可编程控制器指导书(西门子)解析13093.pdf
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1、求是教仪 可编程控制器实验指导书 97 第一章 可编程控制器简介 可编程控制器是 60 年代末在美国首先出现,当时叫可编程逻辑控制器 PLC(Programmable Logic Controller),目的是用来取代继电器,以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。PLC 的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象,将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。控制器和被控对象连接方便。随着半导体技术,尤其是微处理器和微型计算机技术的发展,到 70 年代中期以后,PLC 已广
2、泛地使用微处理器作为中央处理器,输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路,这时的 PLC 已不再是逻辑判断功能,还同时具有数据处理、PID 调节和数据通信功能。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用微处理器的优点。可编程控制器对用
3、户来说,是一种无触点设备,改变程序即可改变生产工艺,因此可在初步设计阶段选用可编程控制器,在实施阶段再确定工艺过程。另一方面,从制造生产可编程控制器的厂商角度看,在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器,适合批量生产。由于这些特点,可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎,并得到迅速的发展。目前,可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具,得到了广泛的应用。一、PLC 的结构及各部分的作用 可编程控制器的结构多种多样,但其组成的一般原理基本相同,都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几个部分组成。1中
4、央处理单元(CPU)CPU 作为整个 PLC 的核心,起着总指挥的作用。CPU 一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU 通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU 的功能有以求是教仪 可编程控制器实验指导书 97 下一些:从存储器中读取指令,执行指令,取下一条指令,处理中断。2存储器(RAM、ROM)存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。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;存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有 RAM、EPROM 和 EEPROM。R
5、AM 是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序,生成用户数据区,存放在 RAM 中的用户程序可方便地修改。RAM 存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器,可用锂电池做备用电源。掉电时,可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM 都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。3输入输出单元(I/O 单元)I/O 单元实际上是 PLC 与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O 单元有良好的电隔离和滤波作用。接到 PLC 输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC 的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器,而继电器有交流和直流型,高电压型和低电
6、压型,电压型和电流型。4电源 PLC 电源单元包括系统的电源及备用电池,电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。PLC 内有一个稳压电源用于对 PLC 的 CPU 单元和 I/O 单元供电。5编程器 编程器是 PLC 的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入 PLC 的存储器,还可以用编程器检查程序,修改程序,监视 PLC 的工作状态。除此以外,在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包,即可用个人计算机对 PLC 编程。利用微机作为编程器,可以直接编制并显示梯形图。二、PLC 的工作原理 PLC 采用循环扫描的工作方式,在 PLC 中用户程序按先后顺序存放,CPU 从第一条指令开始执行
7、程序,直到遇到结束符后又返回第一条,如此周而复始不断循环。PLC 的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当 PLC 处于停状态时,只进行内部处理和通信操作服务等内容。在 PLC 处于运行状态时,从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出,一直循环扫描工作。求是教仪 可编程控制器实验指导书 97 1输入处理 输入处理也叫输入采样。在此阶段,顺序读入所有输入端子的通端状态,并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段。在程序执行时,输入映象寄存器与外界隔离,即使输入信号
