及自动化所 长春一汽 上海起重电器厂 上海香岛机电公司 上海自力电子设备厂等单位 以上诸单位都没有形成规模化生产 辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC 无锡电器和日本光洋合资生产的PLC 中美合资的厦门A B公司生产的PLC 上海香岛机电公司引进技术生产的PLC 上海OMRON公司 西安Siemens公司等 1 5PLC的发展趋势 1 向高速度 大存储容量方向发展 CPU处理速度nS级 内存2M字节 2 向多品种方向发展和提高可靠性 超大型和超小型 3 产品更加规范化 标准化 硬件 软件兼容的PLC 4 分散型 智能型 与现场总线兼容的I 0 5 加强联网和通信的能力 6 控制的开放和模块化的体系结构OMAC openModularArchitectureforControl PLC著名品牌1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家 美国A B公司 Allen Bradley 德国西门子公司 Siemens 美国GE Fanuc公司美国的莫迪康 Modicon 和法国的TE电器公司日本欧姆公司 OMRON 日本三菱电机株式会社 MITSUBISHI 日本富士电机株式会社 FujiElectric 日本东芝公司 TOSHIBA 日本的光洋电子 KOYO 和中国的华光电子 CKE 日本松下电工株式会社 MEW MatsushitaElectricWorksLtd 根据美国AutomationResearchCo ARC 的商情调查 在1994年PLC市场上 最大的5家PLC制造商是 SIEMENS Allen Bradly Rockwell AEGSchneider 三菱电机 OMRON 立石电机 1996年中国PLC市场 第二章PLC基本组成和工作原理 PLC的基本组成 PLC的工作原理 2 1PLC的基本组成 1 中央处理单元 CPU 1 从程序存储器读取程序指令 编译 执行指令 2 将各种输入信号取入 3 把运算结果送到输出端 4 响应各种外部设备的请求 1 通用处理器 8086 80286 80386 2 单片机芯片 8031 8096 3 位片式微处理器 AMD 2900小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU大型PLC多采用高速位片式微处理器 2 存储器 作用 存放系统程序 用户程序和数据 系统程序 决定PLC的基本智能 由厂家设计 并存入ROM EEPROM 用户不能修改 用户程序 根据要求 用PLC的编程语言 编制的程序 用户用编程器写入RAM或EEPROM 类型 1 随机存取存储器 RAM 用户可以用编程装置读出RAM中的内容 也可以将用户程序写入RAM 它是易失性的存储器 它的电源中断后 储存的信息将会丢失 2 只读存储器 ROM ROM的内容只能读出 不能写入 它是非易失的 它的电源消失后 仍能保存储存的内容 ROM一般用来存放可编程序控制器的系统程序 3 可电擦除可编程的只读存储器 EEPROM 它是非易失性的 但是可以用编程装置对它编程 兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点 但是将信息写入它所需的时间比RAM长得多 EEPROM用来存放用户程序和需长期保存的重要数据 3 输入 输出接口采用光电隔离 实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离 减小了电磁干扰 输入接口作用 将按钮 行程开关或传感器等产生的信号 转换成数字信号送入主机输出接口作用 将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号 以便控制接触器线圈等电器通断电 另外输出电路也使计算机与外部强电隔离 输出三种形式 继电器 低速大功率可控硅 高速大功率晶体管 高速小功率 1 输入接口电路 采用光电耦合器 防止强电干扰 COM 光电三极管 发光二极管 直流电源 输入端子 PLC 发光二极管 继电器输出 2 输出接口电路 以继电器形式为例 PLC 交流电源或直流电源 4 电源单元 把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源 有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源 可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用 可编程序控制器使用220V交流电源或24V直流电源 内部的开关电源为各模块提供DC5V 12V 24V等直流电源 可编程序控制器的电源一般采用开关式电源 其特点是输入电压范围宽 体积小 重量轻 效率高 抗干扰性能好 各种接口 高功能模块 便于扩展小型机 一体机 有接口可扩展 PowerinaSmallPackage 电源模块 CPU模块 IO模块 底板 中 大型机 模块式 可根据需要在主板上随意组合 编程设备可以是专用的手持式的编程器 也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机 5 编程设备 用户可以通过键盘输入和调试程序 另外在运行时 