可编程控制器的组成与工作原理文档格式.docx

1、一种是直流（122）v输入另一种是交流（10120）v、（40）输入，第三种是交直流12一24V输入。外界输入器件可以是无源触点或者有源传感器的集电极开路的晶体管，这些外部输入器件是通道 PLC 输人端子与 PLC 相连的。LC 输人电路中有光耦合器隔离。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,输入指示灯亮光耦合器被激励三极管从截止状态变为饱和导通状态,这是一个数据输入过程.图2是一个直流输入端内部接线图。（二）输出接口电路 L的输出有三种形式：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输比.图 2-3 给出了 PLC 的输出电路图.继电器输出型最常

2、用。当 PLC 输出时接通或断开输出电路中继电器的线圈,继电器的接点闭合或断开，通过该接点控制外部负载电路的通断。很显然，继电路输出是利用了继电器的接点和线圈将 P的内部电路与外部负载电路进行了电气隔离。晶体管输出型是通过LC 光耦合使晶体管截止或饱和以控制外部负载电路、并同时对 PL内部电路和输出晶体管电路进行了电气隔离。第三种是双向晶闸管输出型,采用了光触发型双向晶闸管.三种输出形式以继电器型响应最慢。输出电路的负载电源由外部提供。负载电流一般不超过.实际应用中,输出电流额定值与负载性质有关。例如X2型LC 继电器输出的负载能力电源电压在 250v AC 以下时，对电阻负载为 2A/点；对

3、感性负载为 80*;对灯负载为 100W。通常，LC 的制造厂商为用户提供多种用途的 I/O单元.从数据类型上看有开关量和模拟量;从电压等级上看有直流和交流;从速度上看有低速和高速,从点数上看有多种类型；从距离上看可分为本地 I/O和远程 I/O。远程 I/O单元通过电缆与P单元连接、可放在距 CPU 单元数百米远的地力。四、电源单元 LC 的供电电源是一般市电、也有用直流 24供电的。PC 对电源稳定度要求不高，一般允许电源电压额定值在+1%15的范围内波动。PC 内有一个稳压电源用于对 PC 的 CPU 单元和 I/单元供电.小型 PLC 电源往往和P单元合为体，中大型 PLC 都有专门电

4、源单元，有些 PLC 电源部分还有以 24v D输出,用于对外部传感器供电,但电流往往是毫安级。五、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LC 的存储器,还可以用编程器检查程序、修改程序;利用编程器还可以监视C 的工作状态。编程器般分简易型编程器和智能型编程器，小型 PL常用简易型编程器.大中型 PLC 多用智能型 C编程器，除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包。即可用个人计算机为 PL编程利用微机作为编程器,可以直接编制并显示梯形图。第二节可编程控制器的编程语言 PLC 是一种工业控制计算机。不光有硬件,软件也必不可少,一提到软件就必然和编程语言相

5、联系。不同厂家、甚至不同型号的LC 的编程语言只能适应自己的产品。目前C 常用的编程语言有四种，梯形图编程语言、指令语句表编程语言、功能图编程语音、高级编程功能语言。梯形图编程语形象直观，类似电气控制系统中继电器控制电路图,逻辑关系明显;指令语句表编程语言虽然不如梯形图编程语言直观，但有键入方便的优点;功能图编程语言和高级编程语言需要比较多的硬件设备。一、梯形图编程语言 该语言习惯上叫梯形图.梯形图沿袭了继电器控制电路的形式,也可以说，梯形图编程语言是在电气控制系统中常用的继电器.接触器逻辑控制基础下简化了符号演变而来的。形象、直观、实用,电气技术人员容易接受,是目前用得最多的一种L编程语言。

6、继电器接触器电气控制电路图和 PLC 梯形图示于图 2-4中，由图可见两种控制电路图逻辑含义是样的,但具体表达方法却有本质区别.PLC 梯形图中的继电器、定时器、计数器不是物理继电器、物理定时器、物理计数器,这些器件实际上是存储器中的存储器，因此称为软器件。相应位为“1”状态，表示继电器线圈通电或常开接点闭合或常闭接点断开。PL的梯形图是形象化的编程语言，梯形图左右两端的母线是不接任何电源的。梯形图中并没有真实的物理电流流动.而仅仅是概念电流虚电流或称为假想电流。把 P梯形图左边路线假想为电源相线而把右边母线假想为电源地线:假想电流只能从左向右流动层次改变只能先上后下.假想电流是执行用户程序时

