Transcript 第九章 可编程控制器的原理及应用

第九章 可编程控制器的原理
及应用
第一节 可编程控制器的结构及工作
原理
第二节 松下FP1可编程控制器介绍
第三节 指令系统
第四节 常用控制环节的基本程序
第五节 可编程控制器系统的应用
目录
第一节
可编程控制器的结构
及工作原理
PLC的一般概念
PLC的组成
PLC的主要技术性能
返回
一、PLC的一般概念
（Programmable Logic Controller）
我们可以把PLC看成是含有很多继电器和计
数器的装置，根据需要任意选择。
输出部分
输入部分
可编程
控制器
被控设备
返回
电动机正反转PLC控制等效电路
正转线圈 反转互锁触点
正转自锁触点
正转互锁触点
反转自锁触点
正转起动按钮
停止按钮
反转起动按钮 反转线圈
返回
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系
统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编
程序的存储器，用来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的指令，
并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种
类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关
设备，都应按易于与工业控制器系统连成一个整
体、易于扩充其功能的原则设计。
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PLC的特点：
1.可靠性高、抗干扰能力强。
2.功能完善、扩充方便、组合灵活、实用
性强。
3.编程简单、使用方便、控制程序可变、
具有很好的柔性。
4.体积小、重量轻、功耗低。
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PLC的控制功能：
条件控制功能
定时／计数控制功能
步进控制功能
数据处理功能
A/D与D/A转换功能
运动控制功能
过程控制功能
扩展功能
远程I/O功能
通讯联网功能
监控功能
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二、PLC的基本组成
1. 输入部分
输入部分由输入接线端子和输入继电器线圈
组成（X）。负责收集和输入操作命令和控制
信息。
通常将输入继电器的数量称为输入点数。多
采用十六进制进行编号。（X0～XF）
2. 逻辑运算单元
它是PLC的核心，PLC中的各种控制功能都
是由这个单元通过送入程序来实现软连接。
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3. 输出部分
输出部分由输出接线端子和输出继电器的
一个动合触点组成（Y）。负责连接和驱动
外部负载和被控对象。
通常将输出继电器的数量称为输出点数。
返回
三、PLC的主要性能
1．I／O总点数
I/O总点数是衡量PLC可接收输入信号（I）
和输出信号（O）的数量。PLC的输入、输出
有开关量和模拟量两种。
2．用户程序存储容量
用户程序存储容量是衡量可存储用户应用
程序多少的指标，通常以字或K字为单位。约
定16位二进制数为一个字（即两个8位的字
节），每1024个字为1K字。
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3．编程语言
编程语言一般有梯形图、语句表、控制系统
流程图等几种，因PLC不同而异。
4．编程手段
手持编程器、CRT编程器、计算机编程分别
为小型、中型及大型PLC的编程装置。
5．指令执行时间
指令执行时间是指CPU执行基本指令所需的
时间，一般为每步几至几十微秒。
6．扫描速度
扫描速度是指扫描1K字用户程序所需的时
间，通常以ms/K字为单位。
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7．指令系统
指令系统的指令种类和数量是衡量PLC的软
件功能强弱的重要指标。PLC的指令一般可分
为基本指令和高级指令两部分。
8．内部继电器的种类和数量
PLC的内部继电器是指内部辅助继电器、定
时器/计数器、移位寄存器、特殊功能继电器等。
