电工精品课件：第九章 可编程控制器的原理及应用.ppt

1、第九章 可编程控制器的原理及应用,第一节 可编程控制器的结构及工作原理 第二节 松下FP1可编程控制器介绍 第三节 指令系统 第四节 常用控制环节的基本程序 第五节 可编程控制器系统的应用,目录,第一节 可编程控制器的结构及工作原理,PLC的一般概念 PLC的组成 PLC的主要技术性能,返 回,一、PLC的一般概念（Programmable Logic Controller）,我们可以把PLC看成是含有很多继电器和计数器的装置，根据需要任意选择。,返回,输入部分,输出部分,返回,电动机正反转PLC控制等效电路,正转起动按钮,反转起动按钮,正转线圈,反转线圈,正转自锁触点,反转自锁触点,正转互锁

2、触点,反转互锁触点,停止按钮,返回,可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，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，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制器系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。,返回,PLC的特点：,可靠性高、抗干扰能力强。 功能完善、扩充方便、组合灵活、实用性强。 编程简单、使用方便、控制程序可变、具有很好的柔性。 体积小、重量轻、功耗低。,返回,PLC的控制功能：,条件控制功能 定时计数控制功能 步进控制功能

3、 数据处理功能 A/D与D/A转换功能 运动控制功能 过程控制功能 扩展功能 远程I/O功能 通讯联网功能 监控功能,二、PLC的基本组成,1. 输入部分 输入部分由输入接线端子和输入继电器线圈组成（X）。负责收集和输入操作命令和控制信息。 通常将输入继电器的数量称为输入点数。多采用十六进制进行编号。（X0XF） 2. 逻辑运算单元 它是PLC的核心，PLC中的各种控制功能都是由这个单元通过送入程序来实现软连接。,返回,3. 输出部分 输出部分由输出接线端子和输出继电器的一个动合触点组成（Y）。负责连接和驱动外部负载和被控对象。 通常将输出继电器的数量称为输出点数。,返回,返回,三、PLC的主

4、要性能,1IO总点数 I/O总点数是衡量PLC可接收输入信号（I）和输出信号（O）的数量。PLC的输入、输出有开关量和模拟量两种。 2用户程序存储容量 用户程序存储容量是衡量可存储用户应用程序多少的指标，通常以字或K字为单位。约定16位二进制数为一个字（即两个8位的字节），每1024个字为1K字。,返回,3编程语言 编程语言一般有梯形图、语句表、控制系统流程图等几种，因PLC不同而异。 4编程手段 手持编程器、CRT编程器、计算机编程分别为小型、中型及大型PLC的编程装置。 5指令执行时间 指令执行时间是指CPU执行基本指令所需的时间，一般为每步几至几十微秒。 6扫描速度 扫描速度是指扫描1K

5、字用户程序所需的时间，通常以ms/K字为单位。,返回,7指令系统 指令系统的指令种类和数量是衡量PLC的软件功能强弱的重要指标。PLC的指令一般可分为基本指令和高级指令两部分。 8内部继电器的种类和数量 PLC的内部继电器是指内部辅助继电器、定时器/计数器、移位寄存器、特殊功能继电器等。,第二节 松下FP1可编程控制器介绍,FP1产品简介 PLC的基本技术指标 FP1系列PLC的主要性能,返 回,返回,一、FP1产品简介,FP1是一种近代功能非常强的小型机，该产品系列有紧凑小巧的C14型与C16型，还有具有高级处理功能的C24、C40、C56、C72型等多种规格。在大写字母C后面的阿拉伯数字是

6、表示该种型号可编程控制器的输入、输出点数之和。 例如C40即表示该种型号的可编程控制器有40个I/O点。其中24个输入点，16个输出点。由于FP1系列可编程控制器的输入输出点数较少，所以FP1系列属小型机。,返回,二、PLC的基本技术指标,1编程语言 FP1系列PLC用得最多的编程语言是梯形图语言和指令表。编程语言的种类越多，用户编程越灵活。,2用户存储器容量 用户存储器又称程序存储器，用来存储通过编程器输入的用户程序。用户程序的容量大小主要取决于被控对象的复杂性。,返回,3扫描速度 它是用每执行一千条（准确地说是1024步）指令所需要的时间来估算的，单位用ms/K字， 4I/O总数 I/O总

