可编程序控制器及其应用.docx
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可编程序控制器及其应用
第一篇可编程序控制器及其应用
第一章可编程序控制器的组成与基本逻辑指令
可编程序控制器又叫PLC，是一种专为工业应用而设计的电子控制装置。
诞生于七十年代，有二十多年的发展历史。
它是用软件编程取代了接触、继电器的硬件逻辑。
现在市面上流通的有欧姆龙、三菱、日立、西门子和松下等公司生产的PLC。
PLC的特点：
1、可靠性高
2、编程简单，使用方便
可采用梯形图编程方式，与实际继电器控制电路非常接近，一般电气工作者很容易接受。
3、环境要求低
适用于恶劣的工业环境。
4、体积小，重量轻
5、扩充方便，组合灵活
第一节可编程控制器的组成和工作方式
一、可编程控制器的组成
传统的控制系统是由输入设备（按钮、开关和触点）、控制线路（由各类继电器、接触器、导线连接成的构成某种逻辑功能的线路）和输出设备（接触器线圈、指示灯）三部分组成。
可变成控制器是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。
PLC控制系统框图：
输入部分逻辑部分（内部）输出部分
1、输入部分
输入部分的作用是把从输入设备的输入信号送入可编程序控制器。
输入设备包括各类控制开关、按钮、触点和传感器信号。
以上信号经过输入接口电路（光电耦合器）的输入端子和微处理输入电路相连。
为了保证能在恶劣的工业环境中使用，PLC输入接口都采用了隔离措施。
如下图，采用光电耦合器为电流输入型，能有效地避免输入端引线可能引入的电磁场干扰和辐射干扰。
输入电路
输入部分的接线端子与该路的输入回路连接。
每一路的输入电路可等效于一个输入继电器。
输入继电器可提供任意个动断和动合触点供PLC内部逻辑电路使用。
2、输出部分
输出端子与控制对象如接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等连接。
为了把CPU输出电平转换为控制对象所需的电压或电流信号，需要有输出接口电路。
PLC输出接口电路一般都有三种输出形式可供用户选择，即继电器输出，晶体管输出和晶闸管输出。
继电器输出可接交流和直流负载；晶体管输出只能直流负载；晶闸管输出只能接交流负载。
特点：
继电器输出：
开关速度低，负载能力大，适用于低频场合。
晶体管输出：
开关速度高，负载能力小，适用于高频场合。
晶闸管输出：
开关速度高，负载能力较大，适用于高频场合。
注意事项：
（1）PLC输出接口是成组的，每一组有一个COM口，只能使用同一种电源电压。
（2）PLC输出负载能力有限，具体参数请阅读相关资料。
（3）对于电感性负载应加阻容保护。
（4）负载采用直流电源小于30V时，为了缩短响应时间，可用并接续流二极管的方法改善响应时间。
输出部分
3、微处理器
微处理器又叫中央处理器，简称CPU，是PLC的大脑，由控制器和运算器组成。
PLC是由输入输出设备、运算器、控制器和存储器组成。
控制器取出存贮器中用户程序的每一个指令的操作码和操作数，按照指令的功能进行读取输入信号、暂存信号和输出信号，把上述信号到运算器中进行运算、处理。
得到相应的输出。
PLC可以输入形式有梯形图和程序指令。
由电脑和手持器完成。
4、存储器
存储器是用来存放系统程序、编译程序、用户的应用程序、逻辑变量和其他信息。
存储器可分为只读存储器ROM、随机存储器RAM；只读存储器ROM分为掩摸ROM、可编程ROM（PROM）、可擦除可编程只读ROM（EPROM）和电可擦除可编程ROM（E2PROM）；随机存储器分为静态RAM和动态RAM，静态RAM是靠双稳态电路存放信息的，动态RAM是靠MOS管的栅极电容上的电荷来存储信息。
只读存储器ROM存放系统程序、编译程序；电可擦除可编程ROM（E2PROM）存放用户应用程序；随机存储器RAM存放计算数据、中间结果和机内用户程序，需要电池。
5、电源
PLC的电源一个开关电源，它把输入的交流220V电源通过整流、滤波、斩波等电路，变成PLC内部使用和输出需要的电源电压。
