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1、可编程控制器原理与应用,实验部分,许少伦,主要内容,1.1 PLC简介,传统的继电接触控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中广泛应用。但这类控制装置体积大，耗电较多，功能少，特别是靠硬件连接构成系统，接线复杂，通用性和灵活性差。PLC是一种新型的电气控制装置，它将传统的继电控制技术和计算机控制技术融为一体，进入80年代，随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程控制器的功能已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，它具有数据运算、传送与处理功能和可以进行模拟量控制、位置控制，特别是远程通讯功能的实现，易于实现柔性加工和制造系统，被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制。,1.2
2、PLC硬件系统结构,1.3 PLC各部分作用,PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，这个过程可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。1.主机 主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，一切逻辑运算及判断都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是我们常说的电脑芯片。内部存储器有两类：一类是系统程序存储器，另一类是用户程序及数据存储器。系统程序存储器：主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应用
3、程序及各种暂存数据、中间结果。2.输入/输出（I/O）接口输入接口用于接收输入设备（如：按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备（如:接触器、电磁阀、指示灯等）。,1.3 PLC各部分作用,3.电源 电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。4.编程器 编程器是PLC很重要的外部设备，它主要由键盘、显示器组成。编程器分简易型和智能型两类。小型PLC常用简易编程器，大、中型PLC多用智能编程器。编程器的作用是编制用户程序并送入PLC程序存储器。利用编程器可检查、修改、调试用户程序和在线监视PLC工作状况。
4、现在许多PLC采用和计算机联接，并利用专用的工具软件进行编程和监控。,1.4 PLC的工作原理,PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，这个过程可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。1、输入采样阶段 PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。2、程序执行阶段 PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行程序指令。其过程如下：
5、从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。3.输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通/断，这才是PLC的实际输出。由PLC的工作过程可见，在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出状态的改变就需
6、要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。,1.5 TWDLCAE40DRF,本设备为一体型40 I/O 控制器，主要配置如下：具有24个数字量输入（24VDC），14个继电器（2A）和2个晶体管（1A）输出具有2 个模拟电位器输入具有1 个集成的串行口具有一个支持附加串行口的插槽内置 RTC具有一个用户可更换电池的电池盒最多连接7 个扩展I/O 模块最多连接2个AS-Interface V2总线接口模块可连接1个CANopen现场总线接口模块连接一个可选内存插卡(32 KB或64 KB)可连接一个可选的操作器显示模块,本实验采用Twido PLC，型号为TWDLCAE40DR