7、数又称I/O能力，也就是输入及输出点数总数量。 5指令条数 这是衡量PLC软件功能强弱的主要指标。PLC具有的指令种类越多，说明其软件功能越强。,返回,6内部寄存器 PLC内部有许多寄存器用以存放变量状态、中间结果、数据等。这些辅助寄存器常可以给用户提供许多特殊功能，以简化整个系统设计。因此寄存器的配置情况是衡量PLC硬件功能的一个指标。 7高功能模块 高功能模块可实现某一种特殊的功能。高功能模块的多少，功能强弱常是衡量PLC产品水平高低的一个重要指标。,返回,三、FP1系列PLC的主要性能,1. FP1的IO分配,X、WX为I/O区的输入继电器，可直接与输入端子传递信息。Y、WY为I/O区的

8、输出继电器。,X 如：X100即寄存器WX10中的第0号位，X10F即寄存器WX10中的第F号位。,位址 （用十六进制数表示）,寄存器地址（用十进制数表示）,输出继电器Y的编址规律也与此相同。,返回,2. 特殊功能继电器,内部继电器（R） R继电器，不能提供外部输出，只能在PLC内部使用，其地址是R0R62F。 定时器（T） 定时器（T）的触点是定时器指令（TM）的输出。如果定时器指令定时时间到，则与其同号的触点动作。 计数器（C） 计数器（C）的触点是计数器指令（CT）的输出。如果计数器指令计数完毕，则与其同号的触点动作。,返回,四、FP编程器 编程器是PLC的重要外部设备，将用户所希望的功

9、能通过编程语言编程，由编程器将程序送到PLC的用户程序存储器中去。,1. 简易编程器简易编程器， 2. 图形编程器图形编程， 3. 计算机编程器 。,第三节 指令系统,PLC编程语言概述 基本指令,返 回,1梯形图语言 梯形图就是按照控制逻辑的要求和连接规则将这些图形符号进行组合或排列所构成的表示PLC输入、输出之间逻辑关系的图形。 （1）梯形图中的符号,一、PLC编程语言概述概述,常开触点,常闭触点,线圈,返回,（2）梯形图编程的格式与特点 每个梯形图由多层梯级（或称逻辑行）组成，每层梯级（即逻辑行）起始于左母线，经过触点的各种连接，最后通过一个继电器线圈终止于右母线。每一逻辑行实际上代表一

10、个逻辑方程。 2语句表语言 语句表是由若干条语句组成的程序，每条语句由操作码和操作数两部分组成。操作码用助记符表示，告诉CPU要进行什么操作。,返回,二、基本指令,1初始加载(T)、初始加载非(ST/)及输出(OT) ST：从母线开始以动合触点开始一逻辑运算。 ST/：从母线开始以动断触点开始一逻辑运算。 OT：将运算结果输出到指定触点。,返回,返回,该指令不能直接从母线开始（应用步进指令时除外）。 该指令不能串联使用，在梯形图中位于一个逻辑行的末尾，紧靠右母线。 该指令连续使用，相当于继电器线圈并联。 可编程控制器如未进行输出重复使用的特别设置，对于某个输出继电器只能用一次OT指令，否则，可

11、编程控制器按出错对待。,返回,例1、写出图示梯形图指令的语句表。,逻辑解算是按梯形图从上到下、从左至右的顺序进行的。,0 ST X0 1 OT Y0 2 ST/ X1 3 OT Y1 4 OT R1 5 ST R1 6 OT Y2,X0闭合,Y0接通,X1断开,Y1接通,R1接通,R1触点闭合,Y2接通,解：,2非（/）、与（AN）、与非（AN/）指令 /：将该指令处的运算结果求反。 AN：串联动合触点时的连接指令。 AN/：串联动断触点时的连接指令。,返回,例2、 画出语句表所对应的梯形图。 ST X0 AN X1 OT Y0 / OT Y1,返回,X0,X1,Y0,Y1,解：,3或（OR）

12、、或非（OR/）指令 OR：并联动合触点的连接指令。 OR/：并联动断触点时的连接指令。,返回,OR、OR/ 用于单个触点与前面电路的并联，并联点的左端从母线（或ST、ST/点）开始，右端与前面一条指令对应触点的右端相连。,返回,例3、写出图示梯形图对应的语句表。,ST X4 OR X6 OR/ R3 OT Y5,ST/ Y5 AN X7 OR R4 AN/ X8 OR R5 OT R4,解：,返回,4组与（ANS）指令、组或（ORS）指令 ANS：实现多个电路块串联连接指令。 ORS：实现多个电路块并联连接指令。,返回,ORS指令与ANS指令，后边不用跟元件号。,返回,例4、写出梯形图对应的

