可編程控制器原理及應用

ProgrammableLogicController(PLC)

ProgrammableController(PC)可編程控制器是在繼電器控制和計算機控制的基礎上，逐步發展成以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業自動控制裝置?！?

概述一、發展概況PLC可編程控制器二、PLC的品牌產品三菱：FX1S、FX1N、FX2N、Q、A系列日立：E、EC、EM、EMII、H、EH-150、MICRO-EH系列東芝：EX20EX40系列富士：NB、NJ、NS、SPB系列松下：FP0、FP1、FP2、FP2SH、FP3、FPM、FPC、FP5、

FP10、FP10S、FP10SH系列歐姆龍：CPM1A、CPM2A、C200H、CQM1、CQM1A、

CJ系列SIEMENS：SIMATICS7-200S7-300S7-400系列施耐德：Twido系列通用：GE-I系列德洲儀器：TI100系列LG：K10、K30、K60、K80、K100、K120、K120S（E）、

K200、K300、K1000系列二、PLC的品牌產品三、主要功能

1.邏輯控制可編程序控制器具有邏輯運算功能，它設置有“與”、“或“、“非”等邏輯運算指令，能夠描述繼電器觸點的串聯、并聯、串并聯、并串聯等各種連接。因此它可以代替繼電器進行組合邏輯和順序邏輯控制。

2.定時控制可編程序控制器具有定時控制功能。它為用戶提供若干個定時器并設置了定時指令。定時時間可由用戶在編程時設定，并能在運行中被讀出與修改，定時時間的最小單位也可在一定的范圍內進行選擇，因此，使用靈活，操作方便。

3.計數控制可編程序控制器具有計數控制功能。它為用戶提供若干個計數器并設置了記數指令。計數值可由用戶在編程時設定，并能在運行中被讀出與修改，有些可編程序控制器還設置了加計數、減計數兩種不同的記數方式。

4.A/D、D/A轉換大多數可編程序控制器還具有摸/數（A/D）和數/摸（D/A）轉換功能，能完成對模擬量的檢測與控制。三、主要功能

5.定位控制有些可編程序控制器具有步進電動機和伺服電動機控制功能，能組成開環系統或閉環系統，實現位置控制。

6.通信與聯網有些可編程序控制器具有聯網和通信功能，可以進行遠程I/O控制，多臺可編程序控制器之間還可以進行同位鏈接，還可以與計算機進行上位鏈接。由一臺計算機和多臺可編程序控制器可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制網絡，以完成較大規模的復雜控制。三、主要功能

7.數據處理功能大多數可編程序控制器都具有數據處理功能，能進行數據并行傳送、比較運算；BCD碼的加、減、乘、除等運算；還能進行字的按位“與”、“或”、“異或”、求反、邏輯移位、算術移位、數據檢索、比較、數制轉換等操作。隨著科學技術的不斷發展，可編程序控制器的功能還在不斷拓寬和增強。三、主要功能四、主要特點

1.可靠性高、抗干擾能力強、適用于惡劣工作環境

2.編程簡單易學

3.應用靈活方便

4.通用性強

5.具有完善的監視和診斷功能

6.體積小、重量輕、功耗小、安裝維護方便、性價比高

1）各種機械行業，可實現設備、自動線的自動化控制；

2）順序控制、過程控制、位置控制、生產過程的監控和管理、結合網絡技術；

3）數字量、模擬量的數據采集；五、應用范圍學習要求：了解可編程控制器的基本結構與基本工作原理搞清楚PLC內部等效繼電器電路的等效思路熟悉PLC的指令系統掌握PLC的編程方法和開發步驟

一、PLC的基本結構三菱PC基本單元外形CPU存儲器通用串口擴展接口電源外部設備（編程器等）擴展單元、特殊功能單元等輸入狀態寄存器輸出狀態寄存器輸入接口輸出接口現場輸入信號現場輸出信號PLC基本結構框圖§2

可編程控制器的硬件結構與工作原理

2.存儲器系統程序存儲區：存放系統軟件，固化在ROM或EPROM等只讀存儲器中。用戶程序存儲區：存放用戶程序變量（數據）存儲區：存放內部變量或數據通常采用低功耗的CMOS-RAM存儲器加備用電池，可讀寫

1.中央處理單元CPU計算和控制中心。它的性能（位數和主頻）決定了PLC的運算速度和信息處理量的大小。

3.輸入/輸出接口：是CPU連接工業現場設備的橋梁。CPU：標準電平弱電數字量外部設備：開關量、模擬量不同電壓等級的交流、直流量高速、低速信號遠程、本地信號輸入/輸出接口PC廠家為用戶提供各種類型的I/O接口電路。直流開關量輸入接口電路光耦的作用:電氣隔離，抗干擾電平轉換開關量輸入接口：將工業現場的開關量信號轉變成CPU能接受的標準邏輯電平。(圖)直流開關量輸入接口交流開關量輸入接口內部直流電源發光二極管光電耦合器輸出方式開關量輸出接口：通過該接口實現對外部設備的驅動控制繼電器輸出晶體管輸出晶閘管輸出繼電器輸出：輸出接口由繼電器構成。晶體管輸出：輸出接口由晶體管構成。晶閘管輸出：輸出接口由晶閘管構成。適于大功率、低速、交、直流負載適合于小功率、高速、直流負載適合于大功率、高速、交流負載(圖)繼電器輸出型接口電路負載電源由外部提供繼電器輸出接口電路Y0COM1晶體管輸出接口電路+5V+24V+24V或+5V

