電工技術根底主編李中發制作李中發2004年7月2024/1/15第9章可編程控制器可編程控制器的結構和工作原理可編程控制器的指令系統梯形圖的設計原那么和經驗設計方法能夠用梯形圖語言進行簡單的編程學習要點2024/1/159.1PLC的結構及工作原理9.2PLC的編程元件及指令系統9.3梯形圖的設計規那么與設計方法9.4PLC應用實例第9章可編程控制器2024/1/159.1PLC的結構及工作原理9.1.1PLC的結構2024/1/15PLC主機I/O模塊電源：為CPU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配備的直流開關穩壓電源。編程器：用于手持編程。可用它輸入、檢查、修改、調試程序，或用它監視PLC的工作情況。I/O擴展接口：擴充外部輸入/輸出端子數的擴展單元與根本單元〔即主機〕聯接在一起。外設接口：將編程器、打印機、條碼掃描儀等外部設備與主機相聯，以完成相應操作。輸入模塊：接受輸入設備的控制信號。輸出模塊：輸出控制信號。CPU：起總指揮的作用。存儲器：存儲系統及用戶程序和數據。2024/1/159.1.2PLC的工作原理1、PLC的繼電器PLC可看成是由普通繼電器、定時器、計數器等組合而成的電氣控制系統。注意，PLC內部的繼電器實際上是指存儲器中的存儲單元，稱為軟繼電器。當輸入到存儲單元的邏輯狀態為1時，那么表示相應繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開；而當輸入到存儲單元的邏輯狀態為0時，那么表示相應繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，常閉觸點閉合。所以這些軟繼電器體積小、功耗低、無觸點、速度快、壽命長，并且具有無限多的常開、常閉觸點供程序使用。2024/1/152、PLC的工作原理直接起動控制電路采用PLC控制，其外部接線及內部等效電路如下圖。可將PLC分成3局部：輸入局部、內部控制電路和輸出局部。2024/1/15輸入局部：由輸入接線端與等效輸入繼電器組成。輸入繼電器由接入輸入端點的外部信號來驅動，其作用是收集被控制設備的各種信息或操作命令。內部控制電路：由大規模集成電路構成的微處理器和存儲器組成的，經過制造廠家的開發，為用戶提供部件。內部控制電路的部件包括輸出繼電器、定時器、計數器、移位存放器等，這些部件也有許多對常開觸點和常閉觸點供PLC內部使用。PLC內部控制電路的作用是處理由輸入局部所取得的信息，并根據用戶程序的要求，使輸出到達預定的控制要求。輸出局部：作用是驅動被控制的設備按程序的要求動作。對應每一條輸出電路，相當有一個輸出繼電器，此輸出繼電器有一個對外常開觸點與輸出端相連，其余均為供PLC內部使用的常開觸點和常閉觸點。當輸出繼電器接通時，對外常開觸點閉合，外部執行元件可以通電動作。2024/1/15梯形圖：實際上就是用戶所編寫的應用程序等效于PLC內部的接線圖。當用編程器將梯形圖程序送入PLC內，PLC就可以按照預先制定的方案工作。電路工作過程：當起動按鈕SB1閉合，輸入繼電器X400接通，其常開觸點X400閉合，輸出繼電器Y430接通，Y430的常開觸點閉合自鎖，同時外部常開觸點閉合，使接觸器線圈KM通電，電動機連續運行。停機時按停機按鈕SB2，輸入繼電器X401接通，其常閉觸點斷開，線圈Y430斷開，電動機停止運行。這里要注意，因與停機按鈕相連的輸入繼電器X401采用的是常閉觸點，所以停機按鈕必須采用常開觸點，這與繼電接觸器控制電路不同。2024/1/153、PLC的工作方式PLC是采用順序掃描、不斷循環的方式進行工作的。PLC的掃描工作過程可分為輸入采樣、程序執行和輸出刷新3個階段，并進行周期性循環。2024/1/159.2PLC的編程元件與指令系統9.2.1PLC的編程元件以F—40M為例。F—40M的元件編號采用8進制。輸入繼電器：24個，編號為X400～X407、X410～X413、X500～X507、X510～X513。輸出繼電器：16個，編號為Y430～Y437、Y530～Y537。輔助繼電器：M100～M277，128點為普通型。M300～M377，64點為斷電保持型。移位存放器：由輔助繼電器構成。可組成8位或16位的移位存放器。移位存放器的第一個輔助繼電器的代號，就是這個移位存放器的代號。2024/1/15圖示是代號為M300的16位移位存放器。〔1〕輸入：設置第一個輔助繼電器的狀態，由接在輸入端的輸入繼電器X400的狀態所決定，其操作如下圖。〔2〕復位：當復位端的信號X402接通〔1態〕時，M300～M317全部處于復位狀態〔0態〕。