16.1可編程序控制器的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)16.1.1可編程序控制器的特點(diǎn)16.1.2可編程序控制器的組成16.1.3可編程序控制器主機(jī)的組成16.1可編程序控制器的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)16.1.1可編程序控制器的特點(diǎn)在硬件方面，PC采用了高可靠性元件（如大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成），并采用了一系列隔離和抗干擾措施，以及對電源的掉電保護(hù)，使它適應(yīng)工作環(huán)境。同時，各類PC均采用了模塊型或積木式的構(gòu)成形式，便于在整機(jī)出現(xiàn)故障時能很快更換模塊，保障修復(fù)時間。在軟件方面，PC采用軟件濾波、軟件自行診斷及故障報警等，進(jìn)一步提高了PC運(yùn)行的可靠性。PC控制系統(tǒng)平均無故障工作時間可達(dá)2萬小時以上?？煽啃愿?6.1可編程序控制器的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)16.1.1可編程序控制器的特點(diǎn)編程簡單，使用靈活方便16.1可編程序控制器的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)16.1.2可編程序控制器的組成PC的控制系統(tǒng)由主機(jī)、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和外圍設(shè)備構(gòu)成，如圖16-1所示。輸入輸出設(shè)備用于完成PC與生產(chǎn)機(jī)械間的信息傳遞。外部輸入設(shè)備的各種開關(guān)信號或模擬信號均為輸入變量，它們經(jīng)輸入單元寄存到PC內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，而后經(jīng)中央處理機(jī)處理后，以輸出變量的形式送到輸出單元，以控制輸出設(shè)備。外圍設(shè)備用于完成PC與人之間的信息交換。圖16-1可編程序控制器的構(gòu)成16.1可編程序控制器的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)16.1.2可編程序控制器的組成輸入設(shè)備的作用是產(chǎn)生輸入控制信號送入PC主機(jī)。常用的輸入設(shè)備有控制開關(guān)（包括按鈕開關(guān)、限位開關(guān)、行程開關(guān)、接觸器的觸點(diǎn)等）和傳感器。輸入設(shè)備輸出設(shè)備PC的輸出控制信號直接驅(qū)動輸出設(shè)備。常用的輸出設(shè)備有電動機(jī)、繼電器線圈、電磁閥等。16.1可編程序控制器的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)16.1.2可編程序控制器的組成可編程序控制器是控制系統(tǒng)的核心。它讀入輸入設(shè)備產(chǎn)生的輸入信號，將其按照預(yù)先設(shè)置的控制規(guī)律進(jìn)行處理，然后產(chǎn)生輸出控制信號，用輸出信號驅(qū)動輸出設(shè)備工作?？删幊绦蚩刂破鱌C（主機(jī)）外圍設(shè)備外圍設(shè)備包括編程器、打印機(jī)、顯示器等。其中編程器是PC不可缺少的外圍設(shè)備，用戶用它實(shí)現(xiàn)程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視等。編程器與PC主機(jī)間采用插接線，當(dāng)完成程序編制，并輸入PC內(nèi)部后，編程器就可以拔掉，以便給其他PC編程用。16.1可編程序控制器的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)16.1.3可編程序控制器主機(jī)的組成可編程序控制器主機(jī)由輸入輸出單元、中央處理單元、電源等構(gòu)成，如圖16-1虛線框內(nèi)。輸入單元輸入信號經(jīng)輸入單元電路處理后轉(zhuǎn)換成中央處理單元所能接受的信號。由于輸入輸出單元直接與現(xiàn)場信號相連，因此輸入單元中要配有電平轉(zhuǎn)換、光電隔離和濾波等電路，以使PC有很強(qiáng)的抗干擾能力。根據(jù)不同得的現(xiàn)場需求，PC配置了各種類型的輸入單元，其中常用的有開關(guān)量輸入單元。開關(guān)量輸入單元可分為直流輸入型和交流輸入型兩類。