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PLC可编程控制器基础知识,北京松下控制装置有限公司制造技术课编制,可编程控制器是一种工业计算机,可编程控制器是现代自动化设备中最广泛使用的核心控制器件，它是从继电器顺序控制技术发展而来，应用计算机技术进行逻辑判断与运算的控制器。以可编程控制器为核心加入各种辅助器件（传感器、驱动器件等）构成控制系统，以顺序反馈的方式实现设备的自动化运转。下面，我们分几部分来认识可编程控制器和以它为中心的控制系统。,一.基本硬件结构,,,1.控制器各主要部分作用,①微处理器显然是控制器的核心部件，它实现各种逻辑运算、算术运算，还要对整个控制系统的各个部分的工作进行协调与控制。②存储器数据的存储区域，用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量、输入/输出状态的映像、以及各种其它数据信息。③输入/输出接口即I/O接口，可编程控制器与被控对象设备、或者周边其它控制器相互联系、交换信息与指令的通道。④电源整个控制器的电力供给中心；其一为内部电源内部的微处理器、存储器等的工作用电，一般是直流5V；其二为外部电源（也称用户电源）用于传送设备上各传感器信号、用于驱动设备的各种执行元件，一般是直流24V、而且功率较小。⑤I/O扩展部分为控制系统扩展输入/输出的点数而设计，根据不同的控制器型号能扩充的最大点数也不相同，而且扩展的功能模块也不尽相同，高版本的输入、输出、模/数、数/模转换等。⑥外部设备开发及维护设备的可编程控制器系统时，及设计与调试应用程序、监控系统运行状态的各种辅助设备，我们公司内常用到的是安装有NPST-GR软件的笔记本电脑、或者是手持编程器等。,2.基本工作方式,,可编程控制器的基本工作方式扫描,扫描依次对各种规定的操作项目全部进行访问与处理；每扫描完成一个循环即为一个扫描周期。,①在第一个“I/O更新”的过程中，微处理器从输入/输出单元接收设备等外围装置的当前状态，存入存储器中备用；②在“演算/处理”过程中，微处理器把存储器中的I/O状态与用户程序结合进行逻辑和数字运算，生成的运算结果也存入存储器中；③在第二个“I/O更新”过程中，微处理器把演算、处理的结果送入输出单元，通过接口传给设备等外围装置。,3.输入输出方式,可编程控制器的输入输出方式可以分为继电器输入/输出型、晶体管输入/输出型等。,NAISFP1就是继电器输入输出型的可编程控制器,输入回路里一般都把公共端接电源的24V端，而把输入端经过开关后引到电源的0V端；输出回路里一般把公共端接电源的0V端，把输出端经过负载后引到电源的24V端。,二.可编程控制器的软件,⒈继电器种类及功能⒉继电器序号及说明⒊基本程序指令⒋基本程序回路,⒈继电器种类及功能,可编程控制器是从继电器序列控制装置的基础上运用计算机技术发展而来的，所以其程序、符号等均保留着原来的称呼继电器，程序也是与电气控制图相近梯形图；先看我们可以在程序中使用的资源继电器的种类列表,⒉继电器序号及说明,根据不同种类的可编程控制器，继电器的序号编码方式是不一样的，下面针对我公司最常用到的松下系列可编程控制器，作以简单介绍,①外部输入、外部输出、内部继电器以外部输入X为例，如下面图示最低位是以16点为基础单位，是十六进制数0～F，除最低位以外均采用十进制数。是一种十进制数与十六进制数结合的表示方法。,,②定时器、计数器如下面的图示接点序号和相应的定时器与计数器对应，都是由10进制数组成。,,③WX、WY、WR和X、Y、R的关系以WX为例，WX0作为一个寄存器单元对应着X0XF这16点X，WX1则对应着X10X1F这16点的X，WX7，参考下面的图示，,,④关于程序继电器的使用说明,外部输入X没有进行机能设定的外部输入不能使用；无法通过程序的演算改变外部输入的ON/OFF状态在程序上的使用次数没有限制。外部输出Y没有进行机能设定的外部输出，能作内部继电器，但不能作为保持型；作为接点使用的时候没有次数的限制；作为演算的输出继电器使用时，如OT、KP等命令中，原则上一个程序中只能用一次（禁止二重出力）。内部继电器R作为接点使用的时候，没有次数的限制；作为演算的输出继电器使用时，如OT、KP等命令，原则上一个程序中只能用一次（禁止二重出力有保持型和非保持型两种，保持型继电器在切断电源、或从RUN切换到PROG方式时，对当前ON/OFF状态保持记忆，恢复电源、或恢复到RUN方式后仍然能恢复到原来的状态。,定时器T预制计时定时器通过预先设定的数据，在条件（定时器线圈接通时）具备时逐步递减，减小至“零”时其接点“ON”；定时器的执行条件OFF时，定时器接点全OFF；接点使用次数没有限制。计数器C当计数输入的上升沿，对预先设置的数据执行减计数，当计数值减为“零”时计数器接点ON；计数器的复位输入时，计数器接点OFF；接点的使用次数不限。,定时器与计数器的相关项目定时器与计数器使用的是共同的存储器区，可以通过设定存储器区域的大小，确保定时器/计时器的数目；但是二者之和是由可编程控制系统版本限定的，总数不能更改；定时器全部是非保持型，计数器有非保持型和保持型，根据可编程控制系统版本不同，有的可以进行非保持型和保持型数目的设定。