常閉觸點(diǎn)

1、可編程控制器是以中央處理器為核心，綜合計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)控制器。 早期的可編程控制器是為代替繼電器邏輯順序控制（機(jī)械觸點(diǎn)多，通用性差，功耗高）而設(shè)計(jì)的，因此被稱為可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱PLC。后因其功能已超出邏輯控制范圍，故改稱為PC（Programmable Controller）。為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Compu

2、ter，簡(jiǎn)稱PC）混淆，仍沿用PLC作為可編程控制器的簡(jiǎn)稱。,3 可編程控制器及其應(yīng)用,3.1 PLC的定義 1968年，美國(guó)通用汽車公司（GM）為適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新，提出了一種新型電子化的程控器來(lái)代替繼電器控制的設(shè)想。 1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）率先研制出PDP-14可編程控制器，成功地用在GM公司的自動(dòng)裝配線上。,,1987年，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)它作了如下

3、定義： “可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備都應(yīng)按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體和易于擴(kuò)充其功能的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)?！?3.2 PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理3.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)

4、主機(jī)（CPU和存儲(chǔ)器） 輸入/輸出接口 I/O擴(kuò)展接口 編程器 外部設(shè)備接口 電源,圖3.1 PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,1. 主機(jī) 1）中央處理器（CPU）：它是PLC的核心，主要用來(lái)運(yùn)行用戶程序，監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)，作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 2）存儲(chǔ)器： ◆ 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器——主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序，以及對(duì)用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已

5、由廠家固化在存儲(chǔ)器中，用戶不能更改。 ◆ 用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器——主要存放用戶編制的應(yīng)用程序，以及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。,2. I/O接口 它是CPU與I/O設(shè)備之間的聯(lián)接部件。 輸入接口接受輸入設(shè)備（如：按鈕、行程開關(guān)、傳感器等）的控制信號(hào)。 輸出接口將主機(jī)處理過(guò)的結(jié)果通過(guò)輸出電路驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備（如：指示燈、電磁閥、接觸器等）。

6、 I/O接口電路一般采用光電耦合電路，減少電磁干擾，提高PLC可靠性。 3. I/O擴(kuò)展接口 它把擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元與基本單元（主機(jī)）聯(lián)接在一起。,4. 編程器 它是PLC的重要外部設(shè)備，用于手持編程。用戶可以用下列兩種方式進(jìn)行編程和監(jiān)控。 ◆ 手持編程器 ◆ 將PLC和計(jì)算機(jī)相聯(lián)，用專用的工具軟件 編程器分為簡(jiǎn)易型和智能型兩類。前者只能聯(lián)機(jī)編程；后者可聯(lián)機(jī)編程，也

7、可脫機(jī)編程。功能完整的編程器本身就是一個(gè)微機(jī)系統(tǒng)。 5. 外部設(shè)備接口 它把外部設(shè)備（如：編程器、打印機(jī)、條碼掃描儀等）與主機(jī)聯(lián)接起來(lái)。 6. 電源 它是為CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作而配備的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源。,3.2.2 PLC的工作原理 PLC運(yùn)行時(shí)，CPU對(duì)存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步順序作周期性的循環(huán)掃描。 PLC的掃描過(guò)程（圖3.2）：,圖3

8、.2 PLC的掃描工作過(guò)程,l  輸入采樣階段 PLC以掃描方式順序讀入輸入端子的通斷狀態(tài)（ON/OFF），并寫入相應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入，接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 l  程序執(zhí)行階段 PLC按先左后右，自上而下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，并將相應(yīng)的運(yùn)算和處理結(jié)果寫入輸出狀態(tài)寄存器中。 l  輸出刷新階段 在所有指令執(zhí)行

9、完畢后，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)轉(zhuǎn)寫入輸出鎖成器中，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的輸出設(shè)備，產(chǎn)生PLC的實(shí)際輸出。 經(jīng)過(guò)這三個(gè)階段，PLC完成一個(gè)掃描周期。 “順序掃描、不斷循環(huán)”,3.2.3 PLC的主要技術(shù)性能 1．I/O點(diǎn)數(shù) 這是一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。它是指PLC的外部輸入和輸出端子數(shù)。小型機(jī)有幾十個(gè)點(diǎn)，而大型機(jī)超過(guò)千點(diǎn)。 2．用戶程序存儲(chǔ)容量 指PLC存儲(chǔ)用戶程序的多少。程序指令