7、F，采用电源：24VDC，100240 VAC，通讯协议：Modbus，CANopen，Ethernet（两种40点一体型本体内置）。,2.TwidoSoft,TwidoSoft 是一个为Twido 可编程控制器建立、配置和维护应用程序的图形化开发环境。TwidoSoft 是一款32 位的基于Windows 的程序，可在操作系统是Microsoft Windows 98第二版和Microsoft Windows 2000 Professional 的个人计算机运行。TwidoSoft 1.13 或更高版本也可以在Microsoft Windows XP 上运行。,本实验所使用的软件版本是Twi
8、doSoft V3.2。,2.1 主窗口,TwidoSoft 主窗口为菜单和命令、窗口和工具栏以及应用程序的查看提供了轻松的访问方法。,2.2 应用程序浏览器,2.3 状态条,2.4 首选项,2.5 梯形图浏览器窗口,梯形图编辑器窗口,指令表梯级编辑器窗口,指令表梯级编辑器是一个可以从梯形图浏览器中打开的二级程序编辑器，用于编辑无法转化为梯形图语言的梯级。,此对话框包含两个部分：*上部分区域包含了不能转化为梯形图语言的指令表程序段。*下部分区域包含了程序错误和可逆性警告。,指令表编辑器,此指令表编辑器是一个简单的创建和修改指令列表程序的行编辑器。,配置编辑器,使用配置编辑器对软件资源和一些硬件
9、资源(见配置编辑器工具栏以确定哪些资源能被配置)进行浏览和配置。,变量符号编辑器,使用变量符号编辑器创建和管理程序中使用的变量符号。变量符号编辑器在在线和离线模式都可以被使用，但在监测模式下不可用。变量符号表包含符号，注释和地址栏，以电子表格的形式进行组织，每行定义一个变量符号。,对象浏览器,此对象浏览器对话框是在使用变量符号编辑器时用来插入或编辑变量符号。,程序错误、交叉引用浏览器,此程序错误浏览器窗口在分析程序时显示程序错误和警告，分析程序可以通过选择主菜单的程序分析程序实现从主菜单。,此交叉引用浏览器显示操作数，变量符号，行或梯级数和操作符列表。在应用程序的修改和调试中便于找到相应的项。
10、,动态数据表编辑器,使用动态数据表编辑器查看变量值，当 PC 连接到处于运行或停止状态的控制器时。动态数据表用于在线调试和调整程序。程序运行时，查看变量的变化以比较实际值和期望值。,存储器编辑器：显示页,利用存储器编辑器可浏览和最优化 PLC 的存储器资源。它分为两个页面：显示页，编辑页,此查看页包括所有和 PLC 存储器使用相关的信息。,存储器编辑器：编辑页,编辑页列出了应用程序使用和可用的数据对象的列表。所有经配置和使用的数据对象都占用存储空间。因此，配置应用程序实际需要的数据对象的数量就有可能使 PLC 的存储器需求最优化。,主要概念,应用程序浏览器 使用应用程序浏览器查看、配置、编制和
11、维护应用程序。同样的命令也可以方便地从菜单中获得。可用图形化的方式来配置控制器，扩展I/O 和选件。存储器分配 通过状态栏中的存储器使用状态（在存储器编辑器中也可见）来查看程序已使用存储器的百分比。当可用存储器低到一定程度时，会发出警告在线和离线操作 离线操作中，TwidoSoft 未与控制器相连，所以只能改变PC 存储器中的应用程序。使用离线操作来创建和配置应用程序。在线操作中，TwidoSoft 直接与控制器相连，所以能改变控制器存储器中的应用程序。使用在线操作来运行控制器和调试修改应用程序。应用程序保护 应用程序可以被保护，以防止未授权的查看，修改和复制。,工作模式,TwidoSoft
12、操作可以是在线或离线，这取决于 PC 和控制器的连接情况。1、在线操作时，PC 连接到控制器上。2、离线操作时，PC 和控制器断开。使用离线操作开发应用程序。PC 和控制器断开。只对 PC 存储器中的应用程序作出修改。修改后，应用程序必须从 PC 存储器传输到控制器存储器并在控制器上运行。使用在线模式调试和修改应用程序。PC 与控制器相连。PC 存储器中的应用程序等同于控制器存储器中的应用程序。修改会直接传到控制器的存储器中。,工作状态,工作状态指示 TwidoSoft 的离线或在线状态，并指定允许的操作。有四种工作状态：1、初始2、离线3、在线4、监测当前的工作状态显示在状态栏的最右端。,连
