可编程序控制器1.docx
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可编程序控制器1
可编程序控制器(PLC)
目录
第一章可编程序控制器的基本知识……………………………………………1
1—1可编程序控制器的硬件知识……………………………………………1
1—2可编程序控制器的硬件知识……………………………………………6
第二章基本的指令编程…………………………………………………………10
2—1基本指令及编程…………………………………………………………10
2—2定时器……………………………………………………………………X
2—3计数器……………………………………………………………………X
2—4基本指令综合应用………………………………………………………X
第三章步进顺序控制指令应用…………………………………………………X
3—1顺序控制及状态流程图…………………………………………………X
3—2单流程控制程序…………………………………………………………X
3—3并行性流程控制程序……………………………………………………X
3—4选择性流程控制程序……………………………………………………X
3—5顺序指令综合应用………………………………………………………X
第四章功能指令应用……………………………………………………………X
4—1功能指令简介……………………………………………………………X
4—2传送指令应用……………………………………………………………X
4—3位移指令应用……………………………………………………………X
4—4运算指令应用……………………………………………………………X
4—5数据处理指令应用………………………………………………………X
4—6功能指令综合应用………………………………………………………X
第五章可编程序控制器应用实例………………………………………………X
第一章可编程序控制器的基本知识
1—1可编程序控制器的硬件知识
基本知识
一、可编程序控制器的产生和特点
1、可编程序控制器的产生
20世纪60年代末期,美国汽车制造工业竟争激烈,为了适应生产工艺不断更新的需要,1968年美国通用汽车公司(GM)首先公开招标,对控制系统提出的基本要求是:
(1)编程方便、现场可修改程序;
(2)维修方便、采用插件式结构;
(3)可靠性高于继电器控制盘;
(4)体积小于继电器控制盘;
(5)数据可直接送入计算机进行管理;
(6)成本可与继电器控制盘竟争;
(7)输入可为市电;
(8)输出可为市电、要求2A以上、可直接驱动电磁阀、接触器等;
(9)扩展时原系统变更少;
(10)用户存储器大于4K;
把以上归纳后其核心为:
(1)用计算机代替继电器控制盘;
(2)用程序代替硬件连线;
(3)输入/输出电平可与外部装置直接相连;
(4)结构易于扩展。
1969年美国数字设备公司(DEC)根据以上要求,研制出世界上第一台可编程序控制器,并在GM公司汽车生产线上首次应用成功,实现了生产的自动控制。
可编程序逻辑控制器,简称PLC(ProgrammableLogicController)或PC(ProgrammableController),但由于PC容易和个人计算机(PersonalComputer)混淆,所以人们仍习惯用PLC作为可编程序控制器的缩写。
2、可编程序控制器的特点
可编程序控制器属于存储程序控制方式,其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的,若要对控制功能做必要的修改,只需改变软件指令即可,实现了硬件控制的软件化。
其主要特点为:
(1)PLC软件简单易学
PLC有多种程序设计语言,其中最常用的是梯形图和指令语句表。
PLC采用的易学懂的梯形图语言,是以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型,形成的一套独具风格的以继电器梯形图为基础的形象编程语言。
图1—1所示为PLC内部各类等效继电器的线圈和触点的图形符号,其等效继电器的动作原理常规继电器控制中的动作原理完全一样,电器操作人员使用起来得心应手,不存在计算机技术和传统电气控制技术之间的专业“鸿沟”。
在了解PLC简要工作原理和它的编程技术之后,就可结合实际需要进行应用设计,进而将PLC用于实际控制系统中。
(2)使用和维护方便
1)硬件配置方便PLC的硬件都是专门生产厂家按一定标准和规格生产的,按实际需要配置PLC时,所需硬件均可在市场上方便地买到。
