第12章 可编程控制器及其应用.docx

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第12章可编程控制器及其应用

第12章可编程控制器（

）及其应用

本章基本要求：

1.了解

主要特点、结构、工作原理及技术性能指标；

2.熟悉

的基本指令系统；

3.学会

的编程原则和编程的基本方法。

本章重点内容：

熟悉

基本指令的意义并能用于实际编程。

本章难点：

各指令动作时序图。

本章学时及分配：

共10学时（其中第1节2学时，第2节4学时，第3节4学时）。

第1节概述

1.PLC主要特点

1）可靠性高，抗干扰能力强；

2）功能完善，组合灵活，扩展方便；

3）体积小，质量轻，功耗低；

4）编程简单易学；

5）硬件配置、安装、使用及维护都方便；

6）运行稳定可靠；

7）设计施工周期短。

2.结构

1）主机：

包括

、系统程序内存、用户程序及数据存储器；

2）

接口：

接受输入设备的控制信号并将处理结果通过输出电路去驱动输出设备；

3）编程器：

除手持编程器外，还可将

和计算机联接；

4）电源：

是为

、内存、

接口等内部电子电路所配备的直流开关稳压电源；

5）

扩展接口：

用于将扩展单元与主机联接在一起；

6）外部设备接口。

3.可编程控制器的工作原理

PLC是采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作的，扫描工作过程分为三个阶段：

（1）.输入采样阶段

按顺序扫描所有的输入端口并将输入信息存入输入状态寄存器中，即刷新输入。

随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

在程序执行阶段，即使输入状态有变化，输入状态寄存器的内容也不会改变。

一个扫描周期只接收一次输入信号。

（2）.程序执行阶段

按用户程序的先后顺序执行每条指令，将运算和处理后再写入输出状态寄存器中。

（3）输出刷新阶段

所有指令执行完毕后，将所有输出结果由输出状态寄存器送入输出锁存器中，并通过继电器、晶体管或晶闸管驱动控制对象。

一个扫描周期只执行一次输出控制。

（4）扫描周期

扫描一次所需要的时间。

在每一个扫描周期中，分三个阶段，即输入采样、程序执行和.输出刷新。

以ms/千步为单位。

有时也可用扫描一步指令的时间计，如μs/步。

4．主要技术性能指标

1）

点数；

2）用户程序存储容量：

单位为字节或“步”，1步=2字节，

；

3）扫描速度:

扫描1000步所需有的时间；

4）指令系统条数；

5）编程组件的种类和数量：

编程组件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用“字”寄存器、资料寄存器及特殊功能继电器等，是衡量

硬件功能强弱的一个指标。

PLC具有基本指令和高级指令，指令的种类和数量越多，其软件功能越强。

6.可编程控制器的主要功能

1）开关逻辑控制；

2）定时/计数控制；

3）步进控制；

4）数据处理；

5）程控；

6）运动控制；

7）通信联网；

8）监控；

9）数字量与模拟量的转换。

第2节可编程控制器的程序编制

1．可编程控制器的编程语言

1）梯形图语言

（1）梯形图中的继电器不是物理继电器，而是

内存的一个存储单元。

当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器的线圈接通（

），其常开触点闭合，常闭触点断开；为“0”时，则表示线圈不通（

），其常开触点断开，常闭触点闭合。

（2）梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。

（3）梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”。

（4）输入继电器用于接收外部输入信号，在梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。

输出继电器输出执行结果给外部输出设备，当输出继电器线圈接通时，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。

输出继电器的触点也可供内部编程使用。

2）指令语句表语言（或称指令助记符语言）

指令语句表是一种用指令助记符（如ST，OR等）来编制

程序的语言，若干条指令组成的程序就是指令语句表。

2．可编程控制器的编程原则和方法

1）编程原则

（1）在编制程序时，触点的使用次数是无限制的。

（2）梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止于右母线。

各种组件的线圈接于右母线，任何触点不能放在线圈的右边与母线相连；线圈一般也不允许直接与左母线相联。

（3）编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左重右轻”以符合“从左到右、自上而下”的执行程序的顺序，易于编写指令语句表。

