搜索
第3章可编程序控制器的结构及工作原理3.1可编程序控制器（PLC）基本构成及工作方式3.2可编程序控制器的编程元件及编程语言3.3欧姆龙C系列PLC及其指令系统简介3.4三菱FX2N系列可编程序控制器及其基本指令简介3.5西门子S7-200PLC及其指令系统简介*可编程序控制器的产生及发展1968年，美国汽车制造商通用汽车公司为了适应汽车型号不断翻新的需求，以求在激烈竞争中占有优势，提出用一种新的控制器取代继电器控制系统。◆PLC起源概述功能完备灵活性高通用性好计算机继电器接触器控制系统简单易懂操作方便价格便宜＋＋编程简单掌握快＝新型控制器新型的控制器的具体设想附加要求新型控制器应具备的具体条件：1）编程简单，可在现场修改程序。2）维护方便，最好是插件式结构。3）可靠性高于继电器控制。4）体积小于继电器控制柜。5）可将数据直接送入管理计算机。6）在成本上可与继电器控制柜竞争。7）输入可以是交流115V。8）输出可以为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀。9）扩展时，原有系统只要很小变化。10）用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。其后，日本、德国等相继引入或开发这项新技术，可编程序控制器由此而迅速发展起来。美国数字设备公司（DEC）根据GM公司招标的技术要求，于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车自动装配线上试用，获得成功。PLC的定义：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贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、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，可编程控制器及其外有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。继电器逻辑控制装置接线两者的直观比较一、PLC的应用领域开关量逻辑控制用于机械加工的数字控制工业机器人控制闭环过程控制用于组成多级控制系统二、PLC的发展在功能和技术指标方面的发展1、向高速、大容量方向发展2、加强联网和通信能力3、致力于开发新型智能I/O功能模块4、增强外部故障的检测与处理能力5、编程语言的多样化在经济指标与产品类型方面1、研制大型PLC2、大力发展简易、经济的超小型微型PLC，以适应单机及小型自动控制的需要3、致力于提高功能价格比，以提高竞争力。3.1可编程序控制器（PLC）基本构成及工作方式一、PLC的基本构成1.微处理器（CPU）：CPU是PLC的核心部件，是PLC的运算、控制中心，用来实现逻辑运算、算术运算并对整机进行协调控制2.存储器：用来存放PLC的系统程序、用户程序以及工作数据。常用的存储器有ROM、EPOM、EEPROM、快闪内存、RAM等几种类型，不同型号的PLC配置的存储器类型也不相同。3.现场信号的输入输出接口(1)开关量输入接口(2)开关量输出接口4.I/O扩展接口5.通讯接口6.电源以开关量为输出形式的检测元件（如操作按钮、行程开关、接近开关、压力继电器等）的连接通道开关量输出接口是PLC与现场执行机构的连接通道I/O扩展接口用于扩展PLC的功能和规模图3-2PLC的扫描工作流程图二、可编程序控制器的工作方式1.扫描工作方式2.PLC的工作过程4.公共操作5.I/O操作6.执行用户程序包括7.监视定时器T1的作用8.执行用户程序9.执行外设指令3.上电后的初始操作（1）因以扫描的方式执行操作，所以其输入输出信号间的逻辑关系存在着滞后，扫描周期越长，滞后就越严重。（2）扫描周期除了执行用户程序所占用的时间外，还包括系统管理操作占用的时间，前者与程序的长短及其指令操作的复杂程度有关，后者基本不变。