2)安装方便PLC内部不需要接线和焊接,只要进行外部接线和程序编写就可以了,当生产工艺发生改变时,只要修改控制程序即可。
3)使用方便PLC内部各类等效继电器的接点使用不受次数限制,内部器件可多到使用户感觉不到限制。
使用时,只需考虑输入、输出点个数即可。
4)维护方便PLC配备有许多监控提示信号,能动态地监视控制程序的执行情况,检查出自身的故障,并随时显示给操作人员,为现场的调试和维护提供了方便。
(3)运行稳定可靠
PLC是专为工业控制设计的,在设计和制造过程中采取了多层次搞干扰和精选元件措施,可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作,运行的稳定性和可靠性较高。
PLC是以集成电路为基本元件的电子设备,内部处理不依赖于接点,元件的使用寿命为半永久性。
(4)设计施工周期短
使用PLC完成一项控制工程,在系统设计完成以后,现场施工和PLC程序设计可以同时进行,周期短,而且程序的调试和修改都很方便。
综上所述,可编程序控制器在性能上优于继电器逻辑控制,与微型计算机、单片机一样,是一种用于工业自动化控制的理想工具。
以后,我们以三菱FX1S—30MR小型可编程序控制器为教例,来说明可编程序控制器。
二、三菱FX1S—30MR小型可编程序控制器的结构
1、FX1S—30MR小型可编程序控制器面板介绍
FX1S—30MR小型可编程序控制器面板可分为4部分,分别是输入接线端、输出接线端、操作面板、状态指示栏,如图1—2所示。
(1)
输入接线端
PLC输入接线端可分为电源输入、输入公共端(COM等)和输入接线端子3部分。
如图1—3所示。
1)电源输入端接线端子L接电源的相线,N接电源的中线,PE接地。
电源电压一般是交流,单相,50Hz,100~240V,为PLC提供工作电压。
2)输入接线端子和公共端子COM在PLC控制系统中,各种按扭、行程开关和传感器等主令电器直接接到PLC输入接线端子和公共端子COM之间。
由图1—4可看到,PLC每个输入接线端子的内部都对应一个电子电路,即输入接口电路,如图1—5a所示。
在图1—5中,按扭SB接到PLC的输入接线端子X1和公共端子COM之间同。
三菱PLC的输入接线端子用文字符号X表示,采用八进制编号方法,FX1S—30MRPLC输入端子共有16个,即X0~X7和X1~X17。
习惯上将PLC输入端子的内部接口电路称为输入继电器,如PLC输入端子X1内部的电路称为输入继电器X1,其等效回路如图1—5b所示。
在等效回路中,输入继电器线圈、常开触点和
常闭触点的图形符号如图1—1所示。
当按下按扭SB后,输入接口电路工作,产生一个电信号,输入到映象寄存器,再通过数据总线送给CPU处理。
这个过程可以等效成继电器的工作过程,即按下按扭SB,输入继电器X1线圈得电,输入继电器X1常开触点闭合、常闭触点断开。
输入继电器常开触点和常闭触点的使用不受数量的限制。
注意:
输入继电器只能由外部信号来驱动,而不能由内部指令来驱动。
(2)输出接线端
PLC输出接线端可分为24V直流电源输出端、公共端和输出接线端子3部分,如图1—6所示。
1)24V直流电源输出端用于传感器或其它小容量负载的供给电源。
2)输出接线端子和COM端子三菱PLC的输出端子用符号Y表示,也采用八进制编号方法,公共端用符号COM表示,FX1S—30MR共有14个输出端子,分别与不同的COM端子组成一组,可以接不同电压等级的负载,其对应关系见表1—1。
在PLC内部,几个输出COM端之间没有联系。
PLC每一个输出端子(输出点)在内部都对应有一个完整的电路,如图1—7所示,习惯上将该电路称为输出继电器,如PLC输出端子Y1内部的电路称为输出继电器Y1。
在图1—8b所示的输出接口电路的等效回路中,输出继电器线圈、触点的图形符号与输入继电器线圈、触点的图形符号相同。
如图1—8a所示,PLC接的负载是接触器KM线圈,它和交流电源串联后,接在PLC的输出端子Y0和公共端子COM0之间。
PLC运算程序后,通过数据总线,将执行程序后运算结果送到映象寄存器,该结果对应的信号通过输出接口电路放大,去驱动接在PLC输出端子Y0上的负载工作,这个过程可以看成输出继电器Y0线圈得电,Y0的常开触闭合,KM线圈和交流电源形成回路,KM线圈得电,如图1—8b所示。
要注意:
输出继电器必须是由PLC控制程序执行的结果来驱动。
当PLC的输入阈输出点数不够使用时,FX1S系列不可以扩展,FX2、FX2N等系列可以用I/O扩展单元来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。