7、满足输出执行条件的形象理解。LC 梯形图中每个网络由多个梯级组成。每个梯级输出一个或多个支路组成.并出个输出入件构成，但右边的元件必须是输出元件。例如图 24b 中梯形图由两个梯级组成，梯级 1）中有 4 个编程元件（X、X2、Y和 Y）,最右边的1是输出元件。梯形图中每个编程元件应按一定的规则加标字母数字串,不同编程元件常用不同的字母符号和-定的数字串来表示，不同厂家的 PC 使用的符号和数字串往往是不一样的.二、指令语句表编程语言 这种编程语言是一种与计算机汇编语言相类似的助汇符编程方式,用一系列操作指令组成的语句表将控制流程描述出来,并通过编程器送到LC 中去。需要指出的是，不同厂家的

8、PL指令语句表使用的助记符并不相同.因此,一个相同功能的梯形图。书写的语句表并不相同.表 2是三菱电机公司 F型 PL指令语句完成图 24b功能编写的程序.指令语句表是由若干条语句组成的程序。语句是程序的最小独立单元。每个操作功能由条或几条语句来执行.PC 的语句表达形式与微机的语句表达式相类似.也是由操作码和操作数两部分组成。操作码用助记符表不（如 L1表示取、OR 表示或等），用来执行要执行的功能,告诉 PLC 该进行什么操作,例如逻辑运算的与、或、非;算术运算的加、减、乘、除；时间或条件控制中的计时、计数、移位等功能。操作数一般由标识符和参数组成。标识符表示操作数的类别,例如表明是输入继

9、电器、输出继电器、定时器、计数器、数据寄存器等。参数表明操作数的地址或一个预先设定值.三、功能图编程语言 这是一种较新的编程方法。它是用像控制系统流程图一样的功能图表达 一个控制过程，目前国际电工协会（IEC）正在实施发展这种新式的编程标准。不同厂家的LC 对这种编程语言所用的符号和名称也不一样。三菱 PL叫功能图编程语言,而西门子L叫控制系统流程图编程语言。图 25是一个先”与”后“或操作的功能图编程语言图。四、高级语言编程 近几年推出的 PLC,尤其是大型 PC，已开始用高级语言进行编程,有的 PL采用类似 PASCAL语言的专用语言，系统软件具有这种专用语言的自动编译程序采用高级语言编程

10、后，用户可以象使用普通微型计算机一样操作 PL除了完成逻辑功能外，还可以进行 PI调节、数据采集和处理以及与上位机通信等 第三节 可编程控制器的工作原理 一、P的编程器件概述 PC 内部有多具有不同功能的插件，实际上这些器件是由电子电路和存储器组成的。例如输入继电器 X是由输人电路和映象输入接点的存储器组成;输出继电器Y是由输出电路和映象输出接点的存储器组成；定时器 T,计数器 C、辅助继电器 M、状态器、数据寄存器 D、变址寄存器/Z等都是由存储器组成的。为了把它们与通常的硬器件区分开，我们通常把上面的器件称为软器件,是等效概念抽象模拟的器件。并非实际的物理器件从工作过程看,我们只注重器件的

11、功能按器件的功能给名称,例如输入继电器 x、输出继电器 Y等、而且每个器件都有确定的地址编号这对编程十分重要；需要特别指出的是,不同厂家、甚至同厂家的不同型号的LC 编程器件的数量和种类都不一样，下面我们以 FX小型LC 为蓝本,介绍编程器件。二、FX 2 系列C 编程器件 （一）输入继电器（0一 X177 输入继电器与 PC 的输入端相连、是 PLC 接收外部开关信号的接口。与输人端子连接的输入继电器是光电隔离的电子继电器,其线圈、常开接点、常间接点与传统硬继电器表示方法一样,如图 2-左边所示.这里常开接点、常闭接点的使用次数不限，这些接点在 PLC 内可以自由使用，F2型 PLC 输入继

12、电器采用八进制地址编号,X0X17最多可达 128点。输入继电器必须有外部信号来驱动.不能用程序驱动。（二）输出继电器 Y0Y17 输出继电器的外部输出接点连接到 PC的输出端子上,输出继电器是是用来传送信号到外部负载的元件，如图 2-右边所示。每一个输出继电器有一个外部输出的常开接点.而内部的软接点，不管是常开还是常闭都可以无限次的自由使用.输出继电器的地址编号也是八进制。YY177,最多可达 12点.（二）辅助继电器 M PC 内部有很多辅助继电器,它的常开常闭接点在C 内部编程时可以无限次的自由使用但是这些接点不能直接驱动外部负载外部负载必须由输出继电器的外部接点来驱动。在逻辑运算中经常

