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可编程控制器指导书

无锡工艺职业技术学院

可编程控制器应用技术

实

验

指

导

书

应用电子教研室

2010年9月

第一章可编程控制器简介

可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。

控制器和被控对象连接方便。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。

另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。

由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

一、PLC的结构及各部分的作用

可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。

通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。

1．中央处理单元（CPU）

CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。

CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。

这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。

CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。

CPU的功能有以下一些：

从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。

2．存储器（RAM、ROM）

存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。

常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。

RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。

RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。

掉电时，可有效地保持存储的信息。

EPROM、EEPROM都是只读存储器。

用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。

3．输入输出单元（I/O单元）

I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。

I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。

接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。

PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。

4．电源

PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。

PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。

5．编程器

编程器是PLC的最重要外围设备。

利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。

除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。

利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。

二、PLC的工作原理

PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。

PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。

全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。

当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。

在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。

1．输入处理

输入处理也叫输入采样。

在此阶段，顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。

在此输入映象寄存器被刷新。

接着进入程序执行阶段。

在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。

2．程序执行

根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。

遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。

从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。

对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。

3．输出处理

程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。

三、PLC编程语言

1．梯形图编程语言

梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，它是在电器控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的，形象、直观、实用。

梯形图的设计应注意以下三点：

（一）梯形图按从左到右、从上到下的顺序排列。

每一逻辑行起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。

（二）梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。

这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。

（三）输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。

因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。

输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。

输出继电器的触点可供内部编程使用。

2．语句表编程语言

指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语言易懂易学。

一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。

第二章基本指令简介

基本指令如表所示

名称

助记符

目标元件

说明

取指令

X、Y、M、S、T、C

常开接点逻辑运算起始

取反指令

LDI

X、Y、M、S、T、C

常闭接点逻辑运算起始

线圈驱动指令

OUT

