1、目錄第一章 緒論1第一節(jié) PLC的基本概念和結(jié)構(gòu)1第二章 PLC的硬件與工作原理5第一節(jié) PLC的硬件5第二節(jié) PLC的工作原理6第三章 程序編寫與調(diào)試8第一節(jié) 程序編寫8第二節(jié) 程序調(diào)試15心得體會17參考文獻18第一章 緒論第一節(jié) PLC的基本概念和結(jié)構(gòu)一 PLC的基本概念現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速反應，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為滿足這一要求，生產(chǎn)設備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具備極高的可靠性和靈活性，可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC正是順應這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。PLC應

2、用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)廣泛的應用在各種機械設備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC在其他領域，例如民用和家庭自動化的應用已得到了迅速的發(fā)展。它不僅是單機自動化中應用最廣的控制設備，在大型工業(yè)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中也占有不可動搖的地位，PLC應用程度之廣、普及程度之高，是其他計算機控制設備無法比擬的。國際電工委員會（IEC）對PLC作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令、并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程，可編程序控制器及其有關設

3、備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。由以上定義可以看出，PLC是一種用程序里改變控制功能的工業(yè)控制計算機，除了各種各樣的控制功能外，還有與其它計算機通和信聯(lián)網(wǎng)的功能。此實驗是以三菱公司的PLC為基礎而進行實驗的。二 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（見圖1-1）.PLC的特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務。（一）CPU模塊CPU主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當于認得大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出；存儲器用來存儲程序和數(shù)據(jù)。并存入規(guī)定的寄存器中，同時，

4、診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關電路。它確定了進行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。圖1-1 PLC基本結(jié)構(gòu)CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。CPU的運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。CPU的寄存器參與運算，并存

5、儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU雖然劃分為以上幾個部分，但PLC中的CPU芯片實際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對CPU內(nèi)部的詳細分析已無必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。CPU模塊的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設定或控制開關。一般講，CPU模塊總要有相應的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接I/O模板或底板，有內(nèi)存接口，用于安裝內(nèi)存，有外設口，用于接外部設備，有的還有通訊口，用于進行通訊。CPU模塊上還有許多設定開關，用以對PLC作設定，如設定起始工作方式

6、、內(nèi)存區(qū)等。（二）I/O模塊輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡稱I/O模塊，他們相當于人的眼、耳、鼻、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設備和CPU模塊的橋梁。PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。（三）編程器編程器是用來生成用戶程序，便用它來編輯、檢查、修改用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入好編輯指令表程序

7、，因此又叫做指令編輯器。它的體積小，價格便宜，一般用來給小型的PLC編程，或者用與現(xiàn)場調(diào)試和維護。（四）電源PLC使用AC 220V電源或DC 24V電源。內(nèi)部的開關電源為各模塊提供不同等級的直流電源。小型的PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器（例如接近開關）提供DC 24V電源，驅(qū)動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。（五）PLC的通信聯(lián)網(wǎng)PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。現(xiàn)在幾乎所有的PLC新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計算機一樣具有RS-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以

8、在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。 當然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡是各廠家專用的，PLC與計算機之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標準總線，并向標準通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機型的PLC之間、PLC與計算機之間可以方便地進行通訊與聯(lián)網(wǎng)。三 PLC的特點與應用領域（一）PLC的特點（1）可靠性高，抗干擾強 （2）功能強大，性價比高 （3）編程簡易，現(xiàn)場可修改（4）配套齊全，使用方便 （5）壽命長，體積小，能耗低 （6）系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維修方便(二)、PLC的應用領域PLC已經(jīng)廣泛地應用到很多工業(yè)部門，隨著其性能價格的不斷提高，PLC的應用范圍不斷擴大，主要由一下幾個方面：（1）

9、數(shù)字量邏輯控制 (2）運動控制 （3）閉環(huán)過程控制 （4）數(shù)據(jù)處理 （5）聯(lián)網(wǎng)通信第二章 PLC的硬件與工作原理第一節(jié) PLC的硬件一 PLC的物理結(jié)構(gòu)根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可以將PLC分為整體式、模塊式和混合式。(一) 整體式PLC整體式又叫做單元式或機箱式，它的體積小、價格低，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數(shù)又有若干規(guī)格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。（二） 模塊式PLC大、中型PLC