13、语句表。,ST X0 OR X1 ST X2 OR/ X3 ANS,ST X4 OR X5 ANS OT Y0,多组触点块串联时，需多次使用ANS将它们串联在一起。,解：,返回,5上升沿微分（DF）、下降沿微分（DF/）指令 DF：当检测到触发信号的上升沿时，触点仅接通一个扫描周期。 DF/：当检测到触发信号的下降沿时，触点仅接通一个扫描周期。,如果在FP1的第一次扫描期间，触点已经接通，则不执行DF指令；同理如果触点已经断开，则DF/ 指令也不执行。,返回,例5、已知自保持电路和输入信号图所示，试画出输出线圈Y0的时序图。,解：,X0,X1,R0,Y0,当X0由断开变为接通时，DF接通一个扫

14、描周期，使Y0线圈接通，触点闭合，保持线圈接通。,当X1接通时，DF接通一个扫描周期，使R0线圈接通，R0动断触点断开，Y0线圈失电。,返回,6置位（SET）和复位（RST）指令,SET：保持继电器触点接通。 RST：保持继电器触点断开。,返回,当控制触点闭合时，执行SET指令，之后不管控制触点如何变化，输出继电器接通并保持。 当控制触点闭合时，执行RST指令，之后不管控制触点如何变化，输出继电器断开并保持。和OT指令不同的是对于编号相同的输出继电器（Y和R）可以重复使用SET和RST指令，次数不限。 当使用SET和RST指令时，输出的结果随程序运行过程中每一阶段的执行结果而变化。,返回,7空

15、操作（NOP）指令 NOP：空操作，PLC不产生任何动作。 NOP指令不执行任何操作，在编程时插入该指令便于程序的检查和修改。,返回,8保持（KP）指令 KP：使指定的继电器输出接通并保持或者断开。,当X0接通时，输出继电器Y0接通并保持，因此KP指令的此输入端称置位端；当X1接通时，输出继电器Y0断开，因此KP指令的此输入端称复位端。,当负责置位的控制触点闭合时，由KP指令所指定的输出继电器接通并保持，这个状态一直保持到复位控制触点闭合为止。当负责复位的控制触点闭合时，指定的输出继电器断开。 若负责置位的控制触点和负责复位的控制触点同时闭合，则复位触发优先。,90.01s定时器(TMR)、0

16、.1s定时器(TMX)、1s定时器(TMY)指令 TMR：以0.01s为单位设置延时接通定时器。 TMX：以0.1s为单位设置延时接通定时器。 TMY：以1s为单位设置延时接通定时器。 定时器的预置时间（也就是延时时间）为： 预置时间单位预置值 预置时间单位分别为：R=0.01s，X=0.1s，Y=1s。预置值只能用十进制数给出，编程格式是在十进制数的前面加大写英文字母“K”。,返回,X,300.13s,返回,返回,例6、已知梯形图和输入信号X0如图所示，写出对应语句表。根据分析画出输出信号Y0和Y1。,X0 T0 T1 Y0 Y1,解：,ST X0 TMX 0 K 30 TMX 1 K 20

17、 ST T0 OT Y0 ST T1 OT Y1,返回,10计数器（CT）指令 CT：减预置数计数器。,计数器编号,十进制常数,计数器预置值,同一程序中同一编号只能使用一次。,11结束（ED）指令 ED：表示主程序结束。 ED只能用于主程序区。 12. 跳转（JP）和标号（LBL）指令 当控制触点闭合时，跳转到和JP序号相同的LBL处，不执行JP到LBL之间的程序。 13. 子程序调用（CALL）、子程序进入（SUB）和子程序返回（RET）指令 CALL：调用与其后序号对应的子程序。 SUB：表示子程序开始。 RET：子程序结束并返回到调用此子程序的 CALL指令的下一条指令处。,返回,第四节

18、 常用控制环节的基本程序,PLC编程特点和梯形图语言编程的基本要求 起动、保持、停止控制 多地点起动、停止控制 联锁控制 顺序步进控制 时间控制,返 回,一、PLC应用编程特点和梯形图语言编程的基本要求,1可编程控制器的应用编程特点,采用梯形图语言编程 梯形图中使用的继电器都是所谓的“软继电器” 要考虑输入输出的滞后现象,返回,2梯形图程序设计的原则和编程技巧,梯形图每一行都是从左边母线开始，线圈放置在最右边，即与右边母线相连。在继电接触器控制原理图中，热继电器的触点可以加在线圈右边，而梯形图不允许。,X0,X1,Y0,线圈不能直接接在左边的母线上，如果需要的话，可通过动断触点或常闭继电器触点

