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电 工 技 术

电 工 技 术. 哈尔滨工业大学 ( 威海 ) 信息科学与工程学院基础教学部. 第 11 章 可编程控制器及其应用 11.1 概述 11.2 编程语言及编程方式 11.3 PLC 指令和基本应用编程 11.4 应用举例. 返回. 11.1 概述. 11.1.1 什么是 PLC ?. PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。 是计算机技术与自动控制技术相结合而开发的一种适于工业环境的新型通用自动控制装置。.

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  1. 电 工 技 术 哈尔滨工业大学(威海) 信息科学与工程学院基础教学部

  2. 第11章 可编程控制器及其应用 11.1 概述 11.2 编程语言及编程方式 11.3 PLC指令和基本应用编程 11.4 应用举例 返回

  3. 11.1概述 11.1.1 什么是PLC ? PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。 是计算机技术与自动控制技术相结合而开发的一种适于工业环境的新型通用自动控制装置。  早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要 用于顺序控制，实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmable logic controller，略写 PLC )

  4. 它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，是现代工业自动化三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一，大大推进了机电一体化进程。它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，是现代工业自动化三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一，大大推进了机电一体化进程。  随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围，还具有了数据处理、通信、网络等功能。被称为可编程控制器（Programmable controller，略写PC)。为区别于Personal Computer (PC)，故沿用PLC这个略写。

  5. 11.1.2 结构及工作原理 1.PLC结构示意图 地址总线 控制总线 按钮 指示灯 输 入 接 口 中 央 处 理 单 元 存 储 器 输 出 接 口 数 据 存 储 器 继电器触点 电磁线圈 行程开关 电磁阀 模拟量输入 。。。。 地址总线 控制总线 数据总线 编程 单元 电源

  6.  CPU：(1) 将各种输入信号取入存储器。 (2) 编译、执行指令。 (3) 把结果送到输出端。 (4) 响应各种外部设备的请求。 2.各组成部分的作用  存储器： RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。 ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。

  7. 输入、输出接口： 输入接口：接受输入设备(如按钮)的控制信号。 输出接口：把结果输出驱动输出设备(如接触器)。 输出三种形式：继电器 -- 低速大功率 • 可控硅 -- 高速大功率 • 晶体管 -- 高速小功率 • 输入/输出接口：采用光电隔离，减少电磁干扰。

  8. 各种扩展接口、高功能模块：便于扩展。 • 小型机：一体机。有接口可扩展。 • 中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随 • 意组合。

  9. 小型机（一体机）：

  10. 在电动机的运行控制、电磁阀的开闭、产品的计数、温度压力等的设定和控制等方面，可编程控制器正发挥着越来越大的作用。在电动机的运行控制、电磁阀的开闭、产品的计数、温度压力等的设定和控制等方面，可编程控制器正发挥着越来越大的作用。 图为中型可编程控制器。 图的左边部分为主机部分，右边为输入输出模块。

  11. 中、大型机（模块式）：

  12. 11.1.3 工作方式 这种工作方式 有什么好处？ 微机：等待命令。 PLC：顺序扫描、不断循环。 CPU从第一条指令开始执行，遇到结束符又 返回第一条，不断循环。 答：对慢速响应系统， 增强了抗干扰能力。 I 采样 O 刷新 执行指令 一个扫描周期

  13. 11.1.4 主要技术性能 1. 输入/输出点数 ( I/O点数 )。 64~128 点 --- 小型；128~512点 --- 中型； 2. 扫描速度。 单位：ms/1000步 或 s/步 3. 内存容量。FP1-C24：2720步 4. 指令条数。 5. 编程元件的种类和数量。 6. 高功能模块。A/D，D/A，高速计数，控制，通信，物理量转换。

  14. 11.1.5 主要功能 1.开关逻辑控制； 2.定时/计数控制； 3.步进控制； 4.数据处理； 5.过程控制； 6.运动控制； 7.通信联网； 8.监控； 9.数字量与模拟量的转换；

  15. 11.1.6 优点 1. 抗干扰能力强、可靠性高。 2. 模块化组合式结构，使用灵活方便。 3. 编程简单，便于普及。 4. 可进行在线修改，柔性好。 5. 网络通讯功能，便于实现分散式测控系统。 6. 与传统的控制方式比较，线路简单。

  16. 11. 1. 7 应用 1. 用于开关逻辑控制。 2. 用于机加工数字控制。 3. 用于闭环过程控制。 4. 用于组成多级控制系统。 5. 用于机器人控制。