13、需要些利用继电器作为辅助运算用，这些器件持往用作状态暂存、移位等运算。另外，辅助继电器还具有一些特殊功能。下面是几种常见的辅助继电器。1.通用辅助继电器 M0-9 通用辅助继电器按十进制地址编号 M0M499 共的00点（在X型 PLC中除输入输出继电器外，其它所有器件都是十进制编号）。2.断电保持辅助继电器 M500M3（524 点）LC 在运行中若发生停电.输出继电器相通用辅助继电器全部成为断开状态。上电后,除了 PL运行时被外部输入信号接通的以外,其它仍断开。不少控制系统要求保持断电瞬间状态。断电保持辅助继电器就是用于此场合,断电保持是由 PLC 内装锂电池支持的.3特殊辅助继电器800

14、8255（256点）PLC 内有6个特殊辅助继电器,这些特殊辅助继电器各自具有特定的功能 下面两大类：1.只能利用其接点的持殊辅助继电器.线圈由 PL自动驱动，用户只可以利用其接口。例如:M8000 为运行监控用P运行时 M000接通.M002 为仅在运行开始瞬间接通的初始脉冲特殊辅助继电器.M812 为产生 100时钟脉冲的特殊辅助继电器。2.可驱动线圈型特殊辅助继电器，用户激励线圈后，LC 作特定动，例如：M8030 为锂电池电压指示灯特殊辅助继电器,当锂电池电压跌落时,灯亮,提醒 PC 维修人员,需要赶快调换锂电池了.M8033 为 PL停止时输出保持特殊辅助继电器。83为禁止全部输出特

15、殊辅助继电器.为定时扫描特殊辅助继电器。需要说明的是未定义的特殊辅助继电器不可在用户程序中使用。辅助继电器的常开常闭接点在L内部可无限次的自由使用。（四）状态器 S 状态器是构成状态转移图的重要软器件它与后述的步进顺控指令配合使用.通常状态器软器件有下面五种类型:1.初始状态器 SS9共0点。2.回零状态器S9共 1点。3。通用状态器04共 48点.4。保持状态器00S9共点。5。报警用状态器 S099共00 点。这 1个状态器器件可用作外部故障诊断输出。状态器的常开和常闭接点在C 内可以自由使用，且使用次数不限。不用步进顺控指令时,状态器 S 可以作为辅助继电器 M 在程序中使用。（五）定时

16、器0T255 定时器在LC 中的作用相当于一个时间继电器，它有一个设定值寄存器（-个字长）,一个当前值寄存器（-个字长）以及无限个接点（一个位）。对于每-个定时器,这三个量使用同地址编号名称但使用场合不一样,其所指也不样.通常在一个 PC 中有几十至数百 个定时器 T。1。定时器的动作及地址编号 在 PLC 内定时器是根据时钟脉冲累积计时的.时钟脉冲有 1ms,、0ms、lm三档当所计时间到达设定位时,输出接点动作.定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用后述的数据台存器 D的内存作为设定值。这里使用的数据寄存器应有断电功能。定时器的地址编号、设定值是这样规定的:（1）常规定时

17、器025 10ms 定时器 T一 T199共 200点,每个设定值范围为 0.1376.7；1ms定时器 T20T25共 46 点,每个设定值范围（0.0127。6）s。图 27是定时器的工作原理图。当驱动输入0接通时，地址编号为00的当前值计数器对0ms 时钟脉冲进行累积计数,当该值与没定值相等时,定时器的输出接点就接通,即输出接点是在驱动线圈后的 13 0011.2s 时动作。驱动输入 x0断开或发生断电时,计数器就复位、输出接点也复位.（2）积算定时器 T 6 一 T25 1m积算定时器 T246 一 T 24共 4点.每点设定值范围为（。001 一 32.767）s；10s 积算定时器

18、250 一 T25共 6 点.每点设定值范围（。13276.）s.图 2.8是积算定时器工作原理图。当定时器线圈 25的驱动输入 X1接通时，T25的当前值计数器开始累积 10ms 的时钟脉冲的个数当该值与设定值 K34对相等时，定时器的输出接点接通。当计数中间驱动输入 Xl 断开或停电时、当前值可保持。输入 X1再接通或复电时计数继续进行,当累积时间为（01 45）s3。5s 时.输出接点动作。当复位输入 2接通时,计数器就复位，接点也复位。接点的动作时序 接点动作次序如图9所示、定时器在其线圈被驱动后开始计时,到达设定值后，在执行第个线圈指令时、其输出接点动作。从驱动定时器线圈到其接点动作

