1、PLC的原理、编程与应用,重庆大学 廖常初,1 概 述国际电工委员会(IEC)对PLC的定义：“可编程序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、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”PLC的特点：1. 编程方法简单易学2. 功能强，性能价格比高3. 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强4. 可靠性高，抗干扰能力强5. 系统的设计、安装、调试工作量少,6.
2、维修工作量小，维修方便 7. 体积小，能耗低 主要的PLC生产厂家： 美国Rockwell（AB）公司，GE-Fanuc公司 德国的西门子公司 法国的施耐德(Schneider)公司 日本的三菱公司，欧姆龙(OMRON)公司 PLC的应用领域： 1. 开关量逻辑控制 2. 闭环过程控制 3. 数据处理 4. 通信联网 5. 运动控制,可编程序控制器的发展趋势1向高性能、高速度、大容量发展三菱的AnA系列使用单芯片实现PLC全部功能的32位微处理器，每条基本指令0.15 s 。松下的FP10SH系列采用32位5级流水线RISC结构的CPU，可以同时处理5条指令，顺序指令的执行速度高达0.04s
3、/步。PID指令、PID模块、模糊控制、自适应、参数自整定。2大力发展微型可编程序控制器西门子的LOGO！通用逻辑模块, 价格便宜，有的集成有AS-i 接口。10/20个I/O点。类似的有三菱的ALPHA、富士的ELC、OMRON的ZEN。OMRON 的 ZEN简单逻辑控制器，70 90mm，18DI，16DO。梯形图编程，有编程软件。,3大力开发智能型I/O模块和分布式I/O子系统 模拟量I/O、高速计数输入、中断输入、运动控制、温度检测、条码阅读器、BCD码输入/输出、模糊控制器、PID回路控制、通信等模块。Siemens的ET 200是基于PROFIBEUS现场总线的分布式I/O控制系统
4、。,4 基于PC的编程软件取代手持式编程器5 PLC编程语言的标准化，IEC1131-3 PLC编程语言标准。6 PLC通信的易用化和“傻瓜化”7 PLC的软件化与PC化符合IEC1131-3标准在PC上运行的软件包(软件PLC)，亚控公司的KingACT、研华公司的ADAM-5501/P31。GE-Fanuc公司推出了类似于笔记本电脑的PC，使用Windows CE，可实现PLC的CPU模块功能，可与以太网和I/O模块通信，在工业现场使用。8 组态软件引发的上位计算机编程革命组态软件面向工业控制，生成人机界面，通信不需编程，Intach，iFix，组态王、力控、的WINCC、CIMPLICI
5、TY等。,2 可编程序控制器的硬件与工作原理 2.1 可编程序控制器的基本结构,PLC的物理结构：整体式、模块式与叠装式 存储器分类：RAM、ROM、EPROM、EEPROM,输出电流与负载类型的关系,PLC内部、外部电路的配合,2.2 可编程序控制器的工作原理,PLC的工作方式RUN方式执行用户程序，“RUN” LED亮。STOP方式不执行用户程序，可将用户程序和硬件设置信息下载到PLC。 TERM(终端)方式与通信有关。可用CPU模块上的方式开关改变工作方式，方式开关在STOP或TERM位置时上电，自动进入STOP方式；在RUN位置上电自动进入RUN方式。PC - PLC之间建立起通信连接
6、后，若方式开关在RUN或TERM位置, 可用编程软件改变CPU的工作方式。 在程序中插入STOP指令，可使CPU由RUN方式进入STOP方式。,中断程序的处理与立即I/O指令可提高响应速度。,LD I0.1 O Q0.0 AN I0.2 = Q0.0,2.3 S7-200的主要特点 CPU模块CPU221/222/224/226：I/O点10/14/24/40点，最大DI/DO：256/256点，AI/AO：32/32点，定时器/计数器：256/256点，程序空间2048/4096字，高速计数器：4/6点，30kHz，高速输出：2点，20kHz，模拟电位器1/2个，实时钟，RS-485：1/2
7、个，输入中断4点，定时中断2个(1255ms)。PPI, MPI、自由通信口协议和PROFIBUS点对点协议，STEP 7-Micro/WIN 32编程软件 扩展模块数字量I/O：8DI、8DO、4/4、8/8、16/16 DI/DO，模拟量I/O模块：12位，4AI、2AO、4AI/1AO，热电偶、热电阻模块15位，4AI、2AI，EM277 PROFIBUS-DP通信模块，调制解调器模块，CP 243-2：AS-i主站，它最多可以连接31个AS-i从站,2.1 填空(1) 可编程序控制器主要由 、 、 和 组成。(2) 继电器的线圈“断电”时，其常开触点 ，常闭触点 。 (3) 外部的输入