6.編程器：是PLC的主要外設。用于用戶程序的編制、編輯、調試、檢查和監視。便攜式：本身不帶CPU，只能聯機編程。體積小、重量輕、便于生產現場調試。

CRT智能式：帶有顯示屏的圖形編程器，有CPU，可聯機編程也可脫機編程，可用多種語言編程。

4.擴展接口：是用于擴展I/O單元或特殊功能單元。通用微機作為編程器：個人電腦，配上廠家提供的編程軟件和通訊線。有效利用資源。

5.電源：是PLC的供電電源一般為市電（也有24V供電的）。PLC內部設計有電路進行穩壓和變換。以適應內部電路的需要。二、PLC的基本工作原理PLC的工作方式：循環掃描工作方式掃描周期：從開始到輸出結果完成所需的時間。一般為幾毫秒~幾十毫秒。(圖)開始自診斷與編程器通信讀入現場信號執行用戶程序輸出結果STOPRUN用戶程序輸入映象寄存器輸出映象寄存器執行用戶程序輸出讀入產品檢測傳送帶如圖示，用PLC來檢測產品數量。為確保不漏檢，對PLC掃描周期有何要求？產品通過檢測點的時間間隔為：T=0.025m/(50m/60s)=30ms,所以，PLC的掃描周期必須小于30msPLC的分類按I/O點數分小型PLC：入出總點數256中型PLC：入出總點數256~2048大型PLC：入出總點數>2048按結構類型分整體式模塊式（積木式）按功能分低檔機中檔機高檔機

三、

PLC分類、主要技術指標PLC的主要技術指標入/出點數掃描速度內存容量指令條數內部元件功能模塊編程語言§3可編程控制器的軟件和用戶環境一、PLC的軟件結構軟件結構監控程序用戶程序

1.監控程序

監控程序是可編程控制器產品必須包括的部分，由生產廠家提供。其功能如下：

1）系統管理

運行管理：何時輸入、何時輸出、何時運算、何時自檢、何時通訊等進行時間上的分配管理。

程序空間的管理：生成用戶環境。

系統自檢程序：系統出錯檢驗、用戶程序語法檢驗、句法檢驗等。

2）用戶指令解釋程序編輯程序和解釋程序。

3）標準程序和系統調用

2.用戶程序

用戶在PLC提供的編程環境下編制的完成控制功能的程序。

1.用戶數據結構

1）位數據

這是一類邏輯量，其值只有“0”或“1”。

2）字數據其數制、字長有很多形式。單字或雙字、十進制（K）或十六進制(H)等。

3）位和字的混合。二、用戶環境

2、PLC的內部等效電路輸入設備輸出設備輸入部分：等效輸入繼電器。邏輯控制部分：由用戶程序實現的邏輯關系。構成邏輯電路的元件是等效編程元件。輸出部分：等效輸出繼電器。三菱F系列PLC的基本情況日本三菱的早期產品，小型機，整體式結構，包括：基本單元，擴展單元、特殊單元三種。

3.PLC的元件

用戶可以使用的輸入輸出接口、內部存儲單元——統稱元件。型號表示方法入出總點數M(基本單元)E（擴展單元）輸出類型R－繼電器輸出T－晶體管輸出S－晶閘管輸出電源種類V－100/110V交流E－220/240V交流D－24V直流FX2N—1234－FX2N--48MR主要技術指標輸入、輸出點總數：48功耗：25VA定時器：16個計數器：16個輔助繼電器：192個（64個有掉電保護）內存：890字運算速度：45us/步序（平均）指令：20條輸出形式：繼電器輸出編程元件1.輸入繼電器（X0~X7，X10~X17，X20~X27，…）注意：元件編號采用八進制輸入繼電器線圈由外部信號驅動，觸點可無限次使用。2.輸出繼電器（Y0~Y7，Y10~Y17，Y20~Y27，…）主要用于將內部邏輯結果傳遞到外部負載，每一輸出繼電器僅有一常開觸點連到輸出端子供外部負載用，同時也有軟觸點可無限次使用。3.輔助繼電器(M)

編號從M0開始

十進制編碼

通用型和掉電保護型兩種輔助繼電器僅供內部使用4.定時器（T）

編號從T0開始；十進制編碼定時器按定時時鐘的不同進行分組

延時時間由設定的K值大小確定定時器做計時功能5.計數器(C)

編號從C0開始；十進制編碼分加計數、減計數和雙向計數器分掉電保護和通用型兩種

計數值由設定的K值大小確定可對外部事件或內部脈沖進行計數。

6.特殊輔助繼電器(M)M8000：運行監視當PLC處于運行狀態時，M8000自動為“1”；反之，M8000為“0”M8002：產生初始化脈沖PLC的第一個掃描周期內，M8002為“1”，以后為“0”。M8000M8002M8012：以周期為100ms循環通斷M8030：鋰電池電壓下