电工与电子技术.可编程序控制器精.ppt

电工与电子技术.可编程序控制器第1页，本讲稿共56页第九章 可编程序控制器.1.1 概述概述.2.2 基本概念和编程语言简介基本概念和编程语言简介.3.3 PLC指令及编程方法指令及编程方法.4.4 应用举例应用举例第2页，本讲稿共56页.1.1 概述概述19681968年美国通用汽车公司。年美国通用汽车公司。19691969年美国年美国DECDEC公司研制出第一台公司研制出第一台PLCPLC。19711971年日本开始生产年日本开始生产PLCPLC。19731973年欧洲开始生产年欧洲开始生产PLCPLC。19741974年我国开始生产年我国开始生产PLCPLC。9.1.1 发展历史第3页，本讲稿共56页9.1.2 在工业自动化中的地位在工业自动化中的地位可可编编程程控控制制器器82%过过程程控控制制仪仪表表79%计算机计算机 43%专专用用控控制制器器 36%数数据据采采集集系系统统 27%能能源管理系统源管理系统 24%自自动动材材料料处处理理系系统统 23%分分散散控控制制系系统统 22%自自动动检测检测 18%数控数控 15%材料供应计划系统材料供应计划系统 14%传送机械传送机械 9%CAD/CAM 8%机器人、机器手机器人、机器手 6%第4页，本讲稿共56页.1.3 什么是PLC?PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。是一种专门用于工业控制的计算机。早期的早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要是用来替代继电器、接触器控制的。它主要 用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为被称为可编程逻可编程逻辑控制器辑控制器（Programmable logic controller，略写略写 PLC)随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可可编程控制器编程控制器（Programmable controller，略写略写PC)。为。为区别于区别于Personal Computer(PC)，故沿用，故沿用PLC 这个略写。这个略写。第5页，本讲稿共56页 PLC是一种是一种数字运算数字运算操作的电子系统，专为在工业操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，环境下应用而设计，它采用一类可编程的存储器它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行用于其内部存储程序，执行逻辑运算逻辑运算、顺序控制、定顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过，并通过数数字式或模拟式字式或模拟式输入输出控制各类机械或生产过程。输入输出控制各类机械或生产过程。PC及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。用用软件软件方式来实现方式来实现“可编程可编程”的目的。的目的。第6页，本讲稿共56页中央处理单元存储器数据存储器输出接口地址总线 控制总线数据总线编程单元照明电磁装置执行机构。电源地址总线控制总线输入接口模拟量输入行程开关继电器接点各种开关.1.4 结构及工作原理1.PLC结构示意图第7页，本讲稿共56页2.各组成部分的作用 存储器：存储器：RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。CPU：(1)将各种输入信号取入存储器。(2)编译、执行指令。(3)把结果送到输出端。(4)响应各种外部设备的请求。第8页，本讲稿共56页 输入、输出接口：输入接口接受输入设备的控制信号；输出接口时将经主机及处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备。一般采用光电隔离，以减小电磁干扰。这是提高PLC可靠性的重要措施之一。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 电源：电源：PLC的电源是指为的电源是指为CPU、存储器、存储器、I/O接口等接口等 内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。第9页，本讲稿共56页 各种接口、高功能模块：各种接口、高功能模块：便于扩展。