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1、松下PLC培训讲义第一章 可编程序控制器概述随着电气控制设备，尤其是电子计算机的迅猛发展，工业生产自动化控制技术也发生了深刻的变化。无论是从国外引进的自动化生产线，还是自行设计的自动控制系统，普遍把可编程序控制器作为控制系统的核心器件。可编程序控制器在取代传统电器控制方面有着不可比拟的优点，在自动化领域已经形成一种控制趋势。电气设备能否方便可靠地实现自动化，很大程度上取决于我们对可编程序控制器的应用水平。可编程序控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的通用控制器，是一种以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术、通信技术和传统的继电器控制技术而发展起来的新型工业控制装置，它采用可编程序的

2、存储器，能够执行逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算数运算等功能，并通过开关量、模拟两的输入和输出完成各种各种机械或生产过程的控制。它具有丰富的输入输出接口，并具有较强的驱动能力，其硬件须根据实际需要搭配，其软件则需要根据控制要求进行设计。由于早期的可编程序控制器在功能上只能进行逻辑控制，因此被称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。随着计算机技术的发展，开始采用微处理器（Microprocessor）作为可编程序控制器的中央处理单元，从个人扩大了可编程控制器的功能，现在的可编程控制器不仅可以进行逻辑控制，也可以对模拟量进行控制。后来美国电

3、气制造协会将它命名为可编程控制器（Programmable Controller），简称PC。但是这个名字已经成为个人计算机（Personal Computer）的专称，所以现在仍然把可编程序控制器简称为PLC。1.1 可编程序控制器的发展过程及基本功能可编程序控制器的发展过程美国通用汽车公司（General Motors Corporation，GM）（1）、编程简单方便，可在现场修改程序；（2）、硬件维护方便，采用插件式结构；（3）、可靠性要高于继电器控制系统；（4）、体积小于继电器控制系统；（5）、可将数据直接送入管理计算机；（6）、成本可与继电器控制系统竞争；（7）、输入可以是AC11

4、5V；（8）、输出在AC115V、2A以上，能直接驱动电磁阀和接触器等；（9）、扩展时，原有系统只需要很小的改动；（10）、用户程序存储器的容量至少可扩展到4KB。PLC是在20世纪60年代后期和70年代初期问世的。开始主要应用于汽车制造业，当时汽车生产流水线控制基本上是由继电器控制装置构成的，汽车的每一次改型都要求汽车生产流水线继电器控制装置重新设计，这样继电器控制装置就需要经常更改设计和安装，为此美国的数字设备公司（DEC）于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器。此后这项新技术迅速发展，并推动世界各国对可编程序控制器的研制和应用。日本、德国等先后研制出自己的可编程序控制器，其发展过程

5、大致分为以下几个阶段：第一阶段：功能简单。主要是逻辑运算、定时和计数功能，没有形成系列。与继电器控制相比，可靠性有一定的提高。CPU由小规模集成电路组成，存储器为芯片存储器。目前此类产品已经无人问津。第二阶段：增加了数字运算功能，能完成模拟量控制。开始具备自诊断功能，存储器采用EPROM，此类PLC已退出市场。第三阶段：将微处理器运用于PLC中，而且向多微处理器发展，使 PLC的功能和处理速度大大的增强，具有通信功能和远程I/O功能。这类PLC仍在使用。第四阶段：能完成对整个车间的监控，可以在CET上显示各种现场图像，灵活方便的完成各种控制和管理工作，可将多台PLC连接起来与大系统连成一体，实

6、现网络资源共享。编程语言除了传统的梯形图、流程图、语句表等以外，还加入了高级语言如BASIC和C等。目前，为了适应大中小型企业的不同需要，扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，PLC正朝向以下两个方向发展：低档PLC向小型化、简易廉价方向发展，使之能更加广泛的取代继电器控制。中高档PLC向大型、高速、多功能方向发展，使之能取代控制机的部分功能，对复杂系统进行综合性自动控制。可编程控制器的基本功能可编程序控制器的控制程序由用户根据生产过程和工艺要求设计，PLC根据现场输入信号的状态控制现场的执行机构按一定的规律动作。它能完成以下功能：1、逻辑控制PLC具有逻辑运算功能，它设有与、或、非等逻辑指令