（3）第n次扫描执行程序时，所依据的输入数据是该次扫描之前的输入采样值Xn；所依据的输出数据既有本次扫描前的值Yn-1，也有本次解算结果Yn。送往输出端子的信号，是本次执行完全部运算后的最终结果Yn。执行运算过程中并不输出，因为前面的某些结果可能被后面的计算操作否定。（4）如果考虑到I/O硬件电路的延时，PLC响应滞后比扫描原理滞后更大。PLCI/O端子上的信号关系，只有在稳态（ON或OFF状态保持不变）时才与设计要求一致。（5）输入／输出响应滞后不仅与扫描方式和电路惯性有关，还与程序设计安排顺序有关。几个重要的结论：PLC按扫描的方式执行程序是主要的工作方式，就是在具有快速处理的高性能PLC中，主程序还是以扫描方式执行的。三、可编程序控制器的编程设备手持编程器专用编程器装有编程软件的计算机手持编程器体积小，携带方便，在现场调试时更显其优越性，但在程序输入或阅读理解分析时，比较繁琐功能强，可视化程度高，使用也很方便，但其价格高，通用性差利用计算机进行PLC的编程、通信更具优势，计算机除可进行PLC的编程外，还可作为一般计算机使用，兼容性好，利用率高。因此采用计算机进行PLC的编程已成为一种趋势3.2可编程序控制器的编程元件及编程语言一可编程控制器的编程元件及存储区域的分配编程元件（软继电器）存储器区域二编程语言概述IEC61131-3中规定的5种编程语言梯形图（LD-LadderDiagram）顺序功能图（SFC-SequentialFunctionChart）功能块图（FBD-FunctionBlockDiagram）指令表（IL-InstructionList）结构文本（ST-StructuredText）图形语言文本语言三梯形图LD简介触点类：常开触点、常闭触点、正转换读出触点、负转换读出触点线圈类：一般线圈、取反线圈、置位（锁存）线圈、复位（去锁）线圈、保持线圈、置位保持线圈、复位保持线圈、正转换读出线圈、负转换读出线圈功能和功能块：标准及用户自己定义的功能块梯形图有如下特点：①梯形图按行从上至下，每一行从左到右顺序编写。②梯形图左、右边垂直线为母线。以左母线为起点，可分行向右放置接点或其逻辑组合。梯形图接点主要有两种，常开接点和常闭接点。这些接点可以是PLC的输入接点或内部继电器接点，也可以是其它各种编程元件的接点。③梯形图的最右侧必须放置输出元素。PLC的输出元素，用圆圈表示；圆圈可以表示内部继电器线圈，输出继电器线圈或定时/计数器的逻辑运算结果。其逻辑动作只有在线圈接通后，对应的接点才动作。④梯形图中的接点可以任意串、并联，而输出线圈只能并联不能串联。⑤输出线圈只对应输出映像存储器相应位，不能直接驱动现场设备，该位的状态，只有在程序执行周期结束后，对输出刷新。刷新后的控制信号经I/O接口输出模块驱动对应的负载工作。四指令表（语句表）语言IL简介1.指令表操作符（1）一般操作符装入指令：LDN等。逻辑指令：ANDN(与指令)、ORN(或指令)、XORN(异或指令)等。（3）跳转及调用操作符包括：JMPC，N(跳转操作符)、CALLC,N（调用操作符）等。算术指令：ADD（加指令）、SUB（减指令）、MUL（乘指令）、DIV（除指令）、MOD（取模指令）等。（2）运算及比较操作符比较指令：包括：GT（大于）、GE（大于等于）、EQ（等于）、NE（不等于）、LE（小于等于）、LT（小于）等。在指令表中调用功能及功能块用指令表定义功能及功能块指令表与其它语言的移植性可以直接调用功能块和功能可用于定义功能块和功能。当用指令表定义功能时，功能的返回值是结果寄存器内的最新值；当用指令表定义功能块时，指令表引用功能块的输入参数（VAR_INPUT），并且把值写到输出参数(VAR_OUPUT)转换为其它语言是非常困难的，除非指令表操作符的使用范围及书写格式受到严格的限制，才有可能实现转换作业：1.P993-1，3-2。2.目前PLC的主要品牌(至少三种及型号）3.3欧姆龙C系列PLC及其指令系统简介欧姆龙（OMRON）株式会社是全球知名的自动化控制及电子设备制造厂商，掌握着世界领先的传感与控制核心技术。