16.1可編程序控制器的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)16.1.3可編程序控制器主機(jī)的組成輸入單元如圖16-2所示電路是對應(yīng)一個輸入點(diǎn)的直流輸入型輸入電路，各輸入點(diǎn)的輸入電路均相同，它們有一個公共端子COM。在直流輸入單元中，電阻R1，R2構(gòu)成分壓器，R2與電容C構(gòu)成濾波電路，發(fā)光二極管LED用于指示輸入開關(guān)狀態(tài)，二極管VD禁止反極性的直流輸入。當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)閉合時，LED亮，外部信號加到光電耦合器的發(fā)光二極管上，光電耦合器導(dǎo)通，光電三極管接收光信號，送給內(nèi)部電路一個接通信號。光電耦合輸入電路隔離輸入信號，防止現(xiàn)場強(qiáng)電干擾。輸入端直流電源一般由PC內(nèi)部電源供給，也有的PC要由用戶提供。圖16-2直流輸入單元16.1可編程序控制器的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)16.1.3可編程序控制器主機(jī)的組成輸入單元每個輸入單元電路都可以等效成一個如圖16-3所示的輸入繼電器，它可以提供任意多個常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)，供PC內(nèi)部控制電路編程使用。輸入繼電器的觸點(diǎn)的通斷狀態(tài)保存在PC內(nèi)部寄存器中，當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)閉合時，輸入繼電器接通，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。為與繼電接觸器控制系統(tǒng)中真正的繼電器相區(qū)分，把PC的繼電器稱為軟繼電器。圖16-3輸入單元等效電路16.1可編程序控制器的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)16.1.3可編程序控制器主機(jī)的組成輸出單元的作用是將PC輸出信號轉(zhuǎn)換為外部負(fù)載所需要的輸出信號。PC有繼電器輸出、晶體管輸出和雙向可控硅輸出三種輸出模式。如圖16-4所示為以一個輸出點(diǎn)為例的繼電器輸出方式。輸出單元繼電器輸出方式的特點(diǎn)是：既可以控制交流負(fù)載，又可以控制直流負(fù)載。但機(jī)械觸點(diǎn)壽命較短，觸點(diǎn)斷開時易產(chǎn)生電弧。圖16-4繼電器輸出方式16.1可編程序控制器的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)16.1.3可編程序控制器主機(jī)的組成晶體管輸出方式可用于驅(qū)動直流負(fù)載，是無觸點(diǎn)輸出，使用壽命長，可靠性高，通斷速度高，但過載能力差。輸出單元可控硅輸出方式可用于驅(qū)動交流負(fù)載，是無觸點(diǎn)輸出，使用壽命長，可靠性高，通斷速度高，但過載能力差。圖16-4繼電器輸出方式每個輸出單元都可以等效成一個如圖16-5所示的輸出繼電器，繼電器的常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)以及線圈的狀態(tài)保存在PC內(nèi)部寄存器中。為內(nèi)部控制電路提供編程使用的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)可以有無數(shù)個，但只有一個常開觸點(diǎn)與輸出接線端子相連，用于驅(qū)動外部元件。16.1可編程序控制器的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)16.1.3可編程序控制器主機(jī)的組成中央處理機(jī)包括微處理器（CPU）和存儲器等。微處理器簡稱CPU，是PC運(yùn)算和控制的核心，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。它的運(yùn)行是按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，接收并存儲由編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，監(jiān)視和接收現(xiàn)場輸入信號，從存儲器中逐條讀取執(zhí)行用戶程序，并根據(jù)運(yùn)行結(jié)果實(shí)現(xiàn)輸出控制；同時診斷電源、PC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中出現(xiàn)的語法錯誤等。