19、称为定时器接点动作精度时间 t，+T0。式中,为定时器设定时间单位为;T0为扫描周期。单位为 s；a为定时器的时钟周期,s、0ms、l 0s 的定时器对应为 0.001,0.1，0。单位为 s。如果编程时定时器接点指令写在线圈指令之前。在最坏的情况下,定时器输出接点动作误差为+2T.当定时器的设走值为零时。在下一扫描周期执行线圈指令时输出接点动作。另外,1m定时器在执行线圈指今后，以中断方式对ms 时钟脉冲计数。（六）计数器 C02 1.内部信号计数器 内部信号计数器是在执行扫描操作时对内部器件（如、Y、M、T、C）的信号进行计数的计数器,其接通时间和断开时间应比 PL的扫描周期稍长 （1）6

20、位递加计数器，设定值为52767.其中,0-C9共 10 点是通用型,C10 一19共 100点是断电保持型图 210 表示了递加计数器的动作过程.图 20a是梯形图,图0b是时序表。X1是计数输人,每当11 接通一次,计数器当前值加。当计数器的当前为 l0 时（也就是说计数输入达到第 1次时）、计数器 C0的输出接点接通。之后即使输人11再接通,计数器的当前值也保持不变，当复位输入10接通时,执行 RS复位指令，计数器当前值复位为,输出接点也断开计数器的设定值除了可由常数 K设定外,还可间接通过指定数据寄存器来设定。（2）32 位双向计数器设定值为21147868-+214748347，共中

21、 C00一 C1共0 点是通用型,C0一234共 1点是断电保持型计数器。2位双向计数器是递加型还是递减型计数由特殊辅助继电器 M82008234设定.特殊辅助继电器接通（置 1）时,为递减计数;特殊辅助继电器断开（置 0）时为递加计数.与 16位计数器一样.可直接用常数 K或间接用数据寄存器 D的内容作为设定值.间接设定时,要用器件号紧连在一起的两个数据寄存器。图 211 示出了递加，递减计数器的动作原理用 X作为计数输入，驱动200计数器线图进行计数操作。当计数器的当前值由-6-（增大）时,其接点接通（置）；当计数器的当前值由一-6（减小）时,其接点断开（置 0）。当复位输入 X13接通时

22、,计数器的当前值就为 0、输出接点也复位。使用断电保持计数器,其当前值和输出接点均能保持断电时的状态。32位计数器可当作 32 位数据寄存器使用,但不能用作 16位指令中的操作目标器件.高速计数器 高速计数器共1点,地址编号 C25一 C25。但适用高速计数器输入的 PLC 输入端只有 6点 X0X。如果这 6个输入端中的一个已被某个高速计数器占用,它就不能再用于其它高速计数器（或其它用途）.也就是说,由于只有个高速计数输入端，最多只能用个高速计数器同时工作 高速计数器的选择并不是任意的,它取决于所需计数器的类型及高速输入端子数器的类型如下：1相无启动/复位端子高速计数器 C5 一 C2；1相

23、带启动复位端子高速计数器 C241 一 C245；相 2 输入（双向）高速计数器 C246 一 C25;2 相输入（AB相型）高速计数器251 一255.上面所列计数器均为 32位递增递减型计数器端子的名称。X6和 X 也是高速输入.但只能用作启动信号而不能用于高速计数。不同类型的计数器可同时使用但它们的输人不能共用。高速计数器是按中断原则运行的，因而它独立于扫描周期,选定计数器的线圈应以连续方式驱动.以表示这个计数器及其有关输入连续有效,其它高速处理不能再用其输入端子。图 2表明了高速计数器的输入。当 X20接通时,选中高速计数器3，而由表 2-中对查出,23对应的计数器输入端为 C,计数器

24、输入脉冲应为 X0而不是 X2。当 X20断开时,线圈 C5断开,同时 C236 接通,选中计数器 C23，其计数脉冲输入端为1.持别注意。不要用计数器输入端接点作计数器线圈的驱动接点,下面分别对类高速计数器加以说明。（1）l相 1输人无启动/复位端高速计数器 C3一 C24 计数方式及接点动作与前述普通 32位计数器相同。递加计数器时,当计数值达到设定值时接点动作并保持；作递减计数时,到达计数值则复位 相输入计数方向取决于其对应标志B （X 为对应的计数器地址号）。C235C240 高速计数器各有一个计数输入端,如图 213所示现以 C25为例说明此类计数器的动作过程。10接通，方向标志 M

