第16部分可编程序控制器.ppt

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1、第16章 可编程序控制器,16.1 可编程控制器的结构和基本工作原理16.2 PLC的内部寄存器及I/O配置16.3 PLC的编程语言概述16.4 OMRON公司可编程控制器的程序,1）什么是PLC?,PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。,早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmable logic controller，略写 PLC),随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器（Programmable controller，略写PC)。为区别

2、于Personal Computer(PC)，故沿用PLC 这个略写。,16.1 可编程控制器的结构和基本工作原理,中央处理单元,存储器,数据存储器,输出接口,地址总线 控制总线,数据总线,编程单元,照明,电磁装置,执行机构,。,电源,地址总线控制总线,输入接口,模拟量输入,行程开关,继电器接点,各种开关,2）PLC的结构及工作原理,1.PLC结构示意图,2.各组成部分的作用,（2）存储器：RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。,不同型号的PLC使用不同的CPU，制造商用CPU的指令系统编写系统程序，并固化到只读存储器ROM中，CPU

3、 按系统程序赋予的功能，接收编程单元输入的用户程序和数据，存入RAM中。,CPU按扫描方式工作，从0000首址存放的第一条用户程序开始，到用户程序的最后一个地址，不停地周期性扫描，每扫描一次，用户程序就执行一次。,（3）输入、输出接口：采用光电隔离，减小了电磁干扰。输出三种形式：继电器-低速大功率可控硅-高速大功率晶体管-高速小功率,（4）各种接口、高功能模块：便于扩展。小型机：一体机。有接口可扩展。中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合。,小型机：,中、大型机：,（5）编程单元：是一台专用的微机控制器，在编程单元上有显示屏和键盘，用键盘上的按键输入用户程序，还可以调试、删改、插入这些

4、程序。,3.可编程控制器的基本工作原理,可编程控制器按循环扫描方式工作。每个循环称为一个扫描周期T。一个扫描周期要完成下列工作：,自诊断、与编程器的数据交换、输入采样、执行用户程序、输出刷新.,工作方式,微机：等待命令。,PLC：循环扫描。CPU从第一条指令开始执行，遇到结束符又返回第一条，不断循环。,这种工作方式有什么好处？,对慢速响应系统，增强了抗干扰能力。,1）输入/输出点数(I/O点数)。2）扫描速度 单位：ms/1000步 或 s/1000步3）内存容量。4）指令条数。5）内部寄存器数目。6）编程语言,4.主要技术指标,简单介绍OMRON公司C系列主要技术指标,OMRON公司C系列的

5、机型：P为小型机、H为高档机、K为功能更强型机。,OMRON公司C系列的C200H机型为例：,1）最大输入/输出点数(I/O点数)：4802）扫描速度：每条基本指令处理时间0.75-2.25 s3）数据存储容量：2000字4）指令条数：1735）编程容量：6.6K,1.抗干扰、可靠性高。2.模块化组合式结构，使用灵活方便。3.编程简单，便于普及。4.可进行在线修改。5.网络通讯功能，便于实现分散式测控系统。6.与传统的控制方式比较，线路简单。,PLC的优点,1.用于开关逻辑控制。2.用于机加工数字控制。3.用于闭环过程控制。4 用于组成多级控制系统。,PLC的 应用,16.2 PLC的内部寄存

6、器及I/O配置,PLC的内部寄存器分为：,1）输入/输出寄存器区 用于存放输入、输出信号，可直接于外部输入输出端传递信息。,2）内部辅助寄存器区 用于存放中间变量，它的作用相当于传统继电器控制电路中的中间继电器。,3）数字寄存器区 用于数据存储，存放中间结果。它只能以寄存器（16位）方式进行操作。,4）专用寄存器区 这个区域包括：定时器、计数器、标志位寄存器、内部指令寄存器。,定时器：主要起时间继电器的作用控制，用于延时,计数器：用于记录计数输入信号到来的个数,标志位寄存器：用于监测系统工作状态、产生的时钟信 号及各种标志的专用寄存器,内部指令寄存器：用于存放PLC的内部指令。,用户在对这四个