13、接PC到Twido控制器,连接PC 到Twido 控制器需要通讯电缆。可以用以下任意一种方式来连接：1、使用特殊的多功能电缆将PC 的COM 或USB 串行口与控制器的端口1 相连：*TSX PCX 1031(2.5m)电缆实现在RS-485 和RS-232 间的信号转换，*TSX PCX 3030(2.5m)电缆实现在RS-485 和USB 间的信号转换。2、使用电话线连接两个调制解调器，一个调制解调器接到控制器的端口1，另一个接到PC 的COM 串口(或是内置调制解调器)。3、如果使用支持以太网的模块(比如TWDLCAE40DRF)，你可以用SFTP Cat5 RJ45以太网电缆把PC 和
14、控制器RJ-45 连接到集线器或交换机上(hub/switch)。所有Twido 控制器的端口1 都是内置的RS-485 端口，必须使用此端口与TwidoSoft 编程软件进行通讯。当把通讯电缆连至端口1 时，自动进入与TwidoSoft通讯需要的通讯协议的工作模式。TSX PCX 1031 和TSX PCX 3030 编程电缆配有四位旋转开关以用于不同模式。将开关置于位置2 即为TwidoSoft 软件编程模式。,TSX PCX 1031 或TSX PCX 3030 通讯电缆,电话线连接,通过以太网连接,编程和配置,TwidoSoft可使用梯形图、列表和Grafcet编程语言对Twido可编
15、程控制器进行编程。你可以选择指令表或梯形图方法来编程，选择哪一种方法是个人喜好问题，并不影响应用程序的结果。1、梯形图语言同时包含图形和文本。2、指令表语言是一种基于文本的指令集。无论使用指令表语言还是梯形图语言，依照逻辑顺序编写程序以便控制机器或进程。可以自动转换或逆转梯形图指令成为指令表指令。如果程序结构和指令与转换规则吻合，也可将指令表指令转换为梯形图指令。无论使用哪种语言，都可以对程序作注释。,梯形图语言,由梯形图语言编写的程序包含相连的图形元件组成的网络，这些元件组织成为梯级并由控制器顺序执行。梯形图是梯形图程序的图形化表示，类似于继电器逻辑图。每个梯级包含一个相连的图形化元件网络，
16、组织在以左右两条母线栏开始和结束的可编程网格中。图形化元件代表：1、控制器输入和输出，如传感器，按钮，和继电器。2、算术，逻辑，比较和数字操作。3、预定义系统功能，如定时器和计数器。4、控制器内部变量，如位和字。每个梯级包含：1、梯级头表示梯级的目的。2、编程网格单元最多包含七行十一列。每个单元一行高一行宽。图形元件插入到由水平和垂直连接线构成的网格中。,编程网格,梯形图编程网格分为两个区：1、测试区包括动作发生所必须具备的条件。包括列 1-10，由触点，功能模块，和比较模块组成。2、动作区包括测试区相关测试条件所引起的输出或操作。由列 9-11 组成并包括线圈和操作模块。,梯形图图形单元,触
17、点图形单元用于测试区编程且占据一个单元（一行一列）。,图形连接单元用于连接测试和动作图形单元。,梯形图图形单元,线圈单元用于动作区编程且占据一个单元（一行一列）。,梯形图图形单元,功能模块的图形单元在测试区被调用，需要四行两列单元（除了超高速计数器需要五行两列）。,比较模块在测试区被调用，操作模块在动作区被调用。,梯形图编程原则,1、PLC编程元件的触点在编程过程中可以无限次使用，每个继电器的线圈在梯形图中可以有多重涉及，但只有最后的结果才能更新硬件的输出。2、梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止于右母线。线圈总是处于最右边，且不能直接与左边母线相连。,3、编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻
18、、左重右轻”。4、两个或两个以上的线圈可以并联，但不可以串联。5、同一梯级头中只能有一个操作模块，但可以并联多个线圈。,指令表语言,以指令表语言编写的程序，包含一系列由控制器顺序执行的指令。每个指令表指令由一个单一程序行表示，并包含三个部分：1、行号-在用户输入指令时自动生成。空白行与注释行没有行号。2、指令代码-是操作符的符号，确定使用操作数执行的操作。典型的操作符识别布尔和数字操作。指令主要有两种类型：测试指令这些指令测试或设置执行某一动作的必要条件。例如，LOAD(LD)和 AND。动作指令这些指令在设置好条件的基础上执行动作。例如，赋值指令如 STORE(ST)和RESET(R)。3、