7、，能够继电器的的串联、并联、串并联等各种连接，因此可以代替继电器进行组合逻辑与顺序逻辑运算。2、定时与计数控制PLC具有定时、计数功能。它为用户提供若干个定时器和计数器，并设置了定时、计数指令。定时、计数值由用户在编程时设置，并能读出与修改，使用灵活操作方便。程序投入运行后，PLC将根据用户设定的计时值和计数值对某个操作进行定时计数控制，以满足生产工艺要求。3、步进控制PLC能完成步进控制功能。步进控制是指在完成一道工序以后在进行下一道工序，也就是顺序控制。4、A/D、D/A转换PLC还具有模/数、数/模转换功能，能完成对模拟量的控制与调节。5、数据处理有的PLC还具有数据处理能力以及并行运算

8、指令，能够进行数据并行传送、比较和逻辑运算，BCD码的加、减、乘、除等运算，还能进行字的与、或、异或、求反、逻辑移位、算数移位、数据检索、比较及数制转换等操作。6、通信联网现代PLC采用了通信技术，可以进行远程I/O控制，多台PLC之间可以进行同为连接，还可以与计算机进行上位连接，接收计算机的命令，并将执行结果通知计算机。由一台计算机和若干台PLC可以组成“集中管理，分散控制”的分布式控制网络，以完成较大规模的复杂控制。7、控制系统监控PLC配置有较强的监控功能，它能记忆某些异常的情况，或当发生异常情况时自动终止运行。在控制系统中，操作人员通过监控命令可以监视有关部分的运行状态，可以调整定时、

9、计数等设定值，因而调试、使用、维护方便。可以预料，随着科学技术的不断发展，PLC的功能也会不断拓宽和增强。1.2 可编程控制器的特点、性能指标以及分类可编程控制器的特点1、高可靠性 高可靠性是PLC的突出特点之一。由于工业生产过程是昼夜连续的，一般的生产装置要几个月，甚至一年才大修一次，这就对于工业生产过程的控制器提出了高可靠性的要求。PLC之所以具有高可靠性是因为它采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，另外还采取了屏蔽、滤波、隔离等抗干扰措施。它的平均故障时间为35万小时以上。2、灵活性 过去，电气工程师必须为每套设备配置专用的控制装置。有了可编程控制器，硬件设备采用相

10、同的可编程控制器，只需编写不同的应用软件即可，而且可以一台可编程控制器控制几台操作方式完全不同的设备。3、便于改进和修正 相对传统的电气控制线路，可编程序控制器为改进和修订原设计提供了及其方便的手段。以前也许花费几周的时间，而用可编程序控制器也许只用几分钟就可以完成。4、节点利用率高 传统电路中一个继电器只能提供几个节点用于连锁，在可编程控制器中，一个输入中的开关量或程序中的一个线圈可以提供用户所需要的任意个连锁节点，也就是说，节点在程序中可不受限制的使用。5、丰富的I/O接口 由于工业控制机只是整个工业生产过程自动化中的一个控制中枢，为了实现对工业生产过程的控制，还必须与各种现场设备的连接才

11、能完成控制任务。因此PLC除了具有计算机的基本部分如CPU、存储器以外，还有丰富的I/O接口单元。对不同的工业现场信号都有相应的I/O单元与工业现场的器件或设备直接连接。另外PLC还有通信模块和特殊功能模块等。6、模拟调试 PLC能够对所控功能在试验室内进行模拟调试，缩短现场调试时间，而传统的电气线路是无法在实验室径行调试的，只能在现场花费大量的时间。7、对现场进行微观监控 在PLC系统中，操作人员能够通过显示器观测到所控制的每一个节点的运行情况，随时监控事故发生点。8、快速动作 传统继电器响应时间一般为几百毫秒，而PLC的节点反应很快，内部是微秒级外部是毫秒级。9、梯形图及布尔代数并用 PL

