第11章可編程把握器(PLC)概述11.2可編程把握器的程序編制11.3可編程把握器應(yīng)用舉例11.1可編程把握器的構(gòu)造和工作方式第11章可編程把握器(PLC)本章要求：1.了解可編程把握器的構(gòu)造和工作原理。2.了解可編程把握器的幾種根本編程方法。3.生疏常用的編程指令。4.學(xué)會使用梯形圖編制簡潔的程序。第11章可編程把握器〔PLC〕概述1.定義：可編程把握器是一種數(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，它承受可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行規(guī)律運算、挨次把握、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，把握各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程把握器及其有關(guān)設(shè)備都應(yīng)按易于與工業(yè)把握器系統(tǒng)聯(lián)成一個整體和易于擴大其功能的原則進(jìn)展設(shè)計2.可編程把握器的進(jìn)展：它的起源可以追溯到60年月，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)線上的把握設(shè)備提出了新的要求，為此研制了第一臺可編程把握器用于生產(chǎn)線上，通過轉(zhuǎn)變存儲在里面的指令的方法來轉(zhuǎn)變生產(chǎn)線的把握流程，從而供給了繼電器把握系統(tǒng)無法比較的靈敏性。但這一時期它主要是代替繼電器系統(tǒng)完成挨次把握，雖然也承受了計算機的設(shè)計思想，實際只能進(jìn)展規(guī)律運算，故稱為可編程規(guī)律把握器簡稱PLC〔ProgrammableLogicalController〕。進(jìn)入80年月，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進(jìn)展，可編程把握器的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)律把握、挨次把握的范圍，可以進(jìn)展模擬量把握、位置把握，特殊是遠(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把握器〔ProgrammableController〕簡稱PC,但為了與個人電腦PC相區(qū)分，仍將其稱為PLC。PLC已被稱為現(xiàn)代工業(yè)把握的三大支柱〔PLC、機器人和CAD/CAM〕之一。目前PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機械、輕工等領(lǐng)域，加速了機電一體化的進(jìn)程。各種PLC的具體構(gòu)造雖然多種多樣，但其構(gòu)造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)部主要由主機、輸入/輸出接口、電源、編程器、擴展接口和外部設(shè)備接口等幾局部組成。11.1可編程把握器的構(gòu)造和工作方式11.1.1可編程把握器的構(gòu)造及各局部的作用模擬量輸入行程開關(guān)繼電器觸點各種開關(guān)傳感器CPUROM、RAM電源部件輸出接口輸入接口外設(shè)接口照明電磁裝置執(zhí)行機構(gòu)采用光電隔離裝置繼電器、可控硅、晶體管電路編程器打印機計算機1.主機CPU是PLC的核心，一切邏輯運算及判斷都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是我們常說的電腦芯片。(1)運行用戶程序。(2)監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)。(3)作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理主機局部包括中心處理器〔CPU〕、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器系統(tǒng)程序存儲器：主要存放系統(tǒng)治理和監(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。內(nèi)部存儲器有兩類：一類是系統(tǒng)程序存儲器，另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器2.輸入/輸出(I/O)接口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〕的把握信號。輸出接口用于將經(jīng)主機處理過的結(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。現(xiàn)在很多PLC承受和計算機聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進(jìn)展編程或監(jiān)控。6.外部設(shè)備接口I/O擴展接口用于將擴大外部輸入/輸出端子數(shù)擴展單元與根本單元〔即主機〕聯(lián)接在一起。5.輸入輸出擴展接口此接口可將編程器、打印機、條形碼掃描儀等外部設(shè)備與主機相連。11.1.2可編程把握器的工作方式PLC承受“挨次掃描、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。輸入端子輸入鎖存器輸入狀態(tài)寄存器輸出鎖存器輸出狀態(tài)寄存器輸出端子程序執(zhí)行讀讀寫輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新輸入端子輸入鎖存器輸入狀態(tài)寄存器輸出鎖存器輸出狀態(tài)寄存器輸出端子程序執(zhí)行讀讀寫一個掃描周期11.1.2可編程把握器的工作方式PLC承受“挨次掃描、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。1.輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段，以掃描方式挨次讀入全部輸入端的通/斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)，并將此狀態(tài)存入輸入狀態(tài)存放器，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)存放器的內(nèi)容也不會轉(zhuǎn)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)存放器和其它元件狀態(tài)存放器中讀出有關(guān)元件的通/斷狀態(tài)，并依據(jù)用戶程序進(jìn)展規(guī)律運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)的狀態(tài)存放器中。3.輸出刷新階段在全部指令執(zhí)行完畢后，將各物理繼電器對應(yīng)的輸出狀態(tài)存放器的通/斷狀態(tài)，在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出存放器，去把握各物理繼電器的通/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)存放器的內(nèi)容也不會馬上轉(zhuǎn)變，要等到下一個周期輸入處理階段才能轉(zhuǎn)變。暫存在輸出狀態(tài)存放器中的輸出信號，等到一個循環(huán)周期完畢，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)的轉(zhuǎn)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。11.1.3可編程把握器的主要技術(shù)性能1.I/O點數(shù)