10、按 “步” 存儲(chǔ)，一 “步” 占一個(gè)地址單元，一個(gè)地址單元占兩個(gè)字節(jié)，如：一個(gè)內(nèi)存容量為1000步的PLC，其內(nèi)存為2k字節(jié)。 3．掃描速度 指掃描1000步用戶程序所需的時(shí)間，單位為ms/千步，或us/步。,4. 指令系統(tǒng)條數(shù) 衡量PLC軟件功能的強(qiáng)弱。指令系統(tǒng)包括基本指令和高級(jí)指令。5. 編程元件的種類和數(shù)量 衡量PLC硬件功能的強(qiáng)弱。 以FP1系列PLC為例，常見(jiàn)的編程元件有： 輸

11、入繼電器（X） 輸出繼電器（Y） 輔助繼電器（R） 定時(shí)器（T） 計(jì)數(shù)器（C） 通用 “字” 寄存器（WR）,注：PLC 內(nèi)部的繼電器不是 “硬” 繼電器，而是 “軟” 繼電器，就是PLC 存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。,此外，不同類型的PLC 還有一些技術(shù)指標(biāo)，如：輸入/輸出方式、特殊功能模塊、診斷、監(jiān)控、工作環(huán)境等。,3.2.4 PLC的主要功能和特點(diǎn) 1. 主要功能 l   開關(guān)邏輯控制（基本

12、功能） l   定時(shí)/計(jì)數(shù)控制 l   步進(jìn)控制 l   數(shù)據(jù)處理 l   過(guò)程控制（PID控制） 自動(dòng)調(diào)節(jié)非電量參數(shù)（如：溫度、壓力、流量、速度等）。 l   運(yùn)動(dòng)控制 通過(guò)高速計(jì)數(shù)模塊和位置控制模塊進(jìn)行單軸或多軸控制（如：數(shù)控機(jī)床

13、、機(jī)器人）。 l   通信聯(lián)網(wǎng) l   監(jiān)控 l   數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換,2．主要特點(diǎn) l  可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) l  功能完善，編程簡(jiǎn)單，組合靈活，擴(kuò)展方便 l  體積小，重量輕，功耗低,3.3 PLC的程序編制 PLC的程序：系統(tǒng)程序（已固定）

14、； 用戶程序。 所謂編程就是編制用戶程序。程序編制是通過(guò)特定的編程語(yǔ)言將一個(gè)控制要求描述出來(lái)的過(guò)程。 3.3.1 PLC的編程語(yǔ)言 1. 梯形圖 梯形圖是一種從繼電接觸器控制電路圖演變而來(lái)的圖形語(yǔ)言。 通常用 、 圖形符號(hào)分別表示PLC編程元件的常開和常閉觸點(diǎn)；用 [ ] （或 ）表示它們的線圈。

15、編程元件的種類用圖形符號(hào)及標(biāo)注的字母或數(shù)字加以區(qū)別。,,,,,,,,,,,,,,,,鼠籠式電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)控制電路圖見(jiàn)圖9.3（a），則相應(yīng)的梯形圖如圖9.4（a）所示。 X1 輸入繼電器的常閉觸點(diǎn)（停止按鈕SB1）； X2 輸入繼電器的常開觸點(diǎn)（起動(dòng)按鈕SB2）； Y1 輸出繼電器的線圈和常開觸點(diǎn)（接觸器KM）。,注：熱繼電器FR（常閉觸點(diǎn)）起過(guò)載保護(hù)作用。,圖3.3 （a）電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)控制,圖3.4

