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第四章可编程控制器（PLC）原理及其应用技术PLC概述一PLC的组成与工作原理二PLC的指令系统三常用基本线路的编程四PLC控制电路设计及典型应用一任务一PLC概述PLC是20世纪70年代在继电器控制技术和计算机控制技术的基础上发展起来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。在PLC出现以前，继电器控制得到了广泛应用，但这种控制系统具有体积大，可靠性低，排除故障困难，接线复杂，对生产工艺变化的适应性差等缺点。随着计算机的出现，人们试图用计算机来实现工业控制。PLC问世仅30余年，其发展非常迅速，应用越来越广，PLC控制技术已成为当今实现自动控制的主要手段之一任务一PLC概述各种可编程控制器PLC特点(1)编程简单PLC最常用的编程语言是梯形图(2)可靠性高(3)通用性好(4)功能强(5)使用维护方便(6)设计施工周期短任务一PLC概述PLC诞生后的短短30多年已成为工业控制领域中占主导地位的自动化设备。在世界先进国家，PLC已成为工业控制的标准设备，它的应用几乎覆盖了所有工业企业。为了适应各行各业的不同需要，进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，PLC还将不断发展。低档PLC向小型、简易、廉价方向发展，使之能以更优异的性能、更低廉的价格、更广泛地取代继电器控制系统；高档PLC向大型、高速、多功能方向发展，使之取代工业控制微机对大规模复杂系统进行综合性的自动控制。任务二PLC的组成与工作原理PLC的硬件部分由中央处理单元，存储器，输入输出部分，电源部分和编程单元等组成，软件部分由系统软件和应用软件两部分组成。PLC的工作过程是基于扫描原理进行的，对用户程序的执行一般分为读输入，执行梯形图逻辑程序和刷新输出三个阶段，PLC的编程语言采用的梯形图、语句表、控制系统流程图及其他高级语言（1）PLC的硬件组成(1)中央处理器(CPU)(2)存储器(3)输入／输出模块(4)智能I／O模块和特殊功能模块(5)编程器(Programmer)(6)电源(PowerSupply)(7)外部设备(ExternalDevice)（1）PLC的硬件组成（2）PLC的软件组成PLC的软件由系统软件和应用软件两部分组成(1)系统软件。PLC的系统软件包括编程器的程序开发系统软件和可编程控制器的操作系统两部分。(2)应用软件。可编程控制器的应用软件是指用户根据生产过程的控制要求编制的应用程序。活动2PLC的工作原理PLC可看作为一个逻辑功能的工业控制装置。CPU完成逻辑运算功能，存储器用来保持逻辑功能。因此，PLC可画成类似于继电接触器控制的等效电路图。它主要由输入部分、内部控制电路和输出部分组成PLC的工作方式PLC的工作过程是基于扫描原理进行的。扫描是指CPU分时执行各项任务的方式，这些任务包括读人状态信息、执行梯形图逻辑程序、刷新输出状态和系统自检等。CPU执行完一次上述任务就构成了一个CPU扫描周期，然后从头重新开始扫描，周而复始地重复下去。PLC的工作方式在PLC的CPU扫描周期中，对用户程序的执行一般分为三个阶段：1.读输入2.执行梯形图逻辑程序3.刷新输出除此之外，在一个CPU扫描周期中还包括系统自检和外设服务两部分。活动3PLC的编程语言PLC是专为工业控制而开发的装置，其主要使用对象是广大电气技术人员及操作维护人员。为了适应它们的传统习惯，通常PLC不采用微机的高级编程语言，而采用与传统的继电器控制电路图相似的、面向控制过程的梯形图语言和其他专用语言。目前，PLC常用的编程语言有梯形图LAD(LadderDiagram)、语句表STL(StatementList)、控制系统流程图CSF(controlSystemFlowchart)及其他高级语言，如BASIC，C语言等。