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第 11 章 可编程控制器

第 11 章 可编程控制器. 11.1 PLC 的结构及工作原理 11.2 梯形图的设计规则与设计方法 11.3 PLC 的编程元件及指令系统 11.4 PLC 应用实例. 可编程控制器是在 传统的继电器 ---- 接触器控制的基础上结合先进的微机技术发展起来的一种崭新的工业控制器。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 )

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第 11 章 可编程控制器

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  1. 第11章 可编程控制器 • 11.1 PLC的结构及工作原理 • 11.2 梯形图的设计规则与设计方法 • 11.3 PLC的编程元件及指令系统 • 11.4 PLC应用实例

  2. 可编程控制器是在 传统的继电器----接触器控制的基础上结合先进的微机技术发展起来的一种崭新的工业控制器。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)。为区别于Personal Computer (PC)，故沿用PLC 这个略写。

  3. 11.1 PLC的结构及工作原理 11.1.1 PLC的结构

  4. CPU：起总指挥的作用。 主机 存储器：存储系统及用户程序和数据。 输入模块：接受输入设备的控制信号。 I/O模块 输出模块：输出控制信号。 电源：为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。 PLC 编程器：用于手持编程。可用它输入、检查、修改、调试程序，或用它监视PLC的工作情况。 I/O扩展接口：扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。 外设接口：将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应操作。

  5. 11.1.2 PLC的工作原理 • 前面介绍的继电——接触器控制电路，是利用导线将各个电器的有关部件连接起来而实现其控制功能的，在PLC中的继电器并非真正的电磁继电器，而是由微机来实现的软继电器，因此除输入和输出接线端子与外部的元器件需要连接外，在PLC内部的各继电器线圈和触点之间无需用导线连接，而是利用编程器等外围设备编写程序写入PLC中来实现的。

  6. （a）线圈符号 （b）常闭触点符号 （c）常开触点符号 1、PLC的继电器 • 因为在PLC内部都是由软件实现的，所以继电器实际上是软继电器，这些软继电器包括线圈、常开触点和常闭触点，其符号如图所示。 当输入到存储单元的逻辑状态为1时，则相应继电器的线圈通电，其常开触点闭合，常闭触点断开；为0时，表示线圈断电，常开触点断开，常闭触点闭合。

  7. 输出接口单元 输入接口单元 逻辑运算单元 • 2、PLC的工作原理 等效电路：输入接口、逻辑运算和输出接口单元三部分。

  8. （1）输入接口单元 • 收集被控制设备的各种信息或操作命令，由输入接线端子和输入继电器线圈组成。输入接线端子是PLC与外部连接的端口，除标有COM的公共端外，其余各输入接线端子都与一个输入继电器的线圈相连，并且标以同一文字符号。每一个输入继电器都提供足够多的常开和常闭触点。通常输入继电器的数量称为输入点数。输入继电器采用八进制或十六进制进行编号，例如I0.0 ～I0.7, I1.0～I1.7等。

  9. （2）逻辑运算单元 • 逻辑运算单元是PLC的核心，PLC中的各个控制功能都是由这个单元通过送入的程序来实现的。 • 逻辑运算单元由输入继电器（I）、输出继电器（Q）、辅助继电器（M）、定时器（T）、计数器（C）等组成。

  10. （3）输出接口单元 • 输出接口单元有输出接线端子和各输出继电器的一副常开触点组成，这些常开触点与对应的编号相同的输出接线端子接线。其作用是负责连接与驱动PLC的被控对象和外部负载。

  11. 如图为电动机正反转继电接触器控制电路，现主电路不变，而将控制电路中的自锁和互锁等环节改用PLC来控制。如图为电动机正反转继电接触器控制电路，现主电路不变，而将控制电路中的自锁和互锁等环节改用PLC来控制。

  12. 输出接口单元 输入接口单元 逻辑运算单元

  13. 3、PLC的工作方式 PLC是采用顺序扫描、不断循环的方式进行工作的。PLC的扫描工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段，并进行周期性循环。

  14. 11.2 PLC的编程语言和指令系统 11.2.1 PLC的梯形图 • 梯形图（LAD）是一种图形语言，是PLC的主要语言，是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。PLC的梯形图与继电器控制系统的梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。

  15. 1、绘制梯形图的步骤 • （1）根据控制要求确定需要的输入和输出点数。 以正反转控制电路为例，根据该电路的控制要求， • 操作命令和控制信息是由三个按钮的常开触点和热继电器的常闭触点输入的，它们是热继电器的输入变量，需接在四个输入接线端子上，可分配为I0.0～I0.3。 • 两个接触器的线圈是被控对象，需接在两个输出接线端子上，可分配为Q0.0、Q0.1。总共需要四个输入点、两个输出点。