存儲器是PC存放系統(tǒng)程序、用戶程序和運(yùn)行數(shù)據(jù)的單元。它包括只讀存儲器ROM和隨機(jī)存儲器RAM。ROM存儲系統(tǒng)程序，其內(nèi)容是在其制造過程中確定的，是不能改變的。RAM存儲用戶程序，用戶程序在RAM中經(jīng)過調(diào)試、修改達(dá)到設(shè)計要求。中央處理機(jī)16.1可編程序控制器的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)16.1.3可編程序控制器主機(jī)的組成為了便于程序執(zhí)行，PC中還設(shè)置了一些內(nèi)部存儲區(qū)用來存放程序運(yùn)行時需要讀寫的邏輯變量。這些內(nèi)部存儲區(qū)可分為I/O區(qū)、內(nèi)部輔助寄存器區(qū)、特殊功能寄存器區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)。PC給每個區(qū)配有一定數(shù)量的寄存器，每個寄存器通常有16個可存放數(shù)據(jù)的單元（稱為寄存器的“位”），寄存器的“位”就是一個軟繼電器。中央處理機(jī)器件名稱數(shù)量編號及范圍輸入繼電器800000～00150100～01150200～02150300～03150400～0415輸出繼電器60/800500～05150600～06150700～07150800～08150900～0915內(nèi)部輔助繼電器1361000～10151100～11151200～12151300～13151400～14151500～15151600～16151700～17151800～1815定時器/計數(shù)器48TIM/CNT00～TIM/CNT47數(shù)據(jù)存儲區(qū)64DM00～DM6316.1可編程序控制器的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)16.1.3可編程序控制器主機(jī)的組成當(dāng)用戶所需要的輸入輸出點(diǎn)數(shù)超過PC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)時，可以通過I/O擴(kuò)展口來擴(kuò)展輸入輸出點(diǎn)數(shù)。I/O擴(kuò)展口PC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來給PC內(nèi)部電路供電。電源16.2可編程序控制器的工作原理16.2.1輸入采樣階段16.2.2程序執(zhí)行階段16.2.3輸出刷新階段16.2可編程序控制器的工作原理圖16-6PC掃描工作方式16.2可編程序控制器的工作原理輸入采樣階段是PC工作的第一階段，PC以掃描方式按順序讀取所有輸入端（不論輸入端是否接線）的狀態(tài)，并將其保存在存儲器的輸入狀態(tài)寄存區(qū)中，之后進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在此階段，PC對程序順序掃描，并根據(jù)輸入狀態(tài)及其他參數(shù)執(zhí)行程序。前面執(zhí)行的結(jié)果馬上就可以被后面要執(zhí)行的任務(wù)所用。PC將執(zhí)行的結(jié)果寫入存儲器的輸出狀態(tài)表寄存區(qū)中保存。輸入采樣階段程序執(zhí)行階段16.2可編程序控制器的工作原理16.2.3輸出刷新階段當(dāng)執(zhí)行完程序后，將輸出狀態(tài)表寄存區(qū)中的所有輸出狀態(tài)送到輸出鎖存電路，以驅(qū)動輸出單元把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場信號輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PC重復(fù)地執(zhí)行上述三個階段，每重復(fù)1次，即從讀入輸入狀態(tài)到發(fā)出輸出信號所用的時間就是一個掃描周期（或工作周期）。順序掃描的工作方式簡化了程序設(shè)計，并為PC可靠運(yùn)行提供了保證。一方面，在同一個掃描周期內(nèi)，前面指令執(zhí)行的結(jié)果馬上就可以被后面要執(zhí)行的指令所用；另一方面，PC內(nèi)部設(shè)有掃描周期監(jiān)視定時器，監(jiān)視每次掃描時間是否超過規(guī)定的時間，若超過，PC將停止工作并給出報警信號。