任务一PLC基本指令的应用模一.docx

任务一PLC基本指令的应用模一.docx

《任务一PLC基本指令的应用模一.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《任务一PLC基本指令的应用模一.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

任务一PLC基本指令的应用模一

模块一PLC基本指令的应用

模块要点：

1.掌握PLC的分类、结构及工作原理；

2.掌握PLC基本逻辑指令的应用、I/O分配及外部接线方法；

3.掌握PLC定时器、计数器的类型及应用；

4.能采用经验编程法进行较复杂PLC控制系统设计；

5.掌握PLC状态软元件及步进顺控指令的应用；

6.掌握单流程、选择性分支、并行性分支状态转移图的编程方法；

任务一PLC基础

一、任务引入

如图1.1—1所示，利用接触器可以实现三相异步电动机的起停控制。

合上开关QF，按下起动按钮SB1，接触器线圈KM得电并自锁，接触器的主触点和辅助触点闭合，三相电动机起动；按下停止按钮SB，接触器KM线圈失电，三相电动机停止。

若改变电动机的控制要求，如按下起动按钮5S后，再让电动机起动，这时就需要再加一个通电延时时间继电器，并且要改变图1—1所示的控制电路的接线方式才可以实现。

图1.1-1用交流接触器实现电动机起停自锁控制电路

从上面的例子可以看到继电器控制系统采用硬件接线安装而成，一旦控制要求改变，控制系统就必须重新配线安装，对于复杂的控制系统，改动线路的工作量大、周期长，再加之继电器的机械触点容易损坏，因而系统的可靠性差检修工作困难。

若采用PLC实现上述控制功能，工作将变得简单、可靠。

采用PLC控制，电机接线主电路不变，只需将起动按钮SB1、停止按钮SB、热继电器触点FR接到PLC的输入端口，将接触器线圈KM接到PLC的输出端口上，再编入程序，就可以用PLC实现电动机的起停控制了。

PLC控制接线如图1.1—2所示。

图1.1-2电动机的PLC控制硬件接线图

在如图1.1—3所示，起动按钮SB1、停止按钮SB分别接PLC的输入端子X0和X1，交流接触器线圈KM接PLC的输出端子Y0。

编写的PLC程序对起动、停止按钮的状态进行逻辑运算，运算的结果决定了输出端Y0是接通还是断开接触器线圈的电源，从而控制电动机的工作状态。

图1.1-3电动机起动的PLC程序

如按下起动按钮，5S后电动机起动的交流接触器控制电路接线如图1.1—4所示：

图1.1-4延时5S起动电机接触器控制接线图

如果用PLC控制，硬件接线图与图1.1—2相同，只是程序不同。

图1.1-5电动机延时5S起动的PLC程序

比较图1.1—1和1.1—2，可以得出，它们的控制方式不同。

继电接触控制系统属于硬件连线控制方式，按下起动按钮，通过继电器连线控制逻辑决定接触器线圈是否得电，从而控制电动机的工作状态。

PLC控制属于存储程序控制方式，如图1—3所示，按钮下达指令后，通过PLC程序控制逻辑决定接触器线圈是否得电，从而控制电动机的工作状态。

PLC利用程序中的“软继电器”取代传统的物理继电器，使控制系统的硬件结构大大简化，具有体积小、价格便宜、维护方便、编程简单、控制功能强、可靠性高、控制灵活等一系列优点。

因此，目前PLC控制系统在各个行业机械设备的电气控制中得到广泛的应用。

那么，PLC是一个什么样的控制装置，它又是如何实现对机械设备的控制的呢？

二、关键知识

（一）PLC的产生及定义

在PLC诞生之前，继电器控制系统已广泛应用于工业生产的各个领域，起着不可替代的作用。

随着生产规模的逐步扩大，继电器控制系统已越来越难以适应现代工业生产的要求。

继电器控制系统通常是针对某一固定的动作顺序或生产工艺而设计，他的控制功能也局限于逻辑控制、定时、计数等一些简单的控制，一旦动作顺序或生产工艺发生变化，就必须重新进行设计、布线、装配和调试，造成时间和资金的严重浪费。

继电器控制系统体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差。

为了改变这一现状，1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的需求，并能在竞争激烈的汽车工业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此，拟定了10项公开招标的技术要求，即：

           1.编程简单，可在现场修改程序；

           2.维护方便，最好是插件式；

           3.可靠性高于继电器控制柜；

           4.体积小于继电器控制柜；

           5.可将数据直接送入管理计算机；

          6.在成本上可与继电器控制柜竞争；

           7.输入可以是交流115V；

           8.输出可以是交流115V，2A以上，可直接驱动电磁阀等；

           9.在扩展时，原有系统只需要做很小变更；

           10.用户程序存储器容量至少能扩展到4K。

根据招标的技术要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用成功。

这种新型的工控装置，以其体积小、可变性好、可靠性高、使用寿命长、简单易懂、操作维护方便等一系列优点，很快就在美国的许多行业里得到推广应用，也受到了世界上许多国家的高度重视。

1987年2月，国际电工委员会（IEC）对PLC作出如下定义：

可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，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、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

由该定义可知：

PLC是一种由“事先存贮的程序”来确定控制功能的工控类计算机。

PLC是计算机（Computer）技术、控制（Control）技术、通信（Communication）技术（简称3C技术）的综合体。

它能适应工厂环境要求，工作可靠，体积小，功能强，而且用户通常只要“修改PLC的设置参数”或者“更换PLC的控制程序”就可以改变PLC的用途，是当前自动公领域三大支柱技术（可编程控制器、机器人、（CAD/CAM）之一。