  17. §11.2 编程语言及编程方式 11. 2. 1 寄存器和接点的概念 PLC的内存除存放用户和系统的程序外，还有四个区： I/O区：可直接与外部输入、输出端子传递信息 内部辅助寄存器区：存放中间变量 数据区：存放中间结果 专用寄存器区：定时时钟、标志、系统内部的命令 用户在对这四个区进行操作时，可以以寄存器和/或接点的方式进行。

  18. F E D C B A 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 寄存器 以I/O区为例：寄存器是一个16位二进制单元，16位中的每一位是一个接点，对应外部的一个输入/输出端子。 输入寄存器WXm 输出寄存器WYm m ：十进制数，寄存器编号 n：16进制数(0~F),寄存器的第n位 输入端子Xmn 输出端子Ymn

  19. PLC中有两类接点：常开接点和常闭接点。 符号分别为： X0 X0 断开 接通 例：若X03 为“ON”，则 WX0 的第四位为 “1” 若 WY1=7，则表明Y10、Y11、Y12三个接点 “ON” 接点通断情况与接点的赋值有关：（以 X0为例： 若 X0的逻辑赋值为“1”，则

  20. I/O区：可以以接点和寄存器的方式对其进行操作。I/O区：可以以接点和寄存器的方式对其进行操作。 内部辅助寄存器区：可以以接点和寄存器的方式 对其操作。（ Rmn 、WRm） 数据区：只能以寄存器的方式进行操作。 （DTm） 不同型号的PLC，其内存分配有 所不同。 如：松下电工的FP1-24 I 区：X0~X12F (WX0~WX12) O区：Y0~Y12F (WY0~WY12) 实际输入端子：X0~XF 实际输出端子：Y0~Y7 其他的I/O区可作为辅助寄存器用。

  21. 专用寄存器(FP1机：WR900~WR903)。常用的如下： R900A : “>”标志 R900B: “=”标志 R900C: “<”标志R9010: 常ON继电器 R9011: 常OFF继电器 R9013: 仅在第一个扫秒周期ON，其他时候均为OFF R9014: 仅在第一个扫秒周期OFF，其他时候均为ON R9018~R901D: 周期分别为 0.01s, 002s, 0.1s, 0.2, 1s, 2s的时钟 脉冲继电器 专用数据寄存器(FP1机： DT9000~DT9069) 设置日期时间、高速计数器、步进等指令有关。

  22. 常用 11. 2. 2 编程方式 一. PLC 的编程语言有： 指令表（助记符）语言 梯形图语言 流程图语言 布尔代数语言 助记符语言：类似于微机中的汇编语言。 梯形图语言：沿袭了传统的控制图。直观明了，易于掌握。

  23. 地址 指令 Y0 X1 X0 • 0 ST X0 • OR Y0 • 2 AN/ X1 • 3 OT Y0 • 4 ED Y0 KM SB1 SB2 KM 鼠笼式电动机直接启动控制 X1---SB1; X0---SB2; Y0---KM(线圈和常开触点); 指令表（助记符）语言 梯形图语言

  24. （1）梯形图的左边为起始母线，右边为结束母线。（1）梯形图的左边为起始母线，右边为结束母线。 梯形图按从左到右、从上到下的顺序书写。 （2）梯形图中的接点（对应触点）有两种： 常开（ ） 和 常闭（ ） Y0 X1 X0 Y0 二. 梯形图的规则： （3）输出用 [ ] 表示， 如 --[ R0]、--[Y0] 。一个 输出变量只能输出一次。输出前面必须有接点。 （4）梯形图中，接点可串可并，但输出只能并不能串。

  25. §11.3 PLC指令和基本应用编程 各个厂家生产的 PLC 产品的指令系统大同小异。编程方法也类似。 以下介绍以松下电工的PLC产品为例。 3. 3. 1、指令的分类 一. 按编程器输入指令的方式分类 键盘指令、非键盘指令、高级指令

  26. 通信接口 FPII型手持编程器： LCD显示屏 键盘

  27. PC FP PROGRAMMER ST XWX AN YWY OR RWR OT LWL FN/P FL NOT DT/Ld STK IX/IY TM TSV CT CEV (BIN) K/H C D E F SC 非键盘指令：用指令代码方可输入的指令。 9 8 A B (-) OP SC SC 4 5 6 7 SRC  指令代码 0 1 2 3 READ  (HELP) CLR (DELT) CLR ACLR ENT WRT 键盘指令：可从键盘上 直接键入的指令 扩展功能指令：用F键加功 能号方可键入的指令。