因此，當移位存放器按照移位方式工作時，復位輸入〔在此即指X402〕應斷開。〔3〕移位：當移位輸入端的信號X401接通〔由0變1〕一次，每個輔助繼電器的狀態〔1或0〕向右移一位，原M317的信號溢出。2024/1/15定時器：16個，編號為T450～T457，T550～T557。每個定時器的定時時間K為0.1～999s，在編程中設定。圖示為延時接通定時器。定時值K設定為3s。假設輸入繼電器X400接通，那么其常開觸點閉合，定時器T450起動，每隔0.1s對K減0.1，直至3s后K減到0，定時器T450輸出，其常開觸點閉合，接通輸出繼電器Y430。假設輸入繼電器X400一直接通，定時器T450維持輸出。當輸入繼電器X400斷開，定時器T450復位，其常開觸點斷開，定時值K恢復到設定值。2024/1/15圖示為延時斷開定時器。定時值K設定為19s。輸入繼電器X400由接通變斷開時，那么其常開觸點斷開，常閉觸點閉合。由于輸出繼電器Y430的常開觸點自保持，定時器T450起動，每隔0.1s對K減0.1，直至19s后K減到0，定時器輸出，其常閉觸點T450斷開，使輸出繼電器Y430斷開，同時定時值K恢復到設定值。2024/1/15計數器：16個，編號為C460～C467，C560～C567。每個計數器的計數值K為1～999，在編程中設定。每個計數器均有斷電保持功能。不需要斷電保持時，可用初始化脈沖M71復位。圖示是無電源中斷保持的減法計數器。運行開始時，M71將計數器C460復位，計數值等于設定值19。當復位輸入斷開，計數開始。X401接通一次〔由0變1〕，計數值減1，直到減到0為止，此時C460的常開觸點接通，使Y430接通。假設再來計數脈沖，計數值仍保持為0，C460的常開觸點一直保持接通。直到復位輸入X400接通，C460斷開，計數值恢復為設定值。2024/1/15計數器也可作定時器用。圖示是由計數器C461組成的60s定時器。X402接通，100ms的時鐘脈沖M72使計數器C461計數，當計數值到達設定值600〔即0.1s×600=60s〕時，計數器C461的常開觸點閉合，使輸出繼電器Y531接通。輸入繼電器X402斷開時，其常閉觸點閉合，使C461復位，其常開觸點斷開，從而使輸出繼電器Y531斷開。利用此特點，可用計數器構成長延時定時器。2024/1/15特殊輔助繼電器：M70：運行監視。當PLC處于運行狀態，M70接通。M71：初始化脈沖。當M70接通，第一執行周期M71接通，可用作計數器、移位存放器的初始化復位。M72：100ms時鐘。產生脈沖間隔為100ms的時鐘。M76：電池電壓監視。鋰電池電壓下降到規定值時接通。可以用它的觸點通過輸出繼電器接通指示燈，提醒操作者更換電池。M77：禁止全部輸出。假設M77的線圈接通，全部輸出繼電器的輸出將自動斷開，但輔助繼電器、定時器及計數器仍繼續工作。在緊急情況下，可用M77切斷全部輸出。2024/1/159.2.1PLC的指令1．輸入、輸出指令LD：取指令。取與左母線相聯的常開觸點。LDI：取反指令。取與左母線相聯的常閉觸點。以上兩條指令還可與ANB、ORB配合，用于分支電路的開始點OUT：輸出指令。用于驅動輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數器，但不能用于輸入繼電器。對于定時器和計數器使用OUT指令后，必須設定常數K，常數K的設定也作為一條指令。2024/1/152．與指令AND：常開觸點串聯聯接指令。ANI：常閉觸點串聯聯接指令。注意：AND指令和ANI指令只能用于一個觸點與前面的觸點串聯，不能用于兩個及以上觸點并聯的電路塊與前面的電路串聯，并聯電路塊串聯要使用ANB指令。2024/1/153．或指令OR：常開觸點并聯聯接指令。ORI：常閉觸點并聯聯接指令。注意：OR指令和ORI指令只能用于一個觸點與前面的電路并聯，不能用于兩個及以上觸點串聯的支路與前面的電路并聯，串聯支路并聯要使用ORB指令。2024/1/154．電路塊并聯指令ORB：將兩個及以上觸點串聯的支路〔亦稱串聯電路塊〕與前面支路并聯。使用ORB指令的原那么是：〔1〕先組塊后并聯；〔2〕使用ORB指令對各個支路進行并聯時，各個支路的起點須使用LD、LDI指令；〔3〕多個支路組成的并聯電路，每寫一條并聯支路后緊跟一條ORB指令，那么并聯電路塊的條數沒有限制，這種編程方式較好。也可以在所有的支路組成之后，集中寫假設干條ORB指令，但這種寫法并聯支路不能超過8條，是不好的編程方式。2024/1/152024/1/155．電路塊串聯指令ANB：將多個串聯電路塊并聯的電路〔亦稱并聯電路塊〕與前面的電路串聯。