PLC基础培训教材.docx

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1、 PLC编程理论与控制原理 目录第一章 PLC基本工作原理11 基本原理312扫描原理 313 I/O映象区314 输入输出操作 415中断处理 4第二章 PLC硬件结构21 处理器单元 522 EEPROM存储模块 623 扩展单元724 手执式编程器725 安装设备DIN道轨 7第三章 PLC I/O接口31电源电路的连接及性能 832 接地833 输入输出934安装位置图10第四章 基本指令和基本逻辑说明41 基本逻辑指令 1142 基本逻辑指示说明 12第五章 PLC用户程序编程51 完成一个用户程序的步骤 1852 梯形图（LAD） 1853 扫描周期 1954语句表（STL）19

2、第一章 PLC基本工作原理 PLC（Programmable Logic Controller)是目前工控的主要工具，具有高可靠性、丰富的I/O接口模块、模块化结构、编程简单、安装维护方便、系统设计和调试周期短等特点。广泛应用于逻辑控制、计数控制、顺序控制、PID控制、数据处理、通信和联网等工业控制领域。 1 基本原理 可编程序控制器要完成控制任务是在其硬件的支持下,通过执行反映控制要求的用户程序来完成的。这一点是和计算机的工作原理一致的， 所以可编程序控制器工作的基本原理是建立在计算机工作原理之上的，其实质上也是一种计算机控制系统，只不过它具有比计算机更强的与工业过程想连的接口，具有更适合用

3、于控制要求的编程语言。 可编程序控制器的CPU是采用按顺序逐条扫描用户程序的运行方式工作的，它的输入输出是在扫描到该I/O点时才读入开关信号或刷新输出信号，考虑到继电器控制装置中各类触点的动作时间一般在100MS以上，故可编程序控制器扫描用户程序的时间一般都小于100MS。 2 扫描原理 可编程序控制器对用户程序的扫描不是执行一就结束,而是对整个程序一遍一遍不停的循环执行,直至停机. 扫描周期的长短,首先与每条指令执行的时间长短有关,其次与所用的指令类型以及包含指令条数的多少有关。前者取决于机器的主频既时钟的快慢，机器选定之后，主频也就却定了，后者取决于被控系统的复杂程度及编程人员的水平。 3

4、 I/O映象区 在PLC系统中，决定被控变量状态的逻辑关系组成因素多数来自生产现场。从现场采集这些信息的方式有两种。 1） 在程序执行中，需要某一信息，就到生产现场去采集该信息，采集到的信息是实时的，但采集时间可能略多。 2） 在每一循环扫描周期内，定时将所需要的现场有关信息采集到控制器中，存放在预先准备好的一定区域，即RAM的某一地址，称为输入映象区，输出映象区亦然。 I/O映象区的建立，使系统工作变成一个采集控制系统；并使可编程序控制器工作时只和内存有关地址单元内所存信息状态发生关系，而系统输出也只是给内存某一地址单元设定一个状态，因此，这时的控制系统已经远离实际控制对象，这一点为系统的标

5、准化生产，大规模生产创造了条件。 4 输入输出操作 PLC的工作方式是循环扫描执行用户程序，所建立的输入输出映象区，只是在扫描周期的适当时刻，在操作系统的组织下，将输入映象区 信息全部倾卸给外设，同时也可以从外设读入信息。对一般的外设来讲，这种输入输出方式可以满足要求。但是PLC的功能在不断的扩展，特别是特殊模块、智能模块被当作I/O外设以及中断控制的利用等，对响应的及时性提出了新的要求。所以，输出交换正常的周期性输入信息就无法满足要求。系统的周期性扫描与外设希望的及时响应矛盾的解决办法是设法将有关要输入或输出的信息分离出来，即这一部分信息的输入输出与系统CPU的周期扫描脱离，利用专门的硬件模

6、块或通过软件利用专门指令去执行某一个I/O映象区的输入输出。所以，PLC的循环扫描工作方式对外设希望及时响应要求的实现有一定的困难。 5 中断处理 PLC中断处理的特点： 1）中断的响应是在系统循环扫描的各个阶段。系统在工作过程中，不仅对用户程序进行扫描，而且对输入、输出、通信模块和自诊断程序都实行循环扫描。所以，对中断的响应不仅仅在扫描用户程序阶段，而且在循环扫描的各个阶段。 2）在PLC系统中，用户程序是循环扫描反复执行的。但是， 对于中断程序来说，只有中断申请被接受后中断程序被扫描一次。 3）中断源排队的先后顺序，在PLC中， 中断源的信息是通过输入点而进入系统的，中断源的先后顺序按照它