7、区进行操作时，可以以寄存器（16位）和/或接点（1位）的方式进行。,以I/O区为例：寄存器是一个16位二进制单元，16位中的每一位是一个接点，对应外部的一个输入/输出端子。,寄存器000-029共30个通道，其中000-009共10个通道，在CPU母板上。010-029位于I/O扩展板上。,PLC通过 I/O寄存器与外部设备相连，输入用于接收现场来的输入信号，一旦某输入端上的外部信号于输入电源形成回路，对应的输入继电器动作。,在OMRON公司的产品中：,寄存器采用4-6位阿拉伯数码寻址。,C200H PLC的数据区通道号分配表,16.3 PLC编程语言概述,与一般的计算机语言相比，PLC的编程

8、语言，具有明显的特点。它既不同与高级语言，也不同于汇编语言。PLC的主要用户是工程技术人员，应用场合是工业过程。因此，PLC的编程语言简单，易于编写和调试，但应用范围比较窄。,目前，各个PLC的生产厂家使用的语言互不兼容。常用的PLC使用的编程语言有梯形图语言、助记符语言和计算机高级语言，一般的小型机多使用多使用梯形图语言或指令助记符语言，本章着重介绍这两种语言。,16.3.1 梯形图语言,梯形图语言是一种图形语言，它是以继电器控制系统的电气原理图为基础演变而来的。它沿用了传统的继电器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号还加进了许多功能强、使用灵活的指令，使得编程更加容易。,梯形图语言比

9、较形象、直观，对于熟悉继电器控制系统的人来说，容易接受。世界上各个PLC的生产厂家都把梯形图语言作为第一用户编程语言。,OMRON公司梯形图语言与常用继电器动合触点、动断触点及输出线圈对照如下：,1.梯形图的语言格式：,（1）梯形图的左边为起始母线，右边为结束母线。右边结束母线可省略不画。梯形图按从左到 右、从上到下的顺序排列，每个继电器线圈 为一个逻辑行，最后是线圈输出，整个图形 呈阶梯型。,（4）继电器触点作为输入元素可使用无数次，用线 圈驱动的触点可多次用作输入，既可用动合触 点，又可用动断触点，,（5）一段完整的梯形图程序，必须用END结束,KMR,I/O分配：SB10000 SBF

10、0001 SBR 0002 KMF 0500 KMR 0501,例：三相异步电动机的正反转控制,I/O分配：SB10000 SBF 0001 SBR 0002 KMF 0500 KMR 0501,梯形图语言,16.3.2指令助记符语言,指令助记符语言是用一系列可编程控制器的操作命令组成的语句表.这些操作命令将控制逻辑关系描述出来，通过编程器将这些命令输入到可编程控制器。,可编程控制器的指令由助记符和操作数两部分组成，助记符标志计算机的CPU执行此条指令完成的功能，操作数指出CPU的操作对象（寄存器的地址、通道号、位号）。,重点介绍20条基本指令及某些用于数据传送的指令和位移指令。掌握这些指令后

11、，就可以用PLC取代继电器控制电路，完成原来用继电器控制较难实现的逻辑控制功能。,（3）立即数寻址 当立即数作为操作数时，需要在立即数前面加上“#”以示与继电器号的区别。,1）操作数的寻址方式（1）直接寻址 指令中的操作数存放于存储器中，存储器由若干个通道组成。每个通道为16个二进制数位，每位叫做一个继电起（软继电器）。在指令格式中，操作数以所在继电器的地址码形式给出，叫做直接寻址。,（2）间接寻址 数据存储区（DM）的数据访问可采用间接寻址方式，可用DM表示。将DM的内容作为操作数的实际地址。,2)基本指令,非指令：NOT梯形图：功能：对操作数求“反”，可与上述指令配合使用，用于对常闭触点的