还可以对整个控制过程进行监控 1 手持式编程器 不能直接输人和编辑梯形图 只能输入和编辑指令表程序 因此又叫做指令编程器 2 编程软件编程 在屏幕上直接生成和编辑梯形图 指令表 功能块图和顺序功能图程序 并可以实现不同编程语言的相互转换 PLC的物理结构 PLC的外部接线 2 2可编程序控制器的工作原理 2 2 1可编程序控制器的工作模式工作模式 STOP 创建和编辑用户程序 设置PLC的硬件功能 并可下栽到PLC RUN 执行用户程序实现控制功能 改变工作模式 1 用模式开关2 用编程软件3 在程序中插入stop PLC在RUN状态时 执行一次的扫描操作所需的时间称为扫描周期 其典型值为1 100ms 2 2 2PLC的工作原理 建立I O映像区 输入点总有输入映象区的某一位与之相对应 I O映象区的大小与系统控制的规模有关 PLC工作时 将采集到的输入信号状态存放在输入映象区对应的位上 将运算的结果存放到输出映象区对应的位上 PLC在执行用户程序时所需 输入继电器 输出继电器 的数据取用于I O映象区 而不直接与外部设备发生关系 PLC工作过程 定期检查用户程序存储器 I O单元的连接 I O总线是否正常 定期复位监控定时器WDT PLC之间以及PLC与PC之间 PLC与其他带微处理器的智能装置通信 编程器 终端设备 彩色图形显示器 打印机 以扫描的方式按顺序逐句扫描处理 运算结果存入输出映象区对应位中 扫描的方式输入信号的状态存入输入映象区 结果存入输出映象区 直至传送到外部被控设备 清除内部继电器区 复位定时器等 并进行自诊断 对电源 PLC内部电路 用户程序的语法进行检查 用户程序的循环扫描过程 可编程序控制器对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段进行 即输入采样阶段 程序执行阶段和输出刷新阶段 输入 输出延迟响应 输入电路滤波时间 它由RC滤波电路的时间常数决定 改变时间常数可调整输入延迟时间 PLC循环扫描的工作方式 用户程序中语句的安排 PLC对输入采样 输出刷新的集中处理方式 输出电路的滞后时间 它与输出电路的输出方式有关 继电器输出方式的滞后时间为10ms左右 双向晶闸管输出方式 在接通负载时滞后时间约为1ms 切断负载时滞后时间小于10ms 晶体管输出方式的滞后时间小于1ms 是指可编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔 几十毫秒 CPU读输入 输入输出延迟时间 最短响应时间 输入 输出刷新时间 最短响应时间 输入延迟时间 一个扫描周期 输出延迟时间 CPU读输入 输入 输出刷新时间 输入输出延迟时间 最长响应时间 最长响应时间 输入延迟时间 两个扫描时间 输出延迟时间 2 3S7 200系列可编程序控制器 2 3 1S7 200PLC的系统配置 S7 200CPU 1 基本单元 S7 200CPU模块 基本单元 S7 200CPU模块 也称为主机 它包括一个中央处理单元 CPU 电源 数字量输入输出单元 基本单元可以构成一个独立的控制系统 组成 CPU模块的顶部端子盖内 电源及输出端子底部端子盖内 输入端子及传感器电源中部右侧前盖内 CPU工作方式开关 RUN STOP 模拟调节电位器和扩展I O接口左侧 状态指示灯LED 存储卡 及通讯口 状态指示灯 显示CPU的工作方式 本机I O的状态 系统错误状态 存储卡 EEPOM卡 可以存储CPU程序 RS 485的串行通讯端口 PLC主机实现人一机对话 机 机对话的通道 实现PLC与上位计算机的连接 实现PLC与PLC 编程器 彩色图形显示器 打印机等外部设备的连接 扩展接口 PLC主机与输入 输出扩展模块的接口 作扩展系统之用 主机与扩展模块之间由导轨固定 并用扩展电缆连接 主机与扩展模块 2 个人计算机 PC 或编程器 个人计算机 PC 或编程器需装上STEP7 Micro WIN32编程软件后 才可供用户进行程序的编制 编辑 调试和监视等 要求个人计算机CPU为80586或更高的处理器 16M内存 最低要求为 CPU80486 8M内存 3 STEP7 Micro WIN32编程软件 STEP7 Micro WIN32编程软件的基本功能是创建 编辑 调试用户程序 组态系统等 编程软件的使用环境 支持Windows的应用软件 4 通讯电缆 通讯电缆是PLC用来与个人计算机 PC 实现通讯的 可以用PC PPI电缆 RS232 RS485 也可用一个通讯处理器 CP 和多点接口 MP1 电缆 或者用一块MPI卡及随MP1卡提供的一根通讯电缆 5 人机界面 人机界面主要指专用操作员界面 例如操作员面板 触摸屏 文本显示器等 这些设备可以使用户通过友好的操作界面轻松地完成各种调整和控制的任务 基本功能操作员面板和触摸屏 过程状态和过程控制的可视化 可以用Protool软件组态它们的显示与控制功能文本显示器 文本显示和实施操作 还可以扩展PLC的输入 输出端子数 2 3 2S7 200PLC主机简介 S7 200CPU22X系列产品 CPU221模块 CPU222模块 CPU224模块 CPU226模块 CUP226XM模块 CPU226模块I O总点数为40点 24 16点 可带7个扩展模块 用户程序存储器容量为6 6K字 内置高速计数器 具有PID控制的功能 