可编程序控制器PLC是一种数字运算操作的电子系统.docx
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可编程序控制器PLC是一种数字运算操作的电子系统
第一章绪论
可编程序控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输出，控制各种机械或生产过程。
PLC由CPU、RAM、ROM和输入、输出接口电路等组成，如下图所示：
图1.1PLC组成电路
CPU完成输入信号的检测、程序指令的编译、指令规定的动作及输出结果的功能。
存储器包括RAM、ROM：
RAM用来存放各种暂存的数据、中间结果和用户程序等。
ROM用来存放监控程序及用户程序。
输入接口接收输入信号。
通常采用光电耦合电路，减少电磁干扰。
输出接口用于输出结果。
通常输出也采用光电隔离，并有三种方式，即继电器、晶体管和可控硅。
PLC采用循环扫描工作方式，在PLC中，用户程序按先后顺序存放，PLC从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条，不断循环。
程序被完整扫描一次的时间，称为程序扫描周期。
这个周期的长短，取决于程序所用指令的条数以及每条指令执行所需的时间。
PLC对输入/输出有三种控制方式：
直接方式、集中刷新控制方式和混合方式。
集中刷新控制方式即在程序执行前，先把所有输入的状态集中读取并保存，程序执行时，所需的输入状态就到存储器中去读取，要输出的结果也都暂存起来，直到程序执行END后，才集中让输出产生动作。
实质上，PLC是由许多电子继电器、定时器、计数器组成的一个组合件。
而这些电子继电器、定时器、计数器则由PLC的内部寄存器来模拟实现。
例如，可以选某个寄存器的一位（bit）作为中间继电器，以“1”表示继电器接通，以“0”表示继电器断开等。
PLC一般具有下列器件：
输入继电器、输出继电器、定时器、计数器、辅助继电器、状态寄存器、数据寄存器、特殊继电器等。
这些内部器件都是字节或字的形式。
在内存的数据存储区，各自占有一定数量的存储单元，使用这些器件，实质上就是对相应的存储内容以位或字节或字的形式进行存取。
根据实际要求，通过编程器对这些内部器件进行控制，就是编程。
程序是由若干条指令组成的，而指令是由指令字和器件组合而成的，并且指令还表示出了连接的方法。
每个指令都用顺序号标出，该顺序号称为步进号。
PLC的编程语言通常有下列几种：
指令表（助记符）语言、梯形图语言、流程图语言、布尔代数语言。
第二章器件及器件定义号
2.1输入继电器（X）
PLC与外部输入点对应的内存基本单元，CPU一般按位来读取一个继电器的状态，也可按字来读取相邻一组继电器的状态。
输入继电器不能由编入PLC内的接点驱动。
通常一个外部输入点对应于一个输入继电器，当外部输入点接通时，该输入继电器相应接通。
外部输入点一般用它的长开触点。
编写梯形图时，输入继电器只有触点，没有线圈。
输入继电器的编号一般采用八进制。
2.2输出继电器（Y）
PLC与外部输出点对应的内存基本单元，可以由输入继电器接点、内部其它器件接点以及它自身的接点来驱动。
编写梯形图时，输出继电器既有触点，又有线圈。
输出继电器的编号一般采用八进制。
2.3内部继电器
与外部没有直接联系，是PLC内部的一种辅助继电器，每个内部继电器对应着内存的一个基本单元，可由输入继电器接点、输出继电器接点以及其它内部器件接点驱动，它自己的接点也可以无限地多次使用。
内部继电器包括辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器、数据寄存器及特殊继电器等。
2.3.1辅助继电器（M）
辅助继电器带有若干个常开接点和常闭接点，这些接点可在内部选择使用，但是这些接点不能直接驱动外部负载。
而必须通过输出继电器来驱动。
2.3.2定时器（T）
定时器与若干常开接点和常闭接点一起，提供限时。
FX2N系列PLC的定时器是通电延时定时器。
2.3.3计数器（C）
计数器可以实现计数功能，一般有递增计数和递减计数两种。
2.3.4状态寄存器（S）
