电器工程-06可编程控制器..ppt
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1、第6章 可编程控制器第第 6 章可编程控制器章可编程控制器6.1可编程控制器的结构和工作方式可编程控制器的结构和工作方式6.2可编程控制器的程序编制可编程控制器的程序编制*6.3应用举例应用举例第6章 可编程控制器第第 6 章可编程控制器章可编程控制器由于继电接触器由于继电接触器控制系统机械触点多、接线复杂、控制系统机械触点多、接线复杂、可可靠性低、通用性差,因此已不能满足现代化生产过程复杂靠性低、通用性差,因此已不能满足现代化生产过程复杂多变的控制要求。多变的控制要求。可可编编程程控控制制器器(PLC)是是以以中中央央处处理理器器为为核核心心,综综合合了了计计算算机机和和自自动动控控制制等等
2、先先进进技技术术发发展展起起来来的的一一种种工工业业控控制制器器。专门用于工业现场的自动控制装置。专门用于工业现场的自动控制装置。PLC 具具有有可可靠靠性性高高、功功能能完完善善、组组合合灵灵活活、编编程程简简单单以以及及功功耗耗低低、体体积积小小、重重量量轻轻等等优优点点。但但它它存存储储容容量量小小,价格高。价格高。本本章章只只为为初初学学者者提提供供 PLC 基基础础知知识识,重重点点是是基基本本工工作原理以及作原理以及简单程序编制简单程序编制方法。方法。第6章 可编程控制器6.1可编程控制器的结构和工作方式可编程控制器的结构和工作方式6.1.1可编程控制器的结构及各部分的作用可编程控
3、制器的结构及各部分的作用6.1.1可编程控制器的结构及各部分的作用可编程控制器的结构及各部分的作用PLC 一一般般由由主主机机、输输入入/输输出出接接口口、电电源源、编编程程器器、扩展接口和外部设备接口等几个主要部分构成。扩展接口和外部设备接口等几个主要部分构成。PLC 可可看看作作一一个个系系统统,外外部部的的各各种种开开关关信信号号或或模模拟拟信信号号均均为为输输入入量量,它它们们经经输输入入接接口口寄寄存存到到 PLC 内内部部的的数数据据存存储储器器中中,而而后后按按用用户户程程序序要要求求进进行行逻逻辑辑运运算算和和数数据据处处理理,最最后后以以输输出出变变量量的的形形式式送送到到输
4、输出出接接口口,从从而而控控制制输出设备。输出设备。第6章 可编程控制器 PLC 硬件系统结构图硬件系统结构图电电 源源I/O扩扩展展接接口口I/O扩扩展展单单元元CPU存存储储器器用户用户程序程序系统系统程序程序输入设备输入设备输出设备输出设备输输出出接接口口外外部部设设备备接接口口输输入入接接口口编程器编程器打印机打印机磁带机磁带机计计算机算机扫描仪扫描仪电磁电磁阀阀电磁电磁线圈线圈指示灯指示灯按钮按钮行程行程开关开关触点触点主机主机PLC数数据据第6章 可编程控制器1主机主机主主机机部部分分包包括括中中央央处处理理器器(CPU)、系系统统程程序序存存储储器器和和用户程序及数据存储器用户程
5、序及数据存储器。CPU 是是 PLC 的的核核心心,主主要要用用来来运运行行用用户户程程序序,监监控控输入输入/输出接口状态。输出接口状态。PLC 内部存储器内部存储器系统程序存储器系统程序存储器用户程序及数据存储器用户程序及数据存储器系系统统程程序序存存储储器器,主主要要存存放放系系统统管管理理和和监监控控程程序序及及对对用户程序作编译处理的程序。用户不得更改。用户程序作编译处理的程序。用户不得更改。用用户户程程序序及及数数据据存存储储器器,主主要要存存放放用用户户编编制制的的应应用用程程序输入输出变量及各种暂存数据和中间结果。序输入输出变量及各种暂存数据和中间结果。第6章 可编程控制器2输