有2个高速脉冲输出端和2个RS 485通讯口 具有PPI通讯协议 MPI通讯协议和自由口协议的通讯能力 CPU226AC DC 继电器模块输入 输出单元的接线图 2 3 3S7 200PLC的接口模块 S7 200PLC的接口模块有数字量模块 模拟量模块 智能模块等 一 数字量模块1 数字量输入模块分为直流输入模块和交流输入模块 每一个输入点可接收一个来自用户设备的离散信号 ON OFF 输入设备 按钮 限位开关 选择开关 继电器触点等 a 直流输入模块 外部接线图 直流输入模块 EM2218 24VDC 有8个数字量输入端子 接线图中 8个数字量输入点分成2组 1M 2M分别是2组输入点内部电路的公共端 每组需用户提供一个24VDC电源 b 交流输入模块 外部接线图 有8个分隔式数字量输入端子 每个输入点都占用二个接线端子 它们各自使用1个独立的交流电源 由用户提供 这些交流电源可以不同相 交流I O都是分隔式的 2 数字量输出模块 分为直流输出模块 交流输出模块 交直流输出模块三种 晶体管 晶闸管 继电器输出方式 数字量输出模块的每一个输出点能控制一个用户的离散型 ON OFF 负载 典型的负载包括 继电器线圈 接触器线圈 电磁阀线圈 指示灯等 每一个输出点与一个且仅与一个输出电路相连 输出电路把CPU运算处理的结果转换成能够驱动现场执行机构的各种大功率的开关信号 PLC的输出端子是PLC向外部负载发出控制命令的窗口 a 直流输出模块 外部接线图 直流输出模块 EM2228 24VDC 有8个数字量输出点 接线图中8个数字量输出点分成2组 1L 2L 分别是两组输出点内部电路的公共端 每组需用户提供一个DC24V的电流 b 交流输出模块 外部接线图 交流输出模块 EM2228 120V 230VAC 有8个分隔式数字量输出点 接线图中每个输出点占用二个接线端子 且它们各自都由用户提供一个独立的交流电源 这些交流电源可以不同相 c 交 直流输出模块 继电器输出方式 外部接线图 交直流输出模块 EM2228 继电器 有8个输出点 分成2组 1L 2L是每组输出点的公共端 每组需用户提供一个外部电源 可以是直流或交流电源 3数字量输入输出模块 组合模块或输入输出模块 在一块模块上既有数字量输入点又有数字量输出点 特点 使系统配置更加灵活例如 若有CPU226 主机I O24 16 欲扩展至27 19 缺3 3 配I O4 4 数字量输入输出模块的输入电路及输出电路的类型与上述介绍的相同 在同一块模块上 输入 输出电路类型的组合有多种多样 用户可根据控制需求选用 二 模拟量模块 A D 模拟量模块有模拟量输入模块 模拟量输出模块 模拟量输入输出模块 1 模拟量输入模块 A D 作用 PLC只能接收数字量信号 模拟量信号是一种连续变化的物理量 为实现模拟量控制 必须先对模拟量进行模 数 A D 转换 将模拟信号转换成PLC所能接受的数字信号 模拟量输入模块的功能就是实现模 数 A D 转换 组成 由滤波 模数转换A D 光电耦合等部分组成 光电耦合器起防止电磁干扰的作用 对多通道的模拟量输入单元 通常设置多路转换开关进行通道的切换 且在输出端设置信号寄存器 使用及特性 一般先用信号变送器把它们变换成统一的标准信号 如4 20mA的直流电流信号 1 5V的直流电压信号等 然后再送入模拟量输入模块 模拟量输入模块 EM231 具有4个模拟量输入通道 外部接线图 模块上部共有12个端子 每3个点为一组 共4组 每组可作为一路模拟量的输入通道 电压信号或电流信号 电压信号用两个端子 A A 电流信号用3个端子 RC C C 其中RC与C 端子短接 未用的输入通道应短接 B B 该模块需要直流24V供电 M L 端 可由CPU模块的传感器电源24VDC 400mA供电 也可由用户提供外部电源 右端分别是校准电位器和配置DIP设定开关 2 模拟量输出模块 D A 模拟量输出模块由光电耦合器 数模转换器D A和信号驱动等环节组成 光电耦合器防止电磁干扰 外部接线图 左端起的每3个点为一组 共二组 每组可作为一路模拟量输出 电压或电流信号 第一组V0端接电压负载 I0端接电流负载 M0为公共端 第二组的接法与第一组类同 该模块需要直流24V供电 3 模拟量输入输出模块 EM235 EM235具有4个模拟量输入通道 1个模拟量输出通道 模拟量输入功能同EM231模拟量输入模块 技术参数基本相同 电压输入范围有所不同 单极性为0 10V 0 5V 0 1V 0 500mv 0 100mv 0 50mv 双极性为 10V 5V 2 5V 1V 500mV 250mv 100mv 50mv 25mv 该模块的模拟量输出功能同EM232模拟量输出模块 技术参数也基本相同 该模块需要直流24V供电 可由CPU模块的传感器电源24VDC 400mA供电 也可由用户提供外部电源 2 3 4本机I 0与扩展l O本机I O有固定的地址 扩展I 0点的地址由模块的类型和模块在同类I O模块链中的位置来决定 规则 1 同类型输入或输出点的模块进行顺序编址 2 数字量I 0模块的地址以字节 8位 为单位 未用的位不会分配给I 0链中的后续模块 3 模拟量扩展模块以2字节递增的方式来分配地址 CPU224的I 0地址分配举例 第3章可编程序控制器程序设计基础 PLC的编程语言与程序结构存储器的数据类型与寻址方式位逻辑指令定时器与计数器指令 3 