（4）梯形图中应避免将触点画在垂直线上，桥式梯形图无法用指令语句编程，应改画成能够编程的形式。

（5）应避免同一继电器在程序中重复出现，否则将引起误操作。

（6）继电接触控制中的常开按钮接成常闭按钮，使梯形图更为直观。

（7）热继电器的触点一般不作为输入信号，不接入程序，而是在外边直接通断接触器线圈。

2）编程方法

（1）分析控制要求，确定编程元件；

（2）确定

点数及其分配；

（3）根据控制要求编制梯形图；

（4）根据梯形图写出指令语句表；

3．可编程控制器的指令系统

下面主要介绍一些最常用的基本指令。

1）ST，ST/，OT

指令使用说明：

（1）ST，ST/指令的使用组件为X，Y，R，T，C。

（2）ST，ST/指令除用于与左母线相联的触点外，也可与ANS或ORS块操作指令配合用于分支回路的起始处。

（3）OT指令不能用于输入继电器X,也不能直接用于左母线；OT指令的使用组件为Y，R；OT指令可以连续使用若干次，这相当于线圈的并联。

ST，ST/，OT指令用法及动作时序图

2）AN，AN/与OR，OR/

指令使用说明：

（1）AN，AN/，OR，OR/指令的使用组件为X,Y,R,T,C。

（2）AN，AN/单个触点串联指令可多次连续串联使用；OR，OR/单个触点并联指令可多次连续并联使用。

串联或并联次数没有限制。

AN与AN/指令用法及动作时序图

OR与OR/指令用法及动作时序图

3）ANS、ORS

指令使用说明:

（1）每一指令块均以ST（或者ST/）开始。

（2）当两个以上指令块串联或者并联时,可将前面块的并联或串联结果作为新的“块”参与运算。

（3）指令块中各支路的组件个数没有限制。

（4）ANS和ORS指令不带使用组件。

ANS指令用法及动作时序图

ORS指令用法及动作时序图

4）反指令“/”