（1）梯形图梯形图由顺序排列且相连的“梯级”(Rung)组成，左右两条竖线分别叫做左母线和右母线，每个梯级从左母线开始，终止于右母线，并通过左右母线将多个梯级顺序地连接起来形成梯形图网络（1）梯形图假想电源将在左母线和右母线上以及它们之间产生能流(PowerFlow)。能流的流动方向只能是从左母线到右母线和沿左右母线从上而下。图中虚线用来表示能流的流动方向。（2）语句表语句表类似于计算机的汇编语言，它是用指令助记符来编程，比汇编语言更直观易懂，编程也更简单语句表是由若干语句组成的程序，每个操作功能由一条或几条语句来执行。语句由指令助记符和指令操作数两部分组成。编制语句表程序之前，先要画出梯形图程序，然后根据相应PLC助记符指令的使用方法，将梯形图程序转化为语句表程序。（2）语句表与梯形图相对应的语句表任务三PLC的指令系统可编程控制器最为用户推崇的优点之一就是编程简单。虽然生产可编程控制器的厂家很多，但所有的可编程控制器的软件设计都使用以继电器逻辑控制为基础的梯形图。由于许多可编程控制器的梯形图基本相同或相似，因而其逻辑指令也基本相同或相似，仅仅所使用的符号有所差异。活动1F1／F2系列产品简介F1／F2系列产品是日本三菱公司1987年推出的。F1／F2系列最显著的特点是能对模拟量进行处理和控制，可完成较为复杂的控制，从而扩大了应用范围。F1／F2系列PLC的性能和主要特点如下：(1)F1／F2系列的基本单元输入、输出点有12，20，40，60点4种规格，经组合最多输入、输出点可达120点。(2)F1和F2系列的用户程序存储器容量大于F系列，达到1千步(3)F1／F2系列平均指令执行速度为12微秒／步(4)有2个输入点可以抓住比扫描时间更短(等于200s)，甚至低于PLC通常扫描门槛的脉冲信号而不会产生延时问题。活动1F1／F2系列产品简介(5)可以改变输入滤波器常数(0～60s)(6)增加了8个定时器为T650～T657(7)有直接输出功能(8)具有高速计数功能(9)设有40个“状态器”，用来存储机械工作过程的各种状态(10)具有对模拟量进行处理的功能(11)具有4路模拟量输入和2路模拟量输出。电流量或电压量均可(12)F2系列具有通信功能(13)可选用多种存储器存储程序活动2可编程控制器的指令系统1.LD，LDI，OUT指令（1）LD指令取指令，用于常开接点与母线连接，每一个以常开接点开始的逻辑行都使用这一指令（2）LDI指令取反指令，用于常闭接点与母线连接，每一个以常闭接点开始的逻辑行都使用这一指令。（3）OUT指令输出指令，用于输出逻辑运算结果LD，LDI，0UT指令的用法2.AND，ANI指令（1）AND指令与指令，用于常开接点的串联，完成逻辑“与”运算。串联触点的个数没有限制，该指令可多次重复使用。（2）ANI指令与反指令，用于常闭接点的串联，完成逻辑“与非”运算。串联触点的个数没有限制，该指令可多次重复使用。AND，ANI指令的用法3.OR，ORI指令(1)OR指令或指令，用于常开接点的并联，完成逻辑“或”运算。并联触点的数量不限，该指令可使用多次。(2)ORI指令或反指令，用于常闭接点的并联，完成逻辑“或非”运算。并联触点数量不限，该指令可使用多次。0R，ORI指令的用法4.ORB指令或块指令(电路块并联连接指令)用于接点组的并联。每一接点块都从LD／LDI指令开始操作。ORB指令是一独立的指令，使用时后面没有任何数据。它可以是多个并联电路连接，数量不限。但如果将ORB集中时，这种块电路的并联个数不能超过8个。ORB指令的用法5.ANB指令与块指令(电路块串联连接指令)用于接点组的串联。每一接点块都从LD／LDI指令开始操作。ANB指令是一独立的指令，使用时后面没有任何数据。它可以是多个串联电路连接，数量不限ANB指令的用法6.S，R指令(1)S指令——置位指令。(2)R指令——复位指令。这两条指令用于输出继电器Y、中间继电器(M200～M377)和状态(S)的置位／复位操作。