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1、机电传动控制Mechatronic Transmission Control,第7章 可编程序控制器7.1 PLC的结构和原理7.1.1 PLC的结构7.1.2 PLC的工作原理7.2 PLC编程7.2.1 基本指令7.2.2 编程指导,继电器控制系统简单易懂，操作方便，价格便宜，很难实现复杂控制任务（组件多，体积大，连线复杂），可靠性不高，修改控制功能困难 计算机控制系统灵活通用，容易实现复杂控制任务，编程难度高，不适应工业环境，价格昂贵 PLC集合二者优点于一身，是现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一,早期PLC主要用于逻辑顺序控制，因此被称为可编程逻辑控制器（P
2、rogrammable Logic Controller，简称PLC）。如今PLC的功能早已超出逻辑顺序控制的范围，因此又被称为可编程序控制器（Programmable Controller，简称PC），但由于易与个人计算机相混淆，故仍习惯称之为PLC,PLC的定义 PLC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。采用可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计,PLC的特点 可靠性高，抗
3、干扰能力强，控制功能强，用户使用方便，编程方便简单，设计、安装、调试周期短，易于实现机电一体化 目前，PLC向着高速度和大容量、超大型和超小型、智能化与网络化、可靠性和安全性、编程语言多样化等方向发展,PLC采用典型的计算机结构,CPU接收并存储现场输入设备的状态或数据接收并存储从外设（编程器）输入的用户程序和数据检查PLC硬件工作状态，诊断用户程序中的语法错误执行用户程序，并把执行结果传送到相应的输出装置，从而产生相应的控制信号,存储器系统程序存储器：存储厂家编写的系统程序，采用只读存储器ROM用户程序存储器：存储用户编写的控制程序，多采用随机存储器RAM工作数据存储器：存储控制过程中的中间
4、数据，采用随机存储器，包括I/O映像寄存器和系统软元件寄存器,工作数据存储器I/O映像寄存器：存储输入/输出（I/O）设备的状态和数据，一个开关量I/O占用一个位，一个模拟量I/O占用一个字系统软元件寄存器：存储PLC内部各类软元件（I/O继电器、辅助继电器、定时器、计数器、数据寄存器等）,输入/输出（I/O）接口又称I/O单元或I/O模块，是PLC与现场之间的连接部件PLC通过输入接口检测被控对象的各种数据，并将这些数据作为控制依据，同时通过输出接口将处理结果送给被控对象，以实现控制目的I/O接口可将外部输入/输出设备的各类电平信号转换为PLC能处理的标准电平信号I/O接口一般具有光电隔离和
5、滤波功能，以提高PLC的抗干扰能力,I/O接口类型数字量（开关量）输入接口：直流输入接口、交流输入接口、交/直流输入接口数字量（开关量）输出接口：继电器输出接口、晶体管输出接口、双向晶闸管输出接口模拟量输入接口模拟量输出接口,数字量直流输入接口,数字量直流输入接口开关K0闭合，24V内部直流电源回路闭合，输入指示灯变亮，光电耦合器导通并输出高电平，输入寄存器X0状态为ON开关K0断开，24V内部直流电源回路断开，输入指示灯不亮，光电耦合器无法导通并输出低电平，输入寄存器X0状态为OFF光电耦合器起电平转换和电气隔离的作用,数字量交流输入接口,数字量交流输入接口开关K0闭合，输入指示灯变亮，光电
6、耦合器导通并输出高电平，K0对应的输入寄存器X0状态为ON开关K0断开，输入指示灯不亮，光电耦合器不导通输出低电平，K0对应的输入寄存器X0状态为OFF,继电器输出接口,继电器输出接口负载对应的输出寄存器Y0状态为ON时，输出指示灯变亮，继电器KA线圈得电，其常开触点闭合，负载得电开始动作 负载对应的输出寄存器Y0状态为OFF时，输出指示灯不亮，继电器KA线圈失电，其常开触点断开，负载失电停止动作利用继电器KA实现电气隔离,晶体管输出接口,晶体管输出接口负载对应的输出寄存器Y0状态为ON时，输出指示灯变亮，光电耦合器导通并输出高电平，晶体管导通，直流负载得电开始动作 负载对应的输出寄存器Y0状