指PLC外部輸入和輸出端子數(shù)。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具有的根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。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、幫助繼電器、定時器、計數(shù)器、通用“字”存放器、數(shù)據(jù)存放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)。代表字母

元件名稱

編號范圍

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

XYRTCWRX0～XF共16點Y0～Y7共8點R0～R62F共1008點T0～T99共100點C100～C143共44點WR0～WR62共63個FP1－C24編程元件的表示形式及編號范圍11.1.4可編程把握器的主要功能和特點1.主要功能〔1〕開關(guān)規(guī)律把握〔2〕定時/計數(shù)把握〔3〕步進(jìn)把握〔4〕數(shù)據(jù)處理〔5〕過程把握〔6〕運動把握〔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)牢靠性高，抗干擾力氣強。由于承受大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數(shù)大大削減，并且在硬件的設(shè)計和制造的過程中實行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，具有很高的牢靠性。(2)編程簡潔，使用便利。(3)通用性好，具有在線修改力氣。PLC硬件承受模塊化構(gòu)造，可以靈敏地組態(tài)以適應(yīng)不同的把握對象，把握規(guī)模和把握功能的要求。且可通過修改軟件，來實現(xiàn)在線修改的力氣，因此其功能易于擴展，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)化方向進(jìn)展，只需依據(jù)把握系統(tǒng)的要求，選用相應(yīng)的模塊進(jìn)展組合設(shè)計，同時用軟件編程代替了繼電把握的硬連線，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)機電一體化。11.2可編程把握器的程序編制11.2.1可編程把握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)展的，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，不同的機種，承受的表達(dá)方式不同，但根本上可歸納為：梯形圖語言語句表語言布爾代數(shù)語言流程圖語言目前常用1.梯形圖是在繼電把握系統(tǒng)電氣原理圖根底上開發(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、有用的特點，不需學(xué)習(xí)計算機專業(yè)學(xué)問，電氣技術(shù)人員使用最便利。例：用PLC組成電機起停把握電路繼電接觸把握圖SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..X0X1X2COM...+SB0SB1