1可编程序控制器的编程语言与程序结构3 1 1可编程序控制器编程语言的国际标准1994年5月可编程序控制器标准 IECll31 组成 通用信息 设备与测试要求 编程语言 用户指南和通信 编程语言标准 IECll31 3 1 顺序功能图 SequentialFunctionChart 2 梯形图 LadderDiagram 3 功能块图 FunctionBlockDiagram 4 指令表 InstructionList 5 结构文本 structuredText 1顺序功能图 SFC 这是一种位于其他编程语言之上的图形语言 用来编制顺序控制程序 顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法 在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程 步 转换和动作是顺序功能图中的三种主要元件 可以用顺序功能图来描述系统的功能 2梯形图 LAD 组成 由触点 线圈和用方框表示的功能块 特点 1 沿用继电器这一名称 但不是真实继电器 而是软件中编程元件 2 假想的 能流 POWeYFlow 从左向右流动 3 逻辑解算 从左至右 从上至下 4 线圈放在最右边 触点可无限次使用 3功能块图 FBD 4语句表 STL 指令表程序 一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式 5结构文本 ST 结构文本 ST 是为IECll31 3标准创建的一种专用的高级编程语言 与梯形图相比 它能实现复杂的数学运算 编写的程序非常简洁和紧凑 3 2存储器的数据类型与寻址方式 3 2 1数据在存储器中存取的方式1位 字节 字和双字位 bit 二进制数的1位只有O和1两种不同的取值 字节 Byte 8位二进制数组成1个字节 字 Word 两个字节 双字 DoubleWord 两个字 2数据的存取方式I3 2IB3 图3 5 VBl00VWl00VDl00 3 2 2不同存储区的寻址1输入过程映像寄存器 I I0 0 I15 7 在每个扫描周期的开始 CPU对输入点进行采样 并将采样值存于输入映像寄存器中 I O V M S SM L均可按位 字节 字和双字来存取 2输出过程映像寄存器 Q QO O Q15 7 在扫描周期的末尾 CPU将输出映像寄存器的数据传送给输出模块 再由后者驱动外部负载 3变量存储区 v 程序执行的过程中存放中间结果 或用来保存与工序或任务有关的其他数据 4位存储区 M MO 0 M31 7 作为控制继电器用来存储中间操作状态或其他控制信息 5特殊存储器 SM 特殊存储器用于CPU与用户之间交换信息 如SMO O SMO l SMO 4和SMO 56局部存储器 L S7 200有64个字节的局部存储器 其中60个可以作为暂时存储器 或给子程序传递参数 7定时器存储区 T S7 200有三种时基增量分别为1ms lOms和lOOms定时器 定时器的当前值寄存器是16位有符号整数 用于存储定时器累计的时基增量 定时器位用来描述定时器的延时动作触电状态 8计数器存储区 c 计数器用来累计其计数输入端脉冲电平由低到高的次数 CPU提供加计数器 减计数器和加减计数器 9顺序控制继电器 s 顺序控制继电器 SCR 位用于组织机器的顺序操作 SCR提供控制程序的逻辑分段 10模拟量输入 AI S7 200将现实世界连续变化的模拟量 如温度 压力 电流 电压等 用A D转换器转换为1个字长 16位 的数字量 用区域标识符AI 数据长度 w 和字节的起始字节地址来表示模拟量输入的地址 AIW211模拟量输出 AQ S7 200将1个字长的数字用D A转换器转换为现实世界的模拟量 用区域标识符AQ 数据长度 w 和字节的起始地址来表示存储模拟量输出的地址 AQW2 12累加器 AC 累加器是可以像存储器那样使用的读 写单元 例如可以用它向子程序传递参数 或从子程序返回参数 以及用来存放计算的中间值 4个32位累加器 AC0 AC3 可以按字节 字和双字来存取累加器中的数据13高速计数器 HC 高速计数器用来累计比CPU的扫描速率更快的事件 其当前值和设定值为32位有符号整数 当前值为只读数据 14常数的表示方法与范围常数值可以是字节 字或双字 CPU以二进制方式存储常数 常数也可以用十进制 十六进制ASCII码或浮点数形式来 3 2 3直接寻址与间接寻址 1直接寻址在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称和地址编号 直接查找数据 如VW790 VBl00 2 间接寻址使用地址指针来存取存储器中的数据 使用前 首先将数据所在单元的内存地址放入地址指针寄存器中 然后根据此地址指针存取数据 可间接寻址 I Q V M S T 仅当前值 C 仅当前值 AI AQ 不可间接寻址 位 bit 地址 HC L存储区 1 建立指针只能用V L或ACl AC2和AC3作指针 例如 MOVD VB200 AC1MOVD C3 VD6MOVD MB4 LD8 2 用指针来存取数据 图3 7 例如 MOVD VB200 AC1MOVW AC1 AC03 修改指针例 INCDAC1指针增加两次 指向下一个字 INCDAC1MOVW AC1 AC0将AC1所指向的字的数值送AC0 3 3位逻辑指令 3 3 