7、态为OFF时，输出指示灯不亮，光电耦合器不导通输出低电平，晶体管截止，直流负载失电停止动作利用光电耦合器实现电气隔离,继电器输出接口可驱动大功率的交、直流负载，但响应速度较慢 晶体管输出接口响应速度快，但只能驱动小功率直流负载 双向晶闸管输出接口响应速度快，但只能驱动交流负载,输入/输出接口的外部接线,第7章 可编程序控制器7.1 PLC的结构和原理7.1.1 PLC的结构7.1.2 PLC的工作原理7.2 PLC编程7.2.1 基本指令7.2.2 编程指导,PLC的工作原理PLC采用循环扫描的串行工作方式，每个扫描过程包括内部处理、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新五个阶段一个完整扫描过
8、程所需的时间称为扫描周期，扫描周期与CPU速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关，一般在1100ms之间,内部处理阶段：PLC故障自检 通信服务阶段：与编程器、计算机及其它PLC间的通信,输入采样阶段PLC对各输入端的输入状态（ON或OFF）按顺序进行采样（不论输入端是否接线），并存入输入寄存器，当前扫描周期内用户程序使用的输入状态均从输入寄存器中读取输入寄存器的内容只在输入采样阶段被刷新改变，虽然各输入状态的采样时间有先有后，但由于PLC扫描周期很短，所以可认为所有输入端的输入状态是同时进行采样的,执行程序阶段PLC按顺序扫描执行用户程序，每扫描到一条指令，所需的输入状态信息均从输入寄存器中
9、读取，而不是使用现场此时的输入状态，其它信息则从PLC的软元件寄存器中读取在执行用户程序过程中，每一次运算的中间结果都被立即写入软元件寄存器，因此软元件寄存器中的内容会随程序执行的过程而变化,输出刷新阶段PLC将软元件寄存器中与输出有关的状态转存到输出寄存器中，并通过不同输出方式驱动外部负载，如果用户程序对输出结果多次赋值，则只有最后一次有效各输出结果的输出时间实际有先有后，但由于PLC扫描周期很短，所以从宏观上看，各输出任务似乎是同时完成的,输入/输出响应滞后从输入端的输入信号发生变化到输出端对该输入变化做出反应，需要一段时间，这被称为PLC的输入/输出响应滞后时间响应滞后时间与PLC输入接
10、口滤波环节所带来的输入延迟、输出接口中驱动器件的动作时间以及I/O数、用户程序有关大中型PLC的I/O点数多，用户程序长，因此可采用定期采样/输出、中断采样/输出以及智能I/O接口等方式来减小响应滞后时间,PLC的性能指标输入/输出点数（I/O数）扫描周期内存容量 指令条数 内部寄存器种类 高功能模块（A/D、D/A、高速计数、位控、速控、远程通讯、高级语言编程等）,PLC的内存除存放用户和系统的程序外，还包括四个工作区I/O区：直接与外部输入、输出端子传递信息内部辅助寄存器区：存放中间变量数据区：存放中间结果专用寄存器区：定时时钟、标志、系统内部的命令,PLC的数据类型 由于PLC与接触器继
11、电器控制系统在结构形式、元件符号以及逻辑控制功能等方面的相似性，因此可将PLC的数据类型用继电器控制系统中的“继电器”、“触点”等概念来描述,PLC的数据类型输入信号数据：输入继电器X、字输入继电器WX输出信号数据：输出继电器Y、字输出继电器WY中间信号数据：内部继电器R定时/计数数据：定时器T/计数器C数据寄存器DT十进制常数K、十六进制常数H,输入继电器X 通过PLC输入端子以二进制方式记录外部输入设备状态（ON或OFF）,输入继电器X和字输入继电器WX X按“位”寻址，WX按“字”（16位）寻址,松下FP1C24型PLC有16个输入，X0XF（WX0），利用扩展单元，其最大输入点数为20
12、8，X0X12F（WX0WX12），但受主机驱动能力限制，一般只能扩展到100120，其余可作内部继电器使用,输入继电器使用注意事项不能使用实际不存在的输入继电器每个输入继电器均可提供无数个“触点”供编程使用，输入继电器ON时，“常开触点”闭合，“常闭触点”断开；输入继电器OFF时，“常开触点”断开，“常闭触点”闭合输入继电器状态只能由外部输入信号驱动，不能由内部程序修改,输出继电器Y 通过PLC输出端子将PLC程序执行结果（ON或OFF）作为控制信号输出，以启动外部设备（如电磁阀、控制面板或智能单元）,输出继电器Y和字输出继电器WY与输入继电器类似，Y按“位”寻址，WY按“字”（16位）寻址
