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PLC编程入门基础知识docx
第一章可编程控制器简介
可编程序控制器,英文称ProgrammableController,简称PC。
但由于PC容易和个人计算机(PersonalComputer)混淆,故人们仍习惯地用PLC作为对编程序控制器的缩写。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电了系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统屮的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特別是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形彖、直观、方便易学;调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC后,只需按说明书的提示,做少疑的接线和简易的用户程序编制工作,就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
一、PLC的结构及各部分的作用
PLC的类型繁多,功能和指令系统也不尽和同,但结构与工作原理则人同小异,通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分纽成。
PLC的硬件系统结构如卜•图所示:
图1-1-1
1、主机
主机部分包括中央处理器(CPU)、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。
CPU是
PLC的核心,它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理,即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作,将结果送到输出端,并响应外部设备
(如电脑、打印机等)的请求以及进行各种内部判断等。
PLC的内部存储器有两类,一类是系统程序存储器,主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序,系统程序已由厂家固定,用户不能更改;另一类是用户程序及数据存储器,主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。
2、输入/输出(I/O)接口
I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。
输入接口接受输入设备(如按钮、传感器、触点、行程开关等)的控制信号。
输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备(如接触器、电磁阀、指示灯等)。
I/O接口一般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰,从而提高了可靠性。
I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标,通常小型机有几十个点,中型机有几百个点,大型机将超过千点。
3、电源
图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源,通常也为输入设备提供肓流电源。
4、编程
编程是PLC利用外部设备,用户用來输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。
通过专用的PC/PPT电缆线将PLC与电脑联接,并利用专用的软件进行电脑编程和监控。
5、输入/输出扩展单元
I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基木单元(即主机)连接在一起。
6、外部设备接口
此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联,以完成相应的操作。
实验装置提供的主机型号有西门子S7-200系列的CPU224(AC/DC/RELAY)。
输入点数为14,输出点数为10;CPU226(AC/DC/RELAY),输入点数为26,输出点数为14。
二、PLC的工作原理
PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。
即在PLC运行时,CPU根据用八按控制要求编制好并存于用八存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束。
然后重新返冋第一条指令,开始下-•轮新的扫描。
在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
PLC在输入采样阶段:
首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器屮的输入端子的通断状态或输入数据读入,并将其写入各对应的输入状态寄存器屮,即刷新输入。
随即关闭输入端口,进入程序执行阶段。
PLC在程序执行阶段:
按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算和处理后,其结果再写入输出状态寄存器屮,输出状态寄存器屮所有的内容随着程序的执行而改变。
输出刷新阶段:
当所有指令执行完毕,输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中,并通过一定的方式(继电器、品体管或品闸管)输出,驱动相应输出设备工作。
三、PLC的程序编制
1、编程元件
PLC是采用软件编制程序來实现控制要求的。
编程时要使用到各种编程元件,它们可提供无数个动合和动断触点。
编程元件是指输入寄存器、输出寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。
PLC内部这些存储器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似,也有“线圈”与“触点”,但它们不是“硬”继电器,而是PLC存储器的存储单元。
当写入该单元的逻辑状态为“1”吋,则表示相应继电器线圈得电,其动合触点闭合,动断触点断开。
所以,内部的这些继电器称Z为“软”继电器。
S7-200系列CPU224、CPU226部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示
表1-1-1
元件名称
符号
编号范围
功能说明
输入寄存器
I
10.0〜11.5共14点
接受外部输入设备的信号
输出寄存器
Q
Q0.0〜Q1.1共10点
输出程序执行结果并驱动外部设备
位存储器
M
M0.0〜M31.7
在程序内部使用,不能提供外部输出
定时器
256(T
0〜
1255)
TO,T64
保持型通电延时1ms
T1〜T4,T65〜T68
保持型通电延吋10ms
T5〜T31,T69〜T95
保持型通电延时100ms
T32,T96
ON/OFE延时,1ms
T33〜T36,T97〜
T100
ON/OFF延时,10ms
T37〜T63,T101〜
T255
ON/OFF延时,100ms
计数器
C
C0-C255
加法计数器,触点在程序内部使用
高速计数器
HC
HCO〜HC5
用來累计比CPU扫描速率更快的事件
顺控继电器
S
S0.0〜S31.7
捉供控制程序的逻辑分段
变量存储器
V
VBO.0〜VB5119.7
数据处理用的数值存储元件
局部存储器
L
LBO.0〜LB63.7
使用临时的寄存器,作为暂吋存储器
特殊存储器
SM
SMO.0〜SM549.7
CPU与用户之间交换信息
特殊存储器
SM(只读)
SMO.0〜SM29.7
接受外部信号
累加奇存器
AC
ACO〜AC3
用來存放计算的中间值
2、编程语言
所谓程序编制,就是用户根据控制对象的要求,利用PLC厂家提供的程序编制语言,将一个控制要求描述出來的过程。
PLC最常川的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言,且两者常常联合使用。
1)梯形图(语言)
梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而來的图形语言。
它是借助类似丁•继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号,根据控制耍求联接阳成的表示PLC输入和输出Z间逻辑关系的图形,直观易懂。
梯形图中常丿IJ卄井图形符号分别表示PLC编程元件的动合和动断触点;
用()表示它们的线圈。
梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别。
触点和线圈等组成的独立电路称为网络,用编程软件生成的梯形图和语句表程序中有网络编号,允许以网络为单位给梯形图加注释。
梯形图的设计应注意到以下三点:
1梯形图按从左到右、自上而下地顺序排列。
每一逻辑行(或称梯级)起始于左母线,然后是触点的串、并联接,最后是线圈。
2梯形图屮每个梯级流过的不是物理电流,而是“概念电流”,从左流向右,具两端没有电源。
这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。
3输入寄存器用于接收外部输入信号,而不能rflPLC内部具它继电器的触点來驱动。
因此,梯形图屮只出现输入寄存器的触点,而不出现具线圈。
输出寄存器则输出程序执行结果给外部输岀设备,当梯形图屮的输出寄存器线圈得电时,就有信号输出,但不是肓接驱动输出设备,而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。
输出寄存器的触点也可供内部编程使用。
2)指令语句表
指令语句表是一种用指令助记符來编制PLC程序的语言,它类似于计算机的汇编语言,但比汇编语言易懂易学,若干条指令组成的程序就是指令语句表。
一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。
下例为PLC实现三相鼠笼电动机起/停控制的两种编程语言的表示方法:
图1-1-2
第二章基本指令简介
S7-200的S1MAT1C基本指令简表:
助记符
节点命令
功能说明
LD
N
装载(开始的常开触点)
LDN
N
取反后装载(开始的常闭触点)
A
N
与(串联的常开触点)
AN
N
取反后与(串联的常闭触点)
0
N
或(并联的常开触点)
ON
N
取反后或(并联的常闭触点)
EU
上升沿检测
ED
下降沿检测
=
N
赋值
S
SB1T,N
置位一个区域
R
S_BIT,N
复位一个区域
SHRB
DATA,S_B1T,N
移位寄存器
SRB
OUT,N
字节右移N位
SLB
OUT,N
字节左移N位
RRB
OUT,N
字节循环右移N位
RLB