8、发生变化,其映象寄存器的内容也不会发生变化,只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。2程序执行 根据 PLC 梯形图程序扫描原则,按先左后右先上后下的步序,逐句扫描,执行程序。遇到程序跳转指令,根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状态时,PLC 从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态,从输出映象寄存器读出对应映象寄存器,根据用户程序进行逻辑运算,存入有关器件寄存器中。对每个器件来说,器件映象寄存器中所寄存的内容,会随着程序执行过程而变化。3输出处理 程序执行完毕后,将输出映象寄存器,即器件映象寄存器中的 Y 寄存器的状态,在输出处理阶段转存
9、到输出锁存器,通过隔离电路,驱动功率放大电路,使输出端子向外界输出控制信号,驱动外部负载。三、PLC 编程语言 1梯形图编程语言 梯形图沿袭了继电器控制电路的形式,它是在电器控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的,形象、直观、实用。梯形图的设计应注意以下三点:(一)梯形图按从左到右、从上到下的顺序排列。每一逻辑行起始于左母线,然后是触点的串、并联接,最后是线圈与右母线相联。(二)梯形图中每个梯级流过的不是物理电流,而是“概念电流”,从左流向右,其两端没有电源。这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。(三)输入继电器用于接收外部输入信号,而不能由
10、 PLC 内部其它继电器的触点来驱动。因此,梯形图中只出现输入继电器的触点,而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备,当梯形图中的输出继电器线圈得电时,就求是教仪 可编程控制器实验指导书 97 有信号输出,但不是直接驱动输出设备,而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点可供内部编程使用。2语句表编程语言 指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式,但比汇编语言易懂易学。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。3控制系统流程图编程图 控制系统流程图是一种较新的编程方法。它是用像控制系统流程图一样的功能图表达一个控制过程,目前国际
11、电工协会(IEC)正在实施发展这种新式的编程标准。求是教仪 可编程控制器实验指导书 97 第二章 基本指令简介 基本指令如表所示 名 称 助记符 目 标 元 件 说 明 取指令 LD I、Q、M、SM、T、C、V、S、L 常开接点逻辑运算起始 取反指令 LDN I、Q、M、SM、T、C、V、S、L 常闭接点逻辑运算起始 线圈驱动指令=Q、M、SM、T、C、V、S、L 驱动线圈的输出 与指令 A I、Q、M、SM、T、C、V、S、L 单个常开接点的串联 与非指令 AN I、Q、M、SM、T、C、V、S、L 单个常闭接点的串联 或指令 O I、Q、M、SM、T、C、V、S、L 单个常开接点的并联
12、或非指令 ON I、Q、M、SM、T、C、V、S、L 单个常闭接点的并联 置位指令 S I、Q、M、SM、T、C、V、S、L 使动作保持 复位指令 R I、Q、M、SM、T、C、V、S、L 使保持复位 正跳变 ED I、Q、M、SM、T、C、V、S、L 输入信号上升沿产生脉冲输出 负跳变 EU I、Q、M、SM、T、C、V、S、L 输入信号下降沿产生脉冲输出 空操作指令 NOP 无 使步序作空操作 一、标准触点 LD、A、O、LDN、AN、ON、LD,取指令。表示一个与输入母线相连的常开接点指令,即常开接点逻辑运算起始。LDN,取反指令。表示一个与输入母线相连的常闭接点指令,即常闭接点逻辑运算
13、起始。A,与指令。用于单个常开接点的串联。AN,与非指令。用于单个常闭接点的串联。O,或指令。用于单个常开接点的并联。ON,或非指令。用于单个常闭接点的并联。二、正、负跳变 ED、EU ED,在检测到一个正跳变(从 OFF 到 ON)之后,让能流接通一个扫描周期。EU,在检测到一个负跳变(从 ON 到 OFF)之后,让能流接通一个扫描周期。三、输出=求是教仪 可编程控制器实验指导书 97=,在执行输出指令时,映像寄存器中的指定参数位被接通。四、置位与复位指令 S、R S,执行置位(置 1)指令时,从 bit 或 OUT 指定的地址参数开始的 N 个点都被置位。R,执行复位(置 0)指令时,从
14、bit 或 OUT 指定的地址参数开始的 N 个点都被复位。置位与复位的点数可以是 1-255,当用复位指令时,如果 bit 或 OUT 指定的是T 或 C 时,那么定时器或计数器被复位,同时当前值将被清零。五、空操作指令 NOP NOP 指令不影响程序的执行,执行数 N(1-255)。求是教仪 可编程控制器实验指导书 97 第三章 可编程控制器梯形图设计规则 1触点的安排 梯形图的触点应画在水平线上,不能画在垂直分支上。2串、并联的处理 在有几个串联回路相并联时,应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。在有几个并联回路相串联时,应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。3线圈的安排 不能
15、将触点画在线圈右边,只能在触点的右边接线圈。4不准双线圈输出 如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次,则称为双线圈输出。这时前面的输出无效,只有最后一次才有效,所以不应出现双线圈输出。5重新编排电路 如果电路结构比较复杂,可重复使用一些触点画出它的等效电路,然后再进行编程就比较容易。6编程顺序 对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段,每一段从最左边触点开始,由上之下向右进行编程,再把程序逐段连接起来。求是教仪 可编程控制器实验指导书 97 实验一 喷泉的模拟控制 一、实验目的 用 PLC 构成喷泉控制系统 二、实验内容 1控制要求 隔灯闪烁:L1 亮 0.5 秒后灭,接着 L2 亮
16、0.5 秒后灭,接着 L3 亮 0.5 秒后灭,接着 L4 亮 0.5 秒后灭,接着 L5、L9 亮 0.5 秒后灭,接着 L6、L10 亮 0.5 秒后灭,接着 L7、L11 亮 0.5 秒后灭,接着 L8、L12 亮 0.5 秒后灭,L1 亮 0.5 秒后灭,如此循环下去。2I/O 分配 输入 输出 起动按钮:I0.0 L1:Q0.0 L5、L9:Q0.4 停止按钮:I0.1 L2:Q0.1 L6、L10:Q0.5 L3:Q0.2 L7、L11:Q0.6 L4:Q0.3 L8、L12:Q0.7 3按图所示的梯形图输入程序。4调试并运行程序。求是教仪 可编程控制器实验指导书 97 L1L2L