6、入输入/输出输出(I/O)接口接口4编程器编程器5输入输入/输出扩展接口输出扩展接口6外部设备接口外部设备接口(I/O)接接口口是是 PLC 与与输输入入/输输出出设设备备连连接接的的部部件件。一一般般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰。采用光电耦合电路,以减少电磁干扰。3电源电源PLC 电电源源是是指指为为 CPU、存存储储器器、I/O 接接口口等等内内部部电电子子电路所配置的开关稳压电源。电路所配置的开关稳压电源。编程器是编程器是 PLC 重要的外部设备,用于手持编程。重要的外部设备,用于手持编程。输输入入/输输出出扩扩展展接接口口用用于于将将扩扩充充外外部部输输入入/输输出出端端子子数数的
7、扩展单元与主机连接在一起。的扩展单元与主机连接在一起。外部设备外部设备接口将外部设备与主机相连,以完成相应操作。接口将外部设备与主机相连,以完成相应操作。第6章 可编程控制器6.1.2可编程控制器的工作方式可编程控制器的工作方式扫扫描描周周期期的的长长短短视视用用户户程程序序的的指指令令条条数数及及执执行行一一条条指指令所需时间而定,一般不超过令所需时间而定,一般不超过 100 ms。PLC 采采用用“顺顺序序扫扫描描、不不断断循循环环”的的方方式式进进行行工工作作。其其工工作作过过程程分分为为输输入入取取样样、程程序序执执行行和和输输出出刷刷新新 三三个个阶阶段段,并进行周期循环。示意图如下
8、:并进行周期循环。示意图如下:输输入入状状态态寄寄存存器器输输出出接接口口输输出出状状态态寄寄存存器器输输入入接接口口程程序序执执行行程序执行程序执行输入取样输入取样 输出刷新输出刷新一个扫描周期一个扫描周期读读读读写写输输 入入 端端 子子输输 出出 端端 子子第6章 可编程控制器6.1.3可编程控制器的主要技术指标可编程控制器的主要技术指标指指 PLC 的外部输入和输出端子数。通常小型机有几十点,的外部输入和输出端子数。通常小型机有几十点,中型机有几百个点,而大型机超过千点。中型机有几百个点,而大型机超过千点。1I/O点数点数2用户程序存储容量用户程序存储容量在在 PLC 中中,程程序序指
9、指令令按按“步步”存存储储,一一 “步步”占占用用一一个个地地址址单单元元,一一条条指指令令有有的的往往往往不不止止一一“步步”。一一个个地地址址单单元元一般占两个字节。一般占两个字节。3扫描速度扫描速度指扫描指扫描 1000 步用户程序所需的时间,以步用户程序所需的时间,以 ms/千步为单位。千步为单位。有时也用扫描一步指令的时间计,如有时也用扫描一步指令的时间计,如 s/步。步。4指令系统条数指令系统条数PLC 具有基本指令和高级指令,指令的种类和数量越多,具有基本指令和高级指令,指令的种类和数量越多,其软件功能越强。其软件功能越强。第6章 可编程控制器6.1.3可编程控制器的主要技术指标
10、可编程控制器的主要技术指标5编程元件的种类和数量编程元件的种类和数量编编程程元元件件是是指指输输入入继继电电器器、输输出出继继电电器器、辅辅助助继继电电器器、定定时时器器、计计数数器器、通通用用“字字”寄寄存存器器、数数据据寄寄存存器器及及特特殊殊功功能能继继电电器器等等,其其种种类类和和数数量量的的多多少少是是衡衡量量 PLC 硬硬件件功功能强弱的一个指标。能强弱的一个指标。PLC 内内部部“继继电电器器”是是存存储储器器的的存存储储单单元元。当当写写入入该该单单元元逻逻辑辑状状态态为为 1 时时,则则表表示示相相应应“继继电电器器”的的线线圈圈接接通通,其其动动合合触触点点闭闭合合,动动断