16、 鼠籠式電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)控制(a) 梯形圖； (b) 指令語(yǔ)句表,注意： （1）梯形圖中的繼電器是一個(gè)存儲(chǔ)單元，其邏輯狀態(tài)為 “1” 時(shí)，表示相應(yīng)繼電器的線圈接通，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。 （2）每一邏輯行（或梯級(jí)）開始于左母線，接著是觸點(diǎn)的串、并聯(lián)，最后是線圈與右母線聯(lián)接。 （3）流過(guò)每一梯級(jí)的是 “概念電流” ，只用來(lái)描述線圈接通。 （4）輸入繼電器不能由PLC 內(nèi)部繼電器直接驅(qū)動(dòng)，所以圖中只有

17、其觸點(diǎn)，而沒(méi)有相應(yīng)的線圈；輸出繼電器的線圈接通只表示有信號(hào)輸出，但不直接驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備。,2．指令語(yǔ)句表（指令助記符） 指令語(yǔ)句表是一種用指令助記符來(lái)編制PLC程序的語(yǔ)言。它類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言。但比匯編語(yǔ)言容易理解。 鼠籠式電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)控制的指令語(yǔ)句表如圖9.4（b）所示。,ST 起始指令（取指令）OR 觸點(diǎn)并聯(lián)指令（ “或” 指令）AN/ 觸點(diǎn)串聯(lián)反指令（ “與非” 指令）OT 輸出指令ED

18、 程序結(jié)束指令,3.3.2 PLC的編程原則和方法 1. 編程原則 1）在編制程序時(shí)，編程元件的觸點(diǎn)使用次數(shù)沒(méi)有限制。 2）梯形圖的每一梯級(jí)起始于左母線，終止于右母線。線圈直接與右母線聯(lián)接。 3）盡量做到 “左重右輕，上重下輕” 以符合 “從左到右，自上而下” 的順序。 4）應(yīng)避免同一繼電器的線圈在程序中重復(fù)輸出。 5）應(yīng)避免將觸點(diǎn)畫在垂直線上。 6

19、）外部輸入設(shè)備常閉觸點(diǎn)的處理（在外部接線時(shí)，應(yīng)盡可能接成常開形式，則在梯形圖中仍是常閉觸點(diǎn)；而熱繼電器FR的觸點(diǎn)只能接成常閉形式，不作為輸入信號(hào)）。,圖3.5 電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)控制,鼠籠式電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)控制的外部接線圖如圖3.5（c）所示。,2. 編程方法 以鼠籠式電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路為例介紹PLC的編程方法。 1）確定I/O點(diǎn)數(shù)及分配（圖9.6） 2）編制梯形圖和指

20、令語(yǔ)句表（圖9.7）,圖3.6 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的外部接線圖,圖3.7 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的梯形圖和指令語(yǔ)句表,3.3.3 PLC的指令系統(tǒng) ——由基本指令和高級(jí)指令組成。 最常見(jiàn)的基本指令如下： 1. 起始指令（ST, ST/）與輸出指令（OT） 說(shuō)明：ST, ST/指令的使用元件是X，Y，R，T，C（可與左母線相聯(lián)）；OT指令的使用元件是Y，R（不能直接與左母線相聯(lián)）。

21、2. 觸點(diǎn)串聯(lián)指令（AN, AN/）與觸點(diǎn)并聯(lián)指令（OR, OR/） 說(shuō)明：這些指令的使用元件是X，Y，R，T，C（串、并聯(lián)次數(shù)無(wú)限制）。 3. 塊串聯(lián)指令（ANS）與塊并聯(lián)指令（ORS） 說(shuō)明：每一指令塊以ST（或ST/）開始，ANS和ORS指令不帶使用元件。,4. 反指令（/） 5. 定時(shí)器指令（TM） TMR：定時(shí)單位為0.01s的定時(shí)器； TMX：定時(shí)單位為

22、0.1s的定時(shí)器； TMY：定時(shí)單位為1s的定時(shí)器。,如：“ TMX 100 ” 1 、,“ TMX 1 ” K 100,（定時(shí)器T編號(hào)為1，定時(shí)設(shè)置值K為100，則定時(shí)時(shí)間為10s） 說(shuō)明：定時(shí)器為減1計(jì)數(shù)，可以自復(fù)位； 每個(gè)定時(shí)器只使用一次，其觸點(diǎn)可多次使用。,圖3.8 長(zhǎng)延時(shí)電路的梯形圖