25、23置位,计数器 C递减计数;反之递加计数.当 X1接通,（C5 复位为,接点 C235 断开。当 X2 接通，C23选中,从表 2-可知.对应计数器 C23的输入为 X0，C235 对 X0输入的脉冲信号进行计数.（2）1 相带启动/复位高速计数器241一 C24 这类高速计数器的计数方式接点动作、计数方向与 C一24类似。C241C24高速 计数器各有个计数输入和一个复位输入。计数器 C244 和4还有-个启动输入,现以图 2所示的 C 25 为例说明此类高速计数器的动作过程.当方向标志M8245 为通时,C25 递减计数;245为断时C24递加计数。当 X4接通.C245高速计数器像普通

26、2位计数器一样复位。从表 22中可知,C45 还能由外部输入X3 复位。计数器 C245 还有外部启动输人端 X7.7 接通,C4开始计数;X 7 断开,C45 停止计数。当 X1;选通25，对 X2输人端的脉冲进行计数。需要说明的是对 C45 设置 D0，实际上是设置 D0 Dl，因为计数器为位。而外部控制启动7和复位3是立即响应的,它不受程序扫描周期的影响。（3）相 2 输入双向高速计数器246 一 C20 这 5个高速计数器合两个输入端,一个递加、一个递减。有的还具有复位和启动输入。现以 C246 为例,用图 2-15 说明它们的计数动作过程。当 Xl0接通,C6像普通2 位加/减计数器

27、样的方式复位从表 22可知，对 C26,X0为递加计数端,X为递减计数端.X1接通时,选中 C246，使0、X输入有效。0由 OF一 ON,C26加1；X l由F一N,246 减 l.图是以 C0 为例说明带复位和启动端的 1相 2 输入高速计数器的动作过程。查表 22可知,对 C255为复位输入,X7为启动输入，因此可由外部复位，而不必用 RS C250 指令,要选通 C250,必须接通 X1,启动输人 X7 接通时开始计数，X7断开时停止计数递加计数输人为 X，递减计数输人为 X4。而计数方向由特殊辅助继电器 M 决定（为计数器地址编号）。M8 为 ON，表示递减计数,M 8 为 OF时,

28、表示递加计数（4）相输入（AB相）计数器 C251C255 在 2相输入计数器中,最多可有两个 2相 32 位二进制递加递减计数器,其计数的动作过程与前面所讲的普通型 32位递加递减型相同,对这些计数器，只有表 2中所示的输入端可用于计数。A相和相信号决定计数器是加计数还是减计数。当 A相为 ON状态时，B相输人为 OFFON，为递加计数,而 B相输入 ON一 OFF,为递减计数。图17 为以25l和 C255 为例的此类计数器的计数过程。在1接通时C2对输入0（相）、1（相）的 ONOFF过程计数。选通信号 X13接通时,一旦 X7 接通,C25立即开始计数，计数输入为 X3（相）和4（B相

29、）。X5 接通，C25 复位检查对应的持殊辅助继电器 M8 加计数还是减计数。（5）计数频率 计数器最高计数频率受两个因素限制。一是各个输入端的响应速度,主要是受硬件的限制,其中 X0、X、X3 最高频率为 1kHz，而1、4、X5最高频率为kHz。:二是全部高速计数器的处理时间，这是高速计数器计数额定受限制的主要因素。因为高速计数器操作是采用中断方式，故计数器用的越少,则可计数频率就需高.如果某些计数器用比较低的频率计数,则其它计数器可用较高的频率计数。（七）指针（P/I）分支指令用指针0P3,共 64点。指针 P0P63 作为标号,用来指定条件跳转，子程序调用等分支指令的跳转目标 中断用指针 I口口一 I8口口共 9点.中断指针的格式表示如下：例如，001为输入 X从 OFF一N变化时，执行由该指针作为标号后面的中断程序,并根据 IET 指令返回。例如,I6l,即为每隔 l0ms 就执行标号为 I10 后面的中断程序，并根据 IE指令返回。（八）常数（K）常数也作为器件对待,它在存储器中占有一定的空间，十进制常数用表示，如 8，表示为;十六制常数用 H表示,如 18 表示为 H12。（九）数据寄存器 在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时,需要许多数据寄存器存储数据和参数。数据寄