12、C的程序编制可以采用电气人员熟悉的梯形图方式，也可以采用程序员熟悉的布尔代数图形方式。10、体积小、质量轻、功耗低 由于采用半导体集成电路，与传统控制系统相比，其体积小、质量轻、功耗低。11、编程简单、使用方便 PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如目前PLC大多采用梯形图语言方式，它继承了传统控制线路的清晰直观感，考虑到大多数电气人员的读图习惯以及应用微机水平，很容易被技术人员所接受，易于编程，程序改变时也易于修改。PLC的性能指标PLC的性能指标是PLC控制系统应用设计时选择PLC产品的重要依据。衡量PLC性能指标可分为硬件指标和软件指标两大类，硬件指标包括环境

13、温度和湿度，抗干扰能力，使用环境，输入特性和输出特性等。软件指标包括扫描速度，存储容量，指令功能，编程语言等。1、编程语言 PLC常用的编程语言有梯形图、指令表、流程图以及某些高级语言等。目前使用最多的是梯形图和指令表。2、I/O点总数 PLC的输入和输出量有开关量和模拟量两种。开关量I/O点用最大I/O点表示，模拟量I/O点用最大I/O通道表示。3、用户程序存储量 用户程序存储器用于存储通过编程器输入的用户程序，其存储量通常是以字/字节为单位计算。16位二进制数为一个字，每1024个字为1K字。中小型PLC的存储容量一般在8K字以下，大型PLC的存储容量有的已经达到96K字以上。通常一般的逻

14、辑指令每条占一个字，数字操作指令占两个字。4、扫描速度 以ms/K字为单位表示。例如：20ms/K，表示扫描1K字的用户程序需要的时间为20ms。5、工作环境 一般在下列条件下工作：0-55摄氏度，相对湿度小于80。1.3 可编程序控制器的分类、组成及工作原理可编程序控制器的分类目前PLC的品种很多，规格性能不一，且没有一个权威的统一的分类标准。目前一般按下面几种情况大致分类。1、按结构形式分类 PLC可以分为整体式和模块式两大类。整体式是指将电源、中央处理器、输入输出部件等集中配置在一起有的甚至全部安装在一块印刷电路板上。集中式PLC结构紧凑，体积小，质量小，价格低，I/O点数固定，使用不灵

15、活。小型PLC常采用这种结构。模块式PLC把PLC的各部分以模块形式分开。如电源模块、CPU模块、输入输出模块等，把这些模块插入机架内，组成一个整机。这种结构配置灵活，装配方便便与扩展。一般中型机和大型机采用这种方式。2、按输入输出点和存储容量分类 按输入输出点和存储容量分类，大致可以分为大、中、小型三种，小型PLC的输入、输出点数在256点以下，用户存储容量在2K字以下。中型PLC的输入输出点数在256-4028点之间，用户程序存储容量一般为2-10K之间。大型PLC的输入输出点在2048点以上，用户程序存储容量在10K字以上。3、按功能分类 按PLC功能强弱来分可以分为低档机、中档机和高档

16、机三种。低档机具有逻辑运算、定时、计数等功能。有的还增设模拟量处理、算数运算、数据传送等功能。中档机除具有低档机的功能外，还具有较强的模拟量输入、输出、算术运算、数据传送等功能，可以完成既有开关量又有模拟量的控制任务。高档机增设有符号的算术运算以及矩阵运算等，使运算能力更强更多。能进行远程控制，构成分布式控制系统，成为整个工厂的自动化网络。可编程序控制器的组成： PLC从组成形式上一般分为整体式和模块式两种，但在组成结构上基本相同。整体式PLC一般由CPU板、I/O板、显示面板、内存和电源等组成，PLC的工作原理PLC具有比计算机更强的工业过程接口，更适应于控制要求的编程语言。因此可视为一种特