Y、M、S、T、C

驱动线圈的输出

与指令

AND

X、Y、M、S、T、C

单个常开接点的串联

与非指令

ANI

X、Y、M、S、T、C

单个常闭接点的串联

或指令

X、Y、M、S、T、C

单个常开接点的并联

或非指令

ORI

X、Y、M、S、T、C

单个常闭接点的并联

或块指令

ORB

无

串联电路块的并联连接

与块指令

ANB

无

并联电路块的串联连接

主控指令

Y、M

公共串联接点的连接

主控复位指令

MCR

Y、M

MC的复位

置位指令

SET

Y、M、S

使动作保持

复位指令

RST

Y、M、S、D、V、Z、T、C

使保持复位

上升沿产生脉冲指令

PLS

Y、M

输入信号上升沿产生脉冲输出

下降沿产生脉冲指令

PLF

Y、M

输入信号下降沿产生脉冲输出

空操作指令

NOP

无

使步序作空操作

程序结束指令

END

无

程序结束

一、线圈驱动指令LD、LDI、OUT

LD，取指令。

表示一个与输入母线相连的常开接点指令，即常开接点逻辑运算起始。

LDI，取反指令。

表示一个与输入母线相连的常闭接点指令，即常闭接点逻辑运算起始。

OUT，线圈驱动指令，也叫输出指令。

LD、LDI两条指令的目标元件是X、Y、M、S、T、C，用于将接点接到母线上。

也可以与ANB指令、ORB指令配合使用，在分支起点也可使用。

OUT是驱动线圈的输出指令，它的目标元件是Y、M、S、T、C。

对输入继电器X不能使用。

OUT指令可以连续使用多次。

LD、LDI是一个程序步指令，这里的一个程序步即是一个字。

OUT是多程序步指令，要视目标元件而定。

OUT指令的目标元件是定时器T和计数器C时，必须设置常数K。

二、接点串联指令AND、ANI

AND，与指令。

用于单个常开接点的串联。

ANI，与非指令。

用于单个常闭接点的串联。

AND与ANI都是一个程序步指令，它们串联接点的个数没有限制，也就是说这两条指令可以多次重复使用。

OUT指令后，通过接点对其它线图使用OUT指令称为纵接输出或连续输出，连续输出如果顺序不错可以多次重复。

三、接点并联指令OR、ORI

OR，或指令。

用于单个常开接点的并联。

ORI，或非指令。

用于单个常闭接点的并联。

OR与ORI指令都是一个程序步指令，它们的目标元件是X、Y、M、S、T、C。

这两条指令都是并联一个接点。

需要两个以上接点串联连接电路块的并联连接时，要用ORB指令。

四、串联电路块的并联连接指令ORB

两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块。

串联电路块并联连接时，分支开始用LD、LDI指令，分支结果用ORB指令。

ORB指令与ANB指令均为无目标元件指令，而两条无目标元件指令的步长都为一个程序步。

ORB有时也简称或块指令。

ORB指令的使用方法有两种：

一种是在要并联的每个串联电路块后加ORB指令；另一种是集中使用ORB指令。

对于前者分散使用ORB指令时，并联电路块的个数没有限制，但对于后者集中使用ORB指令时，这种电路块并联的个数不能超过8个。

五、并联电路的串联连接指令ANB

两个或两个以上的接点并联的电路称为并联电路块。

分支电路并联电路块与前面电路串联连接时，使用ANB指令。

分支的起点用LD、LDI指令，并联电路快结束后，使用ANB指令与前面电路串联。

ANB指令也简称与块指令，ANB也是无操作目标元件，是一个程序步指令。

六、主控及主控复位指令MC、MCR

MC为主控指令，用于公共串联接点的连接，MCR叫主控复位指令，即MC的复位指令。

在编程时，经常遇到多个线圈同时受一个或一组接点控制。

如果在每个线圈的控制电路中都串入同样的接点，将多占用存储单元，应用主控指令可以解决这一问题。

使用主控指令的接点称为主控接点，它在梯形图中与一般的接点垂直。

它们是与母线相连的常开接点，是控制一组电路的总开关。

MC指令是3程序步，MCR指令是2程序步，两条指令的操作目标元件是Y、M，但不允许使用特殊辅助继电器M。

与主控接点相连的接点必须用LD或LDI指令。

使用MC指令后，母线移到主控接点的后面，MCR使母线回都原来的位置。

在MC指令内再使用MC指令时嵌套级N的编号（0~7）顺序增大，返回时用MCR指令，从大的嵌套级开始解除。

七、置位与复位指令SET、RST

SET为置位指令，使动作保持；RST为复位指令，使操作保持复位。

SET指令的操作目标元件为Y、M、S。

RST指令的操作目标元件为Y、M、S、D、V、Z、T、C。

这两条指令是1~3个程序步。

用RST指令可以对定时器、计数器、数据寄存器、变址寄存器的内容清零。

八、脉冲输出指令PLS、PLF

PLS指令在输入信号上升沿产生脉冲输出，而PLF在输入信号下降沿产生脉冲输出，这两条指令都是2程序步，它们的目标元件是Y和M，但特殊辅助继电器不能作目标元件。

使用PLS指令，元件Y、M仅在驱动输入接通后的一个扫描周期内动作。

而使用PLF指令，元件Y、M仅在驱动输入断开后的一个扫描周期内动作。

九、空操作指令NOP

NOP指令是一条无动作、无目标元件的一程序步指令。

空操作指令是该步序作空操作。

用NOP指令替代已写入指令，可以改变电路。

在程序中加入NOP指令，在改动或追加程序时可以减少步序号的改变。

十、程序结束指令END

END是一条无目标元件的1程序步指令。

PLC反复进行输入处理、程序运算、输出处理，若在程序最后写入END指令，则END以后的程序步就不再执行，直接进行输出处理。

在程序调试过程中，按端插入END指令，可以顺序扩大对各程序段的检查。

采用END指令将程序划分为若干段，在确认处理前面电路块的动作正确无误之后，依次删去END指令。

第三章可编程控制器梯形图设计规则

1．触点的安排

梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。

2．串、并联的处理

在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。

在有几个并联回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。

3．线圈的安排

不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。

4．不准双线圈输出

如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。

这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。

5．重新编排电路

如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路，然后再进行编程就比较容易。

6．编程顺序

对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从最左边触点开始，由上之下向右进行编程，再把程序逐段连接起来。

实验一喷泉的模拟控制

一、实验目的

用PLC构成喷泉控制系统

二、实验内容

1．控制要求

隔灯闪烁：

L1亮0.5秒后灭，接着L2亮0.5秒后灭，接着L3亮0.5秒后灭，接着L4亮0.5秒后灭，接着L5、L9亮0.5秒后灭，接着L6、L10亮0.5秒后灭，接着L7、L11亮0.5秒后灭，接着L8、L12亮0.5秒后灭，L1亮0.5秒后灭，如此循环下去。