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第二节 松下FP1可编程控制器
介绍
FP1产品简介
PLC的基本技术指标
FP1系列PLC的主要性能
返回
一、FP1产品简介
FP1是一种近代功能非常强的小型机，该
产品系列有紧凑小巧的C14型与C16型，还有
具有高级处理功能的C24、C40、C56、C72
型等多种规格。在大写字母C后面的阿拉伯
数字是表示该种型号可编程控制器的输入、
输出点数之和。
例如C40即表示该种型号的可编程控制器
有40个I/O点。其中24个输入点，16个输出点。
由于FP1系列可编程控制器的输入／输出点
数较少，所以FP1系列属小型机。
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二、PLC的基本技术指标
1．编程语言
FP1系列PLC用得最多的编程语言是梯形
图语言和指令表。编程语言的种类越多，用
户编程越灵活。
2．用户存储器容量
用户存储器又称程序存储器，用来存储通过
编程器输入的用户程序。用户程序的容量大
小主要取决于被控对象的复杂性。
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3．扫描速度
它是用每执行一千条（准确地说是1024步）
指令所需要的时间来估算的，单位用ms/K字，
4．I/O总数
I/O总数又称I/O能力，也就是输入及输出点
数总数量。
5．指令条数
这是衡量PLC软件功能强弱的主要指标。
PLC具有的指令种类越多，说明其软件功能越
强。
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6．内部寄存器
PLC内部有许多寄存器用以存放变量状态、
中间结果、数据等。这些辅助寄存器常可以给
用户提供许多特殊功能，以简化整个系统设计。
因此寄存器的配置情况是衡量PLC硬件功能的
一个指标。
7．高功能模块
高功能模块可实现某一种特殊的功能。高功
能模块的多少，功能强弱常是衡量PLC产品水
平高低的一个重要指标。
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三、FP1系列PLC的主要性能
1. FP1的I／O分配
X、WX为I/O区的输入继电器，可直接与
输入端子传递信息。Y、WY为I/O区的输出
继电器。
X   
位址 （用十六进制数表示）
寄存器地址（用十进制数表示）
如：X100即寄存器WX10中的第0号位，X10F即
寄存器WX10中的第F号位。
输出继电器Y的编址规律也与此相同。
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2. 特殊功能继电器
内部继电器（R）
R继电器，不能提供外部输出，只能在
PLC内部使用，其地址是R0～R62F。
定时器（T）
定时器（T）的触点是定时器指令（TM）
的输出。如果定时器指令定时时间到，则与其
同号的触点动作。
计数器（C）
计数器（C）的触点是计数器指令（CT）
的输出。如果计数器指令计数完毕，则与其同
号的触点动作。
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四、FP编程器
编程器是PLC的重要外部设备，将用户所希
望的功能通过编程语言编程，由编程器将程序
送到PLC的用户程序存储器中去。
1. 简易编程器简易编程器，
2. 图形编程器图形编程，
3. 计算机编程器 。
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第三节
指令系统
PLC编程语言概述
基本指令
返回
一、PLC编程语言概述概述
1．梯形图语言
梯形图就是按照控制逻辑的要求和连接规则
将这些图形符号进行组合或排列所构成的表示
PLC输入、输出之间逻辑关系的图形。
（1）梯形图中的符号
常开触点
常闭触点
线圈
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（2）梯形图编程的格式与特点
每个梯形图由多层梯级（或称逻辑行）组
成，每层梯级（即逻辑行）起始于左母线，经
过触点的各种连接，最后通过一个继电器线圈
终止于右母线。每一逻辑行实际上代表一个逻
辑方程。
2．语句表语言
语句表是由若干条语句组成的程序，每条语