8、电路接通时，对应的输入映像寄存器为 状态，梯形图中对应的常开触点 ，常闭触点_。(4) 若梯形图中输出Q的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器为 状态，在修改输出阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈 ，其常开触点 ，外部负载 。,3 可编程序控制器程序设计基础,Simatic指令集与IEC1131-3指令集,I3.2,I、Q、V、M、S、SM、L均可按位、字节、字和双字来存取。I0.0：绝对地址; %I0.0：IEC编辑器用。 #INPUT1：局部变量符号地址；“INPUT1”：全局符号地址。,外部输入电路接通时, 对应的输入映像寄存器为ON(1状态), 梯形图中对应的常开触点闭合，
9、常闭触点断开。梯形图中Q0.0的线圈“通电”，对应的硬件继电器的常开触点闭合，接在标号为0.0的端子的外部负载工作。特殊存储器（SM）标志位：SM0.0一直为“1”状态，SM0.1仅在执行用户程序的第一个扫描周期为“1”状态。SM0.4和SM0.5分别提供周期为1分钟和1秒的时钟脉冲。SM1.0、SM1.1和SM1.2分别是零标志、溢出标志和负数标志。,局部存储器：作为暂时存储器，或给子程序传递参数。变量存储器(V)是全局存储器，可以被所有的POU存取。定时器的当前值大于等于设定值时，定时器位被置为1。计数器的当前值大于等于设定值时，计数器位被置为1。模拟量输入字从偶数字节地址开始（如AIW2
10、），只读数据。模拟量输出字从偶数字节地址开始（如AQW2），用户不能读取。32位累加器（AC0AC3）可以按字节、字和双字来存取。按字节、字只能存取累加器的低8位或低16位。加双线圈、多重堆栈，梯形图优化。,并联触点总是并在它前面已经连好的电路的两端。,堆栈中数据先入后出，栈顶是运算结果。,立即触点与输出指令 立即输入只能用于I， 立即输出只能用于Q,100ms定时器可用类似图(a)的电路。,减至0时，停止计数，计数器位被置1。,32 7671-32 767，-32 768 -132 767,A.1.2 项目的组成1程序块：主程序(OB1)、可选的子程序和中断程序。各程序结束时不需要加入无条件
11、结束指令。中断程序在中断事件发生时由操作系统调用，用来处理预先规定的中断事件。 2数据块：由数据(存储器的初始值和常数值)和注释组成。3系统块：用来设置系统的参数，一般可采用默认的参数值。4符号表：用符号来代替存储器的地址，使程序更容易理解。5状态表：用来观察程序执行时指定的内部变量的状态。6交叉引用表：列举出各操作数出现的位置和指令的助记符。,1计算机通信参数的设置用菜单命令“检视通信”，进入通信设置对话框，双击PC/PPI图标，出现PC/PG接口属性对话框。单击 “Properties”按钮，出现PC/PPI电缆属性对话框。初学者一般可以按“Default”按钮，使用默认的通信参数。“Se
12、lect”按钮可选择通信硬件。假设选择19.2k bps，站地址为0，最大节点地址为15。用Local标签选择PC的串口，不用Modem。2电缆上的DIP开关设为00100，19.2k 。3PLC的通信参数在系统块中设置，站地址为2，19.2k bps。4PC、PLC在线连接的建立,用菜单命令“检视通信”， 进入通信设置对话框。双击刷新图标，将显示已建立连接的每个站的CPU图标和信息。5PLC中信息的读取选择命令“PLC信息”，可显示PLC的各种信息，可校时。 A.2 程序的编写与传送1）生成项目或打开一个已有的项目。2）设置PLC的型号。3）用“工具选项”的“通用”标签选择编程语言和编程模式
13、和记忆表。4）确定程序结构，是否用子程序和中断程序。5）编写符号表和数据块（如果需要）。6）编写用户程序。7）编译程序，编译后符号表起作用。8）设置系统块参数,初学者可选默认值。9）建立PC-PLC的连接。10）下载程序、上装和清除程序：PLC应处于STOP方式。 上装前应建立或打开保存从PLC上装的块的项目。,NETWORK 1 LD 启动 O 电源 AN 停止 AN 过载 = 电源 TON T37, +50 NETWORK 2 LD T37 = 短接,异步电机串电阻降压启动控制系统,符号表 I0.0 启动 I0.1 停止 I0.2 过载 Q0.0 电源 Q0.1 短接,A.3 用编程软件监
14、视与调试程序1.用状态表监视与调试程序状态表的创建、打开和编辑、起动和关闭、单次读取状态信息。2.用状态表强制改变数值全部写入不能用于输入和已强制的变量。强制、对单个操作数取消强制、取消全部强制；读取全部强制；显式强制、隐式强制、部分隐式强制。3.梯形图程序的状态监视按“程序状态”按钮后进入，可起动强制和取消强制。4.语句表程序的状态监视按“程序状态”按钮后进入，用菜单命令“工具选项”，选“STL状态”后设置。不能强制数值。可“触发暂停”。黑色：指令被正确执行，红色：执行时有错误；灰色：没有被执行。,例题,例题,做习题：3，6，7，9，11,LD,AN,O,AI,LDNI,A,OLD,NOT,
