基于三菱plc的交通灯设计Word文档下载推荐.docx
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内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。
但工作节奏由震荡信号控制。
CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。
CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。
CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。
一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。
箱体式PLC的主箱体也有这些显示。
它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。
CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。
2.I/O模块
输入（Input）模块和输出（Output）模块简称I/O模块，他们相当于人的眼、耳、鼻、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。
PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
3.编程器
编程器是用来生成用户程序，便用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。
手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入好编辑指令表程序，因此又叫做指令编辑器。
它的体积小，价格便宜，一般用来给小型的PLC编程，或者用与现场调试和维护。
4.电源
PLC使用AC220V电源或DC24V电源。
内部的开关电源为各模块提供不同等级的直流电源。
小型的PLC可以为输入电路和外部的电子传感器（例如接近开关）提供DC24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
5.PLC的通信联网
PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。
现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。
当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。
了解了PLC的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。
1.2PLC的特点与应用领域
1.2.1PLC的特点
（1）．可靠性高，抗干扰强
（2）．功能强大，性价比高
（3）．编程简易，现场可修改
（4）．配套齐全，使用方便
（5）．寿命长，体积小，能耗低
（6）．系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维修方便
1.2.2PLC的应用领域
PLC已经广泛地应用到很多工业部门，随着其性能价格的不断提高，PLC的应用范围不断扩大，主要由一下几个方面：
（1）数字量逻辑控制
（2）运动控制
（3）闭环过程控制
（4）数据处理
（5）联网通信
第二章PLC的硬件与工作原理
2.1PLC的硬件
2.1.1PLC的物理结构
根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式、模块式和混合式。
1.整体式PLC
整体式又叫做单元式或机箱式，它的体积小、价格低，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。
对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。
无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
2.模块式PLC
大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成，模块插在模块插座上，后者焊接在机架中的总线连接板上，有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下选用的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用接口模块和电缆相连。
用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。
2.1.2CPU模块中的存储器
存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器，系统程序相当于个人计算机中的操作系统，它使PLC具有基本的智能，能完成PLC设计者的规定的各种工作。
系统程序由PLC的生厂家设计并固定化在ROM（只读存储器）中，用户不能读取。
用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要球的特定功能，用户程序存储器的容量以字节（B）为单位。
1.随机存取存储器（RAM）
用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又叫读/写存储器。
RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。
2.只读存储器（ROM）
ROM的内容只能读出，不能写入。
3.可以电檫出可编程的只读存储器（EEPROM）
S7-200用EEPROM来存储用户程序和长期保存的重要数据。
2.1.3I/O模块
各I/O点的通/断状态用发光二极管（LED）显示，PLC与外部接线的连接一般用接线端子，某些模块使用可以拆卸的插座型端子板，不需断开端子板上的连接线，就可以迅速的更换模块。
输入模块：
PLC通过输入模块来接收和采集输入信号，通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调速装置等执行器，PLC控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。
输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号。
输出模块：
输出模块的率放大元件有大功率晶体管和场效应管（驱动直流负载）、双向可控硅（驱动交流负载）和小型继电器，继电器可以驱动交流负载或直流负载。
输出电流的典型值为0.5—2A,负载电源由外部现场提供。
2.2PLC的工作原理
可编程控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图很相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器等等。
这种用计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理继电器在功能上也有某些相似之处。
继电器在控制系统中有功率放大、电气隔离、逻辑运算的作用。