OUT,N
字节循环左移N位
TON
Txxx,TP
通电延时定时器
TOF
Txxx,TP
断电延时定时器
CTU
Cxxx,PV
加计数器
CTD
Cxxx,PV
减计数器
END
程序的条件结束
STOP
切换到STOP模式
JMP
N
跳到指定的标号
ALD
电路块串联
OLD
电路块并联
(其他指令见附表)
一、标准触点指令
LD动合触点指令,表示一个与输入母线相连的动合触点指令,即动合触点逻辑运算起始。
LDN动断触点指令,表示一个与输入母线相连的动断触点指令,即动断触点逻辑运算起始。
A与动合触点指令,用于单个动合触点的串联。
AX与非动断触点指令,用于单个动断触点的串联。
0或动合触点指令,用于单个动合触点的并联。
ON或非动断触点指令,卅于单个动断触点的并联。
LD、LDN、A、AN、0、0"触点指令中变量的数据类型为布尔(BOOC)型。
LD、LDN两条指令用于将接点接到母线上,A、AN、0、ON指令均口J多次重复使用,但当需要对两个以上接点串联连接电路块的并联连接时,要用后述的OLD指令。
步序
指令
器件号
步序
指令
器件号
0
LD
T0.0
5
=
Q0.3
1
AN
TO.1
6
=
Q0.4
2
0
10.2
7
AN
10.5
3
A
TO.3
8
二
Q0.5
4
ON
10.1
二、串联电路块的并联连接指令OLD
两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块。
串联电路块并联连接时,分支开始用LD、LDN指令,分支结束用OLD指令。
OLD指令与后述的ALD指令均为无冃标元件指令,而两条无冃标元件指令的步长都为一个程序步。
OLD有时也简称或块指令。
三、并联电路的串联连接指令ALD
两个或两个以上接点并联电路称为并联电路块,分支电路并联电路块与前面电路串联连接时,使用ALD指令。
分支的起点用LD、LDN指令,并联电路结束后,使用ALD指令与前面电路串联。
ALD指令也简称与块指令,ALD也是无操作冃标元件,是一个程序步指令。
四、输出指令=
1、=输出指令是将继电器、定时器、计数器等的线圈与梯形图右边的母线直接连接,线圈的右边不允许有触点,在编程中,触点以重复使用,H类型和数量不受限制。
五、置位与复位指令S、R
S为置位指令,使动作保持;R为复位指令,使操作保持复位。
从指定的位置开始的N个点的寄存器都被置位或复位,N二1〜255如果被指定复位的是定时器位或计数器位,将清除定时器或计数器的当前值。
六、跳变触点EU,ED
正跳变触点检测到一次正跳变(触点的入信号由0到1)时,或负跳变触点检测到一次负跳变(触点的入信号由1到0)时,触点接通到一个扫描周期.正/负跳变的符号为EU和ED,他们没有操作数,触点符号中间的”P”和”N”分别表示正跳变和负跳变
七、空操作指令NOP
NOP指令是一条无动作、无目标元件的一个序步指令。
空操作指令使该步序为空操作。
用NOP指令可替代己写入指令,可以改变电路。
在程序屮加入NOP指令,在改动或追加程序时可以减少步序号的改变。
八、程序结束指令END
END是一条无目标元件的一序步指令。
PLC反复进行输入处理、程序运算、输出处理,在程序的最后写入END指令,表示程序结束,直接进行输出处理。
在程序调试过程中,可以按段插入END指令,可以按顺序扩人对各程序段动作的检杳。
采用END指令将程序划分为若干段,在确认处于前而电路块的动作止确无误Z后,依次删去END指令。
耍注意的是在执行END指令时,也刷新监视时钟。
第三章可编程控制器梯形图编程规则
一、编程的几个步骤
(一)决定系统所需的动作及次序。
当使用可编程控制器时,最重耍的一坏是决定系统所需的输入及输出。
输入及输出要求:
(1)笫一步是设定系统输入及输出数目。
(2)笫二步是决定控制先后、各器件相应关系以及作出何种反应。
(二)对输入及输出器件编号
每一•输入和输出,包括定时器、计数器、内置寄存器等都有一个唯一的对应编号,不能混用。
(三)iini出梯形图。
根据控制系统的动作要求,画出梯形图。
梯形图设计规则
(1)触点应画在水平线上,并月•根据自左至右、自上而下的原则和对输出线圈的控制路径來画。
(2)不包含触点的分支应放在垂直方向,以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径。
(3)在有儿个串联回路相并联时,应将触头多的那个串联回路放在梯形图的最上面。
在有儿个并联回路相串联时,应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左血。
这种安排,所编制的程序简洁明了,语句较少。
(4)不能将触点画在线圈的右边。
(四)将梯形图转化为程序
把继电器梯形图转变为口J编程控制器的编码,当完成梯形图以后,下一步是把它的编码编译成可编程控制器能识别的程序。
这种程序语言是由序号(即地址)、指令(控制语句)、器件号(即数据)组成。
地址是控制语句及数据所存储或摆放的位置,指令告诉可编程控制器怎样利川器件作出相应的动作。
(五)在编程方式下用键盘输入程序。
(六)编程及设计控制程序。
(七)测试控制程序的错误并修改。
(八)保存完整的控制程序。
一、认识梯形图符号和继电器控制原理图符号的区别:
1电器控制原理屮的原件符号,有常开触点、常闭触电和线圈,为了区别它们,在有关符号上标注了,例如:
KM、KA、KT等字母来表示不同的器件,但其触头的数量是受限制。
而PLC梯形图屮也有常开、常闭触电,在其边上同样可标注X、Y、M、S、T、C等以示不同的软器件。