用于将扩充外部输入便于扩展。用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元连接在一起。输出端子数的扩展单元与基本单元连接在一起。小型机：小型机：一体机。有接口可扩展。一体机。有接口可扩展。中、大型机：中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合模块式。可根据需要在主板上随意组合。编程器：编程器：它是一种重要的外部设备，用于手持编程。它是一种重要的外部设备，用于手持编程。用户可以用它输入、检查、修改、调试程序或用它监用户可以用它输入、检查、修改、调试程序或用它监 视视PLCPLC的工作情况。的工作情况。第10页，本讲稿共56页CPU POWERPCFP1-C16小型机：中、大型机：第11页，本讲稿共56页.1.5 工作方式微机：等待命令。PLC：顺序扫描、不断循环。CPU从第一条指令开始执行，遇到结束符又返回第一条，不断循环。分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，并进行周期性循环。一个扫描周期 O刷新 I刷新执行指令I/O刷新这种工作方式这种工作方式有什么好处？有什么好处？答：对慢速响应系统，增强了抗干扰能力。第12页，本讲稿共56页1.输入/输出点数(I/O点数)。2.扫描速度。单位：ms/1000步 或 s/步3.内存容量。4.指令条数。5.内部寄存器数目。6.高功能模块。.1.6 主要技术性能第13页，本讲稿共56页1.抗干扰、可靠性高。2.模块化组合式结构，使用灵活方便。3.编程简单，便于普及。4.可进行在线修改。5.网络通讯功能，便于实现分散式测控系统。6.与传统的控制方式比较，线路简单。.1.7 优点第14页，本讲稿共56页1.用于开关逻辑控制。用于开关逻辑控制。2.用于机加工数字控制。用于机加工数字控制。3.用于闭环过程控制。用于闭环过程控制。4 用于组成多级控制系统。用于组成多级控制系统。.1.8 应用第15页，本讲稿共56页.2.2 基本概念和编程语言简介基本概念和编程语言简介PLC的内存除存放用户和系统的程序外，还有四个区：的内存除存放用户和系统的程序外，还有四个区：I/O区：区：可直接与外部输入、输出端子传递信息可直接与外部输入、输出端子传递信息 内部辅助寄存器区：内部辅助寄存器区：存放中间变量存放中间变量 数据区：数据区：存放中间结果存放中间结果 专用寄存器区：专用寄存器区：定时时钟、标志、系统内部的命令定时时钟、标志、系统内部的命令.2.1 寄存器和接点的概念用户在对这四个区进行操作时，可以以用户在对这四个区进行操作时，可以以寄存器和寄存器和/或接或接点点的方式进行。的方式进行。第16页，本讲稿共56页以I/O区为例：寄存器是一个16位二进制单元，16位中的每一位是一个接点，对应外部的一个输入/输出端子。输入寄存器 WXm输出寄存器 WYm输入端子Xmn输出端子Ymnm：十进制数，寄存器编号n：16进制数(0F),寄存器的第n位F E D C B A 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0寄存器第17页，本讲稿共56页例：例：若若X3 为为“ON”，则，则 WX0 的第三位为的第三位为“1”若若 WY1=7，则表明，则表明Y、Y11、Y12三个接点三个接点 “ON”PLC中有两类接点：常开接点和常闭接点。符号分别为：接点通断情况与接点的赋值有关：（以接点通断情况与接点的赋值有关：（以 X0X0为例：为例：若若 X0X0的逻辑赋值为的逻辑赋值为“1 1”，则，则X0X0接通断开第18页，本讲稿共56页I/O区：可以以接点和寄存器的方式对其进行操作。内部辅助寄存器区：可以以接点和寄存器的方式 对其操作。（Rmn、WRm）数据区：只能以寄存器的方式进行操作。（DTm）实际输入端子：实际输入端子：X0XF实际输出端子：实际输出端子：Y0Y7其他的其他的I/O区可作为辅助寄区可作为辅助寄存器用存器用。不同型号的不同型号的PLC，其内存分配有，其内存分配有所不同。所不同。如：松下电工的如：松下电工的FP1-24 I 区：区：X0X12F (WX0WX12)O区：区：Y0Y12F (WY0WY12)第19页，本讲稿共56页专用寄存器(FP1机：WR900WR903)。