PLC有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。
在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序不实现控制功能。
为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作状态。
除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，PLC还要完成内部处理、通信处理等工作，一共有五个阶段（见图2）。
PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。
由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。
在内部处理阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成别的一些内部工作。
在通信服务阶段，PLC与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。
当PLC处于停止（STOP）状态时，只执行以上的操作。
PLC处于运行（RUN）状态时，还要完成另外三个阶段的操作。
在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映象寄存器和输出映象寄存器。
PLC梯形图中别的编程元件也有对应的映象存储区，它们统称为元件映象寄存器。
PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。
在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。
在程序执行阶段，当执行指令时，从输入映象寄存器或别的元件映象寄存器中将有关编程元件的“0”/“1”状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到对应的元件映象寄存器中。
因此，各编程元件的映象寄存器（输入映象寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。
在输出处理阶段，CPU将输出映象寄存器的“0”/“1”状态传送到输出锁存器，经输出模块隔离和功率放大后驱动外部的负载。
第三章PLC程序设计基础
3.1PLC编程语言与编程结构
现代的PLC一般备有多种编程语言，供用户使用。
但不同厂家的PLC的编程语言有很大的区别，用户不得不学习多种编程语言和查找故障的方法。
因此，IEC（国际电工委员会）1994年5月公布了可编程序控制器标准（IEC1131）。
该标准由以下5部分组成：
通用信息、设备与测试要求、PLC的编程语言、用户指南和通讯。
由其制定的编程语言即满足目前市场的要求，又适应未来技术的发展。
同时，IEC1131—3详细说明了句法、语义和下述5种PLC编程语言（见图4）的表达方式：
顺序功能图
梯形图
功能块图
指令表
文本结构
标准中有两种图形语言——梯形图（LD）和功能块图（FBD），还有两种文字语言——指令表（IL）和结构文本（ST），可以认为顺序功能图（SFC）是一种结构块控制程序流程图。
3.1.1顺序功能图（SFC）
SFC提供了一种组织程序的图形方法，在SFC中可以用别的语言嵌套编程。
步、转换和动作（Action）是SFC中的三种主要元件（见图5）。
步是一种逻辑块，即对应于特定的控制任务的编程逻辑；
动作是控制任务的独立部分；
转换是从一个任务到另一个任务的原因。
作为梯形图语言，SFC提供用户了以上三种基本结构（见图5）。
在顺序结构中，CPU首先反复执行1中的动作，直到转换1变为“1”状态，CPU才处理第2步。
在选择支路中，取决于哪一个转换是活动的，CPU只执行一条支路。
在并行支路中，所有的支路被同时执行。
对于目前大多数PLC来说，SFC还仅仅作为组织编程的工具使用，尚需用其它的编程语言（如梯形图）将它转换为PLC可执行的程序。
因此，通常只是将SFC作为PLC的辅助编程工具，而不是一种独立的编程语言。
3.1.2梯形图（LD）
梯形图是使用得最多的PLC图形编程语言，有时又被称为电路或程序。
它是一种软件信息，是一种反映PLC的输入输出控制逻辑关系的程序软件，它与传统的继电器控制系统的梯形图（硬件）电路不同，不是真正的物理（硬件）电路，一定不能把它们当作硬件电路来看待。
由于梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，因此很容易被工厂熟悉继电器控制的电气技术人员掌握，特别适用于开头量逻辑控制。
IEC1131-3的梯形图中除了线圈、常开触点和常闭触点外，还允许增加功能和功能块。
1、梯形图的主要特点
（1）PLC梯形图是的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等。
但是它们不是真实物理继电器（即硬件继电器），而是在软件中使用的编程元件。
（2）梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线（Busbar）。
在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线之间有一个左正右负的直流电源电压。
当图6中的触点1、2接通时，可假设“概念电流”或“能流”（Powerflow）从左向右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序一致。
能流的方向只能从左向右流动，因此图6中（a）图应改为图（b）所示的等效电路。
（3）根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。
逻辑运算是按梯形图中从上到下、从左到右的顺序进行的。
解算的结果立即可以被后面的逻辑解算所利用。
逻辑结算是根据输入映象寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。
（4）梯形图中的线圈应放在最右边，图7（a）的电路应改为图7（b）中的电路。
（5）梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可无限次的使用。
2、梯形图经验设计方法：
（1）.可根据原有的继电逻辑控制图进行转化设计；
（2）.没有固定的方法和步骤可遵循，试探性和随意性强；
（3）.由于需要中间变量完成记忆联锁互锁，需要考虑的因素很多；
（4）.设计耗时长，且修改麻烦；
3、梯形图编规则：
（1）、每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。
（2）、梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有接触点），如图（a）错，图（b）正确。
（3）、线圈不能直接接在左边母线上。
（4）、在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应尽量避免。
（5）、在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动——即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。
下图是一个错误的桥式电路梯形图。
3.1.3功能块图（FBD）
