1、2020/8/31,電工技術基礎,2020/8/31,第9章 可編程控制器,可編程控制器的結構和工作原理 可編程控制器的指令系統(tǒng) 梯形圖的設計原則和經驗設計方法 能夠用梯形圖語言進行簡單的編程,學習要點,2020/8/31,9.1 PLC的結構及工作原理 9.2 PLC的編程元件及指令系統(tǒng) 9.3 梯形圖的設計規(guī)則與設計方法 9.4 PLC應用實例,第9章 可編程控制器,2020/8/31,9.1 PLC的結構及工作原理,9.1.1 PLC的結構,2020/8/31,PLC,主機,I/O模塊,電源：為CPU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配備的直流開關穩(wěn)壓電源。,編程器：用于手持編程。

2、可用它輸入、檢查、修改、調試程序，或用它監(jiān)視PLC的工作情況。,I/O擴展接口：擴充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴展單元與基本單元（即主機）聯(lián)接在一起。,外設接口：將編程器、打印機、條碼掃描儀等外部設備與主機相聯(lián)，以完成相應操作。,輸入模塊：接受輸入設備的控制信號。,輸出模塊：輸出控制信號。,CPU：起總指揮的作用。,存儲器：存儲系統(tǒng)及用戶程序和數(shù)據。,2020/8/31,9.1.2 PLC的工作原理,1、PLC的繼電器,PLC可看成是由普通繼電器、定時器、計數(shù)器等組合而成的電氣控制系統(tǒng)。注意，PLC內部的繼電器實際上是指存儲器中的存儲單元，稱為軟繼電器。當輸入到存儲單元的邏輯狀態(tài)為1時，則表示相應

3、繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開；而當輸入到存儲單元的邏輯狀態(tài)為0時，則表示相應繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，常閉觸點閉合。所以這些軟繼電器體積小、功耗低、無觸點、速度快、壽命長，并且具有無限多的常開、常閉觸點供程序使用。,2020/8/31,2、PLC的工作原理,直接起動控制電路采用PLC控制，其外部接線及內部等效電路如圖所示?？蓪LC分成3部分：輸入部分、內部控制電路和輸出部分。,2020/8/31,輸入部分：由輸入接線端與等效輸入繼電器組成。輸入繼電器由接入輸入端點的外部信號來驅動，其作用是收集被控制設備的各種信息或操作命令。 內部控制電路：由大規(guī)模集成電路構成的微處

4、理器和存儲器組成的，經過制造廠家的開發(fā)，為用戶提供部件。內部控制電路的部件包括輸出繼電器、定時器、計數(shù)器、移位寄存器等，這些部件也有許多對常開觸點和常閉觸點供PLC內部使用。PLC內部控制電路的作用是處理由輸入部分所取得的信息，并根據用戶程序的要求，使輸出達到預定的控制要求。 輸出部分：作用是驅動被控制的設備按程序的要求動作。對應每一條輸出電路，相當有一個輸出繼電器，此輸出繼電器有一個對外常開觸點與輸出端相連，其余均為供PLC內部使用的常開觸點和常閉觸點。當輸出繼電器接通時，對外常開觸點閉合，外部執(zhí)行元件可以通電動作。,2020/8/31,梯形圖：實際上就是用戶所編寫的應用程序等效于PLC內部

5、的接線圖。當用編程器將梯形圖程序送入PLC內，PLC就可以按照預先制定的方案工作。,電路工作過程：當起動按鈕SB1閉合，輸入繼電器X400接通，其常開觸點X400閉合，輸出繼電器Y430接通，Y430的常開觸點閉合自鎖，同時外部常開觸點閉合，使接觸器線圈KM通電，電動機連續(xù)運行。停機時按停機按鈕SB2，輸入繼電器X401接通，其常閉觸點斷開，線圈Y430斷開，電動機停止運行。這里要注意，因與停機按鈕相連的輸入繼電器X401采用的是常閉觸點，所以停機按鈕必須采用常開觸點，這與繼電接觸器控制電路不同。,2020/8/31,3、PLC的工作方式,PLC是采用順序掃描、不斷循環(huán)的方式進行工作的。PLC

