1、PLC基础,一、PLC的认知初步,可编程序控制器概述 可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称PC）。与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。 PLC是用来取代继电器、执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。 在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器控制占主导地位的。这种由继电器构成的控制系统有着明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，一旦生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，这造成了时间和资金的严重浪费。1968年，美国通用汽车公司(GM公司)为了在每次汽车改型或改
2、变工艺流程时不改动原有继电器柜内的接线，以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，而提出了研制新型逻辑顺序控制装置，并提出了该装置的研制指标要求，即10项招标技术指标,这10项指标实际上就是当今可编程序控制器最基本的功能。将它们归纳一下，其核心为以下四点： (1) 用计算机代替继电器控制盘。(2) 用程序代替硬件接线。 (3) 输入/输出电平可与外部装置直接连接。(4) 结构易于扩展,可编程序控制器的定义、分类及特点,1. 可编程序控制器的定义由于PLC在不断发展，因此，对它进行确切的定 义是比较困难的。1982年，国际电工委员会(International Electrical Committ
3、ee，IEC)颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，并在1987年的第3版中对PLC作了如下的定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的进行数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输的输入和输出。,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体和易于扩展其功能的原则而设计。上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的“自然
4、语言”编程的一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。,2.可编程序控制器的分类（1）PLC硬件结构的类型 可编程序控制器发展很快，目前，全世界有几百家工厂正在生产几千种不同型号的PLC。为了便于在工业现场安装，便于扩展，方便接线，其结构与普通计算机有很大区别。通常从组成结构形式上将这些PLC分为两类：一类是一体化整体式PLC，另一类是结构化模块式PLC。,整体式结构。从结构上看，早期的可编程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及与编程器或EPROM写入器相连的接口、输入/输出端子、电源、指示灯等都装配在一起的整体装置。一个箱体就是一个完整的PLC。它的特点是结构紧凑
5、，体积小，成本低，安装方便，缺点是输入/输出点数是固定的，不一定能适合具体的控制现场的需要。这类产品有OMRON公司的C20P、C40P、C60P，三菱公司的FX系列，东芝公司的EX20/40系列等。,模块式结构。模块式结构又叫积木式。这种结构形式的特点是把PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通信模块等。另外，机器上有一块带有插槽的母板，实质上就是计算机总线。把这些模块按控制系统需要选取后，都插到母板上，就构成了一个完整的PLC。这种结构的PLC的特点是系统构成非常灵活，安装、扩展、维修都很方便，缺点是体积比较大。常见产品有OMRON公司的C200
6、H、C1000H、C2000H，西门子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。,（2）PLC大小的分类为了适应不同工业生产过程的应用要求，可编程序控制器能够处理的输入/输出信号数是不一样的。一般将一路信号叫做一个点，将输入点数和输出点数的总和称为机器的点。按照I/O点数的多少，可将PLC分为超小(微)、小、中、大、超大等五种类型。,PLC的组成与基本结构,1中央处理器（CPU）CPU是PLC的核心部件，主要用来运行用户程序、监控输入/输出接口状态以及进行逻辑判断和数据处理。CPU用扫描的方式读取输入装置的状态或数据，从内存逐条读取用户程序，通过解释后按指令的规定产生控制信号，然
