可編程控制器及其應(yīng)用.ppt

第11章 可編程序控制器,11.2 可編程序控制技術(shù)性能介紹,11.3 FPI可編程序控制器的基本指令,11.1 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu),11.4 可編程序控制器的基本應(yīng)用,第11章 可編程序控制器,本章要求：,1. 了解可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理。,2. 了解可編程控制器的幾種基本編程方法。,3. 熟悉常用的編程指令。,4. 學(xué)會使用梯形圖編制簡單的程序。,1.定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算的電子操作系統(tǒng)裝置，專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計的，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備都應(yīng)按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)聯(lián)成一個整體和易于擴(kuò)充其功能的原則進(jìn)行設(shè)計,第11章 可編程序控制器,2. 可編程控制器的發(fā)展：它的起源可以追溯到60年代，美國通用汽車公司為了適應(yīng)汽車型號不斷翻新的需要，對生產(chǎn)線上的控制設(shè)備提出了新的要求，為此研制了第一臺可編程控制器用于生產(chǎn)線上，通過改變存儲在里面的指令的方法來改變生產(chǎn)線的控制流程，從而提供了繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的靈活性。但這一時期它主要是代替繼電器系統(tǒng)完成順序控制，雖然也采用了計算機(jī)的設(shè)計思想，實際只能進(jìn)行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器 簡稱PLC（Programmable Logical Controller）。,進(jìn)入80年代，隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制、順序控制的范圍，可以進(jìn)行模擬量控制、位置控制，特別是遠(yuǎn)程通訊功能的實現(xiàn)，易于實現(xiàn)柔性加工和制造系統(tǒng)，因此將其稱為可編程控制器（Programmable Controller）簡稱PC ,但為了與個人電腦PC相區(qū)別，仍將其稱為PLC。PLC已被稱為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM）之一。,目前PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域，加速了機(jī)電一體化的進(jìn)程。,各種PLC的具體結(jié)構(gòu)雖然多種多樣，但其結(jié)構(gòu)和工作原理大同小異，都是以微處理器為核心的電子電氣系統(tǒng)。PLC各種功能的實現(xiàn)，不僅基于其硬件的作用，而且要靠其軟件的支持。,PLC內(nèi)部主要由CPU模塊、輸入 /輸出接口、電源、編程器、擴(kuò)展接口和外部設(shè)備接口等幾部分組成，如圖11-1所示。,第一節(jié) 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu),1.CPU模塊,該部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。,一、基本結(jié)構(gòu),系統(tǒng)程序存儲器：主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序。系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改。,用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器：主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果。,2.輸入/輸出(I/O)模塊,輸入接口用于接收輸入設(shè)備（如：按鈕、行程開關(guān)、傳感器等）的控制信號。,輸出接口用于將經(jīng)CPU處理過的結(jié)果通過輸出電路去驅(qū)動輸出設(shè)備（如:接觸器、電磁閥、指示燈等）。,3.