17、殊的工业控制计算机。但是编程语言和工作方式于计算机相比有一点关的差别，于继电器控制逻辑的工作过程也存在很大差别。现场输入输入模块输出映像区输出模块输出执行用户程序输入映像区输入采样阶段程序执行输出刷新阶段PLC的工作过程一般可以分为三个主要阶段：输入采样阶段、程续执行阶段、输出刷新阶段。如图所示。PLC工作原理图输入采样阶段 PLC以扫描工作方式，按顺序将所有信号读到寄存输入状态的输入映像区中存储，这一状态称为采样。在整个工作工作周期内，这个采样结果的内容是不会改变的，而且这个采样结果将在PLC执行程序时被使用。程序执行阶段 PLC按顺序对程序进行扫描，即从上到下、从左到右的扫描每条指令，并分

18、别从输入映像区和输出映像区获得所需要的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入输出映像区。这个结果在程序执行期间可能发生变化，但是在整个程序为执行完毕前不会送到输出端。输出刷新阶段 在执行完所有用户程序后，PLC将输出映像区的内容送到寄存器输出状态的输出锁存器中，再去驱动用户设备。1.4 PLC的发展趋势随着技术的发展和市场需求的增加，PLC的结构和功能也在不断改进，其发展趋势主要体现在以下几个方面。网络化 主要是朝DCS方向发展，使其具有DCS系统的一些功能。网络化和通信能力强是PLC发展的一个重要方向，向下将多个PLC、多个I/O框架相连，向上与工业计算机、以太网等相连构成整个工厂的自动

19、化控制系统。多功能 为了各种特殊功能的需要，各公司陆续推出了多种智能模块。智能模块是以微处理器为基础的功能部件，他们的COU与PLC的CPU并行工作，占用主机的CPU的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度和完成特殊的控制要求。智能模块主要有模拟量I/O、PID回路控制、通信控制、机械运动控制（如轴定位、步进电机控制）、高速计数等。高可靠性 由于控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有的产品中，退出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行工作。例如S7-400即使在恶劣的工业环境下依然可以正常工作，在操作运行中模板还可以热插拔。兼容性 现代PLC

20、已经不再是单个的、独立的控制装置，而是整个控制系统中的一部分或一个环节。好的兼容性是PLC深层次应用的重要保证。小型化简单易用 随着应用范围的扩大和用户投资规模的不同，小型化、低成本、简单易用的PLC将广泛应用于各行各业。小型PLC由整体结构向小型模块化发展，增加了配置的灵活性。编程语言向高层次发展 PLC的编程语言在原有的梯形图语言、顺序功能块语言和指令语句表的基础上，正在不断的丰富和向高层次发展。第二章 继电器系统与PLC指令系统可编程控制器来源于继电器系统和计算机系统，可以将其理解为计算机化的继电器系统。继电器在控制系统中主要起两种作用：1）逻辑运算。运用继电器触点的串、并联接等完成逻辑

21、与、或、非等功能，从而可完成较复杂的逻辑运算。2）弱电控制强电。即通过有关的触点的通断，控制继电器的电磁线圈，从而来控制强电的断通。 对于简单控制功能的完成，采用继电器控制系统具有简单、可靠、方便等特点，因此，继电器控制系统得到了广泛应用。注意：PLC内部的硬件资源多数是以继电器的概念出现的。注意，只是概念上的继电器，并非物理继电器。这里所指的继电器均为软继电器，是由PLC内部的存储单元构成的。二、FP1指令系统分类 表1-1 FP1系列可编程控制器指令统计表分类名称C14/C16C24/C40C56/C72基本指令顺序指令191919功能指令778控制指令151818条件比较指令03636高