7、后分时、分渠道地执行数据的存取、传送、比较和变换等处理过程，完成用户程序所设计的逻辑或算术运算任务，并根据运算结果控制输出设备响应外部设备的请求以及进行各种内部诊断。2存储器可编程控制器的存储器由只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM三大部分构成，主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。只读存储器ROM用以存放系统程序，可编程控制器在生产过程中将系统程序固化在ROM中，用户是不可改变的。用户程序和中间运算数据存放的随机存储器RAM中，RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。它存储的内容是易失的，掉电后内容丢失；当系统掉电时，用
8、户程序可以保存在只读存储器EEPROM或由高能电池支持的RAM中。EEPROM兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，用来存放需要长期保存的重要数据,3电源PLC的电源是指为CPU、存储器和I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关电源。电源的交流输入端一般都有脉冲吸收电路，交流输入电压范围一般都比较宽，抗干扰能力比较强。电源的直流输电压多为直流5V和直流24V。直流5V电源供PLC内部使用，直流24V电源除供内部使用外还可以供输入/输出单元和各种传感器使用。4输入/输出接口I/O单元（输入/输出接口电路）。PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的符合
9、PLC输入电路要求的电压信号，通过光电耦合电路送至PLC内部电路。输入电路有直流输入电路、交流输入电路和交直流输入电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.115ms之间。根据输入信号形式的不同，可分为模拟量I/O单元、数字量I/O单元两大类。根据输入单元形式的不同，可分为基本I/O单元、扩展I/O单元两大类。PLC内部输出电路作用是将输出映像寄存器的结果通过输出接口电路驱动外部的负载（如接触器线圈、电磁阀、指示灯等）。输出电路用于把用户程序的逻辑运算结果输出到PLC外部，输出电路具有隔离PLC内部电路和外部执行元件的作用，还具有功率放大的作用。输出电路
10、有晶体管输出型、可控硅输出型和继电器输出型三种。功能模块是一些智能化的输入/输出电路。如温度检测模块、位置检测模块、位置控制模块和PID控制模块等。,5外部设备接口外设接口电路用于连接编程器或其他图形编程器、文本显示器、触摸屏、变频器等并能通过外设接口组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、连网等功能。6I/O扩展接口扩展接口用于扩展输入/输出单元，它使PLC的控制规模配置更加灵活，这种扩展接口实际上为总线形式，可以配置开关量的I/O单元，也可配置模拟量和高速计数等特殊I/O单元及通信适配器等。7. 编程器编程器是PL
11、C的重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。现在手持式编程器已逐渐被笔记本取代。,注：在很多时候，PLC的输出端并没有直接连负载，而是接继电器，一个继电器往往带有数个常开常闭触点，可以带动多个负载，大大增加了灵活性和实用性。,第二节 可编程控制器工作过程可编程控制器采用周期性方式工作，每个循环周期含有若干阶段：1）诊断阶段 可编程控制器自检，当状态正常时，进入下一步工作，否则待机。2）联机通信阶段 可编程控制器与上位计算机及其他可编程控制器相联时，进行联机通信，传送本机状态信息和接收上位计算机指令。3）输入采样阶段 对现场信
12、号输入端口状态（ON或OFF，即“0”和”1“）进行扫描，并将信号状态存放输入状态寄存器，也称输入刷新，可编程控制器工作在其他阶段时，即使信号状态发生变化，输入状态寄存器内的内容也不会发生变化，状态变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被读入。,4）程序执行阶段 可编程控制器从程序第一条指令开始按顺序执行，所需要的数据如输入状态和其他元素状态分别由输入状态寄存器和其他状态寄存器中读出，程序执行的结果分别写入相应的元素状态寄存器（包括输出状态寄存器），输出状态寄存器中的内容会随着程序执行的进程而变化。5）输出刷新阶段 程序执行结束后，输出状态寄存器中的内容送输出锁存器，产生设备驱动信号，驱动负