(3)操作面板
操作面板包括PLC工作方式选择开关、可调电位器RP1和RP2、RS—422通信接口、选择连接用插口4部分,如图1—9所示。
1)PLC工作方式选择开关有RUN和STOP两档。
2)内置可调电位器RP1和RP2用于调整定时器设定的时间。
3)RS—422通信接口用于PLC和计算机的通信。
4)选件连接用插口用于连接存储盒、机能扩展板等,如图1—10所示。
(4)状态指示栏
状态指示栏分为输入状态指示、输出状态指示、运行状态指示3部分,如图1—11。
1)输入状态指示当输入端子有信号时,对应的LED亮。
2)输出状态指示当输出端子有信号输出时,对应的LED亮
3)运行状态指示
POWERLED亮:
表示可编程序控制器已接通电源。
RUNLED亮:
表示可编程序控制器处于运行(RUN)状态。
ERRORLED亮:
可编程序控制器程序错误时指示灯会闪烁,CPU错误时指示灯亮。
2、三菱PLC内部结构
PLC是一种专用于工业自动化控制的计算机,主要由CPU、存储器、I/O接口电路、外设接口、编程装置和电源等组成,其内部结构示意图如图1—12所示。
(1)CPU
中央处理单元CPU是可编程序控制器的控制中枢,常用的CPU微处理器有通用型微处理器、单片机和位片式计算机等。
CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成,它们被封装在一个集成的芯片上,通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接,CPU的作用是:
1)按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从计算机或编程器等编程工具输入的用户程序和数据。
2)通过检查程序能自行检查电源、存储器、输入输出接口电路的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。
3)当PLC投入运行时,它在系统监控程序的控制下工作,通过扫描方式,将外部输入信号的状态写入输入映象寄存器,PLC进入运行状态后,从存储器逐条读取用户,按指令规定的任务进行数据的传送、逻辑运算和算术运算,然后将结果送到输出映象寄存器或数据寄存器内,等执行完用户程序后,将I/O映象寄存器的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置。
(2)存储器
可编程序控制器的存储器由只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM3大部分构成,主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。
系统程序是制造PLC的厂家编写的控制和完成PLC各种功能的程序,例如PLC接通电源后检查PLC各部件是否正常的检查程序就是系统程序之一,存储系统程序的存储器称为系统程序存储器,在生产PLC过程中厂家将系统程序固化在只读存储器ROM中,是用户不可改变的。
用户程序是PLC使用人员根据PLC控制对象的控制要求编写的控制程序;PLC运行过程中会产生大量的运算数据,用户程序和工作运算数据存放在随机存储器RAM中。
可电擦写的存储器用来存放需要长期保存的重要数据。
(3)输入输出接口电路
输入输出接口电路是PLC与被控对象间传递输入和输出信号的接口部件。
1)输入接口电路在PLC控制系统中,各种按扭、行程开关和传感器等主令电器直接接到PLC输入接口电路上,操作人员发出的命令或来自生产现场的各种控制信号,通过输入接口电路转化为PLC内部CPU能接受的信号,由CPU进行逻辑处理,为防止由于触点抖动或干扰脉冲引起错误的输入信号,输入接口电路必须有很强的抗干扰能力。
输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有:
①利用光电耦合器提高抗干扰能力;
②利用阻容滤波电路提高抗干扰能力;
2)输出接口电路PLC的输出接口电路是将CPU产生的小信号放大后输出,驱动电磁阀、接触器等负载工作。
PLC的输出接口电路可以分为3种:
继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。
继电器输出接口电路既可驱动交流负载又可驱动直流负载;晶体管输出接口电路只可以驱动直流负载;晶闸管输出接口电路只可以驱动交流负载。