6、的掃描工作過程可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新3個階段，并進行周期性循環(huán)。,2020/8/31,9.2 PLC的編程元件與指令系統(tǒng),9.2.1 PLC的編程元件,以F40M為例。F40M的元件編號采用8進制。,輸入繼電器：24個，編號為X400X407、X410X413、X500X507、X510X513。,輸出繼電器：16個，編號為Y430Y437、Y530Y537。,輔助繼電器：M100M277，128點為普通型。M300M377，64點為斷電保持型。,移位寄存器：由輔助繼電器構成。可組成8位或16位的移位寄存器。移位寄存器的第一個輔助繼電器的代號，就是這個移位寄存器的代號。,2020/

7、8/31,圖示是代號為M300的16位移位寄存器。 （1）輸入：設置第一個輔助繼電器的狀態(tài)，由接在輸入端的輸入繼電器X400的狀態(tài)所決定，其操作如圖所示。 （2）復位：當復位端的信號X402接通（1態(tài)）時，M300M317全部處于復位狀態(tài)（0態(tài)）。因此，當移位寄存器按照移位方式工作時，復位輸入（在此即指X402）應斷開。 （3）移位：當移位輸入端的信號X401接通（由0變1）一次，每個輔助繼電器的狀態(tài)（1或0）向右移一位，原M317的信號溢出。,2020/8/31,定時器：16個，編號為T450T457，T550T557。每個定時器的定時時間K為0.1999s，在編程中設定。,圖示為延時接通定

8、時器。定時值K設定為3s。若輸入繼電器X400接通，則其常開觸點閉合，定時器T450起動，每隔0.1s對K減0.1，直至3s后K減到0，定時器T450輸出，其常開觸點閉合，接通輸出繼電器Y430。若輸入繼電器X400一直接通，定時器T450維持輸出。當輸入繼電器X400斷開，定時器T450復位，其常開觸點斷開，定時值K恢復到設定值。,2020/8/31,圖示為延時斷開定時器。定時值K設定為19s。輸入繼電器X400由接通變斷開時，則其常開觸點斷開，常閉觸點閉合。由于輸出繼電器Y430的常開觸點自保持，定時器T450起動，每隔0.1s對K減0.1，直至19s后K減到0，定時器輸出，其常閉觸點T4

9、50斷開，使輸出繼電器Y430斷開，同時定時值K恢復到設定值。,2020/8/31,計數(shù)器： 16個，編號為C460C467，C560C567。每個計數(shù)器的計數(shù)值K為1999，在編程中設定。每個計數(shù)器均有斷電保持功能。不需要斷電保持時，可用初始化脈沖M71復位。,圖示是無電源中斷保持的減法計數(shù)器。運行開始時，M71將計數(shù)器C460復位，計數(shù)值等于設定值19。當復位輸入斷開，計數(shù)開始。X401接通一次（由0變1），計數(shù)值減1，直到減到0為止，此時C460的常開觸點接通，使Y430接通。若再來計數(shù)脈沖，計數(shù)值仍保持為0，C460的常開觸點一直保持接通。直到復位輸入X400接通，C460斷開，計數(shù)值

10、恢復為設定值。,2020/8/31,計數(shù)器也可作定時器用。圖示是由計數(shù)器C461組成的60s定時器。X402接通，100ms的時鐘脈沖M72使計數(shù)器C461計數(shù)，當計數(shù)值達到設定值600（即0.1s600=60s）時，計數(shù)器C461的常開觸點閉合，使輸出繼電器Y531接通。輸入繼電器X402斷開時，其常閉觸點閉合，使C461復位，其常開觸點斷開，從而使輸出繼電器Y531斷開。利用此特點，可用計數(shù)器構成長延時定時器。,2020/8/31,特殊輔助繼電器： M70：運行監(jiān)視。當PLC處于運行狀態(tài)，M70接通。 M71：初始化脈沖。當M70接通，第一執(zhí)行周期M71接通，可用作計數(shù)器、移位寄存器的初始