7、们占用的输入点编号 的前后顺序自动排队的。 在PLC中，中断服务程序的编制与一般微机系统基本一致。但无中断嵌套关系，且中断服务程序执行的结果应尽快输出给外设。第二章 PLC硬件结构 PLC是以微CPU为中心的一个小型逻辑单元。其主要组成部分是由MCPU、CMOSLSI、CMOSIC、LSTTL（Triac relay）组成，其中内部还有DC 24V电源。 从PLC构成控制系统的方式来说，应包括下面几种部件。 * 基本单元（处理器单元） * 扩展单元 * 编程器单元 * EEPROM存贮器模块 * 通信线缆 1 基本单元（处理器单元） 处理器单元内部装有由I/O接口电路以及存贮器集合而成的固体电

8、路，该处理器将处理和控制编程信息，在控制软件的管理下是输出设备设备为响应输入设备的开/关状态而接通或断开。 其原理方框图如下： 编程信息用编程器输入，也可通过计算机输入用户程序，PLC将用户程序存储在处理器CMOS RAM中，当处理器断电时，由备用电池供电，以保证存贮器内容不变。处理器EEPROM模块和编程器（手执式）的直流操作电源，由控制器内部带熔丝的电源供电。 处理器结构特点： A：电源进线端子，一般具有自提升压线板，为接线提供了方便，并能确保接线的可靠。 B：输出接线端子；输入接线端子与电源进线相同。 C：自诊断指示器： DC POWER（绿色）：指示处理器单元已启动，直流电源已在供电。

9、 PC RUN （绿色）：指示处理器单元正在运行操作方式。 CPU FUALT（红色）：指示已检测到处理器或RAM出现故障，停止操作。 BATTERY LOW（红色）：为CMOS RAM提供备用电源的电池，其电压降低到极限值，LED灯亮警示用户更换电池。 FORMED I/O（淡黄色）：指示一个或多个输入，输出地址已被强制接通或断开。 D：输入电源保险丝：如果电源的进线端有电压，而DC POWER灯不亮，可能是保险死断。 E：输入状态指示灯：当一个输入电路被接通时，则相应的状态指示灯亮。 F：输出状态指示灯：当一个已编程的输出指令是“真”时，则其相应的输出状态指示灯亮。 G：自动/手动开关：当

10、处理器单元电压下降或断开后，重新启动的方式由开关的位置决定。 H：EEPROM 存贮器模块组件：任选的存贮器模块可插入处理器单元中。 I ：编程器连接器：当需编程、编辑或监视操作时，并与编程器或电脑相连接。 J： 扩展单元的连接：用专用电缆连接。 k：备用电池：一般使用的备用电池为锂电池。 2 EEPROM存贮器模块 这是一任选的器件，他能很方便地插入到处理器单元中。其功能： A：存贮（复制）处理器内RAM中之内容，达到保存用户程序的目的。 B：传递EEPROM中之内容到RAM中。 3 扩展单元 其基本尺寸及外形结构与基本单元（处理器单元）相同，扩展单元只在于扩展I/O地址。其I/O地址是按照

11、扩展单元的排列次序顺延。 4 编程器（手执式） 它是一种用于编程、编辑、监视控制器操作的便携式编程装置。当需要时，它可用电缆连接到处理器上。其是用户与控制器之间的通信手段，能立即响应写入的信息，并提示该做什么和出错信息。 功能：在线操作； 编程读出、写入、插入、删除； 监视内部软元件监视、程序检查、工作状态监视； 测试强制ON/OFF，T、C、D当前值及设定值的变 更；写入文件寄存器等。 特点：清晰的液晶画面 充实的软件 应用指令查询的HELP功能 自动步进（+）、（-）功能 体积小，随带方便。 5 安装DIN道轨 处理器可直接安装在电气制柜上，也可以安装在DIN道轨上，处理器、扩展单元及其它