2．I/O分配

输入输出

起动按钮：

X0L1：

Y0L5、L9：

停止按钮：

X1L2：

Y1L6、L10：

L3：

Y2L7、L11：

L4：

Y3L8、L12：

3．按图所示的梯形图输入程序。

4．调试并运行程序。

图1-1喷泉控制示意图

实验二Y/△换接启动的模拟控制

一、实验目的

用PLC构成Y/△换接启动控制系统

二、实验内容

1．控制要求

按下启动按钮SB1,电动机运行，U1，V1，W1亮，表示是Y型启动，2s后，U1，V1，W1灭，，U2，V2，W2亮表示△型启动。

按下停止按扭SB2，电动机停止运行。

2．I/O分配

输入输出

起动按钮：

X0U1：

Y0U2：

停止按钮：

X1V1：

Y1V2：

W1：

Y2W2：

图2-1Y/△换接启动控制示意图

实验三水塔水位的模拟控制

一、实验目的

用PLC构成水塔水位控制系统

二、实验内容

1．控制要求

按下SB4，水池需要进水，灯L2亮；直到按下SB3，水池水位到位，灯L2灭；按SB2，表示水塔水位低需进水，灯L1亮，进行抽水；直到按下SB1，水塔水位到位，灯L1灭，过2秒后，水塔放完水后重复上述过程即可。

2．I/O分配

输入输出

SB1：

X1L1：

SB2：

X2L2：

SB3：

SB4：

图3-1水塔水位控制示意图

实验四天塔之光的模拟控制

一、实验目的

用PLC构成天塔之光控制系统

二、实验内容

1.控制要求

L12→L11→L10→L8→L1→L1、L2、L9→L1、L5、L8→L1、L4、L7→L1、L3、L6→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7、L8、L9→L1、L2、L6→L1、L3、L7→L1、L4、L8→L1、L5、L9→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7、L8、L9→L12→L11→L10……循环下去

2.I/O分配

输入输出

起动按钮：

X0L1：

Y0L7：

停止按钮：

X1L2：

Y1L8：

L3：

Y2L9：

Y10

L4：

Y3L10：

Y11

L5：

Y4L11：

Y12

L6：

Y5L12：

Y13

图4-1天塔之光控制示意图

实验五交通灯的模拟控制

一、实验目的

用PLC构成交通灯控制系统

二、实验内容

1．控制要求

起动后，南北红灯亮并维持25s。

在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，1s后，东西车灯即甲亮。

到20s时，东西绿灯闪亮，3s后熄灭，在东西绿灯熄灭后东西黄灯亮，同时甲灭。

黄灯亮2s后灭东西红灯亮。

与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。

1s后，南北车灯即乙亮。

南北绿灯亮了25s后闪亮，3s后熄灭，同时乙灭，黄灯亮2s后熄灭，南北红灯亮，东西绿灯亮，循环。

2．I/O分配

输入输出

起动按钮：

X0南北红灯：

Y0东西红灯：

停止按钮：

X1南北黄灯：

Y1东西黄灯：

南北绿灯：

Y2东西绿灯：

南北车灯：

Y6东西车灯：

图5-1交通灯控制示意图

实验六四节传送带的模拟控制

一、实验目的

用PLC构成四节传送带控制系统

二、实验内容

1．控制要求

起动后，先起动最末的皮带机，1s后再依次起动其它的皮带机；停止时，先停止最初的皮带机，1s后再依次停止其它的皮带机；当某条皮带机发生故障时，该机及前面的应立即停止，以后的每隔1s顺序停止；当某条皮带机有重物时，该皮带机前面的应立即停止，该皮带机运行1s后停止，再1s后接下去的一台停止，依此类推