13、松下FP1C24型PLC有8个输出，Y0Y7，利用扩展单元，其最大输出点数为208，Y0Y12F（WY0WY12），但受主机驱动能力限制，一般只能扩展到100120，其余可作内部继电器使用,输出继电器使用注意事项每个输出继电器均可提供无数个“触点”供编程使用，输出继电器ON时，“常开触点”闭合，“常闭触点”断开；输出继电器OFF时，“常开触点”断开，“常闭触点”闭合输出继电器一般在程序中限定使用一次（禁止双重输出）,内部继电器R、WR可分为通用内部继电器和特殊内部继电器。通用内部继电器用于存放中间控制变量，其作用与接触器继电器控制系统中的中间继电器相似；特殊内部继电器有专门的用途与输入继电器类
14、似，R按“位”寻址，WR按“字”（16位）寻址，松下FP1C24型PLC有1008个通用内部继电器，R0R62F（WR0WR62），有64个特殊内部继电器，R9000R903F（WR900WR903）,内部继电器使用注意事项内部继电器仅用于程序内部运算，不会产生外部输出每个内部继电器均可提供无数个“触点”供编程使用。内部继电器ON时，“常开触点”闭合，“常闭触点”断开；内部继电器OFF时，“常开触点”断开，“常闭触点”闭合通用内部继电器一般在程序中限定使用一次（禁止双重输出），用户程序只能使用特殊内部继电器的触点，但不能控制其状态（ON或OFF）,内部继电器使用注意事项通用内部继电器分为两类：
15、非保持型和保持型当电源断开或PLC由“运行”模式切换为“编程”模式时，保持型继电器会保持其状态（ON或OFF），而非保持型继电器将被复位松下FP1C24型PLC有160个非保持型通用内部继电器，R0R9F（WR0WR9），有848个保持型通用内部继电器，R100R62F（WR10WR62）,十进制和十六进制常数十进制常数K用于指定十进制常数，范围-3276832767（16位）十六进制常数H用于指定十六进制常数，范围H0HFFFF（16位）,第7章 可编程序控制器7.1 PLC的结构和原理7.1.1 PLC的结构7.1.2 PLC的工作原理7.2 PLC编程7.2.1 基本指令7.2.2 编程
16、指导,PLC的编程方式 与普通计算机不同，PLC提供了多种适应工业环境的编程方式梯形图指令编程功能图编程逻辑图编程,梯形图类似于接触器继电器控制系统电路图，通过触点状态组合表达系统的控制逻辑 梯形图起始于左母线、结束于右母线，按从左到右、从上到下的顺序执行 梯形图用 表示“输出”，用|表示“常开触点”，用|/|表示“常闭触点”,接触器继电器控制系统采用硬逻辑并行方式，若某继电器线圈通电或断电，那么其所有触头不论处在何处，都会立即同时动作 梯形图采用从上到下的顺序扫描方式，若某内部继电器的线圈接通或断开，其触头不会立即动作，必须等扫描到该触头时才会动作,梯形图编程规则每一个“输出”及其控制逻辑（
17、串、并联触点）构成一个控制逻辑行，“输出”直接连于右母线，与左母线间必须有触点（步进除外）触点可串、并联，“输出”只能并联不能串联（定时器除外）每一个“输出”在程序中只能出现一次（避免多重输出）,第7章 可编程序控制器7.1 PLC的结构和原理7.1.1 PLC的结构7.1.2 PLC的工作原理7.2 PLC编程7.2.1 基本指令7.2.2 编程指导,逻辑“开始”,逻辑“开始”X0为ON时，其常开触点闭合（Y10为ON），常闭触点断开（Y11为OFF）X0为OFF时，其常开触点断开（Y10为OFF），常闭触点闭合（Y11为ON）,逻辑“与”X0、X1均为ON且X2为OFF时，Y10才能为ON
18、,逻辑“或”X0为ON或X1为ON或X2为OFF时，Y10为ON,组逻辑“与”,组逻辑“与”X0和X1组成逻辑块1，X2和X3组成逻辑块2X0或X1为ON、且X2或X3为ON时，Y10为ON,组逻辑“或”X0和X1都为ON、或者X2和X3都为ON时，Y10为ON,不能出现如下桥式电路，违背PLC自上到下的执行顺序,微分,微分DF：在检测到X0的上升沿（OFFON）时，Y10仅接通（ON）一个扫描周期DF/：在检测到X1的下降沿（ONOFF）时，Y11仅接通（ON）一个扫描周期,微分指令使用注意事项(1)X1为OFF，即使X0有上升沿，Y10仍为OFF(2)X0为ON，即使X1有上升沿，Y10仍
