第八章 可控制编程器.

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1 第八章 可控制编程器

2 目录 8.1 概述 8.2 可编程控制器的组成及工作原理 8. 3 可编程控制器的编程方法 8.4 手持式编程器的使用
8.1 概述 8.2 可编程控制器的组成及工作原理 8. 3 可编程控制器的编程方法 8.4 手持式编程器的使用 8.5 可编程控制器编程软件的使用 8.6 可编程控制器的应用实例

3 学习目标 理解可编程控制器的结构和工作原理 理解可编程控制器的指令系统 掌握梯形图的设计原则和经验设计方法 能够用梯形图语言进行简单的编程

4 8.1 概述 什么是可编程控制器？ 早期的可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。只能实现逻辑控制功能。其功能大为改观和完善后，人们把它命名为可编程控制器（Programmable Controller），简称PC。为了和个人计算机（Personal Computer）简称PC有所区别，人们习惯地称可编程控制器为PLC。

5 PLC的发展历史 美国数字设备公司（DEC）于一九六九年研制成功了世界上第一台可编程控制器（POP—14），并在汽车自动装配线上试用成功。
可编程控制器在世界各地迅速发展已成为了现代工业自动化技术的三大支柱之一（可编程控制器、机器人、CAD/CAM ）。

6 8.2 可编程控制器的组成及工作原理 8.2.1 PLC硬件简化框图

7 PLC主要构成 PLC主要有四大部分组成： 整个PLC的管理中心和控制中心 ② 输入输出接口 PLC与现场被控设备连接的部分 ③ 外设接口
① 微处理器（CPU）及存储器 整个PLC的管理中心和控制中心 ② 输入输出接口 PLC与现场被控设备连接的部分 ③ 外设接口 PLC与人之间进行交换信息的接口 ④ 电源 提供整个系统的工作能源

8 8.2.2 可编程控制器的基本工作原理 PLC都采用循环扫描的工 作方式 注意：输入采样阶段 执行应用程序阶段 输出刷新阶段

9 1、输入采样阶段 PLC首先对各个输入端即现场被控设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、传感器信号等进行扫描，将所有输入状态和数据读人输入状态寄存器中，或者将它们存入输入映像寄存器中的相应单元内。

10 2、执行应用程序阶段 PLC按照先左后右、先上后下的顺序依次执行用户程序（梯形图），根据逻辑运算的结果刷新逻辑线圈在系统RAM中的对应状态；或者确定是否执行该梯形图所规定的特殊功能指令，如：数据传送、算术运算等。

11 3、输出刷新阶段 在此阶段， CPU按照I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设,通过这种方式，PLC以这样一种循环执行用户程序。

12 PLC的特点和技术性能 1、PLC的主要特点： 易懂易学 使用维护方便 可靠性高 设计施工周期短

13 2、技术性能指标 输入／输出点数：衡量PLC输入、输出端子数 扫描速度：衡量PLC执行一步指令的速度 内存容量：衡量PLC所能存放用户程序的多少 指令条数：衡量PLC软件功能的强弱 内部寄存器：衡量PLC硬件功能的强弱 功能模块：衡量PLC产品档次的高低

14 8.3 可编程控制器的编程方法 8.3.1 编程语言 1 、梯形图语言
编程语言 1 、梯形图语言 梯形图语言是在原继电—接触器控制系统的继电器电路图基础上演变而来的，是以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型，形成一套独具风格的以继电器电路图为基础的形象编程语言，形象而直观。

15 下图以一个继电器电路图（图a，为与梯形图对应比较，仍然采取横向排列）和一个梯形图（b）的例子来说明梯形图编制的涵义。
图：继电器电路图与梯形图

16 区别 ①继电器电路图表示的是一个具体的、实际的电路，而PLC梯形图表示的是一个控制程序。
② 继电器电路图中表示的每一个电器的触头的数目和使用寿命是有限的。而PIC梯形图中每个符号对应的是内部一个存储单元可在整个控制程序中反复地多次读取。 ③ 在继电器电路图中，若需要改变控制功能，增减电器控制触点，就必须改变电气接线和使用电器的数目。而对于PLC梯形图而言，改变控制功能实际上只是改变控制程序。

17 2、 语句表（梯形图助记符） 语句表的特点是采用一步语句或者几步语句代表梯形图中的一个基本单元。若干步语句组成一条梯形图，整个语句表就组成用户程序。 代表梯形图中一个基本单元的一步或几步语句都包含二个部分：操作码和操作数，操作码表示执行哪一种操作或者运算，操作数表示哪个软设备(或常数)参与该操作。