12、操作。,结束指令：END功能：程序结束。PLC执行用户程序时，总是从第一 条开始遇到END结束。,用这些基本指令可编制出“与”、“或”混合基本逻辑控制程序。如下图,地址,23)C200H PLC的特殊功能指令,(1)分支指令和分支结束指令,a.IL前面的条件为ON时，IL-ILC之间的程序正常执行。IL前面的条件为OFF时，IL-ILC之间的程序不执行。此时，两指令间所有输出位被关断，所有定时器被复位，所有计数器、移位寄存器、保持继电器不发生变化。,IL（02）/ILC（03）（指令后的小括号内的数，表示它的指令代号）。IL（02）总是和ILC（03）一起使用，分别位于一段分支程序的首尾处。,

13、几点注意：,b.分支指令IL可以实现程序分支，用于工作方式的切换，与LD指令连用，作为支路的开始，分支结束指令ILC作为支路返回信号，IL-ILC指令成对使用。,C.分支不允许嵌套（如IL-IL-ILC-ILC），但允许不成对出现（IL-IL-ILC）。在程序中使用IL-IL-ILC后，程序检查时，认为出错，编程器上会显示“IL-ILC-ERR”，但不影响执行。,IL和ILC的应用举例,(2)暂存指令：TR,暂存继电器TR0-TR7用于暂存中间逻辑结果，记录程序分支点的状态。暂存指令TR的使用，只是为了方便编程，对程序的执行不产生影响。同一个暂存器在一个程序段中只能使用一次，在不同的程序段中，

14、可重复使用。,地址,暂存指令举例,（3）跳转指令：JMP（04）/JME（05）,JMP为跳转开始，JME跳转结束。C200H的跳转指令用跳转号n来区分，n的范围为00-99。,几点注意：,a.JMP n前面的条件为OFF时，在JIMPn与JMEn之间的程序不执行。当JMPn前面的条件为ON时，在JIMPn与JMEn之间的程序执行，与没有跳转指令相同,b.跳转指令JMP/JME与分支指令IL/ILC一样，可实现程序的分支。两者的区别在于，当输入条件OFF时，IL/ILC之间的继电器全部释放，而JMP/JME之间的继电器均为保持。所以JMP/JME适用于控制某些需要保持的设备，如气动装置和液压系

15、统，而IL/ILC适用于控制某些不需要输出保持的设备。,c.跳转号n是00-99之间的任何一个两位数，非零跳转编号在程序中只能使用一次，而JMP00与JME00可在程序中多次使用。,d.JMP00与JME00的程序块在JMP 00前面的条件为OFF时，仍需处理，占用扫描时间，当跳转号n0时，JMPn与JMEn之间的程序块在JMP n前面的条件为OFF时，不进行处理，不占用扫描时间。,e.可以嵌套使用（如JMP01-JMP02-JME02-JME01）。允许不成对出现（JMP01-JMP02-JME02），这样使用后，程序检查时，认为出错，编程器上会显示“JMP-JME-ERR”，但不影响执行。

16、,跳转指令的编程举例,地址,(4)保持指令：KEEP,语句格式：KEEP s,操作数s：IR、HR、AR、LR区的继电器号,梯形图格式：,KEEP指令有一个置位端St，一个复位端R。用于改变一个位的状态。,编程时先编置位端，后编复位端，然后编KEEP指令。当置位端为ON时，复位端OFF时，KEEP状态为ON；当置位端为OFF时，复位端ON时，KEEP位保持原状态不变。KEEP指令只能以位为单位操作，且不影响标志位。当置位输入St和复位输入R同时为ON时，复位输入优先。,当KEEP指令使用HR或AR数据区时，断电后保持断电前的状态；使用IR或LR数据区时，断电后变为OFF。,KEEP指令的编程举