11、化復位。 M72：100ms時鐘。產生脈沖間隔為100ms的時鐘。 M76：電池電壓監(jiān)視。鋰電池電壓下降到規(guī)定值時接通?？梢杂盟挠|點通過輸出繼電器接通指示燈，提醒操作者更換電池。 M77：禁止全部輸出。若M77的線圈接通，全部輸出繼電器的輸出將自動斷開，但輔助繼電器、定時器及計數(shù)器仍繼續(xù)工作。在緊急情況下，可用M77切斷全部輸出。,2020/8/31,9.2.1 PLC的指令,1輸入、輸出指令 LD：取指令。取與左母線相聯(lián)的常開觸點。 LDI：取反指令。取與左母線相聯(lián)的常閉觸點。 以上兩條指令還可與ANB、ORB配合，用于分支電路的開始點 OUT：輸出指令。用于驅動輸出繼電器、輔助繼電器、定

12、時器、計數(shù)器，但不能用于輸入繼電器。對于定時器和計數(shù)器使用OUT指令后，必須設定常數(shù)K，常數(shù)K的設定也作為一條指令。,2020/8/31,2與指令 AND：常開觸點串聯(lián)聯(lián)接指令。 ANI：常閉觸點串聯(lián)聯(lián)接指令。,注意：AND指令和ANI指令只能用于一個觸點與前面的觸點串聯(lián)，不能用于兩個及以上觸點并聯(lián)的電路塊與前面的電路串聯(lián)，并聯(lián)電路塊串聯(lián)要使用ANB指令。,2020/8/31,3或指令 OR：常開觸點并聯(lián)聯(lián)接指令。 ORI：常閉觸點并聯(lián)聯(lián)接指令。,注意：OR指令和ORI指令只能用于一個觸點與前面的電路并聯(lián)，不能用于兩個及以上觸點串聯(lián)的支路與前面的電路并聯(lián)，串聯(lián)支路并聯(lián)要使用ORB指令。,202

13、0/8/31,4電路塊并聯(lián)指令 ORB：將兩個及以上觸點串聯(lián)的支路（亦稱串聯(lián)電路塊）與前面支路并聯(lián)。 使用ORB指令的原則是： （1）先組塊后并聯(lián)； （2）使用ORB指令對各個支路進行并聯(lián)時，各個支路的起點須使用LD、LDI指令； （3）多個支路組成的并聯(lián)電路，每寫一條并聯(lián)支路后緊跟一條ORB指令，則并聯(lián)電路塊的條數(shù)沒有限制，這種編程方式較好。也可以在所有的支路組成之后，集中寫若干條ORB指令，但這種寫法并聯(lián)支路不能超過8條，是不好的編程方式。,2020/8/31,2020/8/31,5電路塊串聯(lián)指令 ANB：將多個串聯(lián)電路塊并聯(lián)的電路（亦稱并聯(lián)電路塊）與前面的電路串聯(lián)。 使用ANB指令的原則

14、是： （1）先組塊后串聯(lián)； （2）在每一電路塊開始時，須使用LD、LDI指令； （3）多個電路塊組成的串聯(lián)電路，在組成一個電路塊后，緊跟一條ANB指令，則串聯(lián)電路塊的個數(shù)沒有限制，這種編程方式較好。也可以在所有的電路塊組成之后，集中寫若干條ANB指令，但這種寫法串聯(lián)電路塊不能超過8個，是不好的編程方式。,2020/8/31,2020/8/31,6復位指令 RST：用于計數(shù)器、移位寄存器的復位。 使用RST指令的原則是： （1）復位電路與計數(shù)器的計數(shù)電路及移位寄存器的移位電路是相互獨立的，他們的先后次序可以任意交換； （2）所有的計數(shù)器及一部分移位寄存器具有斷電保持功能。因此，在開始運行之前，通

15、常須用初始化脈沖M71將這些計數(shù)器和移位寄存器復位，以免出錯。,2020/8/31,7移位指令 SFT：移位寄存器移位輸入指令。,OUT M120對移位寄存器的第一位輸入，SFT M120使移位寄存器中每一位的狀態(tài)逐位向右移一位，RST M120使M120M127復位。,2020/8/31,8脈沖指令 PLS：用于產生脈沖信號。 PLS指令只能用于M100M377。,在X400的上升沿（由0變1）M101產生一個寬度為一個工作周期的脈沖。工作周期是從程序執(zhí)行開始到程序執(zhí)行結束（END）之間所需要的時間。,2020/8/31,計數(shù)器和移位寄存器的復位、移位寄存器的移位通常需要這種脈沖。圖示為繼電