每个状态寄存器都可以带有若干常开接点和常闭接点，而且在PLC内可以任意选择使用。
状态寄存器是使步进式的过程控制容易编制程序的一种软器件，同步进梯形指令STL组合使用。
在不用步进梯形指令时，状态寄存器可以作为普通的辅助继电器使用。
第三章基本指令功能
3.1LD（取）：
常开触点与母线连接指令
LDI（取反）：
常闭触点与母线连接指令
OUT（输出）：
线圈驱动指令
LD和LDI指令用于触点与母线相连。
另外，在分支开始处，这些指令与后述的AND指令一起使用。
OUT指令是线圈驱动指令。
用于驱动输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态继电器，但是不能用来驱动输入继电器。
指令对象器件：
LD、LDI：
X、Y、M、T、C、S
OUT：
Y、M、T、C、S、
图形表示：
指令语言：
LDX001
OUTY001
LDIX002
OUTM100
OUTT10
K19
LDT10
OUTY002
说明：
对于定时器、计数器和功能指令线圈，必须在OUT之后设定合适的常数。
常数（K）的设定，需占用一步程序。
3.2AND（与）：
单个常开触点串联指令
ANI（与非）：
单个常闭触点串联指令
AND（与）和ANI（与非）指令用于触点串联，串联接点的数量不限，这个指令可以连续使用。
指令对象器件：
X、Y、M、T、C、S
图形表示：
指令语言：
LDX001OUTT10
ANDX002K19
OUTY001
LDX003
ANIX004
OUTM100
ANDX005
3.3OR（或）：
单个常开触点并联指令
ORI（或非）：
单个常闭触点并联指令
OR和ORI指令是用作触点并联接的指令，当二个以上触点的串联电路并联连接时，需用后述的ORB指令。
指令对象器件：
X、Y、M、T、C、S
图形表示：
指令语言：
LDX001
ORX002
ORIM100
OUTY001
LDIX003
ANDX004
ORM101
ORM102
ANIX005
OUTY002
3.4ORB（电路块或）：
串联电路块的并联指令
两个以上触点串联的电路称作“串联电路块”。
串联电路块并联连接时，在支路始端用LD和LDI指令，在支路终端用ORB指令。
ORB指令是独立指令，不带任何器件编号。
图形表示：
指令语言：
LDX001
LDX002
ANIM102
ORB
LDIM100
ANDX003
ORB
OUTY001
注意：
多重并联电路中，若每个串联块都用ORB指令，则并联电路数可不受限制。
3.5ANB（电路块与）：
将分支电路的始端与前一个电路串联连接的指令。
用ANB指令将分支电路（并联电路块）与前一个电路串联。
在与前一个电路串联的时候，用LD与LDI指令作分支电路的始端，分支电路的并联电路块完成之后，用ANB指令来完成两电路的串联。
指令对象器件：
无
图形表示：
指令语言：
LDX001
ORX004
LDX002
ANDX003
ORIX005
ANB
LDIM100
ANDX006
ORB
OUTY001
3.6SET（置位）：
置位指令。
指令对象器件：
Y、M、S
RST（复位）：
复位指令。
指令对象器件：
Y、M、S、T、C
这两个指令用于输出继电器、状态继电器和辅助继电器，用作置位和复位操作。
图形表示：
指令语言：
LDX001
SETM202
LDX002
RSTM202
X001一旦接通，即使再断开，M202仍保持接通
X002一旦接通，即使再断开，M202仍保持断开
说明：
当使用SET指令时，线圈用它的自保功能，保持工作状态，当使用RST指令时，其复位被自保。
3.7PLS、PLF（脉冲）：
脉冲输出指令
PLS：
当输入信号上升时产生一个宽度为扫描周期的脉冲。
PLF：
当输入信号下降时产生一个宽度为扫描周期的脉冲。
图形表示：
指令语言：
LDX001
PLSM103
LDX002
PLFM104
LDM103
SETM205
LDM104
RSTM205
3.8MC（主控）：
公共串联接点的连接指令（公共串联接点另起新母线）
MCR（主控复位）：
MC指令的复位指令