10、一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，它由機架和模塊組成，模塊插在模塊插座上，后者焊接在機架中的總線連接板上，有不同槽數(shù)的機架供用戶選用，如果一個機架容納不下選用的模塊，可以增設一個或數(shù)個擴展機架，各機架之間用接口模塊和電纜相連。二 CPU模塊中的存儲器存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，系統(tǒng)程序相當于個人計算機中的操作系統(tǒng)，它使PLC具有基本的智能，能完成PLC設計者的規(guī)定的各種工作系統(tǒng)程序由PLC的生廠家設計并固定化在ROM（只讀存儲器）中，用戶不能讀取。用戶程序由用戶設計，它使PLC能完成用戶要球的特定功能，用戶程序存儲器的容量以字節(jié)（B）為單位。（一） 隨機存取存儲器（RAM）用戶可以用編程裝置讀

11、出RAM中的內(nèi)容，也可以將用戶程序?qū)懭隦AM，因此RAM又叫讀/寫存儲器。RAM的工作速度高、價格便宜、改寫方便。（二）只讀存儲器（ROM）ROM的內(nèi)容只能讀出，不能寫入。三 I/O模塊各I/O點的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管（LED）顯示，PLC與外部接線的連接一般用接線端子，某些模塊使用可以拆卸的插座型端子板，不需斷開端子板上的連接線，就可以迅速的更換模塊。輸入模塊：PLC通過輸入模塊來接收和采集輸入信號，通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，PLC控制的另一類外部負載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。輸入電路中設有RC濾波電路，以防止由于輸入觸點抖動或外部干擾脈沖引起的錯

12、誤輸入信號。輸出模塊：輸出模塊的率放大元件有大功率晶體管和場效應管（驅(qū)動直流負載）、雙向可控硅（驅(qū)動交流負載）和小型繼電器，繼電器可以驅(qū)動交流負載或直流負載。輸出電流的典型值為0.52A,負載電源由外部現(xiàn)場提供。第二節(jié) PLC的工作原理可編程控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖很相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器等等。這種用計算機程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理繼電器在功能上也有某些相似之處。繼電器在控制系統(tǒng)中有功率放大、電氣隔離、邏輯運算的作用。PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)與停止（STO

13、P）狀態(tài)。在運行狀態(tài)，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序不實現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至PLC停機或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，PLC還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一共有五個階段（見圖1-2）。PLC的這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關系來看，處理過程似乎是同時完成的。在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成別的一些內(nèi)部工作。在通信服務階段，PLC與別的帶微處理器的智

14、能裝置通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當PLC處于停止（STOP）狀態(tài)時，只執(zhí)行以上的操作。PLC處于運行（RUN）狀態(tài)時，還要完成另外三個階段的操作。在PLC的存儲器中，設置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映象寄存器和輸出映象寄存器。PLC梯形圖中別的編程元件也有對應的映象存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映象寄存器。圖2-1掃描模式圖PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在程序執(zhí)行階段，當執(zhí)行指令時，從輸入映象寄存器或別的元件映象寄存器中將有

15、關編程元件的“0”/“1”狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入到對應的元件映象寄存器中。因此，各編程元件的映象寄存器（輸入映象寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU將輸出映象寄存器的“0”/“1”狀態(tài)傳送到輸出鎖存器，經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后驅(qū)動外部的負載。第三章 程序編寫與調(diào)試第一節(jié) 程序編寫一 方案確定根據(jù)對交通指揮信號燈系統(tǒng)控制要求分析，系統(tǒng)采用自動控制方式，輸入有系統(tǒng)開啟按鈕信號；輸出有東西方向、南北方向各兩組指示信號。由于每一個方向的兩組指示燈中，同種顏色的指示燈同時工作，為了節(jié)省輸出點數(shù)，可采用并聯(lián)輸出方法。由此可知，該系統(tǒng)所需的