  28. 二. 按指令的功能分类 按指令的功能可分为：  基本指令  数据传送指令  算术运算指令  位移指令  位操作指令  数据变换指令  转移控制指令  特殊控制指令

  29. Y0 X1 X0 Y0 11. 3. 2、基本指令 ST：（Start） 从母线开始一个新逻辑行时，或开始一个逻辑块时， 输入的第一条指令。 ST：以常开接点开始 ST/：以常闭接点开始 OT：（Output） 表示输出一个变量。 ED：（End）表示程序无条件结束。 NOP：（No-operation) 空操作指令。

  30. X0 X1 与 或 非 AND X0 X1 OR Y0 Y0 Y0 X0 NOT 逻辑关系 梯形图 助记符 0 ST X0 1 AN X1 2 OT Y0 3 ED 当 X0与 X1都 “ON (1)” 时，则输出 Y0“ON ”。 0 ST X0 1 OR X1 2 OT Y0 3 ED 当 X0或 X1 “ON” 时， 则输出 Y0“ON”。 当 X0 “OFF (0)” 时， 则输出 Y0“ON”。 0 ST / X0 1 OT Y0 2 ED

  31. Y0 X1 X0 Y0 X0 X1 Y0 X0 Y1 0 ST X0 1 AN/ X1 2 OT Y0 3 ED AN: 触点串联指令。 AN/:触点串联反指令。 OR: 触点并联指令。 OR/:触点并联反指令。 /:反指令。 0 ST X0 1 OR/ X1 2 OT Y0 3 ED 0 ST X0 1 OT Y0 2 / 3 OT Y1 4 ED

  32. A 例： X0 X1 0 ST X0 1 AN X1 2 OR X2 3 OT Y0 4 ED Y0 X2 注意：与、或、非运算均是对从该指令前面的ST 指令到该指令的前一个指令处的结果进行 逻辑运算。 X2是与图中A点处的结果（即X0与X1的结果）相或，而不是与X1相或。

  33. 区块与 AND STACK X0 X2 Y0 X1 X3 区块或 OR STACK X0 X1 Y0 X2 X3 逻辑关系 梯形图 助记符 0 ST X0 1 OR X1 2 ST X2 3 OR X3 4 ANS 5 OT Y0 6 ED 当 “X0或 X1”与“X2或X3” 都 “ON” 时， 则输出 Y0“ON”。 0 ST X0 1 AN X1 2 ST X2 3 AN / X3 4 ORS 5 OT Y0 6 ED 当 “X0与 X1”或“X2与 X3非” “ON” 时，则输 出 Y0“ON”。

  34. 地址 指令 • 0 ST X0 • OR X1 • 2 ST X2 • 3 AN X3 • 4 ST X4 • 5 AN/ X5 • 6 ORS • 7 OR X6 • 8 ANS • 9 OR/ X7 • OT Y0 • 11 ED Y0 X0 X2 X3 X1 X4 X5 X6 X7 例：写出梯形图的指令语句表。

  35. 梯形图 X0 X1 Y0 Y0 SB2 (ED) SB1 KM 常开接点 KM 常闭按钮 SB2 ~ X0 Y0 X1 COM SB1 KM COM PLC外部接线图 例1：直接启动停车控制 控制电路图 Why? I/O分配： X0：启动 X1：停车 Y0：KM

  36. A B C QS FR FU KMF KMR SB1 KMF SBF KMF FR KMR KMF SBR X0 Y1 X1 KMR Y0 M 3~ Y1 Y0 X0 Y0 X2 Y1 例2：三相异步电动机的正反转控制 I/O分配： SB1X0 SBF X1 SBR X2 KMF Y0 KMR Y1 KMR

  37. X0 Y1 X1 Y0 X0 Y0 X2 Y1 X1 X0 Y1 Y0 X0 Y0 X2 Y0 Y0 Y1 Y1 Y1 0 ST X1 1 OR Y0 2 AN / X0 3 AN / Y1 4 OT Y0 5 ST X2 6 OR Y1 7 AN / X0 8 AN / Y0 9 OT Y1 10 ED