(4)外设接口电路
外设接口电路用于连接计算机、手持编程器或其它图形编程器,并能通过外设接口组成PLC的控制网络。
PLC通过SC—09电缆与计算机连接,可以实现编程、监控、联网等功能。
(5)电源
通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源,可将PLC外部连接的电源电压转化为PLC内部电路需要的工作电压(如直流5V、正负12V、24V等),并为外部输入元件(如接近开关)提供24V直流电源,但要注意PLC负载的电源是由用户另外提供的。
三菱FX1S—30MRPLC的型号介绍如图1—13所示。
(6)供编程使用的软继电器
FX1S系列常用的软继电器见表1—2。
3、PLC的工作原理
可编程序控制器属于工业控制计算机,它的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的,通过执行反映控制要求的用户程序来实现。
执行用户程序时,需要各种现场信息,如果这些现场信息(如按扭SB接通或断开状态)已送到PLC的输入端口,PLC将采集所有输入信号并存放到输入映象寄存器中,执行用户程序时所需输入状态均在输入映象寄存器中取胜。
同样,PLC对外部的输出控制也是先把CPU执行用户程序后的输出结果存放在输出映象寄存器中,等执行完用户程序后,将所有输出结果一次性向输出端口或输出模块输出,使输出设备部件动作。
PLC的工作过程是一个不断循环扫描的过程。
CPU从第一条指令开始,按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束,然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。
当PLC处于正常运行时,PLC会不断循环扫描地工作下去,其工作过程示意图如图1—14所示。
每一次扫描过程有输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段。
(1)输入采样阶段
PLC在输入采样阶段,首先扫描所有输入端子,并将各输入状态存入对应的输入映象寄存器中。
当输入映象寄存器被刷新后,进入程序执行阶段,在程序执行阶段和输出刷新阶段,因输入锁存器的存在,无论输入信号如何变化,其内部都保持不变,直到下一个扫描周期的输入采样阶段开始,才重新向输入端写入新内容。
(2)程序执行阶段
PLC按从上到下、从左到右的顺序逐句扫描程序。
当指令中涉及输入、输出状态时,PLC就从输入映象寄存器“读入”上一阶段采入的对应输入端子的状态,从元件映象寄存器“读入”对应元件(“软继电器”)的当前状态。
然后,进行相应的运算,并将运算结果存入元件映象寄存器中。
对元件映象寄存器来说,每一个元件(“软继电器”)的状态都会随着程序执行过程而变化。
(3)输出刷新阶段
当用户程序执行结束后,元件映象寄存器中所有输出继电器的状态,在输出刷新阶段转存到输出锁存器中,并通过一定方式输出,去驱动外部负载。
1—2可编程序控制器的软件知识
PLC的程序有系统程序和用户程序2种。
用户程序就是通过编程软件来编写的控制程序,编程软件是由可编程序控制器生产厂家提供的编程语言,由于可编程序控制器类型较多,各个不同机型对应的编程软件也存在一定的差别,特别是不同生产厂家的可编程序控制器之间,它们的编程软件不能通用,但是因为可编程序控制器的发展过程是相同的,所以可编程序控制器的编程语言基本相似,规律也基本相同。
基本知识
一、可编程序控制器的产生和特点
PLC有多种程序设计语言,最常用的语言是梯形图和指令语句表。
1、梯形图
梯形图是从继电器控制电路图变化过来的,因此梯形图形式上与继电器控制很相似,读图方法和习惯也相同。
梯形图是用图形符号在图中的相互关系来表示控制逻辑的编程语言,并且梯形图通过连线,将许多功能强大的PLC指令的图形符号连在一起,以表达所调用的PLC指令及其前后顺序关系,是目前最常用的一种可编程序控制器程序设计语言。
图1—15所示为一段最简单的梯形图。
在所有梯形图中,都有左母线、右母线和逻辑行,逻辑行由各种等效继电器的触点串并联后和线圈组成。
画梯形图时必须遵守:
(1)左母线只能直接接各类继电器的触点,继电器线圈不能直接接左母线。
(2)右母线只能直接接各类继电器的线圈(不含输入继电器线圈),继电器的触点不能直接接右母线。
(3)一般情况下,同一编号的线圈在梯形图中只能出现一次,而同一编号的触点在梯形图中可以重复出现。
图1—15