1触点指令1 标准触点指令LD Load装载 A And 与 和0 Or 或 LDN LoadNot AN AndNot 和0N OrNot 2 堆栈的基本概念S7 200有1个9位的堆栈 栈顶用来存储逻辑运算的结果 下面的8位用来存储中间运算结果 堆栈中的数据一般按 先进后出 的原则存取 表3 6 1标准触点指令 逻辑关系梯形图助记符 I0 0 I0 1 LDI0 0AI0 1 Q0 0 LDI0 0OI0 1 Q0 0 LDNI0 1 Q0 0 AND OR NOT 当I0 0与I0 1都 ON 时 则输出Q0 0 ON 1 当I0 0或I0 0 ON 时 则输出Y0 ON 1 当I0 1 OFF 时则输出Q0 0 ON 1 Q0 0 I0 0 I0 1 Q0 0 Q0 0 I0 1 I0 0 I0 1 Q0 0 3OLD 0rLoad 指令串联电路块的并联连接 两个以上触点串联形成的支路叫串联电路块 OLD指令不需要地址 它相当于需并联的两块电路右端的一段垂直连线 4ALD AndLoad 指令并联电路块的串联连接 两条以上支路并联形成的电路叫并联电路块 图3 9中OLD后面的两条指令将两个触点并联 例3 2 图3 13 逻辑关系梯形图助记符 LDX0OX1LDX2OX3ALD Y0 LDX0AX1LDX2ANX3OLD Y0 当 X0或X1 与 X2或X3 都 ON 时 则输出Y0 ON ALD AndStack OLD OrStack 当 X0与X1 或 X2与X3非 ON 时 则输出Y0 ON Y0 X0 X2 X1 X3 Y0 5其他堆栈操作指令逻辑入栈 LPS LogicPush 指令复制栈顶的值并将其压入堆栈的下一层 栈中原来的数据依次向下一层推移 栈底值被推出丢失 逻辑读栈 LRD LogicRead 指令将第2层的数据复制到栈顶 第2 9层的数据不变 但原栈顶值消失 逻辑出栈 LPP LogicPop 指令使栈中各层的数据向上移动一层 第2层的数据成为堆栈新的栈顶值 栈顶原来的数据从栈内消失 装载堆栈 LDSn LoadStack n 1 8 见图3 11 6立即触点立即 Immediate 触点指令只能用于输入I 执行立即触点指令时 立即读人物理输人点的值 根据该值决定触点的接通 断开状态 但是并不更新该物理输人点对应的映像寄存器 3 3 3输出指令1输出 驱动线圈 S M Q 2立即输出 I 只能用于输出量 Q 执行该指令时 将栈顶值立即写入指定的物理输出位和对应的输出映像寄存器 3置位与复位 S R 4立即置位与立即复位 Sl Rl 5其他指令1取反 NOT 2跳变触点 EU ED 3空操作指令 NOP 立即I O指令 立即输入 直接读取物理输入点的值 输入映象寄存器内容不更新 指令操作数仅限于输入物理点的值 立即I O指令 立即输出 执行立即输出指令时 则将结果同时立即复制到物理输出点和相应的输出映象寄存器 置位 复位指令 立即I O指令 立即置位和复位指令 须指出 立即I O指令是直接访问物理输入输出点的 比一般指令访问输入输出映象寄存器占用CPU时间要长 因而不能盲目地使用立即指令 否则 会加长扫描周期时间 反而对系统造成不利影响 空操作 正跳变 负跳变 能流到达取非触点时 能流就停止 能流未到达取非触点时 能流就通过 检测到每一次正跳变 信号后 让能流通过一个扫描周期的时间 检测到每一次负跳变信号后 让能流通过一个扫描周期的时间 取非 输入映象寄存器I0 0 输出映象寄存器Q0 0 输出映象寄存器Q0 1 输出映象寄存器Q0 2 一个周期 一个周期 空操作指令 NOPN 不影响程序的执行 操作数N是常数0 255 编程中应注意的几个问题 X0 Y0 X1 Y0 X1 Y0 X0 Y0 一 用电路变换简化程序 减少指令的条数 二 逻辑关系应尽量清楚 避免左轻右重 X3 X2 X5 X4 X6 X8 X7 Y0 X9 X3 X2 X5 X4 X6 X8 X7 Y0 X9 X5 X6 X2 X2 LDX2ANX3AX4LDX2AX5ANX6AX7 LDX2AX5ANX6AX8ANX9OLD Y0ED 三 避免出现无法编程的梯形图 X5 X1 X3 X2 Y1 X4 Y2 LDX3AX5OX1ANX2 Y1LDX1AX5OX3ANX4 Y2ED 3 4定时器与计数器指令3 4 1定时器指令 输入接点 设定值 1 32767 定时器号码 0 255 IN PT T37 TON 定时器分辨率 时基 有三种 1ms 10ms 100ms 定时器的分辨率由定时器号决定 定时器的实际设定时间T 设定值PT 分辨率 1 通电延时定时器 TON 2 断电延时定时器 TOF 3 保持型通电延时定时器 TONR 图3 18 4 定时器当前值刷新的方法1 1ms定时器 由系统每隔1ms刷新一次 与扫描周期及程序处理无关 2 10ms定时器 由系统在每个扫描周期开始时自动刷新 由于只是每个扫描周期只刷新一次 故在一个扫描周期内定时器位和当前值保持不变 3100ms定时器 在定时器指令被执行时被刷新 因此 如果启动了100ms定时器但不是每个扫描周期都执行定时器指令或在一个扫描周期内多次执行定时器指令 则会造成计时失准 100ms定时器仅用在定时器指令在每个扫描周期执行一次的程序中 自复位式的定时器 T33 T33 T33 错误 正确 3 4 2 计数器指令 定时器是对PLC内部的时钟脉冲进行计数 