plc基礎(chǔ)

1、PLC基礎(chǔ),一、PLC的認(rèn)知初步,可編程序控制器概述可編程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，簡(jiǎn)稱(chēng)PC）。與個(gè)人計(jì)算機(jī)的PC相區(qū)別，用PLC表示。 PLC是用來(lái)取代繼電器、執(zhí)行邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。在可編程序控制器問(wèn)世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電器控制占主導(dǎo)地位的。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)有著明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度不高，尤其是對(duì)生產(chǎn)工藝多變

2、的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，一旦生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)，并改變硬件結(jié)構(gòu)，這造成了時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。 1968年，美國(guó)通用汽車(chē)公司(GM公司)為了在每次汽車(chē)改型或改變工藝流程時(shí)不改動(dòng)原有繼電器柜內(nèi)的接線(xiàn)，以便降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，而提出了研制新型邏輯順序控制裝置，并提出了該裝置的研制指標(biāo)要求，即10項(xiàng)招標(biāo)技術(shù)指標(biāo),這10項(xiàng)指標(biāo)實(shí)際上就是當(dāng)今可編程序控制器最基本的功能。 將它們歸納一下，其核心為以

3、下四點(diǎn)： (1) 用計(jì)算機(jī)代替繼電器控制盤(pán)。 (2) 用程序代替硬件接線(xiàn)。 (3) 輸入/輸出電平可與外部裝置直接連接。 (4) 結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展,可編程序控制器的定義、分類(lèi)及特點(diǎn),1. 可編程序控制器的定義 由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對(duì)它進(jìn)行確切的定 義是比較困難的。1982年，國(guó)際電工委員會(huì)(International Electrical Committee，IEC)頒布了

4、PLC標(biāo)準(zhǔn)草案，1985年提交了第2版，并在1987年的第3版中對(duì)PLC作了如下的定義：PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸?shù)妮斎牒洼敵觥?控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體和易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。

5、 上述的定義表明，PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過(guò)程、面向用戶(hù)的“自然語(yǔ)言”編程的一種簡(jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。,2.可編程序控制器的分類(lèi) （1）PLC硬件結(jié)構(gòu)的類(lèi)型 可編程序控制器發(fā)展很快，目前，全世界有幾百家工廠(chǎng)正在生產(chǎn)幾千種不同型號(hào)的PLC。為了便于在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝，便于擴(kuò)展，方便接

6、線(xiàn)，其結(jié)構(gòu)與普通計(jì)算機(jī)有很大區(qū)別。通常從組成結(jié)構(gòu)形式上將這些PLC分為兩類(lèi)：一類(lèi)是一體化整體式PLC，另一類(lèi)是結(jié)構(gòu)化模塊式PLC。,①整體式結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上看，早期的可編程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器或EPROM寫(xiě)入器相連的接口、輸入/輸出端子、電源、指示燈等都裝配在一起的整體裝置。一個(gè)箱體就是一個(gè)完整的PLC。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，成本低，安裝方便，缺點(diǎn)是輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是固定的，不一定能適合具體的控制現(xiàn)

7、場(chǎng)的需要。這類(lèi)產(chǎn)品有OMRON公司的C20P、C40P、C60P，三菱公司的FX系列，東芝公司的EX20/40系列等。,②模塊式結(jié)構(gòu)。模塊式結(jié)構(gòu)又叫積木式。這種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)是把PLC的每個(gè)工作單元都制成獨(dú)立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通信模塊等。另外，機(jī)器上有一塊帶有插槽的母板，實(shí)質(zhì)上就是計(jì)算機(jī)總線(xiàn)。把這些模塊按控制系統(tǒng)需要選取后，都插到母板上，就構(gòu)成了一個(gè)完整的PLC。這種結(jié)構(gòu)的PLC的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成非常靈活

8、，安裝、擴(kuò)展、維修都很方便，缺點(diǎn)是體積比較大。常見(jiàn)產(chǎn)品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西門(mén)子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。,（2）PLC大小的分類(lèi) 為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的應(yīng)用要求，可編程序控制器能夠處理的輸入/輸出信號(hào)數(shù)是不一樣的。一般將一路信號(hào)叫做一個(gè)點(diǎn)，將輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)的總和稱(chēng)為機(jī)器的點(diǎn)。按照I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為超小(微)、小、中、大、超大等五種類(lèi)型。,PL