它最大的优点是:
同一标记的触点在不同的梯级中,可以反复的出现。
而继电器则无法达到这一效果。
而线圈的使用是相同的,及不同的线圈只能出现一次。
2、编程元件的分类:
编程元件分为八大类,X为输入继电器、Y为输出继电器、M为辅助继电器、S为状态继电器、T为定时器、C为计时器、D为数据寄存器和指针(P、I、N)o关于各类元件的功用,各种版本的PLC书籍均有介绍,故此不再进行详细的介绍了。
但一定要清楚各类元件的功能。
编程元件的指令有两部分组成:
例如,LD(功能含意)X000
(元件地址),即:
LDX000,LDIY000。
3、熟识PLC基本指令:
LD(取常开)、LDI(取常闭)、OUT(输出)指令,以电工的说法前者是常开、后者为常闭。
这两条指令最常用于每条电路的第一个触点(即左母线第一个触点),当然它也能在电路与其它并联中的第一个触点中出现。
左边的纵线成为做母线,右母线可以不表示。
该图有三个梯级;第一梯级:
左边第一个触点为常开,上标为X0,X表示为输入继电器,其后的是000数据可以这样认为它使用的是输入继电器中的编号为第000的触点(下同)。
其指令的正确表示应为(如:
0LDX000前头的0即为第0步开始,指令输入时无须理会,它自己会自动按顺序显示出)。
第2梯级;左边的第一个触点为常闭触点,上标为TO,T表示定时器(有时间长短不同,应注意)0则表示定时器屮的编号为0的触点。
其指令的正确表示应为:
2、LDIT0(如程序所示)第三梯级;左边第一个触点为常闭,上标为MO,M为辅助继电器(该继电器有多科注意型号类别),其指令的正确表示应为:
4LDIMO(如程序所示)。
本梯级的第二行第一个触点为常开,上标为Y000,Y表示输出继电器,由于该触点与后面Y001触点呈串联关系,形成了所谓的电路“块”,故而其触点的指令应为5、LDYOOOo总之LD与LDI指令从上面可以看出,它们均是左母线每一梯级第一触点所使用的指令。
而梯级屮的支路(即第三梯级的第2行)有两个或两以上触点呈串联关系,其第一触点同样按LD或LDI指令。
可使用LD.LDI指令的元件有:
输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、定时器T、计数器C、状态继电器S。
OUT为线圈驱动指令,该指令不能出现在左母线第一位。
驱动线圈与线圈不能串联,但可并联。
同一驱动线圈只能出现一次,并安排在每一梯级的最后一位。
如上图中的1、OUTY0003、OUTY001,Y为输出继电器,其线圈一旦接获输出信号,可以这样认为,线圈将驱动其相应的触点而接通外部负载(外部负载多位接触器、中间继电器等)。
而上图8、OUTTOK40为定时器驱动线圈指令,其中的K为常数40为设定值(类似电工对时间继电器的整定)可使用OUT指令元件:
输出继电器Y、辅助继电器M、定时器T、计数器C、状态继电器S。
(2)触电的串联指令AND(与的关系)ANI(与非的关系),前者为常开、后者为常闭,二者均用于单个触点的串联。
两者之间可重复出现,不受限制.
市第1梯级来看;X000、TO、Y001三触点成串联关系,即T0的常闭串接于X000的后端,而Y001的常闭则串接于T0常闭的后端。
由于都是常闭故用ANI指令。
现来看第2梯级;X000、MO、Y001,同样三触点也是串联关系,M0的常闭接点串接于X001的后端,而Y000的常开接点则串接于M0的后端。
故M0的指令用ANI,而Y000的指令则用AND(具体编程详上图)一句话只要是串联后面是常开的用AND,是常闭的则用ANI。
可使用AND、ANI指令元件有:
输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、定时器T、计吋器C、状态继电器So
(3)触点并联指令OR或0RI;触点并联时,不管梯级中有几条支路只要是单个触点与上一支路并联,是常开的用OR,是常闭的则用0RI。
可以看出图中X000、X001、M0三者处于并联关系。
由于X000下面二条支路均为单个触点,因X001是常开触点,故用OR指令。
而M0是常闭触点,则用0RI指令。
三接点并联后又与Ml串联,串联后又与Y000并联,而Y000也是单个触点,所以仍采用OR指令。
可使用OR、0RI指令元件有:
输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、定时器T、计数器C、状态继电器S。
(4)串联电路块的并联指令ORB(或);任意梯级中有多(或单支路)支路与上一级并联,只要是本支路中是二个以上的触点成串联关系(即所谓的:
串联电路块),则应使用ORB指令。
市于第一支路X003的常开触点与Ml的常开触点成串联关系,(在这样的情况下,形成了块的关系),它是与上一行的X000与M0串联后相并联,此吋程序的编写,如步序号0、1、2、3、4所示。
4所出现的第一个ORB指的是遇上一行并。
而第二支路,常闭Y001与M2同样是串联关系。
也是一个块结构,其串联后再与第一支路并。
故步序7再次出现ORB。
ORB指令并无梯形图与数据的显示。
可以这样认为;它是下一行形成电路块的情况下与上一行并联的一条垂直直线(如图屮所的二条粗线)。
(5)并联电路块与块之间的串联指令ANB;如左下图虚线框内所示的二电路块相串,各电路块先并好后再用ANB指令进行相串。
左图的梯形图可以用有图进行简化。
程序的编写如下图所示。
ANB指令并无梯形图与数据的显示。
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