11、断触触点点断断开开。所所以以 PLC 内内部部这这些些“继电器继电器”称为称为“软软”继电器。继电器。第6章 可编程控制器FP1-C24可编程控制器编程元件的编号范围与功能说明可编程控制器编程元件的编号范围与功能说明元件名称元件名称代表字母代表字母编号范围编号范围功能说明功能说明输入继电器输入继电器输出继电器输出继电器辅助继电器辅助继电器 通用通用“字字”寄存器寄存器计数器计数器定时器定时器XYRTCWRX0 XF 共共16点点接收外部输入的信号接收外部输入的信号输出程序执行结果输出程序执行结果给外部输出设备给外部输出设备在程序内部使用,在程序内部使用,不能提供外部输出不能提供外部输出延时定时
12、继电器,其延时定时继电器,其触点在程序内部使用触点在程序内部使用减法计数继电器,其减法计数继电器,其触点在程序内部使用触点在程序内部使用每个每个 WR 由相应的由相应的 16个辅助个辅助继电器继电器 R 构成构成Y0 Y7 共共 8 点点R0 R62F 共共 1008 点点T0 T99 共共 100 点点 C100 C143 共共 44 点点WR0 WR62 共共63个个第6章 可编程控制器6.2可编程控制器的程序编制可编程控制器的程序编制6.2.1可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言6.2.1可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言PLC 的程序有的程序有系统程序系统程序和和用户
13、程序用户程序两种。两种。系统程序用户不能修改。系统程序用户不能修改。用用户户程程序序是是用用户户根根据据控控制制要要求求,利利用用 PLC 厂厂家家提提供供的的程程序编制语言序编制语言和指令和指令编写的应用程序。编写的应用程序。PLC 的的编编程程语语言言以以梯梯形形图图语语言言和和指指令令语语句句表表语语言言最最为为常常用,并且两者用,并且两者之间一一对应,可以相互转换之间一一对应,可以相互转换。1梯形图梯形图梯梯形形图图是是一一种种从从继继电电接接触触器器控控制制电电路路图图演演变变而而来来的的图图形形语语言言。它它是是借借助助于于继继电电器器的的动动合合触触点点、动动断断触触点点、线线圈
14、圈以以及及串串联联与与并并联联等等术术语语和和符符号号,根根据据控控制制要要求求连连接接而而成成的的表表示示 PLC 输输入和输出之间逻辑关系的图形。入和输出之间逻辑关系的图形。第6章 可编程控制器1梯形图梯形图梯形图中用梯形图中用表示表示 PLC 编程编程元件的元件的动合触点动合触点动断触点动断触点线圈线圈编程元件的种类用图形符号及字母或数字加以区别。编程元件的种类用图形符号及字母或数字加以区别。KM12SB1SB2KM(ED)X2X1Y1Y1连连接接线线路路梯梯形形图图PLC 输入输入继电器继电器动断触点动断触点动合触点动合触点输出继电器线圈输出继电器线圈动合触点动合触点第6章 可编程控制
15、器6.2.1可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言几点说明几点说明 (1)梯梯形形图图中中的的继继电电器器不不是是“硬硬”继继电电器器,是是 PLC 存存储储器器的的一一个个存存储储单单元元。当当写写入入该该单单元元的的逻逻辑辑状状态态为为 1 时时,则则表表示示相相应应继继电电器器的的线线圈圈接接通通,其其动动合合触触点点闭闭合合,动动断断触触点断开。点断开。(2)梯梯形形图图按按从从左左到到右右、自自上上而而下下的的顺顺序序排排列列。每每一一逻逻辑辑行行(或或称称梯梯级级)起起始始于于左左母母线线,然然后后是是触触点点的的串串、并并联联接,最后是线圈与右母线相连。接,最后是线圈与右母