16、器脈沖輸出用于計數(shù)器復位的例子。,2020/8/31,9空操作指令 NOP：使該步為空操作。 若在程序中寫入NOP指令，可使變更和增加程序時，步序號變更最小。但需注意，若將程序中的LD、LDI、ANB、ORB等指令改為NOP指令，會引起電路結構的重大變化，如圖所示。因此，NOP指令的使用應慎重。,2020/8/31,10結束指令 END：程序結束時寫入END指令。 調試程序時，若在每個程序塊的末尾寫上END指令，檢查每一個程序塊的運行情況時就可以減少調試時間，檢查完畢后，再將各個END指令刪去。,2020/8/31,9.3 梯形圖的設計規(guī)則與設計方法,9.3.1 梯形圖的設計規(guī)則,梯形圖：是由

17、表示PLC內部編程元件的圖形符號所組成的階梯狀圖形。繪制梯形圖時應遵循以下幾條規(guī)則：,規(guī)則1：梯形圖按從左到右，自上而下的順序繪制（指令編程亦應從左到右，自上而下）。每個編程元件線圈為一邏輯行。元件線圈與右母線直接相聯(lián)。兩線圈不能串聯(lián)，也不能在線圈與右母線之間接其他元件，線圈一般也不允許直接與左母線相聯(lián)。,2020/8/31,規(guī)則2：除有跳轉指令外，一般某編號的線圈在梯形圖中只能出現(xiàn)一次。 規(guī)則3：在梯形圖中的觸點應畫在水平線上，不應畫在垂直線上，這是因為這種形式的梯形圖無法用指令語句編程，應改畫成能夠編程的形式。,2020/8/31,規(guī)則4：繪制梯形圖時，應按照“上重下輕、左重右輕”的原則進

18、行。即當幾條支路并聯(lián)時，串聯(lián)觸點多的應畫在上面；幾個電路塊串聯(lián)時，并聯(lián)觸點多的電路塊應畫在左邊。按照這個原則繪制的梯形圖符合“從左到右、自上而下” 的程序執(zhí)行順序，并易于用指令語句編程。,規(guī)則5：輸入繼電器的線圈由輸入端子上的外部信號驅動，因而輸入繼電器的線圈不應出現(xiàn)在梯形圖中。梯形圖中輸入繼電器觸點的通斷取決于外部信號。,2020/8/31,9.3.2 梯形圖的經驗設計法,經驗設計法是沿用設計繼電接觸器控制電路的方法來設計梯形圖，即在一些典型的繼電接觸器控制電路的基礎上，根據被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷修改和完善梯形圖。經驗設計法在設計時無普遍規(guī)律可循，設計的質量與設計者的經驗有很大的

19、關系。經驗設計法可用于較簡單的梯形圖設計，如一些繼電接觸器基本控制電路的設計。,2020/8/31,圖示為電動機直接起動控制的梯形圖及輸入輸出波形圖。按下起動按鈕，輸入繼電器X400接通，其常開觸點閉合，輸出繼電器Y430接通，Y430的常開觸點閉合自鎖。按下停機按鈕，輸入繼電器X401接通，其常閉觸點斷開，輸出繼電器Y430斷開。,2020/8/31,圖示為電動機正反轉控制的PLC端子分配、外部接線及梯形圖。SB1、SB2和SB3分別是正反轉起動和停機按鈕。FR是熱繼電器的保護觸點，用它在PLC外端直接通斷正反轉接觸器KM1、KM2的電源更為可靠。X400和X401的常閉觸點用來實現(xiàn)按鈕聯(lián)鎖，Y430和Y431的常閉觸點用來實現(xiàn)Y430和Y431的聯(lián)鎖。為確保在任何情況下兩個接觸器都不會同時接通，除以上的軟件聯(lián)鎖外，還在PLC的外部設置了由KM1和KM2常閉觸點實現(xiàn)的硬件聯(lián)鎖。,2020/8/31,在電動機正反轉控制梯形圖的基礎上，很容易設計出電動機的正反轉控制且能實現(xiàn)Y降壓起動控制