第九章 可编程控制器,1968年，美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司(GM)提出了研制可编程序控制器的基本设想，即 (1)能用于工业现场。 (2)能改变其控制“逻辑”，而不需要变动组成它的元件和修改内部接线。 (3)出现故障时易于诊断和维修。 1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台PLC。 我国1974年研制，1977年应用。,可编程控制器的发展,可编程序控制器(Programmable Controller)简称为PC 可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Cntroller)。简称为PLC,什么是可编程控制器（PLC）？,PLC是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物。是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。,1、数字量逻辑控制 2、运动控制 3、闭环过程控制 4、数据处理 5、通信联网,可编程序控制器的应用领域,PLC与其他控制系统比较,1、PLC与继电器控制系统比较,（1）控制逻辑比较 （2）工作方式比较 （3）控制速度比较 （4）定时和计数控制比较 （5）可靠性和可维护性比较,2、PLC与微型计算机控制系统比较,（1）应用范围比较 （2）工作环境比较 （3）程序设计比较 （4）工作方式比较 （5）输入输出比较 （6）价格比较,3、PLC与单片机控制系统比较,（1）学习者掌握的角度比较 （2）程序难易程度比较 （3）可靠性比较 （4）价格比较,9.1 可编程序控制器的硬件结构与工作原理,PLC的基本结构,组成：CPU模块、存储器、输入模块、输出模块、编程装置。各部分之间均采用总线连接。,1、CPU模块,处理编程信息 处理采集的输入状态和数据 执行用户程序 故障自诊断,2、存储器,系统程序存储器 用户程序存储器 变量（数据）存储器,3、输入输出接口（I/O）,PLC的IO接口是按强电要求设计的，即其输入接口可以接受强电信号，其输出接口可以直接和强电设备相连接。,常用的有晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器输出方式。晶体管输出方式用于直流负载；双向晶间管输出方式用于交流负载；继电器输出方式可用于直流负载，也可用于交流负载。,4、编程器,作用： 编程装置用来生成用户程序，并对它进行编辑、检查和修改。 1）手持式编程器：不能直接输人和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。 2）编程软件编程：在屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。,PLC的基本工作原理,PLC的基本工作过程如下： (1)输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点，读入各输入点的状态。 (2)执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算。 (3)输出控制信号：根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器(锁存器)向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。,上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。PLC的扫描周期通常为几十ms。,1、编程方法简单易学 2、功能强，性能价格比高 3、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 4、可靠性高。抗干扰能力强 5、系统的设计、安装、调试工作量少 6、维修工作量小，维修方便 7、体积小，能耗低,PLC特点,PLC一艇根据输入、输出总点数和功能，大致分为低档、中档、高档三类。 低档PLC：输入、输出总条数在256点以内。功能有逻辑运算和控制、计时计数、内部继电器、移位寄存器、步进控制器等功能，适用于开关量控制。 中档PLC：输入、输出总点数为256点2048点。除具有开关量的逻辑运算和控制功能外，还具有数值运算、模拟量输入、输出和控制以及通信联网等功能。 高档PLC：输入、输出总点数一般在2048点以上，具有多功能、高速度的特点。一般采用多CPU，并配置各种智能模块和远程IO，网络通信功能很强。,小型可编程控制器S7-200,大中型可编程控制器S7-400,9.2 可编程序控制器的内部等效继电器电路,PLC是一种专用微机，但用它来实现继电器接触器控制系统的功能时，就不必从计算机的角度去研究，而是将PLC的内部结构等效为一个继电器系统。,在PLC内部有很多存储器，一个存储器单元由8位触发器组成，一个触发器等效为一个继电器，这种等效继电器的通断是由软件控制的，故也可叫软继电器。用户使用这些软继电器，通过编程来实现所需要的逻辑控制功能，,地址编号共用三位八进制数表示，前两位为存储器单元地址，第三位为存储单元的位地址。,1输入继电器(X),输入继电器专门用来接收外部开关或传感器等发来的信号，它与PLC的输入端子相连。,2输出继电器(Y),输出继电器专门用来将输出信号传送给外部负载。,3时间继电器(T),时间继电器又叫定时器。每个定时器的定时值K为0.1s999s(十进制)。,4计数继电器(C),计数继电器亦称计数器，它可对外部事件或内部的脉冲进行计数，每个计数器的计数值K为1999个数(十进制)。 下图所示为编程时使用的计数器梯形图。,5辅助继电器(M),相当于继电器接触器控制系统中的中间继电器，只能由程序指令控制，其触点(无限对)不可直接驱动外部负载。