  38. X1 X0 X0 X1 Y0 Y0 Y0 Y0 (ED) (ED) 编程中应注意的几个问题 1.用电路变换简化程序(减少指令的条数）

  39. X2 X3 X4 Y0 X5 X6 X7 X8 X9 (ED) X2 X3 X4 Y0 X2 X5 X6 X7 X2 X5 X6 X8 X9 (ED) 2.逻辑关系应尽量清楚(避免左轻右重)

  40. X1 X2 Y1 X3 X5 X2 X5 Y1 X3 X4 X1 Y2 (ED) X1 X5 X4 Y2 X3 (ED) 编程中应注意的几个问题 3.避免出现无法编程的梯形图

  41. TMR X n 类型 TMR：定时单位为0.01秒 TMX：定时单位为0.1秒 TMY：定时单位为1秒 说明： （1）定时设置值与类型一起确定了定时的时间。 （2）定时器为减1计数。当输入接点接通时，每来一个时钟脉冲 减1，直到减为0。这时，定时器的常开接点闭合，常闭接点 断开。 （3）在定时器工作期间，输入接点断开，则运行中断，定时器 复位，回到原设置值，同时其常开、常闭触点恢复常态。 定时时间=定时设置值*定时单位 TM:（定时指令） 定时设置值: 0~32767 输入接点 定时器号码 （FP1:0～99）

  42. TMX 30 Y0 5 T5 T5 Y1 Y2 例：定时器应用举例 • 0 ST Y0 • 1 TMX 5 • K 30 • 4 ST T5 • 5 OT Y1 • 6 ST/ T5 • OT Y2 • 8 ED 动作说明： 当Y0闭合后，定时器TM5开始计时。经过30×0.1=3s后，Y1闭合，Y2断开。

  43. 与定时器有关的两个寄存器：EVn 和SVn (n为寄存器编号,该编号与定时器编号对应) EVn：存储定时器TMn的过程值。 SVn：存储定时器TMn的设置值。

  44. TMX 30 X0 1 TMX 40 X0 Y0 2 Y0 T1 T2 X0 Y0 Y0 3s 4s ( ED ) 例1:试编制延时3s接通、延时4s断开的电路梯形图和指令语句表。 • 0 ST X0 • 1 TMX 1 • K 30 • 4 ST Y0 • 5 AN/ X0 • TMX 2 • K 40 • ST T1 • OR Y0 • 11 AN/ T2 • 12 OT Y0 • 13 ED

  45. TMY 4 T1 X0 0 TMY 6 T0 1 Y0 X0 X0 T0 Y0 6s 4s ( ED ) 例2:编制震荡输出电路的梯形图和指令语句表。 0 ST X0 1 AN/ T1 2 TMY 0 K 4 6 ST T0 7 TMY 1 K 6 11 ST X0 12 AN/ T0 13 OT Y0 14 ED

  46. CT n CT:（计数器） 计数器初始值： 0~32767 C R 计数器编号 (FP1机：100~143) 计数脉冲 复位信号 说明： （1）复位信号接通时，计数器复位，恢复初始值。 （2）复位信号断开时，每来一个计数脉冲减1，直 到减为0，计数器的常开接点接通，常闭接点 断开。

  47. 与计数器有关的两个寄存器：EVn 和SVn (n为寄存器编号,该编号与计数器编号对应) EVn：存储计数器 CTn 的过程值。 SVn：存储计数器 CTn 的设置值。

  48. X0 C CT 2 R X1 100 C100 Y0 ( ED ) X0 X1 例:画输出波形，写出指令语句表。 • 0 ST X0 • ST X1 • 2 CT 100 • K 2 • 5 ST C100 • 6 OT Y0 • 7 ED Y0

  49. TMX 100 T1 X1 1 T1 C CT 150 R X1 100 Y0 C100 ( ED ) X1 150 . . . . . . T1 10s Y0 1500s 例:分析由定时器与计数器组成的长延时电路的工作过程。

  50. 0 ST X0 1 PSHS 2 AN X2 3 OT Y0 4 RDS 5 AN X1 6 OT Y1 7 POPS 8 AN/ X2 9 OT R30 10 ED X0 X2 Y0 X1 Y1 X2 R30 功能解释 PSHS (Push Stack) ： 将结果存入堆栈 RDS (Read Stack)：从堆栈读数 POPS (Pop Stack)：从堆栈读数并清空堆栈 PSHS, RDS, POPS（堆栈指令） PSHS RDS POPS

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