9、C的組成與基本結(jié)構(gòu),1．中央處理器（CPU） CPU是PLC的核心部件，主要用來(lái)運(yùn)行用戶(hù)程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)以及進(jìn)行邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理。CPU用掃描的方式讀取輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，從內(nèi)存逐條讀取用戶(hù)程序，通過(guò)解釋后按指令的規(guī)定產(chǎn)生控制信號(hào)，然后分時(shí)、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、比較和變換等處理過(guò)程，完成用戶(hù)程序所設(shè)計(jì)的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù)，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制輸出設(shè)備響應(yīng)外部設(shè)備的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部診斷。

10、 2．存儲(chǔ)器 可編程控制器的存儲(chǔ)器由只讀存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和可電擦寫(xiě)的存儲(chǔ)器EEPROM三大部分構(gòu)成，主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序及工作數(shù)據(jù)。只讀存儲(chǔ)器ROM用以存放系統(tǒng)程序，可編程控制器在生產(chǎn)過(guò)程中將系統(tǒng)程序固化在ROM中，用戶(hù)是不可改變的。用戶(hù)程序和中間運(yùn)算數(shù)據(jù)存放的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中，RAM存儲(chǔ)器是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池做備用電源。它存儲(chǔ)的內(nèi)容是易失的，掉電后內(nèi)容

11、丟失；當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，用戶(hù)程序可以保存在只讀存儲(chǔ)器EEPROM或由高能電池支持的RAM中。EEPROM兼有ROM的非易失性和RAM的隨機(jī)存取優(yōu)點(diǎn)，用來(lái)存放需要長(zhǎng)期保存的重要數(shù)據(jù),3．電源 PLC的電源是指為CPU、存儲(chǔ)器和I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配備的直流開(kāi)關(guān)電源。電源的交流輸入端一般都有脈沖吸收電路，交流輸入電壓范圍一般都比較寬，抗干擾能力比較強(qiáng)。電源的直流輸電壓多為直流5V和直流24V。直流5V電源供PLC內(nèi)

12、部使用，直流24V電源除供內(nèi)部使用外還可以供輸入/輸出單元和各種傳感器使用。 4．輸入/輸出接口 I/O單元（輸入/輸出接口電路）。PLC內(nèi)部輸入電路作用是將PLC外部電路（如行程開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等）提供的符合PLC輸入電路要求的電壓信號(hào)，通過(guò)光電耦合電路送至PLC內(nèi)部電路。輸入電路有直流輸入電路、交流輸入電路和交直流輸入電路。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干擾能力，輸入響應(yīng)時(shí)間一般在0.1~15

13、ms之間。根據(jù)輸入信號(hào)形式的不同，可分為模擬量I/O單元、數(shù)字量I/O單元兩大類(lèi)。根據(jù)輸入單元形式的不同，可分為基本I/O單元、擴(kuò)展I/O單元兩大類(lèi)。PLC內(nèi)部輸出電路作用是將輸出映像寄存器的結(jié)果通過(guò)輸出接口電路驅(qū)動(dòng)外部的負(fù)載（如接觸器線(xiàn)圈、電磁閥、指示燈等）。輸出電路用于把用戶(hù)程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出到PLC外部，輸出電路具有隔離PLC內(nèi)部電路和外部執(zhí)行元件的作用，還具有功率放大的作用。 輸出電路有晶體管輸出型、可控硅輸出

14、型和繼電器輸出型三種。功能模塊是一些智能化的輸入/輸出電路。如溫度檢測(cè)模塊、位置檢測(cè)模塊、位置控制模塊和PID控制模塊等。,5．外部設(shè)備接口 外設(shè)接口電路用于連接編程器或其他圖形編程器、文本顯示器、觸摸屏、變頻器等并能通過(guò)外設(shè)接口組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC通過(guò)PC/PPI電纜或使用MPI卡通過(guò)RS-485接口與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、連網(wǎng)等功能。 6．I/O擴(kuò)展接口 擴(kuò)展接口用于擴(kuò)

15、展輸入/輸出單元，它使PLC的控制規(guī)模配置更加靈活，這種擴(kuò)展接口實(shí)際上為總線(xiàn)形式，可以配置開(kāi)關(guān)量的I/O單元，也可配置模擬量和高速計(jì)數(shù)等特殊I/O單元及通信適配器等。 7. 編程器 編程器是PLC的重要外圍設(shè)備。利用編程器將用戶(hù)程序送入PLC的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)?，F(xiàn)在手持式編程器已逐漸被筆記本取代。,注：在很多時(shí)候，PLC的輸出端并沒(méi)有直接連負(fù)載，而是接繼電器，一個(gè)繼