這種工作方式的顯著不足是輸入輸出響應(yīng)滯后。由于輸入狀態(tài)只在輸入采樣階段讀入，而在程序執(zhí)行階段，即使輸入狀態(tài)變化，輸入狀態(tài)表寄存區(qū)中的數(shù)據(jù)也不會改變。輸入狀態(tài)的變化只能在下一個掃描周期才能得到響應(yīng)，這就是PC輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象。一般來說，最大滯后時間為2～3個掃描周期，這與編程方法有關(guān)。16.3可編程序控制器的編程語言16.3.1兩種常用的編程語言16.3.2PC的基本指令16.3可編程序控制器的編程語言16.3.1兩種常用的編程語言梯形圖在形式上類似于繼電器控制電路，是PC的主要編程語言。它沿用了繼電器、觸點(diǎn)、串聯(lián)、并聯(lián)等圖形符號，如圖16-7所示給出了梯形圖與繼電器原理圖中幾種元件的比較。梯形圖如圖16-8所示（圖16-9是相應(yīng)的接線圖），圖中每一觸點(diǎn)和線圈都對應(yīng)一個編號。梯形圖每一個繼電器線圈為一個邏輯行，每一行起始于左母線，然后從左到右是各觸點(diǎn)的連接，最后終止于繼電器輸出線圈，有的還加上一條右母線。圖16-8實(shí)現(xiàn)的功能為：當(dāng)按下SB1按鈕，常開觸點(diǎn)0001閉合，輸出繼電器線圈0500接通，繼電器KM1線圈帶電。梯形圖圖16-7梯形圖與繼電器原理圖元件比較圖16-8梯形圖圖16-9接線圖16.3可編程序控制器的編程語言16.3.1兩種常用的編程語言梯形圖與繼電器控制電路有著嚴(yán)格的區(qū)別。①梯形圖中的繼電器不同于繼電器控制電路中的物理繼電器，如前所述，它是PC內(nèi)部的一個存儲單元，以存儲單元的狀態(tài)“0”和“1”分別表示繼電器線圈的“斷”、“通”。故稱為“軟繼電器”。由于觸發(fā)器的狀態(tài)可讀取任意次，軟繼電器的觸點(diǎn)可以認(rèn)為有無數(shù)個，而實(shí)際繼電器的觸點(diǎn)是有限的。②梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點(diǎn)（如圖16-8中0001輸入觸點(diǎn)），而不出現(xiàn)其線圈。因?yàn)檩斎肜^電器是由外部輸入驅(qū)動的，而不能由內(nèi)部其他繼電器的觸點(diǎn)驅(qū)動，輸入繼電器的觸點(diǎn)只受相應(yīng)的輸入信號控制。③PC工作時，按梯形圖從左到右，從上到下逐一掃描處理，而不存在幾條并聯(lián)支路同時動作的情況，因而繼電器控制電路中各繼電器均受通電狀態(tài)的制約，可以同時動作。16.3可編程序控制器的編程語言16.3.1兩種常用的編程語言指令語句表16.3可編程序控制器的編程語言16.3.2PC的基本指令LD——邏輯操作開始，稱為取指令，用于常開觸點(diǎn)與左母線連接；LDNOT——稱為取反指令，用于常閉觸點(diǎn)與左母線連接；OUT——輸出指令，將邏輯行的運(yùn)行結(jié)果輸出。邏輯?。↙D）、邏輯取反（LDNOT）和輸出指令（OUT）觸點(diǎn)串聯(lián)指令A(yù)ND和ANDNOT及觸點(diǎn)并聯(lián)指令OR和ORNOTAND——用于串聯(lián)一個常開觸點(diǎn)；ANDNOT——用于串聯(lián)一個常閉觸點(diǎn)；OR——用于并聯(lián)一個常開觸點(diǎn)；ORNOT——用于并聯(lián)一個常閉觸點(diǎn)。16.3可編程序控制器的編程語言16.3.2PC的基本指令觸點(diǎn)串聯(lián)指令A(yù)ND和ANDNOT及觸點(diǎn)并聯(lián)指令OR和ORNOT【例16-1】將圖16-10（a）所示梯形圖用指令表表示?！窘狻坑弥噶畋肀硎緢D16-10（a）所示梯形圖，如圖16-10（b）所示。【例16-2】寫出圖16-11（a）所示的指令表?！窘狻坑弥噶畋肀硎緢D16-11（a）所示梯形圖，如圖16-11（b）所示。（a）梯形圖（b）指令表圖16-11LD，LDNOT，OUT的用法