12、一些辅助控制单元上有方便安装在DIN道轨的槽和锁定夹。第三章 PLC I/O接口 1 电源电路的连接及性能 PLC的电源一般来说是120VAC240VAC，适用电压范围较宽。其外接电源线连接到PLC的N、L端口。 必须注意： A：基本单元与扩展单元的电源，务必同时接通或断开。 B：在紧急停止时，PLC的输出电路应在PLC外部切断。 C：电源若发生未满10MS的瞬间停电，PLC的 动作可以连续，长时间 的停电或电压过底，PLC就会停止动作，输出OFF状态，一旦电源恢复，PLC自动或受动再启动运行（RUN输入为ON）。 D：为不使电源电压降低，应选用2m的电源线。 2 接地 A：接地必须用 2m的

13、电线，接地电阻必须小于100欧。但切 勿与强电系统共地（如接地困难，可不接地，PLC仍能正 常工作。） B： 扩展单元与扩展模块和基本单元的接地端应互相连接，并 在基本单元侧接地。（即使不接地，两者也应连接）。另 外，各单元SG端也应用2m以上的电线连接器来。 3 输入/输出 PLC输入/输出有两种方式接线，即共源极和共漏极接法。共源极接法是将COM端接到直流电源的负极，其另一端通过元件接正极。共漏极接法是将COM端接到直流电源的正极，其另一端接负极。这样接法是根据你所选用的输入型号元件的类型和负载情况来决定其连接方法，并照此完成I/O口的连接。 PLC 输出有三种方式： 1：晶体管（TTL）

14、输出方式：适用的负载电源是DC 24V 。 2：可控硅输出方式：适用的负载电源可以是DC和AC。 3：继电器输出方式： 适用的负载电源可以是DC和AC。 以上2、3中的负载电源尽管可以使用直流或交流负载，但我们在使用中还是习惯用继电器负载输出型的PLC使用DC电源；而可控硅使用AC电源。 4 安装位置图 为了PLC安全、可靠的工作，有必要安装隔离变压器，并在电控柜壁有散热孔和风机。 说明： 1：一个标准的、适合于用户的并能避免用户控制器受电噪和空 气污染的电控柜。 2：断路装置，用来切断系统电源。 3：带熔丝的隔离变压器或恒压变压器，根据用户选择。 4：主控继电器/紧急停止电路。 5：端子板或

15、接线槽。 6：电控柜壁排气孔。 7：风机。 第四章 基本指令和基本逻辑说明 各个PLC制造公司在竞相推出自己的产品序列的同时，同样推出自己相应的用户程序软件包，并有自己的编程规则和指令结构。 1：基本指令介绍： 几乎所有的PLC基本编程指令只有20个左右。尽管指令的表达方式不一致，但内容是一样的。下面介绍一下三菱PLC 20个基本编程指令。符号称号功能电路表示 对称要素 LD 取指令运算开始常开接点 LDI 取反指令运算开始常闭接点 AND 与串联连接常开接点 ANI 与非串联连接常闭接点 OR 或并联连接常开接点 ORI 或非并联连接常闭接点 ANB 电路块与电路块串联连接 ORB 电路块或

16、电路块并联连接 OUT 输出线圈驱动指令 NOP 空操作无动作消去程序或空格用 SET 置位保持线圈工作的指令 RST 点位清除线圈工作的指令 PLS 脉冲检测上升沿的指令 PLF 脉冲检测下降沿的指令 MC 主控公共串联接点用线圈指令 MCR 主控复位公共串联接点用清除指令 MPS 进栈运算记忆 MRD 读栈记忆读出 MPP 出栈记忆读出复位 END 结束程序结束程序结束（回到0 步） 2 基本逻辑指示说明（1）逻辑赋值与输出线圈LD赋值指令，常开触点逻辑运算开始LDI取反赋值指令，常闭触点逻辑运算开始OUT输出，线圈驱动（2）触点串联：AND与指令，常开触点串联连接，可重复多次使用ANI与