16、電器往往帶有數(shù)個(gè)常開(kāi)常閉觸點(diǎn)，可以帶動(dòng)多個(gè)負(fù)載，大大增加了靈活性和實(shí)用性。,第二節(jié) 可編程控制器工作過(guò)程 可編程控制器采用周期性方式工作，每個(gè)循環(huán)周期含有若干階段： 1）診斷階段 可編程控制器自檢，當(dāng)狀態(tài)正常時(shí)，進(jìn)入下一步工作，否則待機(jī)。 2）聯(lián)機(jī)通信階段 可編程控制器與上位計(jì)算機(jī)及其他可編程控制器相聯(lián)時(shí)，進(jìn)行聯(lián)機(jī)通信，傳送本機(jī)狀態(tài)信息和接收上位計(jì)算機(jī)指令。 3）輸入采樣階段 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸

17、入端口狀態(tài)（ON或OFF，即“0”和”1“）進(jìn)行掃描，并將信號(hào)狀態(tài)存放輸入狀態(tài)寄存器，也稱(chēng)輸入刷新，可編程控制器工作在其他階段時(shí)，即使信號(hào)狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器內(nèi)的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化，狀態(tài)變化只能在下一個(gè)工作周期的輸入采樣階段才被讀入。,4）程序執(zhí)行階段 可編程控制器從程序第一條指令開(kāi)始按順序執(zhí)行，所需要的數(shù)據(jù)如輸入狀態(tài)和其他元素狀態(tài)分別由輸入狀態(tài)寄存器和其他狀態(tài)寄存器中讀出，程序執(zhí)行的結(jié)果分別寫(xiě)入相應(yīng)的元素狀態(tài)寄存器（包括輸出

18、狀態(tài)寄存器），輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容會(huì)隨著程序執(zhí)行的進(jìn)程而變化。 5）輸出刷新階段 程序執(zhí)行結(jié)束后，輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容送輸出鎖存器，產(chǎn)生設(shè)備驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載設(shè)備，完成實(shí)際的輸出。,,,,,,,,,,自診斷階段,聯(lián)機(jī)通信階段,輸入掃描階段,輸出刷新階段,程序執(zhí)行階段,各階段順序執(zhí)行,,,,,,第三節(jié) 可編程控制器編程語(yǔ)言1）梯形圖編程2）指令編程 指令編程也稱(chēng)為語(yǔ)句表編程，類(lèi)似于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言。,,

19、,,,,,,X1,Y1,,,,,,,,,,Y2,,X2,X3,3）功能圖編程4）邏輯圖編程,S20,S21,S22,S25,,,,,,S23,S24,,,,,,,,X0,X1,X2,X5,,,X3,X4,,,&,X1,X2,X2,X3,&,,,,,,,>=1,輸入信號(hào),輸出信號(hào),,Y1,第四節(jié) 常用軟元件 軟元件是可編程控制器編程語(yǔ)言中最基本的一個(gè)元素。 圖中的X1,X

20、2,X3,Y1,Y2都是軟元件，如果把程序比喻成是 一棵樹(shù)的話(huà)，軟元件就是葉子和果實(shí)。 中為程序基本指令，下面皆是如此。,,,,,,,,X1,Y1,,,,,,,,,,Y2,,X2,X3,LD X1OUT Y1LDI X2AND X3OUT Y2,,,,,,1）輸入繼電器X（X000~X127) 輸入繼電器對(duì)應(yīng)可編程控制器的輸入端口，外部現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)經(jīng)輸入端口，將信號(hào)狀態(tài)存放輸入狀態(tài)寄存器，其作

21、用相當(dāng)于外部信號(hào)觸發(fā)該端口的輸入繼電器，用輸入繼電器的常閉常開(kāi)觸點(diǎn)供編程使用。,,,,,,,X1,Y1,,,,,,,,,,Y2,,X2,X3,,,,,2）輸出繼電器Y (Y000~Y127) 輸出繼電器對(duì)應(yīng)可編程控制器的輸出端口，其作用相當(dāng)于輸出控制信號(hào)觸發(fā)該端口的輸出繼電器，輸出繼電器的常閉常開(kāi)觸點(diǎn)供編程使用，同時(shí)另一常開(kāi)觸點(diǎn)閉合接通驅(qū)動(dòng)可編程控制器外負(fù)載電路，形成可編程控制器的實(shí)際輸出。,,,,,,,X1,Y1,,,,,,,