2．I/O分配

输入输出

起动按钮：

X0M1：

停止按钮：

X5M2：

负载或故障A：

X1M3：

负载或故障B：

X2M4：

负载或故障C：

负载或故障D：

图6-1四节传送带控制示意图

实验七轧钢机的模拟控制

一、实验目的

用PLC构成轧钢机控制系统

二、实验内容

1.控制要求

当起动按扭按下，电动机M1、M2运行，按S1表示检测到物件，电动机M3正转，即M3F亮。

再按S2，电动机M3反转，即M3R亮，同时电磁阀Y1动作。

再按S1，电动机M3正转，重复经过三次循环，再按S2时，则停机一段时间（3s）,取出成品后，继续运行，不需要按起动。

当按下停止按钮时，必须按起动后方可运行。

必须注意不先按S1，而按S2将不会有动作。

2.I/O分配

输入输出

起动按钮：

X0M1：

Y0M3F：

停止按钮：

X3M2：

Y1M3R：

S1按钮：

X1Y1：

S2按钮：

图7-1轧钢机控制示意图

实验八液体混合的模拟控制

一、实验目的

用PLC构成液体混合控制系统

二、实验内容

1．控制要求

按下起动按钮，电磁阀Y1闭合，开始注入液体A,按L2表示液体到了L2的高度，停止注入液体A。

同时电磁阀Y2闭合，注入液体B，按L1表示液体到了L1的高度，停止注入液体B，开启搅拌机M，搅拌4s，停止搅拌。

同时Y3为ON，开始放出液体至液体高度为L3，再经2s停止放出液体。

同时液体A注入。

开始循环。

按停止按扭，所有操作都停止，须重新启动。

2．I/O分配

输入输出

起动按钮：

X0Y1：

停止按钮：

X4Y2：

L1按钮：

X1Y3：

L2按钮：

X2M：

L3按钮：

图8-1液体混合控制梯形图

实验九机械手的模拟控制

一、实验目的

用PLC构成机械手控制系统

二、实验内容

1．控制要求

按起动后，传送带A运行直到按一下光电开关才停止，同时机械手下降。

下降到位后机械手夹紧物体，2s后开始上升，而机械手保持夹紧。

上升到位左转，左转到位下降，下降到位机械手松开，2s后机械手上升。

上升到位后，传送带B开始运行，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A运行直到按一下光电开关才停止……循环

2．I/O分配

输入输出

起动按钮：

X0上升YV1：

停止按钮：

X5下降YV2：

上升限位SQ1：

X1左转YV3：

下降限位SQ2：

X2右转YV4：

左转限位SQ3：

X3夹紧YV5：

右转限位SQ4：

X4传送带A：

光电开关PS：

X6传送带B：

图9-1机械手控制示意图

实验十三层电梯的模拟控制

一、实验目的

用PLC构成三层电梯控制系统

二、实验内容

1．控制要求

把可编程控制器拨向RUN后，按其它按扭都无效，只有按SQ1，才有效E1亮，表示电梯原始层在一层。

电梯停留在一层：

1．按SB5或SB6（SB2）或SB5,SB6（SB2）,电梯上升,按SQ2,E1灭,E2亮,上升停止。

2．按SB7（SB3）,电梯上升,按SQ3无反应,应先按SQ2,E1灭,E2亮,电梯仍上升,再按SQ3,E2灭,E3亮,电梯停止。

3．按SB5,SB7（SB3）,电梯上升,按SQ2,E1灭,E2亮,电梯仍上升,按SQ3,E2灭,E3亮,电梯停止2秒后下降,按SQ2,E3灭,E2亮,电梯停止。

4．按SB6（SB2）,SB7（SB3）,电梯上升,按SQ2,E1灭,E2亮,电梯停止2秒后上升,按SQ3,E2灭,E3亮,电梯停止。

5．按SB5,SB6（SB2）,SB7（SB3）,电梯上升,按SQ2,E1灭,E2亮,电梯停止2秒后上升,按SQ3,E2灭,E3亮,电梯停止2秒后下降,按SQ2,E3灭,E2亮,电梯停止。

6．

电梯停留在二层：

1．按SB7（SB3）,电梯上升,反方向呼叫无效,按SQ3,E2灭,E3亮,电梯停止。

2．按SB3（SB1）,电梯下降,反方向呼叫无效,按SQ1,E2灭,E1亮,电梯停止。

3．

电梯停留在三层的情况跟停留在一层的情况类似。

2．I/O分配

输入输出

内呼一层SB1：

X1一层指示灯E1：

内呼二层SB2：

X2二层指示灯E2：

内呼三层SB3：

X3三层指示灯E3：

一层上呼SB4：

X4一层呼叫灯E4：

二层下呼SB5：

X5二层向下呼叫灯E5：

二层上呼SB6：

X6二层向上呼叫灯E6：

三层下呼SB7：

X7三层呼叫灯E7：

一层到位开关SQ1：

X11轿厢下降KM1：

Y11

二层到位开关SQ2：

X12轿厢上升KM2：

Y12

三层到位开关SQ3：

X13

图10-1三层电梯控制示意图

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