S，R指令均为有“记忆力”的指令。使用S指令时，其线圈具有断电保持功能，S,R指令的用法S，R指令的编写次序可任意编排，但排在后面的指令将优先执行。7.RST指令复位指令用于计数器和移位寄存器的复位。当RST指令用于计数器复位时，计数器的接点断开，计数器的当前值回到设定值。当RST指令用于移位寄存器时，清除移位寄存器的内容。RST指令在任何情况下都是优先执行的。所以在RST保持输入时，不再接受计数和移位输入。RST指令的用法8.PLS指令脉冲微分指令用于产生脉冲微分信号。适用于所有中间继电器，使中间继电器接点接通1周期的扫描时间；可用做计数器、移位寄存器的复位输入。PLS指令的用法9.SFT指令移位指令，用于移位寄存器的移位操作。由16个中问继电器组成的移位寄存器的结构数据输入9.SFT指令移位寄存器的工作过程输入X400置位移位寄存器M300后，每输入一个移位脉冲X401，移位寄存器将前一位的信息移到后一位，从M300~M317，最后一位信息M317将溢出。SFT指令的用法移位寄存器的串联接法10.MC，MCR指令（1）MC指令主控指令，用于公共串联触点的连接。（2）MCR指令主控复位指令，在主控结束时返回母线。在梯形图中，由一个接点或接点组控制多条逻辑行的电路叫主控。MC主控点后的电路由LD／LDI指令开始。在MC所控制的电路范围内，最后应由MCR指令返回，即电路又回到母线上。MC，MCR指令的用法(a)图为串接输出电路，分支点后第一个逻辑行没有接点连接，这时可采用连接输出方式，程序容易编写。但在图(b)中的多点输出电路中每一分支点后均有一些接点。这时，用前述的指令不容易编写程序。为了解决这一问题，采用MC、MCR指令，即可方便解决MC，MCR指令的用法在图(b)、图(c)中，主控点M100，M101必须是常开触点，LD／LDI指令跟在主控点后。M100和M101主控电路是连续的，所以最后只需一个主控点返回MCRl01MC，MCR指令的用法11.CJP，EJP指令（1）CJP——条件跳转指令（2）EJP——跳转结束指令当CJP前的逻辑关系满足时，则CJP与EJP之间的程序停止执行，而跳转去执行EJP以下的程序，而跳过的程序保持原状态。Fl系列PLC共有64个跳转继电器D700～D777，其范围是700～777(八进制)。CJP，EJP指令的执行过程CJP，EJP指令的用法CJP，EJP指令的用法使用跳转指令必须遵守如下规定：（1）CJP，EJP指令必须成对使用，使用时跳转目的地编号必须一致。（2）只有CJP指令而没有EJP指令，则CJP指令也不能起作用。（3）EJP指令不能在CJP指令之前，否则EJP指令将不起作用。（4）如果多次使用相同的EJP指令，则只有最后一个EJP指令有效，其他的EJP指令将不起作用。12.NOP指令空操作指令。NOP指令在程序中占一个步序。在执行NOP指令时，并不做任何事，待NOP指令的时间过后再执行下一步程序。NOP指令通常用于以下几个方面：(1)指定某些步序内容为空，留空待用。(2)短路某些接点或电路。(3)切断某些电路。(4)变换先前的电路。13.END指令结束指令。PLC的工作方式为循环扫描方式。PLC在运行时，CPU读输入信号，执行梯形图电路并读出输出信号。读输出，当执行到END指令时，END指令后面的程序不再执行，然后反复扫描执行。该指令在程序调试时，可把程序分为若干段，END指令插入各段程序之后，可以逐段调试，在该段程序调试完毕，删去END，再进行下段程序的调试，直到程序调完为止。任务四常用基本电路的编程学习了PLC的指令系统后，就可以根据系统的控制要求编制出程序，然后用编程器输入PLC中。本任务通过举例掌握PLC编程的技巧和方法活动1编程的基本规则（1）输入／输出继电器、内部辅助继电器、定时器、计数器等器件的触点可重复使用，无需用复杂的程序结构来减少触点的使用次数。（2）梯形图的每一行都是从左边的母线开始，线圈接在最右边，触点不能放在线圈的