16、輸入點數(shù)為2，輸出點數(shù)為6，全部是開關量。由于 PLC的功能強大，實現(xiàn)靈活，可擴展性好，并可根據(jù)實際需要改變功能的控制過程及方式,并可根據(jù)使用者要求在不增加或少增加硬件的基礎上開發(fā)新的控制功能，在加上良好的性價比。二 I/O分配表輸 入輸 出系統(tǒng)元件信號地址說明文字符號信號地址說明啟動按鈕X0正常工作自動控制開關HL1Y0南北紅燈HL2Y1南北綠燈HL3Y2南北黃燈HL4Y3東西紅燈HL5Y4東西綠燈HL6Y5東西黃燈圖3-1 交通燈I/O分配表三 外部接線圖圖3-2 交通燈的外部接線圖四 梯形圖五 指令表第二節(jié) 程序調(diào)試一 調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試。軟件設計及調(diào)試是基于GX-develope

17、r軟件，軟件設計好后一般先作模擬調(diào)試。模擬調(diào)試可以通過仿真軟件來代替PLC硬件在計算機上調(diào)試程序。如果有PLC的硬件，可以用小開關和按鈕模擬PLC的實際輸入信號（如起動、停止信號）或反饋信號（如限位開關的接通或斷開），再通過輸出模塊上各輸出位對應的指示燈，觀察輸出信號是否滿足設計的要求。需要模擬量信號I/O時，可用電位器和萬用表配合進行。在編程軟件中可以用狀態(tài)圖或狀態(tài)圖表監(jiān)視程序的運行或強制某些編程元件。硬件部分的模擬調(diào)試主要是對控制柜或操作臺的接線進行測試。可在操作臺的接線端子上模擬PLC外部的開關量輸入信號，或操作按鈕的指令開關，觀察對應PLC輸入點的狀態(tài)。用編程軟件將輸出點強制ON/OF

18、F，觀察對應的控制柜內(nèi)PLC負載（指示燈、接觸器等）的動作是否正常，或?qū)慕泳€端子上的輸出信號的狀態(tài)變化是否正確。聯(lián)機調(diào)試時，把編制好的程序下載到現(xiàn)場的PLC中。調(diào)試時，主電路一定要斷電，只對控制電路進行聯(lián)機調(diào)試。通過現(xiàn)場的聯(lián)機調(diào)試，還會發(fā)現(xiàn)新的問題或?qū)δ承┛刂乒δ艿母倪M。圖3-3 交通燈的硬件接線圖3-4 交通燈的調(diào)試二 程序調(diào)試中遇到的問題及解決方法問題（1）：輸完指令后執(zhí)行程序，設置好控制輸出的燈沒有完全亮。分析：說明控制該燈的步不正確或是死步。問題（2）交通燈未出現(xiàn)閃爍，并且未進入到下一步狀態(tài)分析：說明控制該步轉(zhuǎn)換條件的定時器有問題，是根據(jù)西門子的定時器來設計的，可能會有區(qū)別。解決方

19、案：查看三菱PLC參考資料，發(fā)現(xiàn)其定時器的使用與西門子的設置有區(qū)別，在三菱PLC中，定時器的設置雖是0.1999秒定時器，但可以輸入0.5秒，設置值K就是定時時間，而西門子的定時器如果是100ms的定時器則設置值K為5即為0.5秒，檢查指令表，修改K值，插入到程序中，再運行程序，所有設置輸出均正常,程序運行正確，滿足設計要求。心得體會通過這次實驗，了解了PLC在自動控制中的運用，可編程序控制器（簡稱PLC）是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動化控制裝置，它專門為工業(yè)控制而設計，具有功能強，編程簡單，使用方便等優(yōu)點，在現(xiàn)代工業(yè)自動控制中使用越來越廣泛。此實驗后，基本掌握了三菱公司FX1S型PLC的使用方法，并用其來設計簡單的自動控制過程，受益匪淺。通過這次設計實踐。我學會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實踐設計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視，當我們把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行，就是運行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。