22、级指令数据传输指令11111l数据运算及比较指令364141数据转换指令162626数据位移指令141414位操作指令666特殊功能指令71819总计131196198FP1的指令按照功能可分为两大类 基本指令 高级指令按照在手持编程器上的输入方式可为三种 键盘指令。可以直接在键盘上输入的指令（即各种指令在手持编程器上有相应的按键）。 非键盘指令。键盘上找不到，输入时需借助于“SC”和“HELP”键，指令方可输入。 扩展功能指令。也是键盘上找不到的，但可通过输入其功能号将其输入，即用“FN”键加上数字键输入该类指令。这类指令在指令表中都各自带有功能编号，在显示器上显示为“FN ”，其中N是功能

23、编号，是指令的助记符。输入功能编号后，助记符可自动显示，不必由用户输入第二节 FP1的基本指令系统基本指令可分为四大类，即 基本顺序指令：主要执行以位(bit)为单位的逻辑操作，是继电器控制电路的基础。 基本功能指令：有定时器、计数器和移位寄存器指令。 控制指令：可根据条件判断，来决定程序执行顺序和流程的指令。 比较指令：主要进行数据比较。 基本指令多数是构成继电器顺序控制电路的基础，所以借用继电器的线圈和触点来表示。同时，该类指令还是可编程控制器使用中最常见、也是用得最多的指令，因此，属于必须熟练掌握和运用的内容。基本顺序指令 基本顺序指令主要是对继电器和继电器触点进行逻辑操作的指令。FP1

24、的指令表达式比较简单，由操作码和操作数构成，格式为： 地址 操作码 操作数其中，操作码规定了CPU所执行的功能。例如：AN X0，表示对X0进行与操作操作数包含了操作数的地址、性质和内容。操作数可以没有，也可以是一个、两个、三个甚至四个，随不同的指令而不同。如 / 指令就没有操作数。 表2-1 基本顺序指令的操作数指令助记符继电器定时/计数器触点XYRTCST、ST/OTAN、AN/OR、OR/SET、RSTKP表中对应项目为“”表示该项不可用，为空则表示可用。 例如：OT指令对应继电器X项为“”，说明OT指令的操作数不能为X继电器。1. 输入输出指令：ST、ST/、OTST 加载 用A类触点

25、(常开触点)开始逻辑运算的指令。ST/ 加载非 用B类触点(常闭触点)开始逻辑运算的指令。OT 输出 输出运算结果到指定的输出端，是继电器线 圈的驱动指令。/ 非 将该指令处的运算结果取反。其中，ST和ST/用于开始一个新的逻辑行。例3-1例题说明： 当X0接通时，Y0接通；当X0断开时，Y1接通、Y2接通。 由例中可见，Y0和Y1都受控于X0，但是因为Y1前面有非指令，因此与Y0的状态正好相反，这与继电器系统明显不同，在继电器系统中，X0断开，Y1回路就不可能导通。 此外，对于输出Y2，也是当输入触点X0断开时，Y2接通，与Y1的控制方式一样。可见，常闭触点的功能可以用上述两种方式实现，这在

26、时序图中可以更为直观地看到。注意事项 / 指令为逻辑取反指令，可单独使用，但是一般都是与其它指令组合形成新指令使用，如ST/。 OT不能直接从左母线开始，但是必须以右母线结束。 OT指令可以连续使用，构成并联输出，也属于分支的一种，可参见堆栈指令。 一般情况下，对于某个输出继电器只能用一次OT指令，否则，可编程控制器按照出错对待。2. 逻辑操作指令：AN、AN/、OR、OR/AN 与 串联一个A类(常开)触点。AN/ 与非 串联一个B类(常闭)触点。OR 或 并联一个A类(常开)触点。OR/ 或非 并联一个B类(常闭)触点。例3-2例题说明：当X0、X4接通且X3断开时，R0接通；R0同时又是