18 8.3.2 指令系统 1、基本逻辑运算指令 ① LD与LDI及OUT指令
LD和LDI指令用于控制电路的逻辑行起 始触点，与左母线相连，LD为常开触点，LDI为常闭触点。 OUT指令用于与右母线相联的逻辑线圈或输出线圈，与操作数一起便可以确定是何种线圈。

19 ② AND和ANI指令 当一个梯形图的控制电路由若干个触点串联组成时，除了与左母线相连的第一个触点用LD或LDI指令以外，其余串联的触点均用AND或ANI指令。AND指令用于串联常开触点，ANI指令用于串联常闭触点。

20 ③ OR和ORI指令 当一个梯形图的控制线路由若干个触点并联组成时，则除了与左母线相连的上面第一个触点用LD或LDI指令以外，其余并联触点均用OR或ORI指令，OR指令用于并联常开触点，ORI指令用于并联常闭触点。

21 ④ ANB指令 当一个梯形图的控制电路由若干个先并联后串联的触点组成时，可以将每一组并联的触点看作一个块。与左母线相连的块按照触点并联的方式编写语句，其后依次相联的块称作子块，每个子块最上面的触点用LD或LDI指令，其余与其并联的触点用OR或ORI指令。每个子块的语句编写完成后，加一条ANB指令作为该子块的结尾。

22 ⑤ ORB指令 当一个梯形图的控制电路由若干个先串联后并联的触点组成时，可以将每一组串联的触点看作一个块。与左母线相连的最上面的块按照触点串联的方法编写语句，下面依次并联的块称作子块，每个子块左边第一个触点用LD或LDI指令，其余串联的触点用AND或ANI指令，每个子块的语句编写完成后，加一条ORB指令作为该子块的结尾。

23 ⑥ SET和RST指令 SET指令用于对逻辑线圈M、输出线圈Y、状态S的置位，RST指令用于对逻辑线圈M、输出线圈Y、状态S的复位，对数据寄存器D和变址寄存器V、Z的清零，以及对计时器T和计数器C逻辑线圈复位、它们的当前计时值和计数值清零。 使用SET和RST指令，可以方便地在用户程序的任何地方对某个状态或事件设置标志和清除标志。

24 ⑦ PLS和PLF指令 应用PLS和PLF指令可以使逻辑线圈M或输出线圈Y输出一个宽度等于一个扫描周期的脉冲。PLS指令用于控制线路由断开到闭合(上升沿)情况下；PLF指令用于控制线路由闭合到断开(下降沿)情况下。

25 ⑧ NOP指令 这是一条空操作指令。为了使用户程序的总长度尽可能地不变化，在编制用户程序时，可以将适当数量的NOP指令插入程序中。当修改用户程序时，如果需要插入或删除语句时，就可以相应地减少或增加NOP指令，从而保持用户程序的总长度不变。但是必须注意，决不能将LD、LDI、ANB、ORB、OUT等指令改成NOP指令，否则会使程序出错。

26 ⑨ END指令 END指令表示用户程序结束，它没有控制线路，直接与母线相连接。当整个用户程序结束时用END指令，当CPU扫描到END指令就停止扫描用户程序，进入END指令的处理。

27 2、 步进指令 梯形图对于一个复杂的控制系统，尤其是顺序控制程序，其梯形图往往长达数百行，另外如果在梯形图上不加上注释，可读性也会大大降低。
2、 步进指令 梯形图对于一个复杂的控制系统，尤其是顺序控制程序，其梯形图往往长达数百行，另外如果在梯形图上不加上注释，可读性也会大大降低。 近年来，许多新生产的PLC在梯形图语言之外加上了采用IEC标准的SFC(Sequentia1 Function Chart)语言，用于编制复杂的顺控程序。 三菱的小型PLC在基本逻辑指令之外增加了两条简单的步进顺控指令，同时辅之以大量状态元件，就可以用类似于SFC语言的状态转移图方式编程。

28 编程举例：时间继电器 实现断电延时型继电器的梯形图

29 图中,当X10端输入接通时，X10的动合触点闭合，Y10线圈接通并由其动合触点闭合而自保，同时X10的动断触点断开，定时器T5线圈无法接通。当X10输入断开时，X10的动断触点闭合，T5线圈接通定时器开始延时，即定时器T5从设定值开始作减法运算，当设定值减到零，定时器才有输出，此时定时器的动断触点断开，使Y10线圈断开。Y10的动合触点断开，使定时器T5线圈断开，定时器复位，即由当前值恢复到设定值。这就达到了断电延时型时间继电器的动作要求。