（二）PLC的应用及分类

1.PLC的应用

（1）开关量逻辑控制。

开关量逻辑控制是现今PLC应用最广泛的领域，可以取代传统继电接触控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。

PLC可用于单机、多机群控制以及生产线的自动化控制。

（2）模拟量过程控制。

PLC配上特殊模块后，可对温度、压力、流量、液面高度等连续变化的模拟量进行闭环过程控制。

（3）运动控制。

PLC可采用专用的运动控制模块对伺服电机和步进电机的速度与位置进行控制，从而实现对各种机械的运动控制，如金属切削机床、工业机器人等。

（4）现场数据采集处理。

目前PLC都具有数据处理指令、数据传送指令、算术与逻辑运算指令和循环移位与移位指令，所以由PLC构成的监控系统，可以方便地对生产现场数据进行采集、分析和加工处理。

数据处理常用于柔性制造系统、机器人和机械手的大、中型控制系统中。

（5）通信联网、多级控制。

PLC通过网络通信模块及运程I/O控制模块，实现PLC与PLC之间、PLC与上位机之间、PLC与其他智能设备（如触摸屏、变频器等）之间的通信功能，还能实现PLC分散控制、计算机集中管理的集散控制，这样可以增加系统的控制规模，甚至可以使整个工厂实现生产自动化。

2.PLC的分类

（1）按结构形式分类。

PLC按结构形式分类可分为整体式和模块式两类。

将电源、CPU、存储器及I/O等各个功能集成在一个机壳内的PLC是整体式PLC，其特点是结构紧凑、体积小、价格低，小型PLC多采用这种结构，如三菱FX系列的PLC。

整体式PLC一般配有许多专用的特殊功能模块，如模拟量I/O模块、通信模块等。

将电源模块、CPU模块、I/O模块作为单独的模块安装在同一底板或框架上的PLC是模块式PLC。

其特点是配置灵活、装配维护方便，大、中型PLC多采用这种结构，如西门子S7-300系列的PLC。

（2）按I/O点数和存储容量分类。

小型PLC：

I/O点数在256点以下，存储器容量2K步；

中型PLC：

I/O点数在256～2048点之间，存储器容量2～8K步；

大型PLC：

I/O点数在2048点以上，存储器容量8K步以上。

（三）PLC的组成

PLC主要由CPU（中央处理器）、存储器、输入/输出（I/O）接口电路、电源、外设接口、I/O（输入/输出）扩展接口组成，如图1.1—6所示。

1.CPU

CPU是PLC的逻辑运算和控制指挥中心，协调工作。

2.存储器

存储器主要用来存放系统程序、用户程序和数据。

PLC的存储器ROM中固化着系统程序，用户不能直接存取、修改。

存储器RAM中存放用户程序和工作数据，使用者可对用户程序进行修改。

为保证掉电时不会丢失RAM存储信息，一般用锂电池作为备用电源供电。

图1.1-6PLC硬件结构实物图

图1.1—7PLC硬件结构示意图

3.输入/输出接口电路

（1）输入接口电路。

输入接口是连接PLC与其他外设之间的桥梁。

生产设备的控制信号通过输入接口传送给CPU。

开关量输入接口用于连接按钮、选择开关、行程开关、接近开关和各类传感器传来的信号，PLC输入电路中有光电耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。

当输入开关闭合时，一次电路中流过电流，输入指示灯亮，光电耦合器被激励，三极管从截止状态变为饱合导通状态，这是一个数据输入过程。

图1.1—8所示给出了直流及交流两类输入接口的电路图，图中虚线框内的部分为PLC内部电路，框外为用户接线。

在一般整体式PLC中，直流输入接口都使用PLC本机的直流电源供电，不再需要外接电源。

图1.1—8（a）直流输入单元

图1.1—8（b）交流输入单元

（2）输出接口电路。

输出接口用于连接继电器、接触器、电磁阀线圈，是PLC的主要输出口，是连接PLC与外部执行元件的桥梁。

PLC有3种输出方式：

继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出，如图1.1—9所示。

其中继电器输出型为有触点输出方式，可用于直流或低频交流负载；晶体管输出型和晶闸管输出型都是无触点输出方式，前者适用于高速、小功率直流负载，后者适用于高速、大功率负载。

图1.1—9PLC输出电路

4.电源

PLC一般采用AC220V电源，经整流、滤波、稳压后可变换成供PLC的CPU、存储器等电路工作所需的直流电压，有的PLC也采用DC24V电源供电。

为保证PLC工作可靠，大都采用开关型稳压电源。

有的PLC还向外部提供24V直流电尖。

5.外设接口

外设接口是在主机外壳上与外部设备配接的插座，通过电缆线可配接编程器、计算机、打印机、EPROM写入器、触摸屏等。

6.I/O扩展接口

I/O扩展接口是用来扩展输入、输出点数的。

当用户输入、输出点数超过主机的范围时，可通过I/O扩展接口与I/O扩展单元相接，以扩充I/O点数。

A/D和D/A单元以及链接单元一般也通过该接口与主机连接。

（四）PLC的工作原理

1.工作模式

PLC有运行（RUN）与停止（STOP）两种基本的工作模式。

当处于停止工作模式时，PLC只进行内部处理和通信服务等内容。

当处于运行工作模式时，PLC要进行从内部处理、通信服务、输入处理、程序处理、输出处理，然后按上述过程循环扫描工作。

在运行模式下，PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能，为了使PLC的输出能及时地响应随时变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作模式。

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、通信服务等工作，一次循环可分为5个阶段如图1.1—10所示。

PLC这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。

由于PLC执图1.1—10扫描过程

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。

2.