23、和動(dòng)作時(shí)序圖,6. 計(jì)數(shù)器指令（CT） 如：“ CT 150 ” 100 （計(jì)數(shù)器C編號(hào)為100，計(jì)數(shù)設(shè)置值K為150）說(shuō)明： 計(jì)數(shù)器為減1計(jì)數(shù)； 計(jì)數(shù)器有兩個(gè)輸入端：計(jì)數(shù)脈沖端C和復(fù)位端R（輸入復(fù)位信號(hào)使計(jì)數(shù)器復(fù)位）； 每個(gè)計(jì)數(shù)器只使用一次，其觸點(diǎn)可多次使用。注：TM、CT指令的用法如圖9.8所示（長(zhǎng)延時(shí)電路）。,7. 堆棧指令（PSH

24、S, RDS, POPS） PSHS指令（壓入堆棧）； RDS指令（讀出堆棧）； POPS指令（彈出堆棧）。 說(shuō)明：堆棧指令用于多條聯(lián)接于同一點(diǎn)的支路； 它是一種組合指令，不能單獨(dú)使用。 8. 微分指令（DF, DF/） DF：當(dāng)檢測(cè)到觸發(fā)信號(hào)上升沿（接通）時(shí)，線圈接通一個(gè)掃描周期。

25、 DF/：當(dāng)檢測(cè)到觸發(fā)信號(hào)下降沿（斷開）時(shí)，線圈接通一個(gè)掃描周期。 說(shuō)明：這些指令僅在觸發(fā)信號(hào)處于通斷狀態(tài)時(shí)有效。,9. 置位、復(fù)位指令（SET, RST） 它們的用法如圖9.9所示。 SET：觸發(fā)信號(hào)X0閉合時(shí)，線圈Y0接通。 RST：觸發(fā)信號(hào)X1閉合時(shí)，線圈Y0斷開。 說(shuō)明：這些指令的使用元件是Y，R。,圖3.9 SET,RET指令

26、的用法,10. 保持指令（KP） 它的用法如圖9.10所示。S和R分別為置位和復(fù)位輸入端。 觸發(fā)信號(hào)X0閉合時(shí)，線圈Y0接通并保持； 觸發(fā)信號(hào)X1閉合時(shí)，線圈Y0斷開復(fù)位。 說(shuō)明： KP指令的使用元件是Y，R； 置位、復(fù)位觸發(fā)信號(hào)同時(shí)接通，則復(fù)位觸發(fā)信號(hào)優(yōu)先； 對(duì)同一繼電器Y（或R）一般只使用

27、一次KP指令。,圖3.10 KP指令的用法,11. 空操作指令（NOP， ? ） 說(shuō)明：NOP指令占一步，插入該指令便于閱讀。 12. 移位指令（SR） 說(shuō)明： SR指令的使用元件是WR； 用該指令時(shí)，應(yīng)有數(shù)據(jù)輸入端（IN）、移位脈沖輸入端（C）和復(fù)位輸入端 （CLR），其中復(fù)位信號(hào)優(yōu)先。 13. 程序結(jié)束指令（ED）,3. 4

28、 PLC的應(yīng)用舉例3.4.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)安全可靠、使用簡(jiǎn)單、維護(hù)方便及經(jīng)濟(jì)性好。3.4.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程框圖見(jiàn)圖3.11。,圖3.11 PLC應(yīng)用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程框圖,1. 分析控制對(duì)象，確定控制方案 2. PLC機(jī)型選擇 1）確定I/O點(diǎn)數(shù) 2）確定用戶程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容

29、量 3）響應(yīng)速度 4）輸入輸出方式及負(fù)載能力 3. 硬件設(shè)計(jì)（包括外部接線圖） 4. 軟件設(shè)計(jì)（包括梯形圖） 5. 系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行 對(duì)用戶程序進(jìn)行模擬調(diào)試（輸入端接開關(guān)模擬輸入信號(hào)，輸出端接指示燈模擬被控對(duì)象的動(dòng)作）。,3.4.3 加熱爐自動(dòng)上料控制 1. 控制電路（圖3.12） 2. I/O點(diǎn)分配（表3.1） 3. 外部接