19、连接线圈 。,Y0,返回,编程的顺序应体现“左沉右轻、上沉下轻”的原则。即串联电路块尽量放上部，并联电路块尽量靠近左母线 。,ST X0 ST X1 ST X2 AN X3,ST X1 AN X2 OR X3 AN X0 OT Y0,ORS ANS OT Y0,返回,外部输入/输出继电器、内部继电器、定时器和计数器的触点的取用次数无限制。,梯形图中每行串联触点和并联触点数，从原理上讲没有限制，但如果用图形编程器要受屏幕尺寸的限制。,在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次或多次称为“重复输出”，这时前面的输出无效，最后一次输出才是有效的。通常在程序总体检查时，编程器会提示程序错误。如果允许“重

20、复输出”，必须将系统寄存器NO.20设定为“K1”。重复输出容易引起误操作，应尽量避免线圈重复输出。,返回,不要将触点画在垂直分支上。,返回,二、起动、保持、停止控制（自锁控制）,1停止优先式,ST X1 OR Y0 AN/ X0 OT Y0,ST Y0 AN/ X0 OR X1 OT Y0,停止按钮X0有优先权,起动按钮X1有优先权,2起动优先式,返回,三、多地点起动、停止控制,起停按钮都并接在一起 停止按钮都串接在一起,X0,X5,Y0,Y0,X2,X4,X3,X1,起动按钮用动合触点,停止按钮用动断触点,返回,四、联锁控制,1不能同时发生运动的联锁控制,Y1,Y1,Y2,Y2,Y1、Y2

21、不能同时接通,返回,2互为发生条件的联锁控制,Y1,Y1,Y1先接通、Y2才能接通,返回,五、顺序步进控制,联锁式顺序步进控制,初始闭合继电器,Y1,Y1,Y2,Y2,Y3,Y3,Y4,Y4,Y1,Y2,Y4,Y3,闭合X2,闭合X3,Y1,Y2,闭合X4,Y3,Y4,只有PLC停止运行时输出才能停止,返回,六、时间控制,瞬间接入延时断开控制,X0动合触点闭合，动断触点断开,Y0线圈接通，动合触点闭合,X0断开后，定时器起动，5s后T0断开，Y0断电。,返回,返回,闪烁控制,X10动合触点闭合，T10计时起动。,4s后，T10常开触点闭合，Y0线圈接通,T11定时器起动，2s后T11断开，使T

22、10复位，Y0断电。,第五节 可编程控制系统的应用,电动机Y起动控制 三地控制一盏灯,返 回,电动机星角起动控制,X0,X1,Y2,T0,X2,Y0,Y0,Y0,X1,X2,Y1,Y1,Y1,TXK 30 0,T0,Y2,（ED）,X0起动 X1停止 X2FR Y0星形线圈 Y1自锁 Y2角形线圈,返回,ST X0 OR Y0 AN/ X1 AN/ Y2 AN/ T0 AN/ X2 OT Y0 ST Y0 OR Y1 AN/ X1,AN X2 OT Y1 ST Y1 TMX 0 K 30 ST T0 AN/ Y0 OT Y2 ED,返回,三地控制一盏灯,控制要求： 用三个开关分别在三个不同的位

23、置（每个地方只有一个开关）控制一盏灯。在三个地方的任何一地，利用开关都能独立地开灯和关灯，任何一个开关改变状态（由通到断或由断到通）都能使灯改变状态。,I/ O的分配： 输入点 X0 S1(A地开关) X1 S2(B地开关) X2 S3(C地开关),输出点 Y0 电灯,返回,将数字电路中设计组合逻辑电路的方法应用于设计可编程控制器的应用程序中。,如何将程序设计变得更简单呢？,一般规定： 常开触点为原变量，常闭触点为反变量。,如果用“0”和“1”分别代表输入点和输出点的状态 就可以列出三地控制一盏灯的逻辑函数的真值表：,返回,0,1,0,1,0,1,0,1,三个开关中的任意一个开关状态的变化，都

24、会引起输出Y0的变化,可得：,ST/ X0 AN/ X1 AN X2 ST/ X0 AN X1 AN/ X2 ORS ST X0 AN X1,AN X2 ORS ST X0 AN/ X1 AN/ X2 ORS OT Y0 ED,逻辑“与”相当于几个触点 的串联，逻辑“或”相当于 几个触点的并联,返回,三地控制一盏灯的梯形图,十字路口交通灯控制编程,控制要求： 交通灯受一个起动开关控制。开关接通，系统工作。 南北：红灯亮25s； 东西：绿灯亮20s，闪3s（闪亮周期1s，亮0.5s，熄0.5s），黄灯亮2s。 25s后，反向工作。,思考题：,返回,起动开关： 南北红灯 东西绿灯 东西黄灯 东西红灯 南北绿灯 南北黄灯,时 序 图,返回,