,6特殊的辅助继电器(M),M70：监视运行 M71：产生初始化脉冲 M72：产生脉冲间隔为100ms的时钟脉冲 M76：检测电池电压下降 M77：禁止全部输出,9.3可编程控制器的编程和指令系统,PLC编程常用的表达方法有： 继电器梯形图 逻辑功能图 功能流程图 逻辑代数表达式 指令语句表,F-40M主要采用继电器梯形图与指令语句表编程,9.3.1 PLC的编程方法与一般规则,线圈的右边不能有触头，而左边必须有触头,自上而下 从左到右,线圈不能重复使用；触头可以重复使用，次数不受限制,编写指令自上而下、从左到右一个符号一条指令,母线不接任何电源,软继电器位触发器,梯形图 的绘制,9.3.2 指令系统,F40M可编程序控制器的指令总共为20条。（P195 表9.4）,1、输入、输出指令,LD： 取指令。用于与母线连接的动合触点。 LDI；取反指令。用于与母线连接的动断触点。 OUT：输出指令。用于驱动输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器，但不能用于驱动输入继电器。,2、逻辑指令,（1）与指令 AND：与指令。动合触点串联连接指令。 ANI：与非指令。动断触点串联连接指今。 这两条指令只能用于一个触点与前面接点电路的串联。,（2）或指令 OR；或指令。用于动合触点的并联； ORI：或非指令。用于动断触点的并联。,（3）电路块连接指令 1)ORB：电路块或指令。用于两个以上触点串联的 支路与前面支路并联连接的情况,2)ANB：电路块与指令。用于并联电路块与前面接点电路或并联电路块的串联。,3、复拉指令RST,RST指令用于计数器或移位寄存器的复位。一般复位输入端使用脉冲触发信号对计数器或移位寄存器进行复位。,4、移位寄存器及移位指令SFT,移位寄存器由辅助继电器构成，可由8个(或16个)辅助继电器组成一个8位(或16位)的移位寄存器。移位寄存器第一个辅助继电器的地址号就是这个移位寄存器的地址号。,5、脉冲输出指令PLS,利用辅助继电器将脉宽较宽的输入信号变为脉宽等于PLC扫描周期的触发脉冲信号,6、程序结束指令END,END指令用于程序结束，有效程序结束后，写一条END指令，可以缩短扫描运算周期。 F40M型PLC允许用户程序长度为890步，当用户程序不到890步时可在程序结尾加上一条END指令，运行程序时，PLC扫描到END指令，便自动返回，这样就缩短了扫描周期，加快了PLC的扫描速度。,7、空操作指令NOP,NOP指令用于修改程序，便于调试程序。,8、保持指令,保持指令又称为置位、复位指令。 S(SET)；操作保持置位指令。 R(RESET)：操作保持复位指令,用S指令时、继电器用它本身的自保持功能使其一直处于接通状态；用R指令时，自保持功能消除，继电器复位。,9、主控母线指令,主控母线指令简称为主控指令。 MC；主控指令。该指令引出一条分支母线。 MCR；主控复位指令。该指令使分支母线结束并回到原来(前面)的母线上,使用主控母线指令时应注意： (1)MC、MCR指令必须成对出现，编程时不要漏绰MCR指令； (2)指令MC之后，又出现一个新的分支母线，挂在分支母线上的每条逻辑行电路编程时，都要由LD或LDI开头： (3)在梯形图中可以多次使用主控指令，并可嵌套使用，但最多不能超过8次。,MC、MCR指令应用,10、跳步指令,跳步指令又称为转移指令。 CJP：条件跳步指令(转移开始指令)。 EJP：跳步结束指令(转移目的地指令)。 跳步指令是用来跳过部分程序，转移到新的地址去执行程序的指令,CJP、EJP指令必须成对使用，两条指令中的目的地址号必须相同。,9.3.3 常用编程技巧,1、对于并联电路，串联触点多的支路排在上面。,2、在串联电路中，并联触点多的电路排在左边,3、在继电器接触器控制线路中，有些连接是可以实现的、但在PLC中用现有指令对它直接编程，是不可能实现的、必须要作一些改动。,4、移位寄存器的串联,(1) 基本移位寄存器画在下面，需要串联的往上加 (2)将第一组末位的输出(图中的107)接到第二组的输入。 (3)两组的移位信号和复位信号是共同的。,5、移位寄存器作顺序控制器用,6、环形移位寄存器,7、通电延时,8、断电延时,9、用定时器产生周期脉冲信号,10、计数器作时间继电器使用,11、实现长时间延时的方法,9.4可编程控制器的应用,1、三相异步电动机启、停控制,9.4.1 电动机常用控制线路举例,2、三相异步电动机的正、反转控制,SB1控制KM1 SB2控制KM2 SB3停止按钮,SB1控制KM1 SB2控制KM2 SB3停止按钮,3、三相异步电动机Y启动控制,SB1启动按钮 SB2停止按钮,SB1启动按钮 SB2停止按钮,9.4.2 装配流水线的控制,9.4.3 PLC控制系统的开发步骤,1、画工艺流程图和动作顺序表 2、选择PLC 3、编制IO分配对照表 4、画出PLC与现场器件的实际连线图(安装图) 5、画出梯形图 6、按照梯形图编写指令程序 7、将指令程序通过编程器送入PLC 8、进行系统模拟调试和完善程序 9、进行硬件系统的安装 10、对整个系统进行现场调试和试运行 11、正式投入使用 12、保存程序,9.4.4 钻孔动力头的控制,1、工艺流程图与动作顺序表,1ST3ST：限位开关 SB：启动按钮 1YA3YA：电磁阀 KT：延时继电器,1STSB表示两者同时闭合 表示电磁阀得电 表示电磁阀失电,2、现场器件与PLC内部等效继电器地址编号的对照表,3、PLC与现场器件的实际连接图(安装图),4、梯形图,5、指令程序,(1)鼠笼式异步电动机定子串电阻启动的自动控制线路,为限制异步电动机的启动电流，避免对电网的影响，可在电动机定子端串联电阻实行降压启动，电动机启动后，将启动电阻切除，使电动机处于全压运行。,（2） 鼠笼式电动机能耗制动控制线路,（3）Y 换接起动控制线路,SB1启动按钮 SB2停止按钮,作业：9.9,