句由操作码和操作数两部分组成。操作码用助
记符表示，告诉CPU要进行什么操作。
返回
二、基本指令
1．初始加载(T)、初始加载非(ST/)及输出(OT)
ST：从母线开始以动合触点开始一逻辑运算。
ST/：从母线开始以动断触点开始一逻辑运算。
OT：将运算结果输出到指定触点。
指 令
ST、OT
ST/ 、OT
梯 形 图
语 句 表
0 ST X1
1 OT Y0
0 ST/ X1
1 OT Y1
返回
该指令不能直接从母线开始（应用步进指令时
除外）。
该指令不能串联使用，在梯形图中位于一个逻
辑行的末尾，紧靠右母线。
该指令连续使用，相当于继电器线圈并联。
可编程控制器如未进行输出重复使用的特别设
置，对于某个输出继电器只能用一次OT指令，
否则，可编程控制器按出错对待。
返回
例1、写出图示梯形图指令的语句表。
解：
逻辑解算是按梯形图从上到
下、从左至右的顺序进行的。
0
1
2
3
4
5
6
ST
OT
ST/
OT
OT
ST
OT
X0
Y0
X1
Y1
R1
R1
Y2
X0闭合
Y0接通
X1断开
Y1接通
R1接通
R1触点闭合
Y2接通
返回
2．非（/）、与（AN）、与非（AN/）指令
/：将该指令处的运算结果求反。
AN：串联动合触点时的连接指令。
AN/：串联动断触点时的连接指令。
指令
AN
AN/
梯 形 图
语句
0 ST
1 AN
2 OT
3 ST
4 AN/
5 OT
表
X1
X2
Y3
Y3
X1
R1
返回
例2、 画出语句表所对应的梯形图。
ST X0
AN X1
OT Y0
/
OT Y1
解：
X0 X1
Y0
Y1
返回
3．或（OR）、或非（OR/）指令
OR、OR/ 用于单个触点与前面电路的并联，
OR：并联动合触点的连接指令。
并联点的左端从母线（或ST、ST/点）开始，右
OR/：并联动断触点时的连接指令。
端与前面一条指令对应触点的右端相连。
指令
梯 形 图
语 句 表
OR
0 ST X3
1 OR Y4
2 OT Y4
OR/
0 ST X3
1 OR/ X4
2 OT Y5
返回
例3、写出图示梯形图对应的语句表。
解：
ST X4
并
OR X6
OR/ R3 联
OT Y5
ST/ Y5
AN X7
并
OR R4
联
AN/ X8
OR R5
OT R4
返回
4．组与（ANS）指令、组或（ORS）指令
ANS：实现多个电路块串联连接指令。
ORS：实现多个电路块并联连接指令。
指
令
ANS
梯 形 图
语 句 表
0 ST X3
1 OT Y4
2 OT Y4
3 OR/ X3
4 ANS
5 OT Y0
返回
指
令
ORS
梯 形 图
语 句 表
0
1
2
3
4
5
ST/ X3
OR/ X4
OT Y5
AN/ X3
ORS
OT Y6
ORS指令与ANS指令，后边不用跟元件号。
返回
例4、写出梯形图对应的语句表。
解：
ST X0
ST X4
OR X1
OR X5
ST X2
ANS
OR/ X3
OT Y0
多组触点块串
联时，需多次使
用ANS将它们串
联在一起。
ANS
返回
5．上升沿微分（DF）、下降沿微分（DF/）指令
DF：当检测到触发信号的上升沿时，触点仅接通
一个扫描周期。
如果在FP1的第一次扫描期间，触点已经接
通，则不执行DF指令；同理如果触点已经断开，
DF/：当检测到触发信号的下降沿时，触点仅接
则DF/ 指令也不执行。
通一个扫描周期。
梯 形 图
语 句 表
0 ST X0
1 DF
2 OT Y0
3 ST X1
4 DF/
5 OT Y1
时 序 图
X0
X1
Y0
Y1
1个扫描周期
返回
例5、已知自保持电路和输入信号图所示，
试画出输出线圈Y0的时序图。
解：
X0
X1
R0
Y0
R0′
Y0′
当X0由断开变为接通
当X1接通时，DF接通
时，DF接通一个扫描周期，
一个扫描周期，使R0线圈
使Y0线圈接通，触点闭合，
接通，R0动断触点断开，
保持线圈接通。
Y0线圈失电。
返回
6．置位（SET）和复位（RST）指令
SET：保持继电器触点接通。
RST：保持继电器触点断开。
梯 形 图
语 句 表
0
1
4
5
ST X0
SET Y0
ST X1
RST Y0
时 序 图
X0
X1
Y0
返回
当控制触点闭合时，执行SET指令，之后不
管控制触点如何变化，输出继电器接通并保持。
当控制触点闭合时，执行RST指令，之后不
管控制触点如何变化，输出继电器断开并保持。