使用ANB指令的原那么是：〔1〕先組塊后串聯；〔2〕在每一電路塊開始時，須使用LD、LDI指令；〔3〕多個電路塊組成的串聯電路，在組成一個電路塊后，緊跟一條ANB指令，那么串聯電路塊的個數沒有限制，這種編程方式較好。也可以在所有的電路塊組成之后，集中寫假設干條ANB指令，但這種寫法串聯電路塊不能超過8個，是不好的編程方式。2024/1/152024/1/156．復位指令RST：用于計數器、移位存放器的復位。使用RST指令的原那么是：〔1〕復位電路與計數器的計數電路及移位存放器的移位電路是相互獨立的，他們的先后次序可以任意交換；〔2〕所有的計數器及一局部移位存放器具有斷電保持功能。因此，在開始運行之前，通常須用初始化脈沖M71將這些計數器和移位存放器復位，以免出錯。2024/1/157．移位指令SFT：移位存放器移位輸入指令。OUTM120對移位存放器的第一位輸入，SFTM120使移位存放器中每一位的狀態逐位向右移一位，RSTM120使M120～M127復位。2024/1/158．脈沖指令PLS：用于產生脈沖信號。PLS指令只能用于M100～M377。在X400的上升沿〔由0變1〕M101產生一個寬度為一個工作周期的脈沖。工作周期是從程序執行開始到程序執行結束〔END〕之間所需要的時間。2024/1/15計數器和移位存放器的復位、移位存放器的移位通常需要這種脈沖。圖示為繼電器脈沖輸出用于計數器復位的例子。2024/1/159．空操作指令NOP：使該步為空操作。假設在程序中寫入NOP指令，可使變更和增加程序時，步序號變更最小。但需注意，假設將程序中的LD、LDI、ANB、ORB等指令改為NOP指令，會引起電路結構的重大變化，如下圖。因此，NOP指令的使用應慎重。2024/1/1510．結束指令END：程序結束時寫入END指令。調試程序時，假設在每個程序塊的末尾寫上END指令，檢查每一個程序塊的運行情況時就可以減少調試時間，檢查完畢后，再將各個END指令刪去。2024/1/159.3梯形圖的設計規那么與設計方法9.3.1梯形圖的設計規那么梯形圖：是由表示PLC內部編程元件的圖形符號所組成的階梯狀圖形。繪制梯形圖時應遵循以下幾條規那么：規那么1：梯形圖按從左到右，自上而下的順序繪制〔指令編程亦應從左到右，自上而下〕。每個編程元件線圈為一邏輯行。元件線圈與右母線直接相聯。兩線圈不能串聯，也不能在線圈與右母線之間接其他元件，線圈一般也不允許直接與左母線相聯。2024/1/15規那么2：除有跳轉指令外，一般某編號的線圈在梯形圖中只能出現一次。規那么3：在梯形圖中的觸點應畫在水平線上，不應畫在垂直線上，這是因為這種形式的梯形圖無法用指令語句編程，應改畫成能夠編程的形式。2024/1/15規那么4：繪制梯形圖時，應按照“上重下輕、左重右輕〞的原那么進行。即當幾條支路并聯時，串聯觸點多的應畫在上面；幾個電路塊串聯時，并聯觸點多的電路塊應畫在左邊。按照這個原那么繪制的梯形圖符合“從左到右、自上而下〞的程序執行順序，并易于用指令語句編程。規那么5：輸入繼電器的線圈由輸入端子上的外部信號驅動，因而輸入繼電器的線圈不應出現在梯形圖中。梯形圖中輸入繼電器觸點的通斷取決于外部信號。2024/1/159.3.2梯形圖的經驗設計法經驗設計法是沿用設計繼電接觸器控制電路的方法來設計梯形圖，即在一些典型的繼電接觸器控制電路的根底上，根據被控對象對控制系統的具體要求，不斷修改和完善梯形圖。經驗設計法在設計時無普遍規律可循，設計的質量與設計者的經驗有很大的關系。經驗設計法可用于較簡單的梯形圖設計，如一些繼電接觸器根本控制電路的設計。2024/1/15圖示為電動機直接起動控制的梯形圖及輸入輸出波形圖。按下起動按鈕，輸入繼電器X400接通，其常開觸點閉合，輸出繼電器Y430接通，Y430的常開觸點閉合自鎖。按下停機按鈕，輸入繼電器X401接通，其常閉觸點斷開，輸出繼電器Y430斷開。2024/1/15圖示為電動機正反轉控制的PLC端子分配、外部接線及梯形圖。SB1、SB2和SB3分別是正反轉起動和停機按鈕。FR是熱繼電器的保護觸點，用它在PLC外端直接通斷正反轉接觸器KM1、KM2的電源更為可靠。X400和X401的常閉觸點用來實現按鈕聯鎖，Y430和Y431的常閉觸點用來實現Y430和Y431的聯鎖。為確保在任何情況下兩個接觸器都不會同時接通，除以上的軟件聯鎖外，還在PLC的外部設置了由KM1和KM2常閉觸點實現的硬件聯鎖。2024/1/15在電動機正反轉控制梯形圖的根底上，很容易設計出電動機的正反轉控制且能實現Y－△降壓起動控制的梯形圖，如下圖。當正反轉起動時由Y430和Y431的觸點并聯接通Y432，使KM3通電，實現電動機繞組的Y形聯接。同時，T450線圈接通開始延時，當延時時間到2s時，T450輸出，其常閉觸點翻開，斷開Y432而