(4)梯形图中触点可以任意的串联或并联,而线圈可以并联但不能串联。
(5)梯形图应该按照从左到右、从上到下的顺序画。
(6)程序结束后应有结束指令。
如图1—15中,END就是结束指令。
2、指令语句表图1—16
梯形图编程语言的优点是直观、简便。
如果采用经济便携的编程器将程度输入到可编程序控制器中,就只能使用PLC的另一种常用编程方法——指令语句表了。
语句是指令语句表编程语言的基本单元,每个控制功能由一个或多个语句组成的程序来执行。
指令语句规定可编程序控制器中CPU如何动作,PLC的指令有基本指令和功能指令之分。
指令语句表和梯形图之间存在唯一对应关系,如图1—15所示梯形图对应的指令语句表如下:
LDX000
OUTY000
END图1—17
上面所结出的每一条指令都属于基本指令。
基本指令一般由助记符和操作元件组成,
助记符是每一条基本指令的符号(如LD、OUT、END),它表明了操作功能;操作元件是基本指令的操作对象(如X0、Y0)。
某些基本指令仅有助记符组成,如END指令。
二、FX1S系列PLC编程软件的使用
图1—18
FX1S系列PLC可使用由三菱公司专门为三菱FX系列PLC设计的编程软件SWOPC—FXGP/WIN—CF进行编程。
该编程软件的基本功能是协助用户完成创建用户程序、修改和编辑已有用户程序。
1、运行条件
单击桌面上如图1—16所示的PLC编程软件快捷方式图标,出现如图1—17所示的初始界面,
新建程序文件。
2、新建一个程序文件图1—19
单击图1—17所示界面中新建文件的图标,出现如图1—18所示的PLC类型设置界面。
3、机型的选择
在图1—18所示界面中,选择FX1S机型,单击确定后,出现如图1—19所示的编程界面。
4、基本界面介绍
(1)文件名
新建文件并保存后,会显示该文件的文件名,后缀为“PMW”,如:
图中的文件名为“PLC控制.PMW”。
(2)下拉式菜单栏
下拉式菜单栏中包含“文件”“编辑”“工具”“查找”“视图”“PLC”“遥控”“监控及调试”等菜单项。
用鼠标单击某菜单项,弹出该菜单项的菜单条,如“文件”菜单项包含新建、打开、保存、另存为、打印、页面设置等菜单条,“编辑”菜单项包含剪切、复制、粘贴、删除等菜单条,这两个菜单项的主要功能是管理、编辑程序文件。
菜单栏中的其他项目,如“视图”菜单项的功能涉及编程方式的变换,“PLC”菜单项主要进行程序的下载、上传,“监控及调试”菜单项的功能是调试和监控程序。
(3)工具栏
工具栏提供简便的鼠标操作,将最常用的编程操作以按扭形式设定到工具栏上,可以利用菜单栏中的“视图”菜单选项来显示或隐藏工具栏。
工具栏中涉及的各种功能在菜单栏中都能找到。
(4)编辑区
编辑区用来显示编程操作的工作对象。
可以使用梯形图和指令语句表的方式进行程序的编辑工作。
使用菜单栏中“视图”菜单项的梯形图及指令表菜单条,可以实现梯形图程序与指令语句程序的转换。
也可以利用工具栏中的梯形图及指令表按扭实现梯形图程序与指令表程序的转换。
(5)状态栏
编辑区下部是状态栏,用于表示编程PLC类型(如FX1S)、软件的应用状态(如写入状态)和所处的程序步数(如10/2000表示现在程序是10步,程序总长可达2000步)等。
(6)功能键栏与功能图栏
功能键栏与功能图栏是绘制梯形图的图形符号库,包含各种梯形图的图形符号。
(7)光标蓝色的方框为光标。
图1—20
5、编写控制程序
在出现图1—19的编程界面后,单击功能图栏中的图标,就可以进行编程。
如要输入一个常开触点,可单击功能图栏中的常开触点,也可以在“工具”菜单中选“触点”,并在下拉式菜单中单击“常开触点”的符号,这时出现图1—20所示的输入元件对话框,在对话框中输入常触点的文字符号和编号,单击“确认”按扭,要输入瓣常触点就出现在蓝色光标所在的位置。
图1—21图1—22
6、转换
一段程序输入后,有程序的部分将变为灰色,如图1—21所示,单击工具条上的转换图标进行转换后,如图1—22所示,此时才能将程序传送到PLC。
7、程序的下载
程序编辑完成后需要下载到PLC中运行,这时需单击菜单栏中的“PLC”菜单,在下拉式菜单中再选“传送”及“写出”即可将编辑完成的程序下载到PLC中,如图1—23所示。
程序下载完成后的编程界面如图1—24所示。
图1—23图1—24
传送菜单中的“读入”命令则用于将PLC中的程序读入编程计算机中修改。
PLC中一次只存入一个程序,下载新程序,旧的程序即可删除。
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