一般有5V、24V。
二、可编程序控制器的工作方式
PLC执行程序是以循环扫描方式进行的。
PLC的扫描过程分为三个阶段：
输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。
1、输入采样阶段
PLC顺序读取全部输入端，把输入继电器的通断状态存放于输入映象寄存器中。
2、程序执行阶段
PLC按梯形图从左向右、从上向下逐条对指令进行扫描，并从输入映象寄存器和内部元件读入其状态，进行逻辑运算。
把结果放入中间映象寄存器和输出映象寄存器中。
3、输出刷新阶段
把输出映象寄存器中各输出继电器的通断状态通过输出部分送到输出锁存器，去驱动输出继电器线圈，使执行相应的输出动作。
一般地，PLC的一个扫描周期约10ms，另外，可编程序控制器的输入/输出还有响应滞后（输入滤波约10ms），继电器机械滞后约10ms，所以，一个信号从输入到实际输出，大约有20--30ms的滞后。
输入信号的有效宽度应大于1个周期+10ms。
第二节FX系列PLC的基本特性
FX系列PLC是三菱公司生产的，其中还有早期的F1系列和现在的A系列。
第三节FX系列PLC的内部器件（以FX2-64MR）
一、输入继电器X
X0--X7
X10-X17
X20-X27
X30-X37
（共32点）
二、输出继电器Y
Y0--Y7
Y10--Y17
Y20--Y27
Y30--Y37
（共32点
∙X、Y还有无数个常开、常闭触点供编程使用。
∙Y外部分仅有一个常开触点供带动负载使用。
∙可以看出每组都是8个（8进制），输入、输出分别最多可达128点。
即：
X0～X177，Y0～Y177。
∙输入输出点数根据实际工程需要来确定。
可采用主机+扩展的方式来使用，扩展的编号依次编下去。
三、辅助继电器M
（1）通用辅助继电器
M0--M499（共500个），关闭电源后重新启动后，通用继电器不能保护断电前的状态。
（2）掉电保持辅助继电器
M500--M1023（共524个），PLC断电后再运行时，能保持断电前的工作状态，采用锂电池作为PLC掉电保持的后备电源。
（3）特殊辅助继电器
M8000--M8255（共156点），有特殊用途，将在其它章节中另作介绍。
辅助继电器都有无数个常开、常闭触点供编程使用，只能作为中间继电器使用，不能作为外部输出负载使用。
部分特殊辅助继电器的功能为：
M8000：
运行（RUN）监控（PLC运行时接通）
M8002：
初始脉冲（仅在PLC运行开始时瞬间接通）
M8011：
10MS时钟脉冲（每10MS发一脉冲）
M8012：
100MS时钟脉冲（每100MS发一脉冲）
M8033：
PLC停止时输出保持（PLC停止时，映象寄存器和数据寄存器数据全部保持）
M8034：
禁止全部输出（虽然输出端全被禁止，但PLC中的程序及映象寄存器仍在运行）。
四、状态继电器S
（1）通用状态继电器S0--S499
（2）掉电保持型状态继电器S499-S899
（3）供信号报警用：
S900-S999
状态继电器S是对工作步进控制进行简易编程的重要元件，这里不作进一步的介绍。
其中
存放初始状态：
S0～S9（10点）
回零：
S10～S19（10点）
通用：
S20～S499（480点）
停电保持：
S500～S899（400点）
故障诊断报警：
S900～S9999（100点）
五、定时器T（时间继电器）
PLC的定时器相当于时间继电器，有一等效线圈，无数对常开、常闭触点。
定时器的设定值是十进制常数。
当定时器累积计数器与该设定值相等时，定时器的等效线圈接通，相应触点动作。
（1）定时器
T0～T199（200点）：
时钟脉冲为100ms的定时器，即当设定值K=1时，延时100ms。
设定范围为0.1～3276.7秒。
T200--T245（46点）：
时钟脉冲为10ms的定时器，即当设定值K=1时，延时10mS。
设定范围为0.01～327.67秒。
（2）积算定时器
T246～T249（4点）：
时钟脉冲为1ms的积算定时器。
设定范围：
0.001～32.767秒。
T250～T255（6点）：
时钟脉冲为100ms的积算定时器。