17、3L4L8L7L12L5L6L11L10L9 图 1-1 喷泉控制示意图 三、喷泉控制语句表 0 LD I0.0 16 TON T38,+5 31 LD M10.6 1 O M1.0 17 LD T38 32=Q0.5 2 AN T37 18=M0.0 33 LD M10.7 3 A I0.1 19 LD M0.0 34=Q0.6 4=M1.0 20 SHRB M10.0,M10.0,+8 35 LD M11.0 5 LD M1.0 36=Q0.7 6 TON T37,+5 21 LD M10.1 37 LDN I0.1 7 LD T37 22=Q0.0 38 R M10.1,8 8 O M1
18、1.0 23 LD M10.2 9=M10.0 24=Q0.1 10 LD I0.0 25 LD M10.3 11 O M0.1 26=Q0.2 12 A I0.1 27 LD M10.4 13=M0.1 28=Q0.3 14 LD M0.1 29 LD M10.5 15 AN M0.0 30=Q0.4 四、喷泉控制梯形图 求是教仪 可编程控制器实验指导书 97 M1.0I0.1T37T37I0.0M1.0M1.0T38TONTONINPT+5I0.1M10.0+5M0.0M0.0M0.1INPTSHRBEN+8NS_BITDATAM10.0M10.1Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4E
19、NOT37M11.0I0.0M0.1M0.1T38M0.0M10.1M10.2M10.3M10.4M10.5Q0.5Q0.6Q0.7RM10.18M10.6M10.7M11.0I0.1 图 1-2 喷泉梯形图 求是教仪 可编程控制器实验指导书 97 实验二 数码显示的模拟控制 一、实验目的 用 PLC 构成数码显示控制系统 二、实验内容 1 控制要求 ABCDEFGHABCDEFBCABDEGABCDGBCFGACDFGACDEFGABCABCDEFGABCDFGABC 循环下去 2 I/O 分配 输入 输出 起动按钮:I0.0 A:Q0.0 E:Q0.4 停止按钮:I0.1 B:Q0.1 F
20、:Q0.5 C:Q0.2 G:Q0.6 D:Q0.3 H:Q0.7 3按图所示的梯形图输入程序。4调试并运行程序。求是教仪 可编程控制器实验指导书 97 AGDFEBCH 图 2-1 数码显示控制示意图 三、数码显示控制语句表 1 LD I0.0 31 O M12.2 62 Q Q0.3 2 O M0.1 32=Q0.0 63 LD M10.5 3 A I0.1 33 LD M10.2 64 O M11.1 4=M0.1 34 O M11.1 65 O M11.3 5 LD M0.1 35 O M11.2 66 O M11.7 6 AN M0.0 36 O M11.3 67 O M12.1 7
21、 TON T37,+20 37 O M11.4 68=Q0.4 8 LD T37 38 O M11.5 69 LD M10.6 9=M0.0 39 O M12.0 70 O M11.1 10 LD M0.1 40 O M12.1 71 O M11.5 11 TON T38,+30 41 O M12.2 72 O M11.6 12 AN T38 42=Q0.1 73 O M11.7 13=M1.0 43 LD M10.3 74 O M12.1 14 LD M1.0 44 O M11.1 75 O M12.2 15 O M0.2 45 O M11.2 76=Q0.5 求是教仪 可编程控制器实验指导
22、书 97 16=M10.0 46 O M11.4 77 LD M10.7 17 LD M12.2 47 O M11.5 78 O M11.3 18 TON T39,+20 48 O M11.6 79 O M11.4 19 AN T39 49 O M11.7 80 O M11.5 20=M0.2 50 O M12.0 81 O M11.6 21 LD M0.0 51 O M12.1 82 O M11.7 22 SHRB M10.0,M10.1,+18 52 O M12.2 83 O M12.1 53=Q0.2 84 O M12.2 23 LD M10.1 54 LD M10.4 85=Q0.6
23、24 O M11.1 55 O M11.1 86 LD M11.0 25 O M11.3 56 O M11.3 87=Q0.7 26 O M11.4 57 O M11.4 88 LDN I0.1 27 O M11.6 58 O M11.6 89 R M10.1,18 28 O M11.7 59 O M11.7 29 O M12.0 60 O M12.1 30 O M12.1 61 O M12.2 四、数码显示控制梯形图 求是教仪 可编程控制器实验指导书 97 M12.1M12.2M10.2M11.3M11.2M11.4M12.0M11.5M11.1Q0.1M11.1M11.2M11.4M11.
24、5M11.6M12.0M12.1M11.1M10.4M12.2M11.7Q0.3Q0.2M10.3M0.1TONT37PTINTON +20T38PTIN +30M0.0I0.0M0.1M0.1T37M0.1M0.0I0.1TONM10.0INPT+20T39M0.2M10.0Q0.0 +18M10.1DATAS_BITENNENOSHRBM1.0M0.2M12.2M10.1M11.1M11.4M11.3M0.0T39T38M1.0M11.4M11.6M11.7M12.1M12.2M11.6M12.0M11.7M12.1M12.2M11.3 图 2-2 数码显示控制梯形图 求是教仪 可编程控制
25、器实验指导书 97 Q0.6Q0.7M10.1R18M10.7Q0.4M11.4M11.5M11.7M12.1M11.6Q0.5M11.3M10.5M11.3M11.7M10.6M11.1M12.1M11.1M11.0I0.1M11.6M11.7M12.2M12.1M11.5M12.2 图 2-2 (续)求是教仪 可编程控制器实验指导书 97 实验三 舞台灯光的模拟控制 一、实验目的 用 PLC 构成舞台灯光控制系统 二、实验内容 3 控制要求 L1、L2、L9L1、L5、L8L1、L4、L7L1、L3、L6L1L2、L3、L4、L5L6、L7、L8、L9L1、L2、L6L1、L3、L7L1、
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