  16. （2）按照控制要求画出梯形图。 • 如图是一个典型的梯形图，图中的左右两端是两条竖线，称为母线（现在只保留左边的母线了） ,母线之间是触点的逻辑连接和线圈的输出。可以把左边的母线假想为电源“火线”，而把右边的母线(虚线所示)假想为电源“零线”。在梯形图中，触点代表逻辑“输入”条件，如开关、按钮等；线圈通常代表逻辑“输出”结果，如灯、接触器、继电器等。

  17. 2、绘制梯形图的原则 • （1）线圈总是处于最右边，且不能直接与左母线相连。 （2）输入继电器的线圈不应出现在梯形图中。因为输入继电器的线圈由输入端子上的外部信号驱动，梯形图中输入继电器触点的通断取决于外部信号。 （3）两个或两个以上的线圈可以并联，不能串联。

  18. （4）梯形图中的触点应画在水平线上，不应画在垂直线上。（4）梯形图中的触点应画在水平线上，不应画在垂直线上。

  19. （5）应按照“上重下轻、左重右轻”的原则进行。即当几条支路并联时，串联触点多的应画在上面；几个电路块串联时，并联触点多的电路块应画在左边。（5）应按照“上重下轻、左重右轻”的原则进行。即当几条支路并联时，串联触点多的应画在上面；几个电路块串联时，并联触点多的电路块应画在左边。

  20. 11.2.2 PLC的编程元件 输入继电器、输出继电器、辅助继电器、移位寄存器、定时器、计数器等

  21. 1、基本指令 11.2.3 PLC的指令 • （1）LD：装入常开触点（LoaD） • （2）LDN：装入常闭触点（LoaD Not） • （3）A：与常开触点（And） • （4）AN：与常闭触点（And Not）。 • （5）O：或常开触点（Or） • （6）ON：或常闭触点（Or Not）

  22. （7）NOT：触点取非（输出反相） • （8）= ：输出指令 • （9）ALD ：与块指令，将并联电路块串联。 • （10）OLD ：或块指令，将串联电路块并联 • （11）END：结束指令

  23. 例：写出如图所示梯形图的语句表 • LD I0.0 • O Q0.0 • AN Q0.1 • A I0.3 • AN I0.2 • = Q0.0 • LD I0.1 • O Q0.1 • AN Q0.0 • A I0.3 • AN I0.2 • = Q0.1

  24. LD I0.0 O I0.1 LD I0.2 ON I0.3 ALD LDN I0.4 O I0.5 ALD = Q0.0 END • 例：写出如图所示梯形图的语句表

  25. 例：画出下列语句表的梯形图 LD I0.0 A I0.1 LD I0.2 AN I0.3 OLD LDN I0.4 A I0.5 OLD = Q0.0 END

  26. LD I0.0 LDN I0.1 A I0.2 OLD LD I0.3 AN I0.4 LDN I0.5 A I0.6 OLD ALD A I0.7 O I1.0 = Q0.0 END • 例：画出下列语句表的梯形图

  27. 2、定时器指令 • PLC中的定时器可作时间继电器使用。西门子公司生产的PLC按工作方式的不同，定时器又分为接通延时定时器TON、有记忆接通延时定时器TONR和断开延时定时器TOF三种。一般做时间继电器使用时，采用TON即可。 • S7—200的TON有64个，采用T0----T63的编号方式。其计时单位分别为1ms、10ms和100ms三种。

  28. （1）接通延时定时器TON • 符号 • 指令格式：TON Txx，PT Txx：是定时器的编号（0----63） IN：控制信号输入端 PT：延时时间设定值 以K表示，如K300的延时时间为300× 10 × 10-3=3S。

  29. 例在如图所示梯形图中，图中I0.0闭合时，定时器开始计时，3S后，定时器的T33常开触点闭合，T33常闭触点断开。I0.0断开时，定时器复位。

  30. 其语句表： • LD I0.0 • TON T33 K300 • LD T33 • = Q0.0 • LDN T33 • = Q0.1 • END

  31. 11.3 PLC梯形图的设计方法 • 11.3.1 经验设计法 经验设计法是沿用设计继电接触器控制电路的方法来设计梯形图，即在一些典型的继电接触器控制电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断修改和完善梯形图。经验设计法在设计时无普遍规律可循，设计的质量与设计者的经验有很大的关系。经验设计法可用于较简单的梯形图设计，如一些继电接触器基本控制电路的设计。

  32. 11.3.2 顺序控制设计法 • 适合于按时间顺序或逻辑顺序自动进行加工的生产过程。

  33. 11.4 PLC应用实例 PLC应用控制系统设计的一般步骤为： （1）分析控制任务，确定控制方案。 （2）选择PLC机型。 （3）系统设计。系统设计包括硬件设计和软件设计。 （4）系统调试。

  34. 例：若将三相异步电动机的Y---△起动控制电路改用PLC控制，试画出梯形图，写出语句表。

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