19、操作数(一个或多个),是程序可在指令中处理的数字，地址，或表示值的符号。一条指令根据指令代码的类型可以包含零到三个操作数。操作数表示以下项：,控制器输入和输出，如传感器，按钮，和继电器。预定义的系统功能，如定时器和计数器。算术，逻辑，比较和数字操作。控制器内部变量，如位和字。,基本指令,1、布尔指令 布尔指令可与梯形图语言元素相比较。这些指令归纳如下表所示：,基本指令,用于布尔指令的允许操作数类型：,基本指令,2、程序指令 END指令 定义一个程序扫描执行的结束。可以设置在触点闭合时，则程序结束。,跳转指令 使程序执行立即中断并转入执行标号为%Li（i=1-16）的程序行。,有条件END指令示
20、例,无条件END指令示例,基本指令,双击想要跳转到的梯级头；在梯级注释区内，选取“编号%Li(L):”，在“标号/子程序/步进编号”中设置数字1-16；最后单击“确定”。,注意：1.跳转指令不允许用于圆括号内，且不能位于指令AND,OR和右括号指令)之间。2.标号只能位于指令LD,LDN,LDR,LDF 或 BLK之前。3.标号%Li的编号在程序中只能被定义一次。4.程序可以向下或向上跳转，当向上跳转时，必须注意程序扫描时间。5.延长扫描时间可能导致看门狗的触发。,基本指令,3、子程序指令 子程序由三部分组成：SRn 指令调用标号为SRn的子程序。,子程序用标号SRn:表示，n=0到63对于其
21、它控制器。,RET 指令位于子程序的最后，返回到主程序。,注意：1.一个子程序不能调用另一个子程序。2.子程序指令不允许用于圆括号内，且不能位于指令AND(,OR(和右括号指令“)“之间。3.标号只能位于指令LD 或 BLK之前，用于标识一个布尔等式（或梯级）的开始。4.赋值指令不能跟随在子程序调用之后。这是因为子程序可能改变布尔运算累加器的内容。这样返回时，它的值可能与调用前不同。,基本功能模块,1、定时器功能模块 在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms,10ms,100ms,1s,1min。可以用用户程序存储器那的常数作为预置值
22、。定时器功能模块使用图例：,基本功能模块,定时器具有如下参数：,注意：预置值越大，定时器的精度越高。,基本功能模块,TOF类型定时器操作时序图：,TON类型定时器操作时序图：,TP类型定时器操作时序图：,基本功能模块,1、加/减计数器功能模块计数器功能模块使用图例：,基本功能模块,计数器功能模块具有如下参数：,基本功能模块,加/减计数器操作的主要过程：,注：控制器停止后热启动对计数器的当前值（Ci.V）没有影响。,基本功能模块,2、移位寄存器功能模块：通过输入或指令可将寄存器中的位左移或右移，且热启动后，寄存器内的字仍保留。,移位操作前后的位形式如图：,基本功能模块,移位寄存器功能模块具有下列
23、参数：,基本功能模块,3、步进计数器功能模块：步进计数器功能模块(%SCi)提供了一系列的步，这些步可赋值给动作。从一个步移动到另一个步取决于外部或内部事件。每当一个步处于激活状态时，相关位被置为1。步进计数器在一个时刻只能有一个步被激活。,步进计数器功能模块操作时序图,步进计数器功能模块使用图例,基本功能模块,步进计数器功能模块具有下列参数：,高级功能模块,Twido可编程控制器的高级模块包括LIFO/FIFO寄存器功能模块（Ri）、脉宽调制功能模块(%PWM)、脉冲发生器输出功能模块（%PLS）、鼓控制器功能模块(%DR)、高速计数器功能模块(%FC)、超高速计数器功能模块(%VFC)、发
24、送/接收消息-交换指令（EXCH）、交换控制模块（%MSGx）。,1、LIFO/FIFO寄存器功能模块 一个寄存器是一个内存块，可以存储16个16位的字，它有以下两种方式：队列方式（先进先出）即FIFO；堆栈方式（后进先出）即LIFO。,右图的编程示例显示了寄存器%R0未满(%R0.F=0)时，使用存储请求(%I0.1)将一个存储字(%MW1)的内容装入寄存器(%R0.I)。寄存器的存储请求由%M1实现。取出请求由输入%I0.2来实现，且如果寄存器不为空（%R0.E=0），则%R0.O的内容被装入%MW2。,高级功能模块,寄存器功能模块具有如下参数：,控制器停止后热启动(%S1=1)对寄存器的当前值和输出位的状态没有影响。,编程方法,TwidoSoft 在开发应用程序时，提供了编辑器和浏览器窗口以执行相应的任务。一个TwidoSoft 应用程序包含程序，配置数据，变量符号和文档管理。这些组成部分可以在构建应用程序时以任意顺序使用。例如，一个应用程序可以依照如下顺序开发：1、定义配置数据，2、定义变量符号，3、编写程序指令，4、添加注释和打印文档。这只是组织这些任务的其中一种方法；如果以逆序执行也同样容易。使用不同的编辑器开发应用程序的每一个部分使得应用程序开发过程更加系统，使整个应用程序更加清晰。,Thank You!,