对于连续输出电路，只要编程的顺序不错，可进行任意次的编程，但对于分支后含有串联接点的多路输出电路，则不能直接编程。
MC和MCR指令就是用来解决这个问题的。
指令对象器件：
M、Y
图形表示：
说明：
如上例所示，MC100、MC101等的MC触点，是一个应该分别与母线相连的常开触点，与该常开触点相连的其它触点，用LD（LDI）指令连接，即把母线移到MC触点的后面。
3.9NOP（空操作）：
删除一条指令或空一条指令
指令对象器件：
无器件编号的独立指令
在修改或增加程序时，如果插入NOP指令，可使步进编号的更改减到最少，此外，可以用NOP指令来取代已写入的指令，从而修改电路。
在执行程序全部清零时，所有指令可看作是NOP。
3.10END：
程序结束指令
PLC能重复地进行输入处理、程序执行和输出处理。
程序结束时，写入END指令，则立即执行输出处理，而不再执行后面额外的步骤，并且程序返回第0步。
指令对象器件：
无器件号的独立指令
第四章步进指令
全部顺序指令大致可分为通用顺序、手动顺序、自动顺序三种，通用顺序主要用于方式选择。
这里简单介绍步进梯形指令的内容和自动顺序的处理方法。
4.1电路总体组态
4.1.1步进梯形指令的目的
步进梯形指令是一种十分有用的指令。
使用简单的编程器，根据说明机器作状态转换的图形，可以很容易地用这种指令来实现顺序设计。
适用于常规继电器梯形图进行设计。
因此这两种顺序可以组合使用。
步进梯形指令可以分别直接用于自动顺序、手动继电器梯形顺序和方式选择电路中。
4.1.2输入和输出单元的分配
图4.1.1表示了安装在机械手上的负载和传感器，在PLC输入输出端分配的编号。
上升、下降、右移、左移采用双电磁阀。
一旦下降（右移）输出接通，即使再断开，它也能始终保持现行位置。
上升（左移）与此相同。
Y003
图4.1.1
夹持松开装置，使用单电磁阀。
当夹持输出时，处于夹持状态，夹持输出中断时，处于松开状态。
每个工作臂都有上、下限位开关和左、右限位开关。
其夹持装置不带限位开关，一旦夹持电磁阀导通，就同时驱动PLC内的定时器，设定的时间一到，夹持动作也就完成。
4.1.3输入操作的分配
下面是机器操作方式的实例：
手动
单一操作：
用各按钮开关来接通或断开各负载的工作方式
返回原位：
按下返回原位按钮时，机器自动返回到它的原位
自动
步进操作：
每按一次启动按钮，向前执行一步动作的工作方式
单周期操作：
机器在原位时，按下启动按钮，自动地执行一个操作周期的操作，操作完后机器停在原位上
如果在操作过程中，按下停止按钮，则机器停留在该工序上。
如果再按下启动按钮，则又从该工序继续工作，最后停留在原位上
连续操作：
机器处在原位时，按下启动按钮，机器就连续重复工作
如果按下停止按钮，机器运行到原位，然后停机
4.2自动顺序程序
4.2.1负载驱动图
图4.2.1为机械手工作中执行各工序的负载图
图4.2.1
在第一次下降工序中，下降电磁阀Y000接通。
在夹持工序中，夹持电磁阀Y001置位，同时驱动定时器T10。
此后执行类似的操作，完成由初始条件到下一个初始条件的一系列操作。
在夹持输出Y001置位后，保持夹持，直到夹持输出复位才松开。
另一方面，只在每一工序上驱动定时器和其他输出。
如上所述的控制，即一步一步按顺序驱动后各负载动作，称为顺序控制或过程步进型控制。
这种控制过程，用继电器符号程序很难实现程序设计。
4.2.2转换条件图
图4.2.2表示了各工艺过程转换的条件。
X004
X002
图4.2.2
在初始条件下，按下启动按钮，过程转换为第一次下降过程。
随着下降电磁阀的工作，机械臂下降，在到达下限位置时，下限位开关X001接通，工艺转为夹持过程。
因为定时器T10与夹持输出同时工作，所以在定时器接点接通以后，工艺转为第一次上升过程。
此后，用类似的方法完成一系列工艺过程的转换。
4.2.3状态转换图
图4.2.3是状态转换图。
它由负载驱动图和转换条件图组合而成。
图中每个工艺过程，都标有状态指示器的编号。
只要根据机器操作的工艺规范准备好状态转换图，就可以进行简单的编程，而不必先设计常规的继电器顺序。
图4.2.3
说明：
1.初始状态
指示初始化条件的初始状态在图中用双线框表示，初始状态的置位用返回原位指令。