设定范围：
0.1～3267.7秒。
积算定时器的意义：
当控制积算定时器的回路接通时，定时器开始计算延时时间，当设定时间到时定时器动作，如果在定时器未动作之前控制回路断开或掉电，积算定时器能保持已经计算的时间，待控制回路重新接通时，积算定时器从已积算的值开始计算。
积算定时器必须用RST命令复位。
五、计数器C
PLC的计数器具有计数功能。
它有等效的计数线圈和对应的常开，常闭触头，还有复位线圈。
当复位线圈接通，计数器当前值复位到0。
当计数线圈每接通一次，计数器当前值增1或减1。
FX2系列计数器有：
（1）16bit加计数器
C0～C99（100点）：
通用型
C100～C199（100点）：
掉电保持型
设定值范围：
K1--K32767
（2）32bit可逆计数器
C200～C219（20点）：
通用型
C220～C234（15点）：
掉电保持型。
设定值范围：
-2147483648～+2147483647
可逆计数器的计数方向（加计数或减计数）由特殊辅助继电器M8200～M8234设定。
即M8△△△接通时作减计数，当M8△△△断开时作加计数。
（3）高速计数器：
C235～C255（后面章节实例中作介绍）
六、数据寄存器D
D0～D199（200只）：
通用型数据寄存器，即掉电时全部数据均清零。
D200～D511（312只）：
掉电保护型数据寄存器。
第四节FX系列PLC的基本逻辑指令
PLC的编程简单，无论厂家不同，大多数使用梯形图和基本逻辑指令编程。
一、PLC的梯形图
梯形图是由继电接触控制系统变换而来的。
有左右两边母线（也有只有左母线的），之间连接着内部继电器常开常闭的触点组合以及继电器线圈形成一条条平行的逻辑行。
每个逻辑行必须以触点与左母线连接开始，以线圈与右母线连接结束。
二、基本逻辑指令
指令是将梯形图中各种逻辑关系以规定指令表示的一种方式。
格式：
步序指令操作数（元件号）
1、LD，LDI，OUT指令
指令助记符与功能：
符号、名称
功能
可用元件
程序步
LD取
a触点逻辑运算开始
X，Y，M，S，T，C
1
LDI取反
b触点逻辑运算开始
X，Y，M，S，T，C
1
OUT输出
线圈驱动
Y，M，S，T，C
Y，M：
1
S，特，M：
2
T：
3
C：
3-5
注：
当使用M1536-M3071时，程序步加1
指令说明：
∙LD，LDI指令用于将触点接到母线上。
另外，与后面讲到的ANB指令组合，在分支起点处也可使用。
∙OUT指令是对输出继电器、辅助继电器、状态、定时器、计数器的线圈驱动指令，对输入继电器不能使用。
∙OUT指令可作多次并联使用。
（在下图中，在OUTM100之后，接OUTT0）
编程：
0LDX000
1OUTY000
2LDIX001
3OUTM100
4OUTT0K19 ——程序步自动管理空2步
7LDT0
8OUTY001
定时器、计数器的程序：
∙对于定时器的计时线圈或计数器的计数线圈，使用OUT指令以后，必须设定常数K。
此外，也可指定数据寄存器的地址号。
∙常数K的设定范围、实际的定时器常数、相对于OUT指令的程序步数（包括设定值）如下表所示。
2、AND，ANI指令
助记符与功能：
符号、名称
功能
可用软元件
程序步
AND与
a触点串联连接
X，Y，M，S，T，C
1
ANI与非
b触点串联连接
X，Y，M，S，T，C
1
当使用M1536-M3071时，程序步加1。
指令说明：
∙用AND，ANI指令可进行1个触点的串联连接。
串联触点的数量不受限制，该指令可多次使用。
∙OUT指令后，通过触点对其他线圈使用OUT指令，称之为纵接输出，（下图的OUTM101与OUTY004）
这种纵接输出，如果顺序不错，可多次重复。
串联触点数和纵接输出次数不受限制，但使用图形编程设备和打印机则有限制。
建议尽量做到1行不超过10个触点和1个级圈，总共不要超过24行。
编程：
0LDX002
1ANDX000
2OUTY003
3LDY003
4ANIX003
5OUTM101
6ANDT1
7OUTY004