27、Y0的控制触点，R0接通时Y0也接通。 由于X0、X1和X2三个触点并联，X2与X0同为常开触点，所以X2和X0具有同样的性质；而X1为常闭触点，与X0的性质正好相反。X2和X1的时序图也与X0相同或相反，故这里略去。注意事项AN、AN/、OR、OR/ 可连续使用。3. 块逻辑操作指令：ANS、ORS ANS 组与 执行多指令块的与操作，即实现多个逻辑块相串联。ORS 组或 执行多指令块的或操作，即实现多个逻辑块相并联。例3-3例题说明：从时序图上看，该例的逻辑关系显得比较复杂，但是仔细分析就可发现Y0有四个接通段，分别代表了该例子的四种有效组合。 当X0、X1接通且X4接通时，Y0接通，对应

28、图中第1段接通情况。 当X0、X1接通且X5接通时，Y0接通，对应图中第2段接通情况。 当X2、X3接通且X4接通时，Y0接通，对应图中第3段接通情况。 当X2、X3接通且X5接通时，Y0接通，对应图中第4段接通情况。注意事项掌握ANS、ORS的关键主要有两点：一是要理解好串、并联关系，二是要形成块的观念。针对例3-3，在下面的图中，分别从程序和逻辑关系表达式两方面对此加以具体说明。 从图中可见，X0和X1串联后组成逻辑块1，X2和X3串联后组成逻辑块2，用ORS将逻辑块1和逻辑块2并联起来，组合成为逻辑块3；然后由X4和X5并联后组成逻辑块4，再用ANS将逻辑块3和逻辑块4串联起来，组合成为

29、逻辑块5，结果输出给Y0。4. 堆栈指令：PSHS、RDS、POPSPSHS 推入堆栈 存储该指令处的操作结果。RDS 读取堆栈 读出PSHS指令存储的操作结果。POPS 弹出堆栈 读出并清除由PSHS指令存储的操作结果。堆栈指令主要用于构成具有分支结构的梯形图，使用时必须遵循规定的PSHS、RDS、POPS的先后顺序。例3-4例题说明：当X0接通时，程序依次完成下述操作。 存储PSHS指令处的运算结果（这里指X0的状态），这时X0接通，则当X1也接通且X2断开时，Y0输出。 由RDS指令读出存储的结果，即X0接通，则当X3接通时，Y1输出。 由RDS指令读出存储的结果，即X0接通，则当X4断

30、开时，Y2输出。 由POPS指令读出存储的结果，即X0接通，则当X5接通时，Y3输出；然后将PSHS指令存储的结果清除，即解除与X0的关联，后续指令的执行将不再受X0影响。 当X6接通时，Y4输出。此时与X0的状态不再相关。本例中连用了两个RDS指令，目的是为了说明该指令只是读存储结果，而不影响存储结果；在执行了POPS后，就结束了堆栈指令，不再与X0的状态相关，如例中，Y4的状态只受X6控制。注意事项 当程序中遇到PSHS时，可理解为是将左母线到PSHS指令（即分支点）之间的所有指令存储起来，推入堆栈，提供给下面的支路使用。换个角度，也可理解为左母线向右平移到分支点，随后的指令从平移后的左母线处开始。 RDS用于PSHS之后，这样，当每次遇到RDS时，该指令相当于将PSHS保存的指令重新调出，随后的指令表面上是接着RDS，实际上相当于接着堆栈中的指令来写。在功能上看，也就是相当于将堆栈中的那段梯形图与RDS后面的梯形图直接串联起来。 POPS相当于先执行RDS的功能，然后结束本次堆栈，因此，用在PSHS和RDS的后面，作为分支结构的最后一个分支回路。 从上面对构成堆栈的三个指令的分析可知，最简单的分支，即两个分支，可只由PSHS和POPS构成；而三个以上的分支，则通过