“反”（或“非”）指令是将该指令所在位置的运算结果取反。

当X0闭合时，Y0接通、Y1断开；反之，则相反。

用法及动作时序图

5）

定时器指令分三种类型：

、

与

。

指令使用说明：

（1）定时设置值为

范围内的任意一个十进制数。

（2）定时器为减1计数，即每来一个时钟脉冲C（定时器的时钟脉冲C由

内都产生），定时设置值逐次减1，直至减为0时，定时器动作，其常开触点闭合，常闭触点断开。

（3）如果在定时器工作期间，X0断开，则运行中断，计时器复位定，回到原设置值，同时其常开、常闭触点恢复原态。

（4）程序中每个定时器只能使用一次，但其触点可多次使用。

用法及动作时序图

分析：

当X0接通5s后，定时器T0节点接通，这时Y0接通。

但是如果X0接通时间不到5s，则Y0不输出。

【题12.2.6（a）分析】画出动作时序图、写出指令语句表说出其功能。

在X0的作用期间，Y0是一个周期为3s，脉宽为1s的连续脉冲信号。

【题12.2.6（b）分析】画出动作时序图、写出指令语句表说出其功能。

Y0是一个比X0延迟110s开关信号。

【题12.2.7分析】三道工序20s，X0控制起动、运行和停止。

每次起动都从第一道工序开始。

【解】动作时序图及梯形图如下图所示。

分析如下：

X0为控制开关，当X0闭合时，Y1输出高电平，开始第一道加工工序，同时Y1接通定时器T1，T1开始计时。

当定时器T1定时5s时，T1输出高电平使Y2输出高电平且自锁，开始第二道加工工序，在下一个扫描周期使Y1变为低电平，第一道工序结束。

Y1低电平使定时器T1复位。

Y2高电平使定时器T2开始定时。

当定时器T2定时5s时，T2输出高电平使Y3输出高电平且自锁，第三道工序开始。

同时使定时器T3开始定时。

Y3高电平在下一个扫描周期使Y1恢复低电平，第二道工序结束。

Y2低电平使定时器T2复位。

当定时器T3定时10s到，输出高电平使Y3恢复低电平，第三道工序结束。

如果控制开关X0保持接通，则Y3低电平自动将Y1置为高电平，开始下一次加工过程。

如此周而复始，直到X0变为低电平则过程立即停止。

无论X0在何时发出加工命令均由第一道工序开始，无论X0在何时发出停止加工命令，则立即停止加工。

6）CT

计数器指令使用说明：

（1）计数设置值为

范围内的任意一个十进制常数。

（2）计数器为减1计数，即每来一个计数脉冲的上升沿，计数设置值逐次减1，直至减为0时，计数器动作，其常开触点闭合，常闭触点断开。

（3）如果在计数器工作期间，复位端R因输入复位信号（如下图中X1闭合）而使计数器重定，则运行中断，回到原设置值，同时其常开、常闭触点恢复常态。

（4）程序中每个计数器只能使用一次，但其触点可多次使用。

CT用法及动作时序图

7）PSHS，RDS，POPS

指令使用说明

（1）堆栈指令常用于梯形图中多条联于同一点的支路要用到同一中间运算结果的场合。

（2）堆栈指令是一种组合指令，不能单独使用。

PSHS，POPS在堆栈程序中备出现一次（开始和结束时），而RDS在程序中视连接在同一点的支路数目的多少可多次使用。

PSHS，RDS，POPS的用法及动作时序图

8）微分指令DF，DF/

DF：

当检测到出发信号上升沿时，绕圈接通一个扫描周期。

DF/：

当检测到触发信号下降沿时，线圈接通一个扫描周期。

指令使用说明:

（1）DF，DF/指令仅在触发信号接通或断开这一状态变化时有效。

（2）DF，DF/指令没有使用次数的限制。

（3）如果某一操作只需在触点闭合或断开时执行一次，可以使用DF或DF/指令。

DF，DF/的用法及动作时序图

【题12.2.2分析】两个图为自保持电路，试画出Y0的动作时序图。

【题12.2.5分析】试画出能实现下列时序图的梯形图。

9）SET（置位）、RST（复位）指令

指令使用说明:

（1）SET，RST指令的使用组件为Y，R。

（2）当触发信号一接通，即执行SET（RST）指令。

不管触发信号随后如何变化，线圈将接通（断开）并保持。

（3）对同一继电器Y（或R），可以使用多次SET和RST指令，次数不限。

（4）使用SET和RST指令时，输出线圈的状态随程序运行过程中每一阶段的执行结果而变化。

（5）当输出刷新时，外部输出的状态取决于最大地址处的运行结果。

SET，RST的用法及动作时序图

10）KP（保持指令）

指令使用说明：

（1）KP指令的使用组件为Y，R。

（2）置位触发信号一旦将指定的继电器接通，无论置位触发信号随后是接通状态还是断开状态，指定的继电器都保持接通,直到复位触发信号接通。

（3）若置位、复位触发信号同时接通，则复位信号优先。

（4）当PLC电源断开时，KP指令的状态不再保持。

（5）对同一继电器Y（或R）一般只能使用一次KP指令。

KP的用法及动作时序图：

S：

置位输入端，由输入触点X0控制。

当X0闭合时，指定继电器线圈Y0接通并保持；

R：

复位输入端，由输入触点X1控制。

当X1闭合时，Y0断开复位。

11）NOP（空操作指令）不完成任何操作，即空操作。

12）SR（移位指令）

指令使用说明

（1）SR指令的使用元件WR。

可指定内部通用“字”寄存器中任意一个作移位寄存器用。

（2）用SR指令时，必须有数据信号、移位脉冲信号和复位信号输入，其中以复位信号优先。

SR：

实现对内部移位寄存器WR中的数据移位，其用法如下图。

【题12.2.8分析】用一个开关X0控制三个灯Y1、Y2、Y3：

X0闭合一次Y1亮，闭合俩次Y2亮，闭合三次Y3亮，再闭合一次全灭。

【解】梯形图如右图所示。

开关信号X0通过Y0转换成数据输入，X0的前沿微分作为位移脉冲，输出继电器Y4作内部复位信号。

三个灯由三个输出继电器Y1，Y2和Y3控制。

X0第次闭合时，由Y0输入的高电平被移入第一位寄存器R0，使灯Y1点亮；X0第二次闭合时，Y0仍保持高电平；而R0中的高电平被移入R1，使Y2点亮；X0第三次闭合时，R1中的高电平被移入R2，使Y3点亮；X0闭合第四次时，R2中的高点平被移入R3，Y4输入高电平，使移位寄存器清除复位，所有三个灯全灭，同时使Y0变为低电平，即输入数据变为0，再次闭合X0，将重复上述过程。

第3节应用举例

由PLC组成控制系统的设计工作，可参照下面流程图：

1．确定控制对象及内容

1）根据要求，画出工作流程图；

2）列出该控制系统应具备的全部功能和控制范围；

3）拟定控制方案，使之最大限度地满足控制要求。

2．PLC机型选择

1）确定I/O点数。

2）确定程序内存容量。

估计方法：

容量=（输入+输出）×（10～12）=指令步数

3）响应速度：

所选指令的执行速度应满足被控对象对响应速度的要求。

4）输入输出方式及负载能力。

3.硬件设计

确定各种输入设备及被控对象与PLC的连接方式，设计外围辅助电路及操作控制盘，画出输入输出端子接线图，并实施具体安装和联接。

4．软件设计

1）根据I/O变量的统计结果对I/O端进行分配和定义。

2）按照控制流程及各步动作的逻辑关系，合理划分程序模块，画出梯形图。

5．系统统调

编制完成的用户程序要进行模拟调试（可在榆入端接开关来模拟输入信号、输出端接指示灯来模拟被控对象的动作），经不断修改达到动作准确无误后方可接到系统中去，进行总装统调，直到完全达到设计要求。

【题12.2.9分析】M1起动后，经5s后，M2起动；M2起动后，M1立即停车；画出外接线图、梯形图并写出指令语句表。

【解】PLC外部接线图如图解12.15（a）所示。

其中SB1为停止按钮，SB2为起动按钮，接触器KM1控制电动机M1，接触器KM2控制电动机M2，FR1和FR2分别为两台电动机的过载保护热继电器触点。

【题12.2.10分析】有鼠笼试电动机M1、M2和M3，按一定顺序起动和运行。

（1）M1起动1min后M2起动；

（2）M2起动2min后M3起动；（3）M3起动3min后M1停车；（4）M1停车30s后M2和M3立即停车；（5）备有起动按钮和总停车按钮。

试编制用PLC实现上述控制要求的梯形图。

【解】PLC外部接线图及梯形图如下图所示。

其中SB1为起动按钮，控制PLC内部输入继电器X0。

SB2为总停止按钮，控制PLC内部输入继电器X1。

PLC内部输出继电器Y1控制接触器KM1，控制电动机M1起停；Y2控制接触器KM2,控制电动机M2起停；Y3控制接触器KM3,控制电动机M3起停。

FR1，FR2，FR3分别为三台电动机的过载保护用热继电器的触点。

内部辅助继电器R0用于自锁，在起动信号X0的微分信号作用下变为高电平，使Y1输出高电平，开始起动过程，在定时器T4作用下复位，从而使所有定时器复位。

工作过程：

压下起动按钮SB1，输入起动信号X0，经前沿微分后接辅助继电器R0且自锁，接通输出继电器Y1，使M1起动；定时器T1定时60s时间到，接通继电器Y2，使M2起动；定时器T2定时120s时间到，接通继电器Y3，使M3起动；定时器T3定时180s时间到，断开Y1，M1停车；定时器T4定时30s时间到，断开Y2和Y3，M2和M3停车，同时断开R0及自锁，各定时器依次复位，准备下次起动过程。