電源,電源指為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配備的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源,該模塊除了上述信號傳遞作用外，還有電平轉(zhuǎn)換和噪聲隔離作用。,4. 編程器,編程器是PLC很重要的外部設(shè)備，它主要由鍵盤、顯示器組成。編程器分簡易型和智能型兩類。小型PLC常用簡易編程器，大、中型PLC多用智能編程器。編程器的作用是編制用戶程序并送入PLC程序存儲器。利用編程器可檢查、修改、調(diào)試用戶程序和在線監(jiān)視PLC工作狀況?，F(xiàn)在許多PLC采用和計算機(jī)聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進(jìn)行編程或監(jiān)控。,6. 外部設(shè)備接口,I/O擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）聯(lián)接在一起。,5. 輸入輸出擴(kuò)展接口,此接口可將編程器、打印機(jī)、條形碼掃描儀等外部設(shè)備與主機(jī)相連。,二、工作方式,PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的工作方式，這個過程可分為輸入采樣，程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，整個過程掃描并執(zhí)行一次所需的時間稱為掃描周期。,輸入采樣,程序執(zhí)行,輸出刷新,PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的工作方式，這個過程可分為輸入采樣，程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，整個過程掃描并執(zhí)行一次所需的時間稱為掃描周期。,二、工作方式,1. 輸入采樣階段,PLC在輸入采樣階段，以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)，并將此狀態(tài)存入輸入狀態(tài)寄存器，即輸入刷新。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入。,2. 程序執(zhí)行階段,PLC在執(zhí)行階段，按先左后右，先上后下的步序，執(zhí)行程序指令。其過程如下：從輸入狀態(tài)寄存器和其它元件狀態(tài)寄存器中讀出有關(guān)元件的通/斷狀態(tài)，并根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)的狀態(tài)寄存器中。,3. 輸出刷新階段,在所有指令執(zhí)行完畢后，將各物理繼電器對應(yīng)的輸出狀態(tài)寄存器的通/斷狀態(tài)，在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出寄存器，去控制各物理繼電器的通/斷，這才是PLC的實際輸出。,由PLC的工作過程可見， 在PLC的程序執(zhí)行階段，即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會立即改變，要等到下一個周期輸入處理階段才能改變。暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號，等到一個循環(huán)周期結(jié)束，CPU集中將這些輸出信號全部輸出給輸出鎖存器，這才成為實際的CPU輸出。因此全部輸入、輸出狀態(tài)的改變就需要一個掃描周期，換言之，輸入、輸出的狀態(tài)保持一個掃描周期。,三、可編程控制器的主要功能和特點,1. 主要功能,（1）開關(guān)邏輯控制,（2）定時/計數(shù)控制,（3）步進(jìn)控制,（4）數(shù)據(jù)處理,（5）過程控制,（6）運動控制,（7）通信聯(lián)網(wǎng),（8）監(jiān)控,（9）數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換,2. PLC的主要特點,(1) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。由于采用大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少，并且在硬件的設(shè)計和制造的過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，具有很高的可靠性。,(2) 編程簡單，使用方便。,(3) 通用性好，具有在線修改能力。PLC硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以靈活地組態(tài)以適應(yīng)不同的控制對象，控制規(guī)模和控制功能的要求。