常用的如下：R900A:“”标志标志 R900B:“=”标志标志 R900C:“”标志标志 R90:常常ON继电器继电器 R9011:常常OFF继电器继电器 R9013:仅在第一个扫秒周期仅在第一个扫秒周期ON，其他时候均为，其他时候均为OFFR9014:仅在第一个扫秒周期仅在第一个扫秒周期OFF，其他时候均为，其他时候均为ONR9018R901D:周期分别为周期分别为 0.01s,002s,0.1s,0.2,1s,2s的时钟的时钟 脉冲继电器脉冲继电器专用数据寄存器专用数据寄存器(FP1机：机：DT9000DT9069)设置日期时间、高速计数器、步进等指令有关。设置日期时间、高速计数器、步进等指令有关。第20页，本讲稿共56页指令表（助记符）语言梯形图语言流程图语言布尔代数语言常用助记符语言：助记符语言：类似于微机中的汇编语言。类似于微机中的汇编语言。梯形图语言：梯形图语言：沿袭了传统的控制图。直观明了，易于掌握。沿袭了传统的控制图。直观明了，易于掌握。.2.2 编程语言一.PLC 的编程语言有：第21页，本讲稿共56页二、两个基本概念：二、两个基本概念：软继电器软继电器：PC的梯形图设计，主要是利用的梯形图设计，主要是利用软继电器软继电器“线圈线圈”的的“吸吸放放”功能以及功能以及触点的触点的“通通断断”功能功能来进行的。实际上来进行的。实际上PC内部并没有继电器那样的实体，内部并没有继电器那样的实体，只有内部寄存器中每位触发器。对软继电器的线圈定只有内部寄存器中每位触发器。对软继电器的线圈定义只能有一个，而对它的接点状态，可作无数次的读义只能有一个，而对它的接点状态，可作无数次的读出，既可常开又可常闭。出，既可常开又可常闭。能流：能流：假想在梯形图中有假想在梯形图中有“电流电流”流动流动能流能流。能。能流在梯形图中只能作为单方向流动流在梯形图中只能作为单方向流动从左至右，从从左至右，从上至下。上至下。第22页，本讲稿共56页三、梯形图的规则：（1）梯形图的左边为起始母线，右边为结束母线。梯形图按从左到右、从上到下的顺序书写。（2）梯形图中的接点（对应触头）有两种：常开（）和 常闭（）（3）输出用 表示，如 -R0、-Y0。一个 输出变量只能输出一次。输出前面必须有接点。（4）梯形图中，接点可串可并，但输出只能并不能串。（5）程序结束时有结束符-（ED）。第23页，本讲稿共56页.3.3 PLC指令及编程方法指令及编程方法各个厂家生产的 PLC 产品的指令系统大同小异。编程方法也类似。以下介绍以松下电工的PLC产品为例。.3.1、指令的分类 键盘指令、非键盘指令、高级指令一.按编程器输入指令的方式分类第24页，本讲稿共56页PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTLWLORRWRANYWYSTXWXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTCEVTMTSVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR键盘指令：可从键盘上直接键入的指令扩展功能指令：用F键加功能号方可键入的指令。非键盘指令：用指令代码方可输入的指令。SCSC指令代码第25页，本讲稿共56页 基本指令 数据传送指令 算术运算指令 位移指令 位操作指令 数据变换指令 转移控制指令 特殊控制指令二.按指令的功能分类按指令的功能可分为：第26页，本讲稿共56页ST：（Start）从母线开始一个新逻辑行时，或开始一个逻辑块时，输入的第一条指令。使用的元件为X,Y,R,T,C.ST：以常开接点开始 ST/：以常闭接点开始OT：（Output）表示输出一个变量。使用的元件为表示输出一个变量。使用的元件为Y,ED：（End）表示程序无条件结束。表示程序无条件结束。CNED：（Condition end）程序有条件结束。程序有条件结束。NOP：（No-operation)空操作指令。空操作指令。.3.2、基本指令第27页，本讲稿共56页逻辑关系 梯形图 助记符Y0X0 X1STX0ANX1OTY0STX0ORX1OTY0ST/X0OTY0与或非ANDORNOT当当 X0 与与 X1 都都“ON”时，时，则输出则输出 Y0“ON”。当当 X0 或或 X1 “ON”时，时，则输出则输出 Y0“ON”。当当 X0 “OFF”时，时，则输出则输出 Y0“ON”。Y0X0X1Y0X0第28页，本讲稿共56页注意：与、或、非运算均是对从该指令前面的ST 指令到该指令的前一个指令处的结果进行 运算。AX2是与图中是与图中A点处的结果（即点处的结果（即X0与与X1的结果）相或，的结果）相或，而不是与而不是与X1相或。相或。Y0X0X2X1STX0ANX1ORX2OTY0例：第29页，本讲稿共56页逻辑关系 梯形图 助记符STX0ORX1STX2ORX3ANSOTY0STX0ANX1STX2AN/X3ORSOTY0当当“X0 或或 X1”与与“X2 或或X3”都都“ON”时，时，则输出则输出 Y0“ON”。