和OT指令不同的是对于编号相同的输出继电
器（Y和R）可以重复使用SET和RST指令，
次数不限。
当使用SET和RST指令时，输出的结果随程
序运行过程中每一阶段的执行结果而变化。
返回
7．空操作（NOP）指令
NOP：空操作，PLC不产生任何动作。
NOP指令不执行任何操作，在编程时插入该指
令便于程序的检查和修改。
指 令
NOP
梯 形 图
语句表
0 ST X1
1 NOP
2 OT Y0
返回
8．保持（KP）指令
KP：使指定的继电器输出接通并保持或者断开。
当负责置位的控制触点闭合时，由KP指令所
指定的输出继电器接通并保持，这个状态一直保
梯 形 图
语句表
时 序 图
持到复位控制触点闭合为止。当负责复位的控制
触点闭合时，指定的输出继电器断开。
0 ST X0
X0
1 ST X1 X1
若负责置位的控制触点和负责复位的控制触点
2
KP
Y0
同时闭合，则复位触发优先。 Y0
当X0接通时，输出继电器Y0接通并保持，
因此KP指令的此输入端称置位端；当X1接通
时，输出继电器Y0断开，因此KP指令的此输
入端称复位端。
返回
9．0.01s定时器(TMR)、0.1s定时器(TMX)、1s
定时器(TMY)指令
TMR：以0.01s为单位设置延时接通定时器。
TMX：以0.1s为单位设置延时接通定时器。
TMY：以1s为单位设置延时接通定时器。
定时器的预置时间（也就是延时时间）为：
预置时间单位×预置值
预置时间单位分别为：R=0.01s，X=0.1s，
Y=1s。预置值只能用十进制数给出，编程格式
是在十进制数的前面加大写英文字母“K”。
返回
梯 形 图
语 句 表
0 ST X0
X 4
1 TMX
K 30
4 ST T4
5 OT Y0
TMX
X0
30×0.1＝3s
T4
3s
Y0
返回
例6、已知梯形图和输入信号X0如图所示，写出
对应语句表。根据分析画出输出信号Y0和Y1。
TMX
X0
T0
T1
Y0
Y1
3s
2s
TMX
解：
ST X0
TMX 0
K 30
TMX 1
K 20
ST T0
OT Y0
ST T1
OT Y1
返回
10．计数器（CT）指令
CT：减预置数计数器。
梯 形 图
语 句 表
0 ST X0
1 ST X1
2 CT 100
K 6
5 ST C100
6 OT Y0
时 序 图
X0
X1
C100
Y0
计数器编号
计数器预置值
十进制常数
同一程序中同一编号只能使用一次。
返回
11．结束（ED）指令
ED：表示主程序结束。
＊ ED只能用于主程序区。
12. 跳转（JP）和标号（LBL）指令
当控制触点闭合时，跳转到和JP序号相同的
LBL处，不执行JP到LBL之间的程序。
13. 子程序调用（CALL）、子程序进入（SUB）
和子程序返回（RET）指令
CALL：调用与其后序号对应的子程序。
SUB：表示子程序开始。
RET：子程序结束并返回到调用此子程序的
CALL指令的下一条指令处。
返回
第四节 常用控制环节的基本程序
PLC编程特点和梯形图语言
编程的基本要求
起动、保持、停止控制
多地点起动、停止控制
联锁控制
顺序步进控制
时间控制
返回
一、PLC应用编程特点和梯形图语言编
程的基本要求
1．可编程控制器的应用编程特点
采用梯形图语言编程
梯形图中使用的继电器都是所谓的“软继电
器”
要考虑输入／输出的滞后现象
返回
2．梯形图程序设计的原则和编程技巧
梯形图每一行都是从左边母线开始，线圈放
置在最右边，即与右边母线相连。在继电接触
器控制原理图中，热继电器的触点可以加在线
圈右边，而梯形图不允许。
X0 Y0 X1
线圈不能直接接在左边的母线上，如果需要
的话，可通过动断触点或常闭继电器触点连接
线圈 。
R0
Y0
返回
编程的顺序应体现“左沉右轻、上沉下轻”
的原则。即串联电路块尽量放上部，并联电路
块尽量靠近左母线 。
ST X0
ORS
X0
X1
Y0
ST X1
ANS
ST X2
OT Y0
AN X3
X2 X3
X1
X2 X3
X0
Y0
ST
AN
OR
AN
OT
X1
X2
X3
X0
Y0
返回
外部输入/输出继电器、内部继电器、定时器
和计数器的触点的取用次数无限制。
梯形图中每行串联触点和并联触点数，从原
理上讲没有限制，但如果用图形编程器要受屏
幕尺寸的限制。
在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两