且可通過修改軟件，來實現(xiàn)在線修改的能力，因此其功能易于擴(kuò)展，具有廣泛的工業(yè)通用性。,(4) 縮短設(shè)計、施工、投產(chǎn)的周期，維護(hù)容量。目前PLC產(chǎn)品朝著系列化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，只需根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，選用相應(yīng)的模塊進(jìn)行組合設(shè)計，同時用軟件編程代替了繼電控制的硬連線，大大減輕了接線工作，同時PLC還具有故障檢測和顯示功能，使故障處理時間縮短。,(5) 體積小，易于實現(xiàn)機(jī)電一體化。,第二節(jié) 可編程控制器技術(shù)性能介紹,2. 用戶程序存儲容量,用來衡量PLC所能存儲用戶程序的多少。,3. 掃描速度,指掃描1000步用戶程序所需的時間，以ms/千步為單位。,4. 指令系統(tǒng)條數(shù),指PLC具有的基本指令和高級指令的種類和數(shù)量。種類數(shù)量越多，軟件功能越強(qiáng)。,5. 編程元件的種類和數(shù)量,編程元件指：輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、通用“字”寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能繼電器等。其種類和數(shù)量是衡量PLC的一個指標(biāo)。,FP1是日本松下電氣公司 小型PC產(chǎn)品，由C14C72多種規(guī)格，具體性能指標(biāo)參見P.236表11-1，表11-2,第三節(jié) FPI可編程控制器的基本指令,一、可編程控制器的編程語言,同其它電腦裝置一樣，PLC的操作是依其程序操作進(jìn)行的，而程序是用程序語言表達(dá)的，并且表達(dá)的方式多種多樣，不同的生產(chǎn)廠家，不同的機(jī)種，采用的表達(dá)方式不同，但基本上可歸納為：,1. 梯形圖,是在繼電控制系統(tǒng)電氣原理圖基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種圖形語言。它繼承了繼電器接點、線圈、串聯(lián)、并聯(lián)等術(shù)語和類似的圖形符號，具有形象、直觀、實用的特點，不需學(xué)習(xí)計算機(jī)專業(yè)知識，電氣技術(shù)人員使用最方便。,例：用PLC組成電機(jī)起?？刂齐娐?繼電接觸控制圖,(1) PLC系統(tǒng)圖,起動按鈕,停止按鈕,如：接通SB0，則X0存儲單元對應(yīng)的位為“1”,反之則為“0”。,常閉接點,(2) 利用梯形圖編制控制程序,Y0,X0,X1,如：按SB0，則X0存儲單元為“1”則其常開接點閉合，線圈通電，電機(jī)轉(zhuǎn)動。,注意：這些接點或線圈并不是真實的物理繼電器接點或線圈，而是在軟件編程中使用的編程元件，每個編程元件與存儲器中的一個存儲單元相對應(yīng)，該存儲單元為“1”則表示梯形圖中常開閉合, 常閉斷開，線圈通電。, ,Y0,如：按SB1，則X1存儲單元為“1”則其常閉接點斷開，線圈斷電，電機(jī)停車。,輸出繼電 器(線圈),常開接點,2. 語句表語言,這種編程語言與匯編語言類似，不同的廠家其語句表有所不同，這里以日本松下可編程控制器為例，對上述電機(jī)起、?？刂七M(jìn)行編程（即將梯形圖轉(zhuǎn)換成語句表語言）。,注意：按梯形圖從左到右，從上到下的順序編程。,梯形圖和助記符語言是PLC中最常用的編程語言，學(xué)習(xí)中應(yīng)注意以下概念：,(1)梯形圖中的繼電器并不一定是物理繼電器，每個繼電器或輸入接點各為存儲器中的一位，相應(yīng)位為“1”態(tài)，表示繼電器線圈通電或常開觸頭閉合，或常閉觸頭斷開。,(2)梯形圖中流過的電流不是物理電流，而是概念電流，是程序執(zhí)行的形象表示方式。,(3)梯形圖中的繼電器接點在編寫用戶程序時（即作為邏輯接點）可根據(jù)需要在梯形圖中反復(fù)使用，沒有數(shù)量限制，既可用常開也可用常閉。,(4)只有PLC中的物理繼電器才能驅(qū)動實際負(fù)載，其它繼電器只能作為一種邏輯來使用，故稱為“軟繼電器”。,二、可編程控制器的編程原則和方法,1. 編程原則,（1）PLC編程元件的觸點在編程過程中可以無限次 使用，每個繼電器的線圈在梯形圖中只能出現(xiàn)一次， 它的觸點可以使用無數(shù)次。,（2）梯形圖的每一邏輯行皆起始于左母線，終止于右母線。線圈總是處于最右邊，且不能直接與左邊母線相連。,（3）編制梯形圖時，應(yīng)盡量做到“上重下輕、左重右輕”。,不合理,合理,（4）兩個或兩個以上的線圈可以并聯(lián)，但不可以串聯(lián)。