Y0COM

Y2

Y1...~220VKM24VPLC(1)PLC系統(tǒng)圖起動按鈕停頓按鈕如：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)利用梯形圖編制把握程序Y0X0X1如：按SB0，則X0存儲單元為“1”則其常開接點閉合，線圈通電，電機轉(zhuǎn)動。留意：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狀態(tài)取決于按鈕是否動作如：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把握器為例，對上述電機起、停把握進(jìn)展編程〔馬上梯形圖轉(zhuǎn)換成語句表語言〕。STX0ORY0AN/X1OTY0留意：按梯形圖從左到右，從上到下的挨次編程。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)留意以下概念：(1)梯形圖中的繼電器并不愿定是物理繼電器，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〔即作為規(guī)律接點〕可依據(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規(guī)律來使用，故稱為“軟繼電器”。11.2.2可編程把握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消逝一次，它的觸點可以使用很屢次。〔2〕梯形圖的每一規(guī)律行皆起始于左母線，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)，但不行以串聯(lián)。[][]X0X0Y12.編程方法(1)確定I/O點數(shù)及安排(2)編制梯形圖和指令語句表(5)程序以END指令完畢，程序的執(zhí)行是從第一個地址到END指令完畢，在調(diào)試的時候，可以利用這個特點將程序分成假設(shè)干個塊，進(jìn)展分塊調(diào)試，直至程序全部調(diào)試成功。可編程把握器的指令系統(tǒng)ST加載ST/加載非OT輸出指令可使用區(qū)域XYRTC1.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。在每一條規(guī)律線或一個程序段的開頭都要使用ST指令或ST/指令。STX1ST/X1功能：讀入指定常閉接點〔X1〕的ON/OFF信息。X1[]X1[]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。OTY1Y1[]例：當(dāng)輸入接點X0ON時，使輸出繼電器Y0、Y1動作，當(dāng)接點X1OFF時，使繼電器Y2動作。梯形圖對應(yīng)的助記符程序STX0OTY0OTY1ST/X1OTY2[][]Y0X0[]Y2X1梯形圖程序Y1ANX1功能：該指令是接點串聯(lián)連接指令。到此為止的運算結(jié)果與指定的接點X1的ON/OFF信息進(jìn)展與運算。2.觸點串聯(lián)指令A(yù)N，AN/與觸點并聯(lián)指令OR，OR/AN與AN/與非OR或指令可使用區(qū)域XYRTCOR/或非X1X[]例：當(dāng)輸入條件R0和R1及R2同時為ON時Y3被輸出的程序。助記符程序STR0ANR1ANR2OTY3

時序圖R0R1R2Y3[]R1R0R2Y3梯形圖程序AN/X1功能：該指令是接點串聯(lián)連接指令。到此為止的運算結(jié)果與指定的接點X1的ON/OFF信息進(jìn)行與運算。[]X1X例：當(dāng)輸入條件R0為ON，R1和R2為OFF時Y3被輸出程序。梯形圖程序[]R1R0R2Y3例：當(dāng)輸入條件R0為ON，R1和R2為OFF時Y3被輸出程序。時序圖R0R1R2Y3助記符程序STR0AN/R1AN/R2OTY3

梯形圖程序[]R1R0R2Y3例：當(dāng)輸入條件R0或R1或R2為ON時Y3被輸出程序。ORX1功能：該指令是接點并聯(lián)連接指令。到此為止的運算結(jié)果與指定的接點X1的ON/OFF信息進(jìn)行或運算。[]X1X助記符程序STR0ORR1ORR3OTY3

梯形圖程序時序圖R0R1R2Y3[]R1R0R2Y3例：當(dāng)輸入條件R0為ON，或R1或R2為OFF時Y3被輸出程序。OR/X1功能：該指令是接點并聯(lián)連接指令。到此為止的運算結(jié)果與指定的接點X1的ON/OFF信息進(jìn)行或運算。[]X1X助記符程序STR0OR/R1OR/R2OTY3

時序圖R0R1R2Y3梯形圖程序[]R1R0R2Y3例1:利用PLC實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)把握1.要求：SB1按鈕為正轉(zhuǎn)按鈕，SB2為反轉(zhuǎn)按鈕，SB0為停頓按鈕。2.系統(tǒng)圖SB0SB1SB2~KMFKMRPLCX0X1X2COM...COMY0Y1...3.梯形圖程序互鎖接點自鎖接點助記符程序STX1ORY0AN/X0AN/Y1OTY0STX2AN/X0AN/Y0OTY1ORY1正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)Y0X1X0Y1[]Y1X2X0Y0Y1[]Y03.塊串聯(lián)指令A(yù)NS與塊并聯(lián)指令ORS[]X0X1X2X3Y0指令塊1指令塊2指令塊1指令塊2語句表指令