如上图所示，紧接着OUTM101以后通过触点T1可以驱动OUTY004，但如是驱动顺序相反（如左图所示）时，则必须使用后面讲到的MPS和MPP命令。
3、OR，ORI指令
指令助记符与功能：
指令助记符、名称
功能
可用软元件
程序步
OR或
a触点并联连接
X，Y，M，S，T，C
1
ORI或非
b 触点并联连接
X，Y，M，S，T，C
1
当使用M1536-M3071时，程序步加1
指令说明：
∙OR、ORI用作1个触点的并联连接指令。
串联连接2个以上触点时，并将这种串联电路块与其他电路并联连接时，采用后面讲到的ORB指令。
∙OR，ORI是从该指令的步开始，与前面的LD，LDI指令步，进行并联连接。
并联连接的次数不受限制，但使用图形编程设备和打印机时受限制（24行以下）
编程：
0LDX004
1ORX006
2ORIM102
3OUTY005
4LDIY005
5ANDX007
6ORM103
7ANIX010
8ORM110
9OUTM103
4、ORB指令
指令助记符与功能
指令助记符、名称
功能
程序步
ORB电路块或
串联电路块的并联连接
1
指令说明
∙2个以上的触点串联连接的电路称为串联电路块。
将串联电路并联连接时，分支开始用LD、LDI指令，分支结束用ORB指令。
∙ORB指令与后面讲的ANB指令等一样，是不带软元件地址号的独立指令。
∙有多个并联电路时，若对每个电路块使用ORB指令，则并联电路没有限制。
（见正确编程程序）
∙ORB也可以成批地使用，但是由于LD，LDI指令的重复使用次数限制在8次以下，请务必注意。
（见编程不佳的程序）
编程
正确编程程序
1LDX000
2ANDX001
3LDX002
4ANDX003
5ORB
6LDIX004
7ANDX006
8ORB
9OUTY006
编程不佳的程序
1LDX000
2ANDX001
3LDX002
4ANDX003
5LDIX004
6ANDX006
7ORB
8ORB
9OUTY006
5、ANB指令
指令助记符与功能：
指令助记符、名称
功能
程序步
ANB电路块与
并联电路块的串联连接
1
指令说明：
∙当分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时，使用ANB指令，分支的起点用LD，LDI指令，并联电路块结束后用ANB指令，与前面的电路串联。
∙若多个并联电路块按顺序和前面的电路串联连接时，则ANB指令的使用次数没有限制。
∙也可成批地使用ANB指令，但在这种场合，与ORB指令一样，LD、LDI指令的使用次数是有限制的（8次以下），请务必请意
编程：
0LDX000
1ORX001
2LDX002
3ANDX003
4LDIX004
5ANDX005
6ORB
7ORX006
8ANB
9ORX003
10OUTY007
6、LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF指令
指令助指符与功能：
指令助记符、名称
功能
可用软元件
程序步
LDP取脉冲
上升沿检测运算开始
X、Y、M、S、T、C
1
LDF取脉冲
下降沿检测运算开始
X、Y、M、S、T、C
1
ANDP与脉冲
上升沿检测串联连接
X、Y、M、S、T、C
1
ANDF与脉冲
下降沿检测串联连接
X、Y、M、S、T、C
1
ORP或脉冲
上升沿检测并联连接
X、Y、M、S、T、C
1
ORF或脉冲
下降沿检测并联连接
X、Y、M、S、T、C
1
当使用M1536--M3071时，程序步加1，以上指令FX2N中才有。
指令说明：
∙LDP、ANDP、ORP指令是进行上升沿检测的触点指令，仅在指定位软件上沿时（即由OFF→ON变化时）接通1个扫描周期。
∙LDF、ANDF、ORF指令是进行下降沿检测的触点指令，仅在指定位软元件下降时（即由ON→OFF变化时）接通1个扫描周期。
编程：
例1：
0LDPX000
1ORPX001
2OUTM0
3LDM8000
4ANDPX002
5OUTM1
例2：
0LDFX000
1ORFX001
2OUTM0
3LDM8000
4ANDFX002
5OUTM1
图示理解：