,2. 編程方法,(1)確定I/O點數(shù)及分配,(2)編制梯形圖和指令語句表,(5)程序以END指令結(jié)束，程序的執(zhí)行是從第一個地址到END指令結(jié)束，在調(diào)試的時候，可以利用這個特點將程序分成若干個塊，進(jìn)行分塊調(diào)試，直至程序全部調(diào)試成功。,三、FPI可編程控制器的指令系統(tǒng),1. 起始指令ST，ST/與輸出指令OT,功能：讀入指定常開接點（X1）的ON/OFF信息。在每一條邏輯線或一個程序段的開始都要使用ST指令或ST/指令。,功能：讀入指定常閉接點（X1）的ON/OFF信息。,功能：把輸出指令之前的運算結(jié)果輸出到指定的接點，輸出指令可并列使用。,例：當(dāng)輸入接點X0 ON時，使輸出繼電器Y0接通，當(dāng)接點X1 OFF時，使輸出繼電器Y1接通,R1線圈接通，且Y2線圈接通。,梯形圖對應(yīng)的 助記符程序,梯形圖程序,功能：該指令是串聯(lián)動合觸點的連接指令。到此為止的運算結(jié)果與指定的觸點X1的ON/OFF信息進(jìn)行與運算。,2. 觸點串聯(lián)指令A(yù)N，AN/與觸點并聯(lián)指令OR，OR/,例：當(dāng)輸入條件R0和R1及R2同時為ON時Y3被輸出的程序。,時序圖,梯形圖程序,例：當(dāng)輸入條件R0為ON，R1和R2為OFF時Y3被輸出程序。,例：當(dāng)輸入條件R0為ON，R1和R2為OFF時Y3被輸出程序。,例：當(dāng)輸入條件R0或R1或R2為ON時Y3被輸出程序。,梯形圖程序,例：當(dāng)輸入條件R0為ON，或R1或R2為OFF時Y3被輸出程序。,梯形圖程序,3. 塊串聯(lián)指令A(yù)NS與塊并聯(lián)指令ORS,指令塊1,指令塊2,指令塊1,指令塊2,語句表指令 ST X0 OR X2 ST X2 OR/ X3 ANS OT Y0,語句表指令 ST X0 AN X2 ST X2 AN/ X3 ORS OT Y0,4. 空操作指令NOP,語句表指令 ST R1 NOP OT Y0,NOP指令的使用對程序運行的結(jié)果沒有任何影響，一般為了方便閱讀；或用它預(yù)留空位，減少頻繁修改步序編號。,5. 結(jié)束（ED）和條件終止指令（CNDE）,功能：表示主程序結(jié)束。,功能：當(dāng)X0斷開時，CPU執(zhí)行完程序1后并不結(jié)束，仍執(zhí)行程序2，直到程序2執(zhí)行完才結(jié)束全部程序，返回起始地址。當(dāng)X0接通時， CPU執(zhí)行完程序1后，遇到CNDE，返回起始地址，重新執(zhí)行程序1。,X0,功能：預(yù)定觸發(fā)信號接通時，一次掃描結(jié)束。,6. 定時器指令TM:設(shè)置延時接通定時器,設(shè)置值,定時器號,語句表指令 ST X0 TMX 2 K 50 ST T2 OT Y0,定時單位； TMR 0.01s TMX 0.1s TMY 1s,第四節(jié) 可編程控制器的基本應(yīng)用,在第三節(jié)介紹梯形圖時，我們已向大家描述了PLC控制的電機(jī)起動、保持和停止電路梯形圖和語句表，本節(jié)著重介紹電機(jī)正反轉(zhuǎn)及其它控制電路。,正反轉(zhuǎn)的控制線路,3,M,FR,FU,KMR,KMF,KMF,.,KMR,FR,Q,KMF,例1 : 利用PLC實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制,1.要求：SB1按鈕為正轉(zhuǎn)按鈕，SB2為反轉(zhuǎn)按鈕，SB0為停止按鈕。,3. 梯形圖程序,正轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn),1.要求,2.系統(tǒng)圖,3.梯形圖程序,Y1 接通電源、Y2 形連接、Y3 星形連接,啟動時，按下SB2，X2常開閉合，此時R0接通，定時器接通，Y1、Y3也接通，KM1、KM3接觸器接通，電動機(jī)進(jìn)入星形降壓啟動。,延時5秒后，定時器T0動作，其常閉觸點斷開，使Y1、Y3斷開，KM1、KM2斷開。,T0的常開觸點閉合，接通定時器T1，延時1秒后，T1動作，Y1、Y2接通，KM1、KM2接通，電動機(jī)三角形聯(lián)結(jié)，進(jìn)入正常工作。,當(dāng)X0接通，定時器T0開始定時，20s后T0觸點接通， Y0線圈通電，同時T1定時開始；30s后其動斷觸點斷開， T0復(fù)位， Y0線圈斷電，T1復(fù)位；T0又開始定時。這樣循環(huán)往復(fù)，直到X0開關(guān)斷開，電路停止工作。,例3：定時器的應(yīng)用閃爍電路,如果Y0用燈泡取代，燈泡就會不停的閃爍，而控制電路是否工作則用開關(guān)X0控制。,