13、载设备，完成实际的输出。,自诊断阶段,联机通信阶段,输入扫描阶段,输出刷新阶段,程序执行阶段,各阶段顺序执行,第三节 可编程控制器编程语言 1）梯形图编程2）指令编程指令编程也称为语句表编程，类似于计算机汇编语言。,X1,Y1,Y2,X2,X3,3）功能图编程4）逻辑图编程,S20,S21,S22,S25,S23,S24,X0,X1,X2,X5,X3,X4,&,X1,X2,X2,X3,&,=1,输入信号,输出信号,Y1,第四节 常用软元件软元件是可编程控制器编程语言中最基本的一个元素。图中的X1,X2,X3,Y1,Y2都是软元件，如果把程序比喻成是一棵树的话，软元件就是叶子和果实。中为程序基本
14、指令，下面皆是如此。,X1,Y1,Y2,X2,X3,LD X1 OUT Y1 LDI X2 AND X3 OUT Y2,1）输入继电器X（X000X127)输入继电器对应可编程控制器的输入端口，外部现场信号经输入端口，将信号状态存放输入状态寄存器，其作用相当于外部信号触发该端口的输入继电器，用输入继电器的常闭常开触点供编程使用。,X1,Y1,Y2,X2,X3,2）输出继电器Y (Y000Y127)输出继电器对应可编程控制器的输出端口，其作用相当于输出控制信号触发该端口的输出继电器，输出继电器的常闭常开触点供编程使用，同时另一常开触点闭合接通驱动可编程控制器外负载电路，形成可编程控制器的实际输出
15、。,X1,Y1,Y2,X2,X3,3）辅助继电器M (M000M1023)可编程控制器中的辅助继电器的作用相当于继电器控制电路中的中间继电器，辅助继电器不能对外直接输出驱动外部负载，只能作为中间状态的控制信号，存放在存储器中。辅助继电器分2类：1 无掉电保护（通用辅助继电器） 2 具有带电保护。,M1,X1,X2,Y1,X3,4）定时器T (T000T245)可编程控制器中的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。定时器根据时钟脉冲积累计时，计时到达设定值时，其触点动作。定时器提供无限对常开和常闭延时触点供编程使用。定时器的设定值可有常数K设定，编号采用十进制,IN,TON,PT,X1,
16、T37,T37,Y1,+30,计时器实例：闪烁电路,5）计数器C （C000C199)可编程控制器使用计数器完成计数控制，有的计数器带有掉电保护，去除外部电源，计数器的计数数据不会被丢失。计数器的设定值可由常数K（十进制常数）设定，也可通过数据寄存器的地址号设定。计数器的编号采用十进制。,CU,TON,CD,+4,C50,Y1,R,PV,X2,X3,C50,X1,6）指针P (P0P63)指针编号为P0P63（64点），编程时，编号不能重复使用。7）数据寄存器D (D0D511)数据寄存器存放数据，每一数据寄存器均为16位，编号为：1、通用数据寄存器（D0D199，200点）新数据覆盖旧数据，
17、停机断电时，数据消失。2、保持数据寄存器（D200D511，312点）除非改写，数据不会丢失。,第三章 PLC的简单使用（提高篇）第一节 基本指令基本指令相当于一棵树的树干1、LD LDI2、OUT,Y1,Y2,X1,X2,以常开触点为起始是LD,以常闭触点为起始是LDI,LD X1 OUT Y1 LDI X2 OUT Y2,Y1,Y2,X1,X2,单元电路的输出，图中表达为输出线圈,3、AND、ANI、OR、ORI,Y1,Y2,X1,X2,X3,X4,X5,X6,2个软元件都是常开，且串联，为AND,X7,X5、X6并联且都常开为OR,2个软元件都是常闭，且串联，为ANI,X6、X7并联，X
18、6为常开，下面的X7常闭，为ORI,LD X1 AND X2 OUT Y1,LD X3 ANI X4 OUT Y2,LD X5 OR X6 ORI X7 OUT Y3,Y3,4、ORB、ANB,Y2,X2,X3,Y2,X1,X2、Y2并联，X3、X1并联，最后这2个块串联,Y3,X4,X5,Y3,X6,X4、X5串联，Y3、X6串联，最后再2个块并联,LDI X2 OR Y2 LD X3 OR X1 ANB OUT Y2,LD X4 ANI X5 LD Y3 ANI X6 ORB OUT Y3,5、PLS、PLF,X1,PLS,M103,M103,X1,X1,M103,一个扫描周期,M104,X1,M104,X1,PLF,M104,LD X1 PLS M103,LD X2 PLF M104,