30 8.3.2 编程举例：单点交替ON/OFF电路

31 在这个电路中，当输入触点X0接通时，M10产生一个扫描周期的单脉冲，使M10的动合触点闭合，Y4线圈接通有输出并自保。当X0再次接通时，由于M10的动断触点断开一个扫描周期，Y4自保消失，Y4线圈断开。X10第3次接通时，M10又产生单脉冲，Y4线圈再次接通，输出信号又建立。在X10第4次接通时，Y4输出再次消失，以后循环往复，这便实现了X0单点交替控制Y4 ON/OFF。

32 8.4 手持式编程器的使用 由于PLC采用梯形图编制用户程序，因此必须采用专门的编程工具将用户程序写入PLC的用户程序存储器中，这种编程工具称作为编程器。 编程器分成二类：一类是手持式编程器，包括手持简易编程器和带CRT或大屏幕液晶显示的编程器两种。另一类是由IBM PC机（或兼容机）加编程软件组成的编程器。 手持简易编程器具有体积小、重量轻、价格低等特点，广泛用于小型PLC的用户程序编制和各种PLC的现场调试和监控。下面以日本三菱公司的FX—20P型为例介绍下手持式编程器的使用。

33 FX—20P型便携式编程器

34 8.5可编程控制器编程软件的使用 SWOPC-FXGP/WIN－C软件是一个专用于三菱可编程控制器FX系列的中文编程软件。可在Windows 环境下运行。在SWOPC-FXGP/WIN－C中，用户可通过梯形图语言、指令语句表语言（梯形图助记符语言）及SFC（状态功能流程图）符号来创建控制程序，建立注释数据及设置寄存器数据。并且将其存储为文件，用打印机打印存档。该软件可通过串行口与可编程控制器进行通讯、文件传送、操作监控以及各种测试功能等。

35 SWOPC-FXGP/WIN－C软件界面

36 8.6 可编程控制器的应用实例 8.6.1交通红绿灯的控制

37 交通指挥信号灯控制要求1 ① 信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号灯系统按“上班”状态开始工作。先南北红灯亮、东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有黄灯闪亮，其它灯都熄灭。 ② 南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮时应关闭信号灯系统，并报警。

38 交通指挥信号灯控制要求2 ③ 南北红灯亮维持25秒。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒后绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭、黄灯亮，并维持2秒。到2秒钟时，东西黄灯熄灭、红灯亮，同时，南北红灯熄灭、南北绿灯亮。 ④ 东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持25秒，然后闪亮3秒钟。熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西红灯灭、绿灯亮。周而复始。

39 根据控制要求编制的梯形图

40 信号灯系统工作过程1 当起动开关合上时，X0触点接通，Y4线圈接通，南北红灯亮；同时Y4的动合触点闭合，Y2线圈接通，东西绿灯亮，维持到20秒。 20秒后，T16的动合触点接通，与该触点串联的T2的动合触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁，维持3秒。 3秒后，T17的动断触点断开，Y4线圈断开，东西绿灯灭；此时T17的动合触点闭Y1线圈接通，东西黄灯亮，维持2秒。

41 信号灯系统工作过程3 2秒后，T18的动断触点断开，Y1线圈断开、东西黄灯灭；此时起动累计时间为25秒，T10的动断触点闭合，Y4线圈断开、南北红灯灭；T10的动合触点闭合，Y0线圈接通，东西红灯亮；Y0的动合触点闭合，Y6线圈接通，南北绿灯亮。维持25秒。 25秒后，即起动累计时间为50秒，T11动合触点闭合，与该触点串联的T2的触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使南北绿灯闪烁,维持3秒。

42 信号灯系统工作过程3 3秒后，T12动断触点断开，Y6线圈断开，南北绿灯灭；此时T12的动合触点闭合，Y5线圈接通，南北黄灯亮。维持2秒。
2秒后，T13动断触点断开，Y5线圈断开，南北黄灯灭。这时起动累计时间为55秒，T15的动断触点断开，T10复位，Y4线圈断开，即维持了30秒的东西红灯灭。 上述是一个周期的工作过程，然后再周而复始地循环进行。 如果发生Y0、Y4同时接通，即南北、东西绿灯同时亮，这时Y3线圈接通，产生报警。

43 8.6.2 机械手运动控制 机械手是一种典型的机电一体化设备，在许多自动化生产线上都采用它代替手工操作。机械手的结构和动作方式多种多样，图8.6.5所示为一个较简单的例子。该机械手的动作方式为：升、降，左旋、右旋，抓、放，其任务是将传送带A上的物体拿到传送带B上去(传送带B连续运转，将物体移走)。

44 机械手运动示意图

45 I／O分配 X0：启动开关 Y0：传送带A运行 X1：停止开关 Y1：手臂上升驱动 X2: 上升限位开关 Y2；手臂下降驱动

46 动作时序如图

47 机械手动作流程状态图

48 机械手动作流程梯形图