19、为OFF(3)X1为ON，若X0有上升沿，则Y10在一个扫描周期内为ON,如果X0或X1的上升沿都能使Y0为ON，则应使用以下程序,置/复位,置/复位X0为ON时，执行置位（SET）指令，Y30为ON并保持ON（即使此后X0为OFF，Y30仍为ON）X1为ON时，执行复位（RST）指令，Y30为OFF并保持OFF（即使此后X1为OFF，Y30仍为OFF）置/复位指令可多次使用具有同一编号的输出（Y或R）,保持,保持X0为ON时，执行置位指令，R30为ON并保持ON（即使此后X0为OFF，R30仍为ON）X1为ON时，执行复位指令，R30为OFF并保持OFF（即使此后X1为OFF，R30仍为OF
20、F）若X0、X1同时为ON，则复位输入优先（R30为OFF）,定时器,定时器TMR：以0.01秒为定时单位的延时定时器TMX：以0.1秒为定时单位的延时定时器TMY：以1秒为定时单位的延时定时器定时器设定时间为定时单位设定值，设定值为K1至K32767的十进制常数，图例中为0.130=3秒,定时器的串联,定时器的并联,计数器,计数器当X0的上升沿被检测十次后，计数器触点C100闭合，Y31为ONX1为ON时，经过值被复位，计数器触点C100断开，Y31为OFF设定值为K0至K32767的十进制常数,结束ED表示常规程序的结束,第7章 可编程序控制器7.1 PLC的结构和原理7.1.1 PLC的
21、结构7.1.2 PLC的工作原理7.2 PLC编程7.2.1 基本指令7.2.2 编程指导,PLC控制系统设计首先进行I/0地址分配然后编写梯形图检查、调试梯形图对PLC的I/O进行外部接线,输入/输出滞后现象（设X0已闭合）,输入/输出滞后现象（设X0已闭合）图a：在第一次扫描循环中，首先扫描触头R0（断开），所以输出继电器Y0也断开。当扫描到第二行时，由于X0接通，所以内部继电器R0也接通，但由于它的触头在上一行，因此Y0仍旧断开，所以在输出刷新阶段，输出继电器Y0没有得电；在第二次扫描循环中，由于R0已接通（第一次扫描的中间结果），其触头R0闭合，Y0也接通，所以在输出刷新阶段，Y0得电
22、图b：在第一个扫描周期结束后，Y0就得电了,启动和复位电路 X0闭合，Y0得电；X1闭合，Y0失电,触发电路 t0时X1接通前沿，R0接通一个扫描周期T，Y1接通，其常开触头Y1闭合。t1时X1再次接通前沿，R0、R1接通，Y1断开。在输入X1的控制下，输出Y1不断通、断,延时接通电路（输入X0不带自锁）输入X0接通时，R0接通，定时器T0接通，0.150=5S后，T0常开触头闭合，输出Y0接通。输入X1接通后，R0断电，T0复位，其常开触头断开，Y0断开,延时断开电路（输入X0不带自锁）输入X0接通，R0接通，输出Y0接通，定时器T0接通，延时0.150=5s后，其常闭触头断开，Y0断开,延
23、时断开电路（输入X0不带自锁）X0闭合后，定时器T0和输出Y0接通，延时3s后，T0常闭触头断开，Y0和T0都断电,振荡电路（输入X0带自锁）输入X0闭合后，输出Y0通、断交替进行，接通时间1s由定时器T1决定，断开时间1s由定时器T0决定,长延时电路（输入X0带自锁）,长延时电路（输入X0带自锁）X0接通后，定时器T0接通，10s后其常开触头闭合，计数器CT100接通，同时T0常闭触头断开，T0断电，其常开触头断开，CT100仅计数一次，随后T0重新计时，如此循环，当CT100经过10s20=200s后，CT100常开触头闭合，输出Y0接通,习题1 电路设计要求：输入X0接通时，输出Y0立即
24、接通；输入X1断开时，Y0延时6s断开（1）若X0、X1均外接带自锁的按钮，请画出该电路的梯形图（2）若X0、X1均外接不带自锁的按钮，请画出该电路的梯形图,单输入控制电路（输入X0不带自锁）X0第1次闭合，Y0接通，第2次闭合，Y0断开 利用一个中间继电器实现 利用计数器实现 利用置位SET和复位RST指令实现,利用一个中间继电器R0 第1次X0闭合，Y0接通而R0断开，X0断开，Y0、R0都接通；第2次X0闭合，Y0断开而R0接通，X0断开，Y0、R0都断开,利用计数器 第1次X0闭合，Y0接通，CT100计数1次；第2次X0闭合，CT100触头动作，Y0断开同时计数器复位,利用置位SET和复位RST指令 第1次X0闭合，R0、Y0都接通；第2次X0闭合，R0、Y0都断开,习题2 试设计一个报警电路，报警开关S1（X0）接通时，要求报警：警灯（Y0）闪烁，警铃（Y1）响报警响应开关S2（X1）接通后，警灯从闪烁变为常亮，同时警铃关闭；警灯测试开关S3（X2）接通后，警灯亮；S1S3均为自锁开关,