22、,,,Y2,,X2,X3,,,,3）輔助繼電器M (M000~M1023) 可編程控制器中的輔助繼電器的作用相當(dāng)于繼電器控制電路中的中間繼電器，輔助繼電器不能對(duì)外直接輸出驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，只能作為中間狀態(tài)的控制信號(hào)，存放在存儲(chǔ)器中。 輔助繼電器分2類(lèi)：1 無(wú)掉電保護(hù)（通用輔助繼電器） 2 具有帶電保護(hù)。,,,,,,,,,,,,,,,,M1,,,,X1,X2,Y1,X3,,,,4）定時(shí)器T (T000~T245)

23、 可編程控制器中的定時(shí)器作用相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器。定時(shí)器根據(jù)時(shí)鐘脈沖積累計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)到達(dá)設(shè)定值時(shí)，其觸點(diǎn)動(dòng)作。定時(shí)器提供無(wú)限對(duì)常開(kāi)和常閉延時(shí)觸點(diǎn)供編程使用。定時(shí)器的設(shè)定值可有常數(shù)K設(shè)定，編號(hào)采用十進(jìn)制,,IN,TON,PT,X1,T37,T37,,,Y1,+30,計(jì)時(shí)器實(shí)例：閃爍電路,5）計(jì)數(shù)器C （C000~C199) 可編程控制器使用計(jì)數(shù)器完成計(jì)數(shù)控制，有的計(jì)數(shù)器帶有掉電保護(hù)，去除外部電源，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)不會(huì)被丟

24、失。計(jì)數(shù)器的設(shè)定值可由 常數(shù)K（十進(jìn)制常數(shù)）設(shè)定，也可通過(guò)數(shù)據(jù)寄存器的地址號(hào)設(shè)定。計(jì)數(shù)器的編號(hào)采用十進(jìn)制。,,CU,TON,CD,+4,C50,,,Y1,R,PV,X2,X3,C50,X1,6）指針P (P0~P63) 指針編號(hào)為P0~P63（64點(diǎn)），編程時(shí)，編號(hào)不能重復(fù)使用。7）數(shù)據(jù)寄存器D (D0~D511) 數(shù)據(jù)寄存器存放數(shù)據(jù)，每一數(shù)據(jù)寄存器均為16位，編號(hào)為： 1、通用數(shù)據(jù)寄存器（D0~D1

25、99，200點(diǎn)）新數(shù)據(jù)覆蓋舊數(shù)據(jù)，停機(jī)斷電時(shí)，數(shù)據(jù)消失。 2、保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器（D200~D511，312點(diǎn)）除非改寫(xiě)，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。,第三章 PLC的簡(jiǎn)單使用（提高篇） 第一節(jié) 基本指令 基本指令相當(dāng)于一棵樹(shù)的樹(shù)干 1、LD LDI 2、OUT,,,,,,,,Y1,,,,,Y2,,,,X1,X2,,,,以常開(kāi)觸點(diǎn)為起始是LD,,以常閉觸點(diǎn)為

26、起始是LDI,LD X1OUT Y1LDI X2OUT Y2,,,,,,,,Y1,,,,,Y2,,,,X1,X2,,,,,單元電路的輸出，圖中表達(dá)為輸出線(xiàn)圈,3、AND、ANI、OR、ORI,,,,,,,,,,Y1,,,,,,,,,,Y2,,X1,X2,X3,X4,,,,,,,,,,X5,X6,,,,,2個(gè)軟元件都是常開(kāi)，且串聯(lián)，為AND,,,,,,,X7,,,X5、X6并聯(lián)且都常開(kāi)為OR,2個(gè)軟元件都是常閉，且串聯(lián)，為ANI,

27、X6、X7并聯(lián)，X6為常開(kāi)，下面的X7常閉，為ORI,LD X1AND X2OUT Y1,LD X3ANI X4OUT Y2,LD X5OR X6ORI X7OUT Y3,,Y3,,,,4、ORB、ANB,,,,,,,,,,,,,,,,,Y2,,,,X2,X3,Y2,X1,,,,,X2、Y2并聯(lián)，X3、X1并聯(lián)，最后這2個(gè)塊串聯(lián),,,,,,,,,,,,,,,,Y3,,,,X4,X5,Y3,X6,,X4、X5串聯(lián)，Y3、X6

28、串聯(lián)，最后再2個(gè)塊并聯(lián),,,LDI X2OR Y2LD X3OR X1ANBOUT Y2,LD X4ANI X5LD Y3ANI X6ORBOUT Y3,,,5、PLS、PLF,,,,,X1,,,PLS,,M103,,,,,,,,,M103,,,,,,,,,,,,,,,,,,,X1,X1,M103,,,一個(gè)掃描周期,,,,,,,,,M104,X1,,,,,,,,M104,,,,,,,,X1,,,PLF,,M104,,