17、例,(5)微分指令：DIFU/DIFD,前沿微分指令：DIFU S 后沿微分指令：DIFD S,语句格式：,操作数S：IR、HR、AR、LR,梯形图,前沿微分指令DIFU，是上升沿微分指令。在输入端检测到一个OFFON的跳变时，DIFU输出为ON。,后沿微分指令DIFD，是下降沿微分指令。在输入端检测到一个ONOFF的跳变时，DIFD输出为ON。,微分指令的编程举例,（6）定时器和计数器指令,a.定时器指令TIM,共有四种，两种定时器，两种计数器。定时器和计数器都有设定值SV和当前值PV。设定值SV可以使用不同的数据区，其值为BCD数，由用户程序设定；当前值PV取决于定时器计数器的工作状态和设

18、定值SV，由PLC自动处理，也可由用户程序进行设定,N：定时器编号，范围000-511共512个。T：时间设定值，范围0000-9999的一个四位数。,语句格式：TIM N，T,定时器TIM 为通电延时，基本延时单位为0.1s。定时器是减1定时器，定时时间到，定时器触点接通，当输入条件为ON时，开始每0.1s的减1运算，定时器当前值减到0时，为“定时时间到”定时器触点接通并保持。当输入条件为OFF时，定时器复位，当前值恢复为设定值T，触点断开。,定时器相当于时间继电器，精度为0.1秒，电源掉电时，定时器复位，即定时器无掉电保护功能,b.高速定时器指令TIMH,梯形图,高速定时器指令TIMH和定

19、时器指令TIM的语句格式、梯形图、功能基本一样。不同的是，高速定时器指令TIMH的基本延时单位为10ms,TIM设定值SV的数据区：IR、HR、AR、LR、DM、*DM、#。,C.计数器指令CNT,N：定时器编号，范围000-511共512个。D：一般是立即数，范围0000-9999的一个四位数：,语句格式：CNT N，D,梯形图,计数器指令CNT为减1计数，当计数器输入端CP每一次由OFFON，计数器的当前值就减1，在计数器当前值减至0时，计数触点接通并保持。当计数器的输入信号CP和复位信号R同时到达时，复位优先。计数器的编程顺序为先编计数输入信号CP，再编复位端R，最后是计数器CNT。,C

20、NT设定值D的数据区：IR、HR、AR、LR、DM、*DM、#。,d.可逆计数器指令CNTR,N：定时器编号，范围000-511共512个D：一般是立即数，范围0000-9999的一个四位数；,语句格式：CNTR（12）N，D；,梯形图,CNTR是一个环形可逆计数器指令，根据输入信号为（+）端或（-）端，可分别作递增或递减计数器。,CNTR设定值D的数据区：IR、HR、AR、LR、DM、*DM、#。,定时器/计数器应用举例,用两个定时器串联组成一个3min定时器。,用几个定时器和计数器联合使用，组成一个500s的定时器。TIM每5s产生一个脉冲，CNT002对该脉冲计数。得到一个500s的定时

21、器。,(7)数据比较指令CMP,C1，C2：是需比较数据所在地址，其中之一可为立即数。,语句格式：CMP C1，C2,当CMP指令前的条件为“ON”时，比较C1 和C2的大小，比较结果影响标志位，根据标志位的状态，可以构成程序分支。,梯形图,比较指令的数据区：IR、SR、HR、TC、DM、#,比较指令举例,控制功能是：将IR10通道的数据与HR09通道的数据进行比较，将结果输出到SR区中的GR、EQ和LE标志上。GR标志位为25505，EQ标志位为25506，LE标志位为25507。,（8）数据传送指令MOV/MVN,数据传送指令MOV S，D；数据求反传送指令MVN S，D；S所在数据区：I

22、R、SR、HR、TC、DM、#；D所在数据区：IR、HR、DM。,语句格式：,梯形图,数据传送指令MOV是把源数据（或是一个指定通道的数据，或是一个四位十六进制常数）传送到一目标通道。MVN则是把源数据取反后，在送到目标通道。,00000,控制功能：当输入00000为“ON”时，MOV把通道001的内容传送到HR05，而MVN又把HR05的内容取反后，再传送到HR10。,16.4 OMRON可编程控制器的程序设计,16.4.1 OMRON可编程控制器的编程步骤,对可编程控制器系统，要根据控制要求设计程序。其编程过程大致分四步进行。1确定I/O点数首先要明确系统对现场的控制要求和控制系统的组成，