区块与AND STACK区块或OR STACK当当“X0 与与 X1”或或“X2 与与X3非非”“ON”时，则输时，则输出出 Y0“ON”。Y0X0X1X2X3Y0X0X2X1X3第30页，本讲稿共56页PSHS,RDS,POPS （栈指令）Y0X0Y1R30X2X1X2ST X0PSHSAN X2OT Y0RDSAN X1OT Y1POPSAN/X2OT R30功能解释PSHS (Push Stack)：将结果存入堆栈RDS (Read Stack)：从堆栈读数POPS (Pop Stack)：从堆栈读数并清空堆栈第31页，本讲稿共56页DF,DF/：微分指令(DF)R30(DF/)R31X0X1ST X0DFOT R30ST X1DF/OT R31X0接通瞬间（上升沿），R30接点接通一个扫描周期。X1断开瞬间（下降沿），R31接点接通一个扫描周期。功能解释指令使用当只需要信号的上升或下降沿时使用。例：启动或停车按钮信号。第32页，本讲稿共56页例1：直接启动停车控制控制电路图SB1SB2KMKMI/O分配：分配：X0：启动：启动 X1：停车：停车 Y0：KMX1X0COMY0COMKMSB2 SB1PLC外部接线图(ED)Y0X1Y0X0程序：第33页，本讲稿共56页KMRM3A B CKMFFUQSKHKMFSB1KMFSBFKHKMRKMRSBRKMRKMFY0X0X2X1Y1X0Y1Y0Y0Y1I/O分配：分配：SB1X0 SBF X1 SBR X2 KMF Y0 KMR Y1例2：三相异步电动机的正反转控制第34页，本讲稿共56页Y0X0X2X1Y1X0Y1Y0Y0Y1Y0X0X2X1Y1X0Y1Y0Y0Y1STX1ORY0AN/X0AN/Y1OTY1STX2ORY1AN/X0AN/Y0OTY0ED第35页，本讲稿共56页编程中应注意的几个问题(ED)X0Y0X1Y0(ED)X1Y0X0Y01.用电路变换简化程序用电路变换简化程序(减少指令的条数）减少指令的条数）第36页，本讲稿共56页2.逻辑关系应尽量清楚(避免左轻右重)X3X2X5X4X6X8X7Y0X9(ED)X3X2X5X4X6X8X7Y0X9(ED)X5 X6X2X2编程中应注意的几个问题第37页，本讲稿共56页3.避免出现无法编程的梯形图X5(ED)X1X3X2Y1X4Y2X1(ED)X3X2Y1X5X3X1X4Y2X5编程中应注意的几个问题第38页，本讲稿共56页KP：（Keep）置位信号：例X0复位信号：例X1KP R0ST X0ST X1KP R0说明：说明：（1）在置位信号接通的瞬间，）在置位信号接通的瞬间，R0置置1。以后无论置位。以后无论置位 信号状态如何，只要复位信号断开，信号状态如何，只要复位信号断开，R0的状态的状态 均为均为1。（2）在复位信号接通的瞬间，）在复位信号接通的瞬间，R0置置0。（3）在复位信号和置位信号同时接通时，复位优先。）在复位信号和置位信号同时接通时，复位优先。第39页，本讲稿共56页SET、RST（Reset）这两条指令的功能类似于KP指令，但使用比KP指令灵活。例：X0R20ST X0SET Y0ST R20RST R30第40页，本讲稿共56页TM:（定时指令）XTn输入接点定时器号码（FP1:099）时间常数:132767类型R：时钟为0.01秒X：时钟为0.1秒Y：时钟为1秒（1）时间常数与类型一起确定了定时的时间。（2）定时器为减计数。当输入接点接通时，每来一个时 钟脉冲减1，直到减为0。这时，定时器的常开接点 闭合，常闭接点断开。当输入接点断开时，定时器 复位。说明：第41页，本讲稿共56页动作说明：动作说明：当当Y0闭合后，定时器闭合后，定时器TM5开始计时。经过开始计时。经过300.1=3s后，后，Y1闭合，闭合，Y2断开。断开。Y0TX K 305Y1T5Y2T5ST Y0TMX 5K 30ST T5OT Y1ST/T5OT Y2例：定时器应用举例第42页，本讲稿共56页与定时器有关的两个寄存器：EVn 和SVn (n为寄存器编号,该编号与定时器编号对应)EVn：存储定时器TMn的过程值。SVn：存储定时器TMn的设置值。第43页，本讲稿共56页CTn计数器初始值：132767计数器编号(FP1机：0143)计数脉冲复位信号（1）复位信号接通时，计数器复位，装入初始值。）复位信号接通时，计数器复位，装入初始值。（2）复位信号断开时，每来一个计数脉冲减）复位信号断开时，每来一个计数脉冲减1，直，直 到减为到减为0，计数器的常开接点接通，常闭接点，计数器的常开接点接通，常闭接点 断开。