17、非指令，常闭触点串联连接，可重复多次使用注：OUT 指令后，通过触点对其它线圈使用 OUT 指令称之为*接输出（上图的 OUT y4 ），这种*接输出如果顺序不错，可以多次重复。（3）触点并联OR 或指令，常开触点并联连接。ORI或非指令，常闭触点并联连接。0LDX4说明：并联边接的次数理论上无限制，但由于编程器和打印机的功能对此有限制，所以并联连接的实际次数限制在 24 行以下。1ORX62ORIM1023OUTY54LDIY55ANDX76ORM1037ANTX108ORM1109OUTM103（4）电路块的串、并联ORB 电路块或串联电路的并联连接ANB 电路块与并联电路的串联连接（5）

18、多重输出电路MPS进栈（Pvsh）MRD读栈（Read）MPP出栈（Pop）PLC 中有11 个存储运算中间结果的存储器，称之为栈存贮器。MPS / MRD / MPP 指令都是无操作元件号的指令。0LDX61MPS2ANDX73OUTY44MRD5ANDX106OUTY57MRD8ANDX119OUTY610MPP11ANDX1212OUTY7（6）主控触点MC主控电路块起点。MC 指令为 3 步指令MCR主控电路块终点（复位）MCR 为2 步指令0LDX01MCN0SPM1004LDX15OUTY06LDX27OUTY18MCRN0说明：N 的嵌套层数从 0 7 ，最多 8 层。（7）自保

19、持与解除SET置位令元件自保持 ONRST复位令元件自保持 OFF，清数据寄存器0LDX01SETY02LDX13RSTY0（8）脉冲输出PLS上升沿微分输出PLF下降沿微分输出0LDX01PLSM03LDM04SETY05LDX16PLFM18LDM19RSTY0（9）空操作指令NOP表示与动作、无元件程序若加入NOP 指令，改动或追加程序时，可以减少步序号的改变，另外，用NOP 指令替换已写入的指令，也可改变电路。程序执行全清操作时，全部指令变成NOP。（10）程序结束END输入输出处理程序回“第0 步”。PLC 反复进行输入处理、程序运算、输出处理，若在程序最后写入END指令，则以后的程

20、序就不再执行，直接进行输出处理。在程序调试过程中，按段插入 END 指令，可以顺序扩大对各程序段动作的检查。注意：执行END 指令时，也刷新警戒（看门狗）时钟（Watchdog timer) 第五章PLC 用户程序编程利用PLC 强大的指令群，可以很方便的设计各种控制系统的应用程序，其用户程序可以用 LAD （梯形图）和 STL （语句表）来表达。不过普通的PLC 的应用程序输入是用指令输入，其手写入器是用户与PLC 对话的工具，手写入器体积小，并能够编辑用户程序，提示用户如何进行下一步操作。 1 完成一个用户程序的步骤：（以Siemens 产品为例） 2 梯形图（LAD）：梯形图是工业控制行

21、业的一种编程语言，梯形图使用与继电器图解电路图相近似的图形符号。其逻辑关系及控制流程非常适合会熟悉继电器图解电路图的人员。梯形逻辑网络（network）是一行相连接的元件，它们组成了一个由左边的的电源线到右边输出元件或指令的完整的电路。图5-1梯形图举例梯形图代表硬线逻辑，它类似于程序指令序列。这一指令序列构成了程序。PLC 如梯形图所示从左到右，从上到下执行程序，一步一步地执行，循环往复，一个循环称为一个扫描周期。 3 扫描周期：是从PLC 读取输入状态开始，然后应用程序根据最机关报的输入状态执行，一旦程序执行完毕，CPU 便执行内部的诊断和通讯任务，扫描周期以更新输出告结束，循环时间取决于程序量、I / O 点数、以及所需的通讯量。注意：梯形图输入是由具有支持梯形图软件包装来完成的，且综与语句表（STL）可以互相转换。图5-2PLC 循环示意图（一个扫描周期） 4 语句表：语句表是使用布尔逻辑操作缩写助记符的编程语言，而尔操作根据变量的真和假（通与断）来工作。一个语句表是给可编程逻辑控制器的一条指令或指示，它包括两个部分：操作 表示要做什么操作数 表示要操作的对象 语句表指令乍上而下，与梯形图类似的循环方式执行。e.gFig 5-1 所示其指令表：LDI 0.0AI 0.1=Q 1.0LDI 0.2OI 0.4ANI 0.3 =Q 1.1