2.转换启动
特殊辅助继电器M575用于转换启动。
按下启动按钮时辅助继电器接通，建议与原位条件串联。
3.STL电路程序
图4.2.4表示了如何依据状态转换图对PLC进行编程的方法。
如图所示，可以通过STL触点直接驱动线圈，或通过其他触点来驱动线圈。
STL触点一般都是与母线相连的。
因为使用STL指令时，LD点被右移，所以在需要把LD点返回到原母线上时，需用RET指令。
图4.2.4
使用过程中应注意的问题：
（1）双路输出的处理
只有STL触点接通时，并在STL触点由通到断的一个执行周期内，才执行STL电路驱动的电路块，并相应地接通/断开该电路块的输出。
STL触点断开时，不执行任何操作，这与转移条件的情况相同，当然也不执行任何输出处理。
S22
（Y001）
此外，如果在STL触点后，编制计数器程序，则只有在STL触点闭合时，计数才能复位。
（2）状态器的处理
STL指令只对状态继电器S有效，能用于同一个状态器的STL指令的次数只限于一次（不包括“并行/接合”）。
可以用与普通继电器相同的方法，将LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、OUT、SET等指令，应用于状态器S中。
STL接点之后的状态器的输出指令，只有SET指令和RST指令是有效的。
4.3多流程的处理
4.3.1多流程的组态
图4.3.1多流程的组态
a.单一流程
没有必要一定要按工艺流程的次序对状态器标准编号（其它流程也是如此）。
此外，可以用其它流程的状态器联锁流程转换条件来执行相关控制。
b.选择的分支/接合
流程用于进行多流程的分支选择。
c.并行的分支/接合
流程用于多流程同时运行的分支。
4.3.2选择的分支/接合
图4.3.2是选择分支/接合的流程图和梯形图，可选择多分支中的任意一个分支作选择执行。
应注意，此时不允许多流程同时转换。
图4.3.2
状态器S602或状态器S604置位时，状态器S601自动复位。
状态器S606由状态器S603或S605置位，转换时的原状态器S603或S605自动复位。
4.3.3并行的分支/接合
图4.3.3是一个多流程先同时分支运行然后再接合的实例：
只有在状态器S603和S605两者都完成工作之后，状态器S606才置位，且转换后原状态器S603和S605同时复位。
图4.3.3
只有状态器的置位指令，才对后面的串联线圈有效。
一旦使用RET（返回）指令，状态器便返回到母线。
第五章程序设计实验
实验一、三相异步电动机正反转控制及Y－△降压起动控制程序
1、三相异步电动机正反转控制程序
要求：
按X001，Y001接通，电动机正转；
按X002，Y002接通，电动机反转；
按X003，电动机停止。
2、三相异步电动机Y－△降压起动控制程序
要求：
按X001，Y001、Y002接通，电动机Y形降压起动，延时3S后，Y001、Y003接通，电动机△全压运转；按X002，电动机停止。
实验二、定时器控制程序
要求：
按下X001，Y001每2S闪亮一次，Y002每10S闪亮一次，Y003每30S闪亮一次；每闪亮一次时接通的时间为0.5S；按下X002，停止闪亮。
实验三、彩灯控制程序
要求：
按X001，Y000－Y007按以下几种要求接通
1、Y000、Y001···Y007、Y000···依次循环接通，每个输出接通的时间为0.5S；
2、Y000－Y001、Y002－Y003、Y004－Y005、Y006－Y007、Y000－Y001···依次循环接通，每次输出接通的时间为0.5S；
3、Y000－Y001、Y001－Y002、···Y006－Y007、Y007－Y000···依次循环接通，每次输出接通的时间为0.5S；
按X002，彩灯停止。
实验四、抢答器控制程序
要求：
X001－X004分别为四组的抢答按钮，Y001－Y004分别为各组的指示灯，X000为抢答开始按钮，Y000为抢答开始指示灯，X005为复位按钮，Y006为违例指示灯，Y007为超时指示灯。
1、当主持人按下抢答按钮X000，灯Y000亮。