16、线相连。(3)梯梯形形图图中中每每个个梯梯级级流流过过的的不不是是物物理理电电流流,而而是是“概概念念电电流流”,从从左左流流向向右右,其其两两端端没没有有电电源源。这这个个“概概念念电电流流”只只是是用用来来形形象象地地描描述述用用户户程程序序执执行行中中满满足足线线圈圈接接通的条件。通的条件。第6章 可编程控制器(4)输输入入继继电电器器用用于于接接收收外外部部输输入入信信号号,而而不不能能由由PLC 内内部部其其他他继继电电器器的的触触点点来来驱驱动动。因因此此,梯梯形形图图中中只只出出现现输输入入继继电电器器的的触触点点,而而不不出出现现其其线线圈圈。输输出出继继电电器器输输出出程程序
17、序执执行行结结果果给给外外部部输输出出设设备备。当当梯梯形形图图中中的的输输出出继继电电器器线线圈圈接接通通时时,就就有有信信号号输输出出,但但不不是是直直接接驱驱动动输输出出设设备备,而而要要通通过过输输出出接接口口的的“硬硬”继继电电器器、晶晶体体管管或或晶晶闸闸管管才才能能实现。实现。输出继电器的触点也可供内部编程使用。输出继电器的触点也可供内部编程使用。2.指令语句表指令语句表指指令令语语句句表表是是一一种种用用指指令令助助记记符符来来编编制制 PLC 程程序序的的语语言言,它它类类似似于于计计算算机机的的汇汇编编语语言言,但但比比汇汇编编语语言言容容易易理理解。若干条指令组成的程序就
18、是指令语句表。解。若干条指令组成的程序就是指令语句表。第6章 可编程控制器 笼型笼型电动机电动机直接直接起动起动控制控制的指令语句表的指令语句表ST起起始始指指令令(取取指指令令):从从左左母母线线(即即输输入入公公共共线线)开开始始取用动合触点作为该逻辑行运算的开始,图中取用取用动合触点作为该逻辑行运算的开始,图中取用 X2。梯形图梯形图左左母母线线AN/触触点点串串联联反反指指令令(也也称称与与非非指指令令):用用于于单单个个动动断断触触点的串联,图中串联点的串联,图中串联 X1。OR触触点点并并联联指指令令(也也称称或或指指令令):用用于于单单个个动动合合触触点点的的并联,图中并联并联,
19、图中并联 Y1。ED程序结束指令程序结束指令。OT输输出出指指令令:用用于于将将运运算算结结果果驱驱动动指指定定线线圈圈,图图中中驱驱动输出继电器线圈动输出继电器线圈 Y1。(ED)X2X1Y1Y10 ST X21 OR Y12 AN/X14 OT Y15 ED指令指令地址地址第6章 可编程控制器1编程原则编程原则(2)PLC 编程元件触点在编制程序时使用次数是无限的。编程元件触点在编制程序时使用次数是无限的。(1)梯梯形形图图的的每每一一逻逻辑辑行行(梯梯级级)皆皆始始于于左左母母线线,终终止止于于右母线。各种元件的线圈接于右母线。右母线。各种元件的线圈接于右母线。不正确接线不正确接线正确接
20、线正确接线 (3)编编制制梯梯形形图图时时,应应尽尽量量做做到到“上上重重下下轻轻、左左重重右右轻轻”以以符符合合“从从左左到到右右、自自上上而而下下”的的执执行行程程序序的的顺顺序序,并并易易于编写指令语句。于编写指令语句。不不合合理理合合理理6.2.2可编程控制器的编程原则和方法可编程控制器的编程原则和方法第6章 可编程控制器1编程原则编程原则(4)在在梯梯形形图图中中应应避避免免触触点点画画在在垂垂直直线线上上,因因它它无无法法用用指指令语句编程。令语句编程。X3Y2X5X4X1Y1X2X4X2Y1X3X1X5X1Y2X3X2无法编程无法编程(5)应应避避免免同同一一继继电电器器线线圈圈