断开。CT:（计数器）说明：第44页，本讲稿共56页与计数器有关的两个寄存器：EVn 和SVn (n为寄存器编号,该编号与计数器编号对应)EVn：存储计数器 CTn 的过程值。SVn：存储计数器 CTn 的设置值。第45页，本讲稿共56页 SR:（左移指令)INCPCLRSR WRn（1）SR指令只能对指令只能对WR型寄存器进行移位。型寄存器进行移位。（2）IN：串行输入端（补位），接点通，补：串行输入端（补位），接点通，补1，接点断，补接点断，补0。（3）CP：移位脉冲：移位脉冲（4）CLR：复位清零。：复位清零。INOUT说明：第46页，本讲稿共56页例：设计一个顺序控制电路:启动时，电机D1先启动，3s后电机D2启动，再过5s后电机D3启动。I/O分配：分配：X0：启动按钮：启动按钮X1：停车按钮：停车按钮Y0：电机：电机D1Y1：电机：电机D2Y2：电机：电机D3Y1(DF)TX K 300TX K 501(ED)Y0X0Y0T0X1Y0Y2T1Y1方案一第47页，本讲稿共56页210534SW2SW3SW1MV次品正品SW1:检测有无次品SW2:检测凸轮的突起SW3:检测有无次品落下SW1,SW2,SW3为光电传感器:凸轮每转一圈发出一个脉冲，且每个脉冲过一个物品。当次品移到4号位时，电磁阀MV打开，次品落入次品箱内。无次品则自动掉入正品箱内。有一复位按钮SB实现手动复位。I/O分配：分配：X0:SW1X1:SW2X2:SW3X3:SBY0:MV例：第48页，本讲稿共56页I/O分配：X0:SW1 检测有无次品X1:SW2 检测凸轮的突起X2:SW3 检测有无次品落下X3:SB 复位Y0:MVX1X0R4X3X2(ED)SR WR 0KP Y0 RF RE RD RC RB RA R 9 R 8 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0IN无次品时该位总为0第49页，本讲稿共56页例一：冲压机控制程序工作指示灯带式输送机输送机传动电机工件冲压机气筒冲压工作结束加工品检测搬运结束(x1)(X1)(X3)(X2)启动开关(X1)(Y0)(Y1).4.4 应用举例应用举例第50页，本讲稿共56页例二：楼宇电梯自动控制顺序控制第51页，本讲稿共56页例三：电机变速及精密位置控制X2 X3X4 X5工作台步进电机其他信号有：其他信号有：启动、启动、停车、停车、紧急停车、运动方向控制等等紧急停车、运动方向控制等等第52页，本讲稿共56页例四：在智能建筑技术中的应用智能建筑的七个层次智能建筑的七个层次（7 7）楼宇专用信息）楼宇专用信息（6 6）楼宇共用信息处理）楼宇共用信息处理（5 5）楼宇运营管理）楼宇运营管理（4 4）楼宇设备自动控制）楼宇设备自动控制（3 3）楼宇通讯）楼宇通讯（2 2）智能建筑环境）智能建筑环境（1 1）一般建筑）一般建筑PLC在其中的应用在其中的应用：（1）防盗、防火系统）防盗、防火系统（2）供热、供气、空调、）供热、供气、空调、照明系统照明系统（一）办公自动化（二）楼宇自动化网络楼宇自动化：楼宇自动化：（1）保安）保安 （2）设备管理）设备管理第53页，本讲稿共56页例五：在大型车库管理中的应用管理分为三级：管理分为三级：（2）管理级：由总出入口的）管理级：由总出入口的PLC和各分库和各分库 的的 PLC 构成。可监控全库车辆的进出构成。可监控全库车辆的进出 情况，同时显示各分库是否有空车位。情况，同时显示各分库是否有空车位。（3）现场监控级：每个分库的）现场监控级：每个分库的PLC用远程用远程 I/O单元检测车辆的出入情况。单元检测车辆的出入情况。（1）中央监控级：一台）中央监控级：一台PC及其外围设备。及其外围设备。第54页，本讲稿共56页例六：养鱼场管理中的应用对鱼池中的水质、水温、流量等进行监测及控制，对鱼池中的水质、水温、流量等进行监测及控制，以实现科学养殖以实现科学养殖例七：例七：2424小时环境监测小时环境监测PLC进行现场检测：传感器检测的各种信号经进行现场检测：传感器检测的各种信号经A/D转换后，送至上位转换后，送至上位PLC及数据采集用的及数据采集用的PC机。经机。经数据处理后送中央监控级，再由中央机发出命令，数据处理后送中央监控级，再由中央机发出命令，送到管理用的送到管理用的PC机进行处理。机进行处理。系统分三级：系统分三级：中央监控级、数据采集及管理级、现中央监控级、数据采集及管理级、现 场检测级。场检测级。第55页，本讲稿共56页可编程序控制器 （PLC）结束第56页，本讲稿共56页