这是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，具有数字电路基础的人很容易掌握。
该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算输入变量，右侧为输出变量，输入端、输出端的小圆圈表示“非”运算，信号是自左向右流运的。
像SFC一样，功能块图FBD也是一种图形语言，在FBD中也允许嵌入别的语言（如梯形图、指令表和结构文本）。
3.1.4指令表（IL）
有的厂家（如西门子公司）将指令称为语句，由若干条指令组成的程序叫做指令表程序。
PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，但是小型PLC的指令系统比汇编语言的简单得多，有的PLC的指令系统仅有20来条指令。
指令表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时一般使用梯形图语言。
如果使用图形编程器，可以直接将梯形图送入PLC，并在显示器上显示出来。
如果使用简易编程器，则必须将梯形图转换成指令表后再送入PLC，这种转换的规则是很简单的。
在用户存贮器中，指令按步序号顺序排列。
3.2顺序控制梯形图的设计方法
3.2.1起保停电路的编程方式
根据顺序功能图设计梯形图时，可以用为存储器位M来代表步，某一步为活动步时，对应的存储器位为1状态，某一转换实现时，改转换的后续步为活动步，前级步变为死步。
起保停电路仅仅使用与触电和线圈有关的指令，设计起保停电路的关键是找出它的启动条件和停止条件。
根据转换实现的基本规则，转换实现的基本条件是前级步为活动步，并且满足相应的转换条件，该步才为1状态，并且后续步为死步。
图3-2是3-1顺序功能图对应的梯形图，步M200之后有一个选择序列的分支，设步M200为活动步，当它的后续步M201或M203变为活动步时，它都应变为死步，要使步M203变为活动步时，即代表步的辅助继电器M202的启动条件为
M201·
X401+M203·
X404
对于并行序列，如果某一步的前面有N个转换（即有N个分支进入该步），则代表该步的辅助继电器的启动电路有N条支路并联而成，各支路由某一前级步对应的辅助继电器的常开触点与相应的转换条件对应的触点或电路串联而成。
3.2.2以转换为中心的编程方式
在顺序功能图中，如果某一转换所有的前级步都是活动步并且满足相应的转换条件，则转换实现。
在以转换为中心的编程方法中，将改转换所有前级步对应的存储器位的常开触点与转换对应的触点或电路串联，该串联电路即为起保停电路的启动电路，用它作为使所有后续步对应的存储器位置位，和所有前级步对应的前级步对应的存储器位复位。
如图3-3是3-1对应的以转化为中心编程的梯形图。
第四章三菱公司F1—40MR型PLC的使用
4.1三菱公司的PLC产品及F1—40MR
4.1.1F1系列PLC的指令系统简介：
（1）F1系列PLC的指令可分为两大类：
基本逻辑指令：
又称为通用逻辑指令，是PLC中最基本的编程语言，用于开关量I/O的控制系统的梯形图程序设计，共二十条。
掌握了它们也就初步掌握了PLC的使用方法，基本上就能满足开关量逻辑控制系统的编程了。
特殊功能指令：
共87条，可用于编制特殊程序，如高速I/O处理、数据传输、计数器的特殊用法、算术运算和模拟量控制等。
（2）F1系列PLC的基本逻辑指令又分为四大类：
作用于触点的指令：
LD/LDI、AND/ANI、OR/ORI等。
作用于线圈的指令：
OUT。
数据处理指令：
如S/R、RST、SFT、MC/MCR、PLS、SFT、CJP/EJP等。
独立使用的指令：
如ANB、ORB、END等。
4.1.2F1—40MR的编程元件：
F1—40MR的编程元件的名称由字母和数字表示，它们分别表示元件的类型和元件号。
元件号用八进制数表示，各种编程元件的编号的取值范围有严格的规定，不同的元件编号均不相同，互不重叠，具体安排如下：
输入继电器（X）：
400—413，500—513
输出继电器（Y）：
430—437，530—537
定时器（T）：
50—57，450—457，550—557，650—657
计数器（C）：
60—67，460—467，560—567，660—667
辅助继电器（M）：
100—377（其中300—377断电保持）
状态寄存器（S）：
600—647
特殊辅助继电器（M）：
70，71，72，73，76，77等16个
4.1.3某些编程元件使用特性及含义：
（1）F1—40MR的12个移位寄存器分别由下列辅助继电器组成：
M100—M117M120—M137M140—M157M160—M177
M200—M217M220—M237M240—M257M260—M277
M300—M317M320—M337M340—M357M360—M377
（2）部分特殊辅助继电器的含义：
M70：
运行监视，当PLC的运行开关接通时，M70接通。
M71：
初始化脉冲，在PLC的运行开关接通之后的第一个扫描周期内接通。
（3）定时器：
F1系列PLC有24个0.1-999s的定时器，编号为：
T50-T57，T450-T457，T550-T557。
F1系列PLC有8个0.01-99.9秒的定时器，编号为：
T650-T657。
（4）计数器：
F1系列PLC有32个最大计数值为999的三位减法计数器，编号为：
60—67，460—467，560—567，660—667。
F1系列PLC将两个三位计数器C660和C661组成计数器对作为一个6位BCD码加减计数器使用，其中C660是低三位，C661是高三位，其计数及工作方式由特殊辅助继电器M470—M472等的ON/OFF状态控制决定，它既可以对高速脉冲（最高2KHz）计数，也可以作为普通计数器使用。
4.2F1-20P简易编程器的使用
F1-20P是与F1系列PLC配套的简易编程器，它也可以为F、F2系列PLC编程。
4.2.2编程操作
程序的写入、修改、调试过程如右图所示。
编程时将编程器插在基本单元上，并将它们分别置于PROGRAM模式，PLC进入编程工作状态，在此状态下进行程序的写入、检查和编辑。
（1）清除用户程序存贮器的全部内容：
在写入新程序前，首先要进行程序清零，其按键操作过程为：
CLEARSTEP0STEP999DEL
对于F1系列PLC，用户程序存储空间为1K字，每字为1步（STEP）。
当最后按下DEL键后，用户程序存贮器中的内容全部变为NOP指令。
同时有断电保持功能的辅助继电器M300—M377全部处于断开状态，计数器和移位寄存器全部被复位。
若只清除用户程序存贮器中的部分程序段，则可在上述操作过程中指定待清除的起始步序和结束步序即可。
在键操作中，若要取消前面的键操作，可以按CLEAR键。
应该注意，该键不是用来清除存贮器内容的，按该键后，编程器处于等待接受操作命令的状态。
（2）程序的写入
利用编程器键盘上的按键，便可以将编好的用户程序写入内存。
每写入一条指令时，显示器将显示出步序号、指令及数据。
程序写入应按顺序进行。
清除存贮器内容后，新的用户程序从第000步开始写入。
按CLEAR键，显示出步序号000，然后按INSTR键，进入指令显示状态，便可以开始写入程序。
其按键操作过程如图所示，WRITE操作将指令写入RAM，并对用户程序存贮器步序号加1。
如果程序写入是接着RAM中原有的程序继续
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