（a）梯形圖（b）指令表圖16-11AND，ANDNOT，OR，ORNOT的用法16.3可編程序控制器的編程語言16.3.2PC的基本指令TIM——用于計時器的延時操作，其操作數(shù)包括定時器編號和延時設(shè)定值。下面舉例說明定時器指令TIM的用法。如圖16-12中所示定時器的編號為TIM00，延時設(shè)定值為0120。其功能為：當(dāng)輸入條件滿足，即0001常開觸點(diǎn)閉合、0002常閉觸點(diǎn)閉合時，定時器TIM00開始減1定時，每經(jīng)過0.1s，定時器的當(dāng)前值減1。經(jīng)過12s后，定時器的數(shù)值從0120減為0000。定時器常開觸點(diǎn)接通并保持，則輸出繼電器線圈0500接通。當(dāng)輸入條件不滿足時，不管定時器當(dāng)前處于什么狀態(tài)都復(fù)位，當(dāng)前值恢復(fù)到設(shè)定值。在電源掉電時，定時器復(fù)位。定時器相當(dāng)于時間繼電器。定時器指令TIM（a）梯形圖（b）指令表圖16-12TIM指令的用法16.3可編程序控制器的編程語言16.3.2PC的基本指令計數(shù)器指令CNT——提供計數(shù)操作，其操作數(shù)包括計數(shù)器號和計數(shù)設(shè)定值。計數(shù)器有一個脈沖輸入端CP，一個復(fù)位端R，計數(shù)器的設(shè)定值是指要計的脈沖個數(shù)。下面以圖16-13為例說明計數(shù)器指令CNT的用法。當(dāng)0002輸入觸點(diǎn)閉合，計數(shù)脈沖CP端從斷到通，送入CNT一個計數(shù)脈沖，計數(shù)器計數(shù)一次，其設(shè)定值減1，當(dāng)設(shè)定值減為0時，計數(shù)器的常開觸點(diǎn)閉合，0500輸出繼電器接通。當(dāng)復(fù)位端輸入條件滿足時（即0004觸點(diǎn)閉合），計數(shù)器復(fù)位，當(dāng)前值恢復(fù)到設(shè)定值，計數(shù)器的常開觸點(diǎn)斷開。當(dāng)CP和R信號同時到來時，R優(yōu)先。當(dāng)PC斷電時，計數(shù)器的計數(shù)值將保持當(dāng)前值。計數(shù)器指令CNT（a）梯形圖（b）指令表圖16-13CNT指令的用法16.3可編程序控制器的編程語言16.3.2PC的基本指令互鎖指令I(lǐng)L（02）在分支開始處用，分支結(jié)束用清除互鎖指令I(lǐng)LC（03），如圖16-14（a）所示。IL（02）和ILC（03）總是配合使用，當(dāng)IL（02）指令前的互鎖條件滿足時，IL（02）與ILC（03）之間的編程語句正常工作，如同沒有IL（02）和ILC（03）指令一樣，當(dāng)互鎖條件不滿足時，IL（02）和ILC（03）之間的所有輸出線圈均為斷開狀態(tài)，定時器復(fù)位，計數(shù)器的狀態(tài)保持不變?；ユi指令I(lǐng)L（02）和清除互鎖指令I(lǐng)LC（03）（a）梯形圖（b）指令表圖16-14IL和ILC的用法16.3可編程序控制器的編程語言16.3.2PC的基本指令NOP（00）——CPU執(zhí)行該指令時不做任何邏輯操作，該指令只占一程序行的時間。END（01）程序結(jié)束指令，當(dāng)PC執(zhí)行至該指令時停止程序執(zhí)行階段，進(jìn)入輸出刷新階段。其余的指令，此處不再贅述了，有興趣的讀者可參閱相關(guān)書籍。空操作指令NOP（00）和結(jié)束指令END（01）16.4可編程序控制器的應(yīng)用舉例16.4.1三相異步電動機(jī)直接啟動控制16.4.3異步電動機(jī)的Y-D啟動控制16.4.2異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制16.4可編程序控制器的應(yīng)用舉例16.4.1三相異步電動機(jī)直接啟動控制控制過程分析如下：啟動時按下SB1按鈕，PC輸入繼電器0001的常開觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器0500接通，交流接觸器KM接通，電動機(jī)開始運(yùn)行，同時常開觸點(diǎn)0500閉合實(shí)現(xiàn)自鎖。停止時按下SB2按鈕，PC輸入繼電器0002的常閉觸點(diǎn)斷開，輸出繼電器0500斷開，交流接觸器KM斷電，電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。（a）梯形圖（b）指令表圖16-15外部接線圖圖16-16梯形圖和指令表16.4可編程序控制器的應(yīng)用舉例16.4.2異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制（a）梯形圖（b）指令表

（c）指令表圖16-17用PC實(shí)現(xiàn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的接線圖、梯形圖、指令表16.4可編程序控制器的應(yīng)用舉例16.4.2異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)