自1933年创业，产品品种达几十万种，涉及工业自动化控制系统、电子元器件、社会公共系统以及健康医疗设备等广泛领域。欧姆龙（OMRON）PLC有C系列-CPM1A，CV系列、SCI系列、CJ1系列等一CPM1A的特点与功能概述（1）CPM1A的结构按I/O点数分10、20、30、40点按电源类型分分直流和交流型按输出方式分继电器输出型晶体管输出型CPU单元（基本单元）和扩展I/O单元（箱体式）类型I/O点数型号总数输入/输出继电器输出型晶体管输出型CPU单元106/4CPM1A-10CDR-A（AC电源）CPM1A-10CDT-D（NPN）CPM1A-10CDR-D（DC电源）CPM1A-10CDT1-D（PNP）2012/8CPM1A-20CDR-A（AC电源）CPM1A-20CDT-D（NPN）CPM1A-20CDR-D（DC电源）CPM1A-20CDT1-D（PNP）3018/12CPM1A-30CDR-A（AC电源）CPM1A-30CDT-D（NPN）CPM1A-30CDR-D（DC电源）CPM1A-30CDT1-D（PNP）4024/16CPM1A-40CDR-A（AC电源）CPM1A-40CDT-D（NPN）CPM1A-40CDR-D（DC电源）CPM1A-40CDT1-D（PNP）扩展单元2012/8CPM1A-20EDRCPM1A-20EDT（NPN）CPM1A-20EDT1（PNP）80/8CPM1A-8ERCPM1A-8ET（NPN）CPM1A-8ET1（PNP）88/0CPM1A-8EDCPU单元和扩展I/O单元规格表CPM1A40点的主机的面板结构输入点LED输出点LEDI/O扩展器外设端口运行状态LED（2）易于扩充CPM1A的主要特点输入18点30点主机输出12点输入12点输出8点扩展器输入12点输出8点扩展器输入12点输出8点扩展器30点的主机连接三个20点的扩展器扩展到90个I/O点（3）输入滤波时间常数可调防输入接点抖动以及外部干扰造成的误动作。（4）维护简单（存储器采用闪存）（5）外部输入中断功能除I/O为10个点的CPU单元，其他均有4个中断输入端。（6）快速输入响应功能脉宽接近0.2ms的输入脉冲作出响应。（7）间隔定时器中断功能设定0.5-319968ms的定时间隔。（8）高速计数器功能（9）脉冲输出功能（20Hz-2kHz的单相脉冲输出）CPM1A的主要特点（10）模拟设定功能两只定时器/计数器的设定值进行手动模拟设定的电位器（11）网络功能1）上位链接：RS-232C或RS-422可最多控制32台CPM1A2）1:1链接：RS-232C适配器3）NT链接：RS-232C适配器（12）编程工具丰富简单编程器CQM1-PRO01X或C200H-PRO27或软件（13）扩展模块丰富配有模拟I/O单元、温度控制单元、扩展存储器单元。CPM1A的主要特点二CPM1A编程元件、功能及区域分配数据区点数地址区间功能IR区输入继电器160(10)00000~00915继电器号与外部的输入输出端子相对应（没有使用的输出通道可用作内部继电器号使用）。输出继电器160(10)01000~01915内部辅助继电器512(32)20000~23115在程序内可以自由使用的继电器。特殊辅助继电器(SR)384(24)23200~25507分配有特定功能的继电器。暂存继电器(TR)8TR0~7回路的分支点上暂时记忆ON/OFF的继电器。保持继电器(HR)320(20)HR0000~HR1915在程序内可以自由使用且断电时也能保持断电前的ON/OFF状态的继电器。辅助记忆继电器(AR)256(16)AR0000~AR1515作为动作异常、高速记数、脉冲输出动作状态标志、扫描周期存储等特定功能的辅助继电器。链接继电器(LR)256(16)LR0000~LR15151:1链接的数据输入输出用的继电器（也能用作内部辅助继电器）。定时器／计数器128TIM/CNT000~127定时器、计数器，它们的编号合用。数据存储器(DM)可读/写1002字DM0000~0999DM1022~1023以字