23、分清输入设备和输出设备的种类和数量，即PLC所需的总的I/O点数。,2分配I/O地址 可编程控制器的内存单元采用通道的概念，每个通道由16个二进制数位组成，每位就是一个继电器。位地址由存储器标识符、通道地址和位码共同组成。对输入、输出信号和中间信号地址位的分配，称为继电器（位）的I/O分配。,3绘制梯形图 绘制梯形图是程序设计的主体，由梯形图语言可直观的表达程序设计的思想，实现程序编制。,4把梯形图转换成语句表 将梯形图转换成语句表后，由编程器将其输入到PLC中,16.4.2 OMRON C200H可编程控制器编程举例,例1 用OMRON C200H可编程控制器实现三相异步电动机的 正反转控制

24、。,三相异步电动机的正反转继电器控制图,解：该控制电路有三个输入信号：停机按纽SB1、正转按纽SBF、反转按纽SBR。,两个输出信号：正转接触器线圈KMF、反转接触器线圈KMR。,输入信号：SBF0000 输出信号：KMF0500 SBR0001 KMR0501 SB10002,I/O分配：,助记符语句表,绘制梯形图如下：,例2 三相异步电动机Y降压起动的继电器控制电路如图1所示。用OMRON C200H可编程控制器实现三相异步电动机Y降压起动控制,输入信号：SB20000 输出信号：KM10501 SB10001 KM20502 FR0002 KM30503,I/O分配：,地址,00003,

25、地址,00003,地址,助记符语句表从略,16.4.3编程中应注意的几个问题,梯形图每一行都是从左边母线开始，线圈接在最右边。触点不能放在线圈的右边。在传统的继电器原理图中，热继电器的触点可在线圈的右边，而PLC的梯形图是不允许的。,1.梯形图的线圈、触点,2.线圈不能直接与左边母线相连,如果需要，线圈可以通过一个没有使用的内部辅助继电器的常闭触点或者专用的内部辅助寄存器的触点与之相连。,3.同一编号的线圈不能重复使用,同一编号的线圈，作为输出在一个程序中只能使用一次，但作为输入触点可以无限制的重复使用。,4.梯形图必须符合顺序执行的原则,梯形图应从左到右，从上到下地执行。如不符合顺序执行的电

26、路不能直接编程。如图所示的桥式电路就不能直接编程。对于确实需要桥式电路的地方，可按其逻辑关系等效成非桥式电路。,5.编程技巧,1）把串联触点较多的电路编在梯形图上方，可减少指令数,2）并联触点多的电路应放在左边,在有几个并联电路相串联时，应将触点最多的并联电路放在左边。下图中省去了ORLD和ANDLD,00003,3）并联线圈电路中，从分支点到线圈之间无触点，线圈应放在上方。左图省去了OUTTR0和LDTR0指令。,6.复杂电路的处理,如果电路的结构比较复杂，可以将程序分成简单的程序段，分段按顺序分别编程后，再用ANDLD、ORLD等指令连接，完成逻辑编程。如果用ANDLD、ORLD等指令难以解决，可以重复使用一些触点，画出它的等效电路。然后进行编程，就会比较容易,2,1,0,5,3,4,SW2,SW3,SW1,MV,SW1:检测有无次品SW2:检测凸轮的突起SW3:检测有无次品落下,SW1,SW2,SW3为光电传感器:,凸轮每转一圈发出一个脉冲，且每个脉冲过一个物品。当次品移到4号位时，电磁阀MV打开，次品落入次品箱内。无次品则自动掉入正品箱内。有一复位按钮SB实现手动复位。,例：,如何实现？,