15、= I,A,SI,LDN,O,ALD,O,R,I0.7,Q3.2,I0.2,I0.3,I0.5,M2.5,Q0.3,C42,Q0.5, 1,I3.4,M1.3,M3.5,M2.4, 1,LPS,LPP,4 数字量控制系统梯形图程序设计方法,4.1 经验设计法,4.2 根据继电器电路图设计梯形图的方法,中间单元，硬件互锁，优化梯形图。,4.3 梯形图的顺序控制设计法,顺序功能图中转换实现的基本规则1转换实现的条件 (1)该转换所有的前级步都是活动步。 (2)相应的转换条件得到满足。 2. 转换实现应完成的操作 (1) 使所有的后续步变为活动步。 (2) 使所有的前级步变为不活动步。,绘制顺序功能
16、图时的注意事项 1两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开。 2两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。 3不要漏掉初始步。 4在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环。 5用初始化脉冲SM0.1的常开触点将初始步预置为活动步。,实验用异步化同步发电机励磁控制系统要求转子上有两个相互垂直的励磁绕组，6种运行方式：双轴励磁，一轴开路，一轴断路，双轴短路，双轴励磁与其余各种方式可相互切换。绕组由励磁到开路时应先灭磁。停机时应先解列（与电网断开），再灭磁，直到灭磁结束。,练习题：4, 7, 10, 12,例题,第5章 顺序控制梯形图的设计方法,图5-2 鼓风机和引风机的顺序功能
17、和梯形图,习题：1，3，15,在FOR指令中，需要设置指针或当前循环次数计数器(INDX)、起始值(INIT)和结束值(FINAL)。监控定时器复位指令WDR。,第6章 可编程序控制器的功能指令,6.4 数据处理指令,NETWORK 1 LD SM0.1 /首次扫描 MOVB 5, QB0 / 置彩灯初值 NETWORK 2 LDN T37 TON T37, +10 /产生脉冲 NETWORK 3 LD T37 /每0.5s A I0.2 RLB QB0, 1 /左移一次 NETWORK 4 LD T37 /每0.5s AN I0.2 RRB QB0, 1 /右移一次,6.3 子程序与局部变量
18、表程序中的每个POU均有由64字节L存储器组成的局部变量表。局部变量只在它被创建的POU中有效。全局符号在各POU中均有效。TEMP (临时变量)：暂时保存在局部数据区中的变量。在主程序或中断程序中，局部变量表只包含TEMP变量。子程序中的局部变量表还有下面的3种变量：IN(输入变量)：由调用它的POU提供的输入参数。OUT(输出变量)：返回给调用它的POU的输出参数。IN_OUT(输入_输出变量)：其初始值由调用它的POU提供，被子程序修改后返回给调用它的POU。子程序常用于需要多次执行相同任务的地方。子程序的调用是有条件的，使用子程序可以减少扫描时间。子程序将程序分成容易管理的小块，使程序
19、结构简单清晰，易于查错和维护。如果子程序中只引用参数和局部变量，可以将子程序移植到其他项目。,创建子程序后，STEP 7-Micro/WIN 32在指令树最下面的“子程序”图标下自动生成刚创建的子程序CULCU对应的图标。,6.6 中断程序与中断指令中断允许指令ENI允许所有被连接的中断事件。禁止中断指令DISI禁止处理所有中断事件。进入RUN模式时自动禁止中断，中断程序越短越好。中断连接指令ATCH建立中断事件(EVNT)和对应中断程序(INT) 联系。中断事件由中断事件号指定（P98），中断程序由中断程序号指定。中断分离指令DTCH断开中断事件与中断程序之间的联系。中断优先级：通信（最高优
20、先级）、I/O中断和定时中断。I/O中断：I0.0I0.3上升沿、下降沿中断；HSC当前值等于设定值、计数方向改变和计数器外部复位中断；完成指定脉冲数输出时也可以产生中断。定时中断0/1的周期为1255ms，分别写入SMB34和SMB35。每当定时时间到时，执行相应的定时中断程序。定时器T32/T96中断的时间周期最大为32.767s。,使用T32中断的彩灯控制程序,/ 主程序 OB1 LD SM0.1 / 第一次扫描时 CALL SBR_0 / 调用0号子程序 LDN M0.0 / T32和M0.0组成脉冲发生器 TON T32, 500 / T32 的设定值为500ms LD T32 =
21、M0.0 SBR_0 / 子程序0 LD SM0.0 / 该位总是为ON MOVB 7, QB0 / 置彩灯的初始状态 ATCH INT_0, 21 / T32定时时间到执行中断程序0,ENI / 允许全局中断 INT_0 / 中断程序0 LD SM0.0 RLB QB0, 1 / 彩灯左移1位在数据块中对地址和数据赋值数据块用来对V存储器赋初值。数据块中的行包括起始地址，一个或多个数据。第一行必须包含明确的地址，以后的行可不含地址。编辑器根据前面的地址和数据的长度进行赋值。数据块的例子： VB3 25 / 从VB3开始的字节数值 VD4 100.5 / 从VD4开始的双字实数数值 VW8 3，4，56 / 从VW8开始的3个字数值,