21、在在程程序序中中重重复复输输出出,否否则则引引起误操作。起误操作。第6章 可编程控制器电动机直接起动电动机直接起动继电接触控制线路继电接触控制线路X2X1Y1Y1(6)外部输入设备动断触点的处理。外部输入设备动断触点的处理。KMSB1SB2KMFRSB1SB2EX2X1Y1COMPLCCOMKMFRPLC PLC 控制控制控制控制 (a)(a)SB1 仍仍接接成成动动断断,接接在在 PLC 输输入入继继电电器器的的 X1 端端子子上上,则则在在编编制制梯梯形形图图时时,用用的的是是动动合合触触点点 X1。未未施施加加按按动动 SB1 的的停停止止动动作作时时,因因 SB1 闭闭合合,对对应应的
22、的输输入入继继电电器器接接通通,这这时时它它的的动动合合触触点点 X1 是是闭闭合合的的。按按下下 SB1,断断开开输输入入继继电电器器,动动合合触触点点 X1 才断开。才断开。第6章 可编程控制器 (6)外部输入设备动断触点的处理。外部输入设备动断触点的处理。KMSB1SB2KMFRSB1SB2E EX2X1Y1COMPLCCOMKMFR电动机直接起动电动机直接起动继电接触控制线路继电接触控制线路X2X1Y1Y1PLC 控制控制(b)SB1 接接成成动动合合形形式式,则则在在梯梯形形图图中中,用用的的是是动动断断触触点点 X1。未未施施加加按按动动 SB1 的的停停止止动动作作时时,因因 S
23、B1 断断开开,这这时时对对应应的的输输入入继继电电器器断断开开,其其动动断断触触点点 X1 仍仍然然闭闭合合。按按下下 SB1,接接通通输输入入继电器,继电器,动断触点动断触点 X1才断开。才断开。第6章 可编程控制器(6)外部输入设备动断触点的处理。外部输入设备动断触点的处理。SB1SB2E EX2X1Y1COMPLCCOMKMFRPLC 控制控制通常由通常由 PLC内部电源提供内部电源提供外接外接两边各自两边各自的公共端子的公共端子FR 的的触触点点只只能能接接成成动动断断的的,并并且且不不作作为为 PLC 的的输输入入信信号号,而而将将其其直直接接通通断断接接触触器器线线圈。圈。为为了
24、了使使梯梯形形图图和和继继电电接接触触器器控控制制电电路路一一一一对对应应,PLC 输输入入设备的触点应尽可能接成动合形式。设备的触点应尽可能接成动合形式。第6章 可编程控制器 笼型电动机正反转的控制线路笼型电动机正反转的控制线路KMFFRFUSB1SBFKMFKMFFRQSM3 KMRKMRSBRKMRKMFKMR2编程方法编程方法以此电路为例,以此电路为例,介绍介绍 PLC 控制控制的编程方法。的编程方法。第6章 可编程控制器2编程编程方法方法(1)(1)确定确定 I/O 点数点数及其分配及其分配 输输 入入 输输 出出 SB1 X0 SBF X1 SBR X2 KMF Y1KMR Y2共
25、需共需 5 个个 I/O 点,即点,即电动机正反转电动机正反转控制外部接线图控制外部接线图SBFSBRE EX2X1Y2COMPLCCOMKMRFRY1KMFKMFKMRSB1X0第6章 可编程控制器2编程方法编程方法(2)编制梯形图和指令语句编制梯形图和指令语句梯形图梯形图指令语句指令语句X1X0Y1Y1Y2X2X0Y2Y2Y1(ED)指令指令地址地址0 ST X11 OR Y12 AN/X03 AN/Y24 OT Y15 ST X26 OR Y27 AN/X08 AN/Y19 OT Y210 ED 第6章 可编程控制器6.2.3可编程控制器的指令系统可编程控制器的指令系统1 1起始起始指令
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