而计数器是对外部的或由程序产生的计数脉冲进行计数 当前值 计数器累计计数的当前值 16位有符号整数 它存放在计数器的16位 bit 当前值寄存器中 每个计数器只有一个16位的当前值寄存器地址 在一个程序中 同一计数器号不要重复使用 更不可分配给几个不同类型的计数器 1 增计数器 设定值 32768 32767 CU PV C20 CTU R 复位 计脉冲数 2 增 减计数器 增计数 减计数 复位 C 0 255 当前值 3 减计数器 CU PV C 0 255 CTD LD 复位 装设定值 计脉冲数 2 1 计数器当前值等于0时 停止计数 同时计数器位被置位 1 设定值 计数器应用举例 产品数量检测 每24个产品机械手动作1次 机械手动作后 延时2秒 将机械手电磁铁切断 同时将C20复位 C20复位后 Q0 1和T37也复位 电机起动后 R1产生宽度为一个扫描周期的正脉冲 使C20和T37复位 起 停传送带电机 计数器应用举例 产品数量检测 Q0 0 Q0 0 I0 2 24 C20 T37 20 C20 Q0 1 每检测到一个产品 X2产生一个正脉冲 使C20计一个数 C20每计24个数 机械手动作一次 机械手动作后 延时2秒 将机械手电磁铁切断 同时将C20复位 C20复位后 Q0 1和T37也复位 I0 0 I0 1 C20 IN PT TON T37 T37 P Q0 0 第4章数字量控制系统梯形图程序设计方法数字量控制系统又称开关量控制系统 继电器控制系统就是典型的数字量控制系统 4 1梯形图的经验设计法经验设计法 在典型电路的基础上 根据对控制系统要求 不断地修改和完善梯形图 特点 无规律可循 结果不唯一 设计所用的时间 设计的质量与设计者的经验有很大的关系 它可以用于较简单的梯形图 如手动程序 的设计 4 1 1起动保持和停止电路 直接启动停车控制 继电器控制电路图 I O分配 I0 0 停车I0 1 启动Q0 1 KM 梯形图 语句表LDI0 1OQ0 0AI0 0 Q0 0 停止优先 启动优先 I O分配决定PLC的端子接线图 PLC的端子接线方式又决定编程语言 I O分配 I0 0 停车I0 1 启动Q0 1 KM Q0 0 I0 0 Q0 0 I0 1 4 1 2定时器应用电路例4 1延时接通 断开电路例4 2定时范围扩展 例4 3闪烁电路 图4 4 4 1 3经验设计法举例小车自动往返运动的梯形图设计 4 1 4常闭触点输入信号的处理 例 SB1 I0 2 FR I0 5 如果在PLC的外部接线图中SB1或FR的触点类型用常闭触点 则使继电器电路图和梯形图中对应的触点类型刚好相反 给梯形图的分析带来不便 为了使梯形图和继电器电路图中触点的类型相同 建议尽可能地常开触点作PLC的输入信号 如果某些信号只能用常闭触点输入 可以按输入全部为常开触点来设计 然后将梯形图中相应的输入位的触点改为相反的触点 4 2根据继电器控制电路设计梯形图的方法例 是某三速异步电动机起动和自动加速的继电器控制电路图 注意事项1 遵守梯形图语言中的语法规定 a 线圈必须放在电路的最右边 b 两条包含触点和线圈的串联电路并联 可以将各线圈的控制电路分开设计 也可不分开 2 置中间单元 若多个线圈都受某一触点串并联电路的控制 为了简化电路 在梯形图中可以设置用该电路控制的存储器位 M0 1 3 尽量减少可编程序控制器的输入信号和输出信号 a 在继电器电路中 如果几个输入器件触点的串并联电路总是作为一个整体出现 可以将它们作为PLC的一个输入信号 只占用PLC的一个输入点 b 某些器件的触点如果在继电器电路中只出现一次 并且与PLC输出端的负载串联 不必将它们作为PLC的输入信号 可以将它们放在PLC的外部输出回路 仍与相应的外负载串联 c 继电器控制系统中某些相对独立且比较简单的部分 可以用继电器电路控制 4 外部联锁电路的设立 为了防止控制正反转的两个接触器同时动作造成三相电源短路 应在PLC外部设置硬件联锁电路 KM1 KM3 5 梯形图的优化设计为了减少语句表指令条数 在串联电路中单个触点应放在右边 在并联电路中单个触点应放在下向 6 外部负载的额定电压 PLC的继电器输出模块和双相可控硅输出模块只能驱动额定电压AC220V的负载 4 3顺序控制设计法与顺序功能图 4 3 1顺序控制设计法1 经验设计法存在的问题 用经验设计法设计梯形图时 没有一套同定的方法和步骤可以遵循 具有很大的试探性和随意性 对于不同的控制系统 没有一种通用的容易掌握的设计方法 梯形图往往很难阅读 系统的维修和改进困难 2 定义 所谓顺序控制 就是按照生产工艺预先规定的顺序 在各个输入信号的作用下 根据内部状态和时间的顺序 在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作 首先根据系统的工艺过程 画出顺序功能图 然后根据顺序功能图画出梯形图 3 顺序控制设计法的基本思想 将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段 这些阶段称为步 step 并用编程元件 M和S 来代表各步 a 步的划分 根据输出量的状态 在任何一步之内 各输出量的ON OFF状态不变 但是相邻两步输出量的状态是不同的 b 转换条件 使系统由当前步进入下一步的信号 4 3 2顺序功能图1 顺序功能图的由来功用 