次或多次称为“重复输出”，这时前面的输出无
效，最后一次输出才是有效的。通常在程序总体
检查时，编程器会提示程序错误。如果允许“重
复输出”，必须将系统寄存器NO.20设定为
“K1”。重复输出容易引起误操作，应尽量避免
线圈重复输出。
返回
不要将触点画在垂直分支上。
X1
X2
Y0
X5
X3
X4
返回
二、起动、保持、停止控制（自锁控制）
1．停止优先式
X1
X0
Y0
Y0
ST
OR
AN/
OT
X1
Y0
X0
Y0
停止按钮X0
有优先权
ST Y0
AN/ X0
OR X1
OT Y0
起动按钮X1
有优先权
2．起动优先式
X1
Y0
X0
Y0
返回
三、多地点起动、停止控制
起停按钮都并接在一起
停止按钮都串接在一起
X0
X2
X4
Y0
X1 X3 X5
Y0
起动按钮用
动合触点
停止按钮用
动断触点
返回
四、联锁控制
1．不能同时发生运动的联锁控制
X1
X0
Y2
Y1
Y1
X2
Y2
X0
Y1
Y2
Y1、Y2
不能同
时接通
返回
2．互为发生条件的联锁控制
X1
Y1
X3
Y1
X2
X4
Y1
Y2
Y1先接通、
Y2才能接
通
Y2
返回
五、顺序步进控制
联锁式顺序步进控制
Y4
Y2
Y1
Y3
Y2
Y1
Y1
闭合X2
Y2
闭合X3
Y2
Y4
Y3
Y3
Y1
Y4
只有PLC
停止运行
时输出才
能停止
初始闭合
继电器
Y3
闭合X4
Y4
返回
六、时间控制
瞬间接入－延时断开控制
X0
Y0
X0动合触
X0断开后，
Y0线圈接
点闭合，动
定时器起动，
通，动合触
断触点断开
5s后T0断开，
点闭合
Y0断电。
Y0
Y0
X0
X0
Y0
5s
返回
闪烁控制
T11定时器起
X10动合触点
4s后，T10
动，2s后T11
闭合，T10计
常开触点闭
断开，使T10
时起动。
合，Y0线
复位，Y0断
圈接通
电。
X0
Y0
4s
2s
返回
第五节 可编程控制系统的应用
电动机Y－△起动控制
三地控制一盏灯
返回
电动机星－角起动控制 X0 X1 Y2 T0 X2 Y0
X0－起动
AN X2
ST X0
X1－停止
OT Y1
OR
Y0
ST Y1
AN/
X1
X2－FR
TMX 0
AN/
Y2
Y0－星形线圈
K 30
AN/ T0
Y1－自锁
ST T0
AN/ X2
Y2－角形线圈
AN/ Y0
OT
Y0
ST Y0
OR Y1
AN/ X1
OT
ED
Y2
Y0
Y0
X1
X2 Y1
Y1
Y1
T0
TXK 30
0
Y2
（ED）
返回
三地控制一盏灯
控制要求：
用三个开关分别在三个不同的位置（每个地
方只有一个开关）控制一盏灯。在三个地方的
任何一地，利用开关都能独立地开灯和关灯，
任何一个开关改变状态（由通到断或由断到通）
都能使灯改变状态。
I/ O的分配：
输入点
X0 ―― S1(A地开关)
X1 ―― S2(B地开关)
X2 ―― S3(C地开关)
输出点
Y0 ―― 电灯
返回
如何将程序设计变得更简单呢？
将数字电路中设计组合逻辑电路的方法
应用于设计可编程控制器的应用程序中。
一般规定：
常开触点为原变量，常闭触点为反变量。
如果用“0”和“1”分别代表输入点和输出
点的状态
就可以列出三地控制一盏灯的逻辑函数
的真值表：
返回
X0的 X1
几
逻
个0 串 辑
0
触0 联 “
0
点0 ， 与
1
的0 逻 ”
1
并1 辑 相
1
联“当
1
1
或于
1”几
0
1相个
0
当触
可得：
于点
X2
0
1
1
0
0
1
1
0
Y0
0
1
0
1
0
1
0
1
ST/ X0
AN X2
AN/ X1
ORS
AN X2
ST X0
ST/ 三个开关中的任
X0
AN/ X1
AN 意一个开关状态
X1
AN/ X2
AN/ 的变化，都会引
X2
ORS
ORS起输出Y0的变化
OT Y0
ST X0
ED
AN X1
Y0 ＝X0 X1 X2  X0 X1 X2  X0 X1 X2  X0 X1 X2
返回
三地控制一盏灯的梯形图
返回
思考题：
十字路口交通灯控制编程
控制要求：
交通灯受一个起动开关控制。开关接通，系统
工作。
南北：红灯亮25s；
东西：绿灯亮20s，闪3s（闪亮周期1s，亮
0.5s，熄0.5s），黄灯亮2s。
25s后，反向工作。
返回
时序图
起动开关：
南北红灯
东西绿灯
东西黄灯
东西红灯
南北绿灯
南北黄灯
返回