7、MPS、MRD、MPP指令
指令助记符与功能
指令助记符、名称
功能
程序步
MPS进栈
进栈
1
MRD读栈
读栈
1
MPP出栈
出栈
1
指令说明
∙
在可编程序控制器中有11个存储器，用来存储运算的中间结果，被称为栈存储器。
使用一次MPS指令就将此时刻的运算结果送入栈存储器的第1段，再使用MPS指令，又将此时刻的运算结果送入栈存储器的第1段，而将原先存入第一段的数据移到第二段。
以此类推。
∙使用MPP指令，将最上段的数据读出，同时该数据从栈存储器中消失，下面的各段数据顺序向上移动。
即所谓后进先出的原则。
∙MRD是读出最上段所存的最新数据的专用指令，栈存储器内的数据不发生移动。
∙这些指令都是不带软元件地址的独立指令。
编程
例1：
一段栈
0LDX004
1MPS
2ANDX005
3OUTY002
4MRD
5ANDX006
6OUTY003
7MRD
8OUTY004
9MPP
10ANDX007
11OUTY005
例2：
二段栈
0LDX000
1MPS
2ANDX001
3MPS
4ANDX002
5OUTY000
6MPP
7ANDX003
8OUTY001
9MPP
10ANDX004
11MPS
12ANDX005
13OUTY002
14MPP
15ANDX006
16OUTY003
0LDX000
1MPS
2ANDX001
3MPS
4ANDX002
5MPS
6ANDX003
7MPS
8ANDX004
9OUTY000
10MPP
11OUTY001
12MPP
13OUTY002
14MPP
15OUT003
16MPP
17OUTY004
0LDX000
1OUTY004
2ANDX001
3OUTY003
4ANDX002
5OUTY002
6ANDX003
7OUTY001
8ANDX004
9OUTY000
例3中需要要三重MPS指令编程，但是如果改成左面的电路，实现的效果一样。
编程却很方便，不必采用MPS指令。
8、MC、MCR指令
指令助记符与功能
指令助记符、名称
功能
程序步
MC主控指令
公共串联触点的连接
3
MCR主控复位
公共串联触点的清除
2
指令说明
∙在下面程序示例中，输入X000为接通时，直接执行从MC到MCR的指令，输入X000为断开时，成为如下形式：
保持当前状态：
积算定时器、计数器、用置位/复位指令驱动的软元件。
变成OFF的软件：
非积算定时器，用OUT指令驱动的软元件。
∙主控（MC）指令后，母线（LD、LDI点）移动主控触点后，MCR为将其返回原母线的指令。
∙通过更改软元件地址号Y、M，可多次使用主控指令。
但使用同一软元件地址号时，就和OUT指令一样，成为双线圈输出。
编程
例1：
没有嵌套时
0LDX000
1MCN0M100
4LDX001
5OUTY000
6LDX002
7OUTY001
8MCRN0
没有嵌套结构时，通用N0编程。
N0的使用次数没有限制。
有嵌套结构时，嵌套级N的地址号增大，即N0--N1--N2……N7。
例2：
有嵌套时
0LDX000
1MCN0M100 3步指令
4LDX001
5OUTY000
6LDX002
7MCN1M101 3步指令
10LDX003
11OUTY001
12MCRN1 2步指令
14LDX004
15OUTY002
16MCRN0 2步指令
9、SET、RST指令
指令助记符与功能
指令助记符、名称
功能
可用软元件
程序步
SET置位
动作保持
Y、M、S
Y、M：
1
S、特M：
2
T、C：
2
D、V、Z、特D：
3
RST复位
消除动作保持，
寄存器清零
Y、M、S、T、C、D、V、Z
指令说明
∙在下述程序示例中，X000一旦接通后，即使它再次成为OFF，Y000依然被吸合。
X001一旦接通后，即使它再次成为OFF，Y000仍然是释放状态。
∙对同一种软元件，SET、RST可多次使用，顺序也可随意，但最后执行者有效。
∙此外，要使数据寄存器D、变址寄存器V、Z的内容清零时，也可使用RST
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