描述控制系统的控制过程 功能和特性的一种图形 也是设计可编程序控制器的顺序控制程序的有力工具 组成 步 有向连线 转换 转换条件 动作 2 步1 表示方法 用矩形方框 方框中可以用数字 编程元件的地址作为步的编号 2 初始步 与系统的初始状态相对应的步称为初始步 初始步用双线方框表示 3 与步对应的动作或命令 4 活动步 系统正处于某一步所在的阶段时 该步处于活动状态 3 有向连线与转换条件1 有向连线 从上到下或从左至右箭头不标 反之标出 2 转换 用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示 将相邻两步隔开 3 转换条件 转换条件是与转换相关的逻辑命题 转换条件可以用文字语言 布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边 4 基本结构1 单序列2 选择序列3 并列序列4 顺序功能图举例 5 转换实现的基本规则1 转换实现的条件 1 该转换所有的前级步都是活动步 2 相应的转换条件得到满足 2 转换实现应完成的操作 1 使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步 2 使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步 6 注意事项 1 两个步绝对不能直接相连必须用一个转换将它们隔开 2 两个转换也不能直接相连必须用一个步将它们隔开 3 初始步一般对应于系统等待起动的初始状态 始步是必不可少 4 自动控制系统应能多次重复执行同一工艺过程 一般应有由步和有向连线组成的闭环 即在完成一次工艺过程的全部操作之后 应从最后一步返回初始步 系统停留在初始状态 单周期 图4 12 在连续循环工作方式时 将从最后一步返回下一工作周期开始运行的第一步 图4 17 5 只有当某一步的前级步是活动步时 该步才有可能变成活动步 第5章顺序控制梯形图的设计方法 定义 根据顺序功能图设计梯形图的方法 方法 使用起保停电路 以转换为中心 使用控制继电器 5 1使用起保停电路设计顺序控制梯形图的方法特点 起保停电路仅仅使用触点和线圈有关指令 任何一种PLC的指令系统都有这一类指令 因此这是一种通用的编程方法 可以用于任意型号的PLC 方法 根据转换实现的基本规则 转换实现的条件是它的前步为活动步 并且满足相应的转换条件 步M0 1变为活动步的条件是它的前级步M0 0为活动步 且转换条件I0 0为 转换实现应完成的操作是后续步都变为活动步 前级步都变为不活动步 步M0 1变为活动步 M0 0变为不活动步 5 1 1单序列的编程方法例 锅炉的鼓风机和引风机梯形图设计 顺序控制电路电路的设计方法M0 1 起动M0 0与I0 0的常开触点串联 停止M0 2的常闭触点与M0 1的线圈串联 保持M0 1的常开触点与M0 0与I0 0的常开触点串联电路并联 输出电路的设计方法1 某一输出量仅在某一步中为ON 将它的线圈与对应步的存储器位 M0 2 的线圈并联 2 某一输出在几步中都为ON 将代表各有关步的存储器位的常开触点并联后 驱动该输出的线圈 M0 1 MO 3的常开触点并联驱动Q0 O的线圈 选择序列的编程方法1 选择序列分支的编程2 选择序列合并的编程 3 仅有两步的闭环的处理 4 选择序列应用举例 并行序列的编程方法1 并行序列分支的编程2 并行序列合并的编程3 并行序列应用举例 5 2以转换为中心的顺序控制梯形图设计方法 单序列的编程方法1 梯形图与顺序功能图的对应关系 方法 用该转换所有前级步对应的存储器位的常开触点与转换对应的触点或电路串联 用它作为使所有后续步对应的存储器位置位 和使所有前级步对应的存储器位复位的条件 特点 这种设计方法特别有规律 梯形图与转换实现的基本规则之间有着严格的对应关系 在设计复杂的顺序功能图的梯形图时既容易掌握 又不容易出错 2 某组合机床的动力头控制系统梯形图设计注意 使用这种编程方法时 不能将输出位的线圈与置位指令和复位指令并联 选择序列的编程方法 并行序列的编程方法 应用举例 5 3使用SCR指令的顺序控制梯形图设计方法 5 3 1顺序控制继电器指令顺序控制继电器S专门用于编制顺序控制程序 装载顺序控制继电器 LoadSequenceControlRelay 指令LSCRS bit 表示一个SCR段即顺序功能图中的步的开始 顺序控制继电器结束 sequenceControlRelayEnd 指令SCRE 表示SCR段的结束 顺序控制继电器转换 sequenceControlRelayTransition 指令SCRTS bit 表示SCR段之间的转换 即步的活动状态的转换 使用SCR时有如下的限制 不能在不同的程序中使用相同的s位 不能在SCR段中使用JMP及LBL指令 即不允许用跳转的方法跳人或跳出SCR段 不能在SCR段中使用FOR NEXT和END指令 5 2单序列编程方法某小车运动的梯形图设计 5 3 选择序列与并行序列的编程方法5 3 应用举例 5 4具有多种工作方式的系统的顺序控制梯形图设计方法 5 4 1系统的硬件结构与工作方式1 硬件结构多种工作方式 手动和自动 包括连续 单周期 单步 自动返回初始状态等 手动程序比较简单 一般用经验法设计 复杂的自动程序一般根据系统的顺序功能图用顺序控制法设计 例 