此时，若参赛者要回答问题，需抢先按下抢答按钮，只有最先按下的一组指示灯亮，从而获得回答问题的机会。
2、若参赛者在主持人按下开始按钮X000之前按下抢答按钮，则属违例，灯Y006亮，最先违例的参赛组指示灯亦亮。
若超过了规定的抢答时间而无人抢答，则超时指示灯Y007亮，禁止抢答。
3、各指示灯亮后，均需等主持人按下复位按钮X005才熄灭。
实验五、运料小车控制程序
要求：
小车在初始位置A点时，行程开关X000接通。
按下启动按钮X003后，小车按图所示的A-B-C-A顺序运动，最后返回并停在初始位置A点。
X001、X002是行程开关，小车向右运动时Y000接通，小车向左运动时Y001接通。
实验六、交通灯控制程序
要求：
当启动开关接通时，交通灯系统开始工作，红、绿、黄灯按一定时序轮流发亮。
先南北红灯亮，东西绿灯亮。
南北红灯亮维持35S，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持30S，到30S时，东西绿灯闪亮，闪亮周期为1S（亮0.5S，熄0.5S）。
绿灯闪亮3S后熄灭，东西黄灯亮，并维持2S。
到2S时，东西黄灯熄，红灯亮，同时南北红灯熄，绿灯亮。
东西红灯亮维持25S，南北绿灯亮维持20S。
到20S时，南北绿灯闪亮3S后熄灭，南北黄灯亮，并维持2S。
到2S时，南北黄灯熄，红灯亮，同时东西绿灯亮，开始第二周期的动作。
此后周而复始地循环。
X000启动开关
X001停止开关
Y000东西绿灯
Y001东西黄灯
Y002东西红灯
Y003南北绿灯
Y004南北黄灯
Y005南北红灯
实验七、三层电梯控制程序
要求：
电梯控制程序应该有一下环节：
1、电梯的开、关门
电梯能够自动开、关门。
当电梯到达呼叫楼层时，停下并自动开，关门，开门和关门时间都设为3S。
电梯能够手动开、关门。
电梯在上升和下降过程中禁止开、关门。
2、楼层信号的产生与清除环节
当电梯位于某一楼层时，应产生位于该楼层的信号，并通过指示灯显示该楼层。
3、停层信号的登记与消除环节
乘客通过对轿厢内1－3层选层按钮的操作，可以选择欲去的楼层。
选层信号被登记后，选层按钮下的指示灯亮。
当电梯到达所选的楼层后，停层信号应消除，指示灯也应熄灭。
4、外呼信号的登记与消除环节
乘客在厅门外呼叫时，呼叫信号应被接受和记忆，并通过指示灯显示。
当电梯达到该楼层，且定向方向与目的地方向一致时，呼叫要求已得到响应，呼叫信号应被消除，对应指示灯熄灭。
5、电梯定向环节
在电梯自动运行状态下，的电梯的运行方向只有上行和下行两种。
当有多个呼叫时，电梯应该优先响应与电梯运行方向一致的最近的呼叫。
电梯端子分配表：
输入
输出
1
电梯一层上外呼叫
1
电梯下降
2
电梯二层下外呼叫
2
电梯上升
3
电梯二层上外呼叫
3
电梯开门
4
电梯三层下外呼叫
4
电梯关门
5
电梯三层上外呼叫
5
电梯一层上外呼叫显示
6
电梯四层下外呼叫
6
电梯二层下外呼叫显示
7
电梯四层上外呼叫
7
电梯二层上外呼叫显示
8
电梯五层下外呼叫
8
电梯三层下外呼叫显示
9
一层限位开关
9
电梯三层上外呼叫显示
10
二层限位开关
10
电梯四层下外呼叫显示
11
三层限位开关
11
电梯四层上外呼叫显示
12
四层限位开关
12
电梯五层下外呼叫显示
13
五层限位开关
13
数码管A段
14
下极限限位开关
14
数码管B段
15
一层内呼
15
数码管C段
16
二层内呼
16
数码管D段
17
三层内呼
17
数码管E段
18
四层内呼
18
数码管F段
19
五层内呼
19
数码管G段
20
电梯开门控制
20
电梯上行显示
21
电梯关门控制
21
电梯下行显示
22
输入公共端
22
一层内呼显示
23
24V
23
二层内呼显示
24
24V地
24
三层内呼显示
25
COM点
25
四层内呼显示
26
COM点
26
五层内呼显示
27
COM点
27
开门显示
28
COM点
28
关门显示
29
COM点
29
输出公共端
30
COM点
30
24V
31
31
24V地
32
32
COM点
33
33
COM点
34
34
COM点
35
35
COM点
36
36
COM点
升级会员 