STX0

ORX2

STX2

OR/X3

ANS

OTY0語句表指令

STX0

ANX2

STX2

AN/X3

ORS

OTY0[]X0X1X2X3Y04.置位、復(fù)位指令SET，RSTSET功能：當(dāng)輸入條件變?yōu)镺N時，使指定輸出接點保持ON狀態(tài)，此后即使輸入變?yōu)镺FF，該輸出仍保持ON狀態(tài)。RST功能：當(dāng)輸入條件變?yōu)镺N時，使指定輸出接點保持OFF狀態(tài)，此后即使輸入變?yōu)镺FF，該輸出仍保持OFF狀態(tài)。<S>Y0<R>Y0例：<S><R>R0R1Y0Y0STR0SETY0STR1RSTY0語句表指令時序圖R0R1Y05.定時器指令TM[]TMX50

2[]X0T2Y0設(shè)置值定時器號語句表指令

STX0

TMX2

K50

STT2

OTY0t通電延時時間=50*定時單位輸入信號X0定時器接點輸出信號T26.計數(shù)器指令CT[]RCCT4100X1X0C100[]Y0設(shè)置值計數(shù)器號語句表指令

STX0

STX1

CT100

K4

STC100

OTY0X0X1Y07.微分指令DF，DF/DF例：功能：當(dāng)輸入條件由OFF轉(zhuǎn)為ON時，指定接點僅在PLC的1次掃描周期內(nèi)為ON，其它時間為OFF。該指令產(chǎn)生的輸出是一個脈沖，其寬度為一個掃描周期。[](DF)[]X0R0Y0Y0[](DF)R0[]X0R0Y0Y0[](DF)R01個掃描周期X0時序圖R0Y0虛線部分為自鎖產(chǎn)生的輸出DF/功能：當(dāng)輸入條件由ON轉(zhuǎn)為OFF時，指定接點僅在PLC的1次掃描周期內(nèi)為ON，其它時間為OFF。該指令產(chǎn)生的輸出是一個脈沖，其寬度為一個掃描周期。[](DF/)[]X0R0Y0Y0[](DF/)R0例：X0R0Y01個掃描周期虛線部分為自鎖產(chǎn)生的輸出[]X0R0Y0Y0[](DF/)R0例：時序圖8.空操作指令NOP[]NOP

?Y0R0語句表指令

STR1

NOP

OTY0NOP指令的使用對程序運行的結(jié)果沒有任何影響，一般為了便利閱讀。9.移位指令SRX0X1X2SRWR2INCCLR語句表指令

STX0

STX1

STX2

SRWR210.堆棧指令PSHS、RDS、POPS

PSHS用于壓入堆棧，RDS用于讀出堆棧，POPS用于彈出堆棧。[]X1X2X3Y1[]Y0[]Y2X0PSHSRDSPOPS語句表指令

STX0

PSHS

ANX1

OTY0

RDS

ANX2

OTY1

POPS

ANX3

OTY211.3可編程把握器應(yīng)用舉例分析控制對象確定控制內(nèi)容選擇PLC類型硬件設(shè)計軟件設(shè)計系統(tǒng)總裝統(tǒng)調(diào)符合設(shè)計要求投入運行調(diào)整硬件否調(diào)整軟件否是11.3.1利用PLC實現(xiàn)電動機的Y-

起動1.要求SB1按鈕為起動按鈕，SB0按鈕為停止按鈕KM1為電動機電源接觸器，KM2為三角形運行接觸器，KM3為星形啟動接觸器KM1KM3KM2X1X4X3X2...SB1SB2Y1Y4Y3Y2...程序KM3(Y)接觸器KM1接觸器KM2()接觸器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[][][]TMX50

0[]R0T0Y3[]TMX10

1[]T0T1Y2X2R0X1R0Y2T0Y1R0Y3(ED)4.語句表指令

STX2

ORR0

AN/X1

OTR0

STY2

OR/T0

ANS

OTY1

STR0

TMX0

K