某机械手用来将工件从A点搬运到B点 图5 16 控制面板 图5 17 外部接线图 图5 18 2 工作方式 系统设有手动 单周期 单步 连续和回原点5种工作方式 2 程序的总体结构图5 19是主程序OB1 SM0 0的常开触点一直闭合 公用程序是无条件执行的 方式选择开关在不同位置时 执行相应的子程序 5 4 1使用起保停电路的编程方法 1公用程序功用 用于处理各种工作方式都要执行的任务 以及处理不同的工作方式之间相互切换 2手动程序3 自动程序顺序功能图 图5 20 梯形图 图5 21 单周期 连续 和单步这3种工作方式主要是用 连续 标志M0 7和 转换允许 标志M0 6来区分 1 单步与非单步的区分M0 6的常开触点接在每一个控制代表步的存储器位的起动电路中 它们断开时禁止步的活动状态的转换 2 单周期与连续的区分连续 I2 4为1状态 按I2 6 M0 7为1状态 系统返回步M2 0 反复连续地工作下去 按I2 7 在完成当前工作周期的全部操作后 返回初始步 单周期 M0 7为一直处于0状态 系统返回并停留在初始步 3 单周期工作过程 4 单步工作过程 5 输出电路4 自动回原点程序 第6章可编程序控制器的功能指令 概述为了满足工业控制的需要 PLC生产厂家为PLC增添了过程控制 数据处理和特殊功能指令 这些指令我们称为功能指令 类型 传送 移位及填充指令 算术运算及逻辑运算指令 数据转换指令 高速处理指令 通信指令 PID指令 6 程序控制指令 6 1循环指令FOR指令表示循环的开始 NEXT指令表示循环的结束 注意事项 1 如果启动了FOR NEXT循环 除非在循环内部修改了结束值 否则循环就一直进行 直到循环结束 2 再次启动循环时 它将初始值INIT传送到指针INDX中 FOR指令必须与NEXT指令配套使用 允许循环嵌套 最多可嵌套8层 图6 3 6 2跳转与标号指令跳转指令JMP Jump 可使程序流程转移到同一程序的标号 n 处 标号指令LBL Label 用来指示跳转指令的目的位置 JMP与LBL指令中的操作数n为常数0 255 6 数据处理指令 6 2SIMATIC数据传送指令1 字节 字 双字和实数的传送将输人的数据 IN 传送到输出 OUT 传送过程中不改变数的大小 2 字节 字 双字的块传送指令将从输入地址 IN 开始的N个数据传送到输出地址 OUT 开始的N个单元 N l 255 N为字节变量 3 字节交换指令字节交换SWAP swapBytes 指令交换输人字 IN 的高字节与低字节 4 宇节立即读写指令字节立即读MOV BIR MoveByteImmediateRead 指令读取IN输入端给出的1个字节的物理输入点 IB 并将结果写入OUT 字节立即写MOV BIW MoveByteImmediateWrite 指令将输入 IN 给出的1字节数值写入OUT端给出的物理输出点 QB 两条指令的IN和OUT都是字节变量 6 3 3移位与循环移位指令 1 字节 字 双字右移位和左移位指令将输入IN中的数的各位向右或向左移动N位后 送给输出OUT 2 字节 字 双宇循环右移位和循环左移位指令将输入IN中的各位向右或向左循环移动N位后 送给输出OUT 3 移位寄存器指令 将DATA端输入的数值移入移位寄存器中 S bit指定移位寄存器最低位的地址 字节变量N指定移位寄存器的长度和移位方向 正向移位N为正 反向移位N为负 6 数学运算指令 6 5 1SIMATIc整数数学运算指令1整数与双整数加减法指令2整数乘除法指令3加1与减1指令6 3SIMATIC逻辑运算指令1 取反指令2 字节逻辑运算指令3 字逻辑运算指令 6 5中断程序与中断指令6 5 1中断程序中断程序 是指令的一个可选集合 中断程序不是被主程序调用 它们在中断事件发生时由主程序调用 6 5 2中断事件与中断指令1 全局性中断允许与中断禁止指令中断允许指令ENI 中断禁止指令DISI 中断程序有条件返回指令CRETI 2 中断连接与中断分离指令 中断连接指令ATCH 中断分离指令DTCH 清除中断事件指令CEVNT 6 5 3中断优先级与中断队列溢出优先顺序 通信中断 I O中断 定时中断1 通信口中断 2 I O中断 例 在I0 0的上升沿通过中断使Q0 0立即置位 在I0 0的下降沿通过中断使Q0 0立即复位 主程序OB1LDSM0 0 第一次扫描ATCHINT 0 0 I0 0的上升沿执行0号中断程序ATCHINT 0 1 I0 1的下降沿执行1号中断程序ENI 允许全局中断 中断程序0 INT 0 LDSM0 0 该位总是为ONSIQ0 1 使Q0 0立即置位 中断程序1 INT 1 LDSM0 0 该位总是为ONRIQ0 1 使Q0 0立即复位3 定时中断 例6 12定时中断的定时时间最长为255ms 用定时中断1实现周期为2s的高精度定时 主程序OB1LDSM0 1 第一次扫描时MOVB0 VB10 将中断次数计数器清零MOVB250 SMB34 设定中断0的中断时间间隔为250msATCHINT 0 10 指定产生中断0时执行0号中断程序ENI 允许全局中断 中断程序0 INT 0 LDSM0 0 该位总是为ONINCBVB10 中断次数计数器加1LDB 8 VB10 如果中断了8次 MOVB0 VB10 将中断次数计数器清零INCBQB0 每2s将QB0加1 第7章可编程序控制器在工业应用中的一些问题 7