,⒊基本程序指令,可编程控制器的基础是下面的这些基本指令，许多的基本指令都是依照继电器顺序控制的原形发展而来，基本的功能与继电器、开关、定时器等相同，由于采用了计算机技术，也就提供了众多的应用命令，如对数据的传送、移位、逻辑与数学运算等，主要包括基本顺序指令、基本功能指令、控制指令、比较指令。下面是对一些常用的基本命令与其梯形图程序的简单介绍ST常开触点与母线连接，开始逻辑运算；ST/常闭触点与母线连接，开始逻辑运算；AN串联常开触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作结果与指定继电器内容相‘与’；并把这一结果存入结果寄存器AN/串联常闭触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作结果与指定继电器内容相‘与’；并把这一结果存入结果寄存器OR并联常开触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作结果与指定继电器内容相‘或’；并把这一结果存入结果寄存器OR/并联常闭触点指令，将前面保存在结果寄存器中的逻辑操作结果与指定继电器内容相‘或’；并把这一结果存入结果寄存器,左图是可编程控制器的两个基本的块指令（触点组用法）ANS两个基本指令组之间是“与”的逻辑关系；两块电路组总体上是“串联”；ORS两个基本指令组之间是“或”的逻辑关系；两块电路组总体上是“并联”；,,DF上升沿微分指令，仅在其前面条件ON的上升沿时，输出ON信号一个扫描周期；DF/下降沿微分指令，仅在其前面条件ON的下降沿时，输出ON信号一个扫描周期；NOT取反指令，对它前面的运算结果取反；NOP空操作指令，不执行任何操作；,,PSHS保存前面的演算结果，以备后面使用，相当于堆栈的入栈指令；RDS读取前面保存的演算结果，继续演算，相当于堆栈的读栈指令；POPS释放前面保存的演算结果,继续演算，相当于堆栈的出栈指令。,,左图是可编程控制器的三个基本的输出指令OT输出继电器线圈，同一序号只能用一次；TM定时器线圈，同一序号只能用一次；例中的TMX19对应着设定值区SV19、经过值区EV19；计时器是逐步递减的计时方式；SET、RST对继电器线圈直接进行操作，同一继电器可多次使用，使用此种命令不受多重输出的禁止限制；,,CT计数器的线圈，同一序号只能用一次；K99为十进制预置常数99；也可以使用其它进制的常数计数器的计数方式为减计数（定时器也一样）；例中的CT101对应着设定值区SV101、经过值区EV101；,,KP指令相当于一个锁存继电器，当置位输入为ON时，使输出接通为ON并保持。,TMR、TMX、TMY指令TMR以0.01秒为单位设置延时ON定时器；TMX以0.1秒为单位设置延时ON定时器；TMY以1秒为单位设置延时ON定时器；,CT计数指令为预置计数器,完成减计数操作,当计数输入端信号从OFF变为ON时,计数值减1,当计数值减为0时,计数器为ON,使其常开接点闭合,常闭接点打开.,MC主控继电器和MCE（主控继电器结束）指令,当预置触发信号接通时，执行MC至MCE之间的指令,（MC0）,[Y0],[Y1],（MCE0）,X0,X2,X1,R0,X3,R1,预置触发信号,MC指令编号,LOOP（循环）和LBL（标号）指令,跳转到与LOOP指令相同编号的LBL指令，并反复执行LBL指令之后的程序，直到规定的操作数变为0。,（LBL1）,[R1],[Y1],[LOOP1DT0],,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,X0,X5,R2,Y0,R1,预置触发信号,,,,,,,,,,X1,LBL指令编号,⒋基本程序回路,①自锁回路②互锁回路③顺序动作回路,①自锁回路,在输入X0“ON”之后，输出继电器R线圈得电、动作，以自身的触点维持自身线圈的电源，所以称自锁；只有在输入断开的X1“ON”后才会切断继电器R的电源；广泛应用于需要保持的动作中，如电机的起动与停止的控制等。自锁也提供失电保护的机能。左图的上、下两者都是自锁，但是又有些区别上面复位优先以输入断开为优先，在断开有输入时，无法接通动作继电器；下面动作优先，以输入动作为优先，在动作有输入时，无法断开动作继电器；基于这种区别，我们所使用的安全回路往往是采用断开优先的方式，以保证安全回路动作后，能可靠地切断输出。,,②互锁回路,当输出继电器R1动作后，R1通过自锁保持了本身的线圈电源，同时通过自身的常闭触点切断了继电器R2的线圈电源，使其无法动作；只有在R1断开后，其常闭触点恢复接通，R2才可能动作；同理，R2动作也会使得R1无法动作。这样的两个继电器动作互相制约称互锁；广泛应用于不能同时存在的几个动作之间，如控制3相电机的正反转.互锁动作的优先程度是并列的。,,③顺序动作回路,只有在R1动作，R1的接点自锁后，R2才可能动作；只有在R2动作，R2的接点自锁后，R3才可能动作；这样就形成了后续的动作以前面的动作为条件的动作顺序，所以也称为条件动作。,,在我们公司的设备中，有很多要严格限制动作顺序的时候；考虑到动作的可靠性，往往在回路中加入确认动作到位的传感器信号，以构成一种闭环的控制系统。如左面图示中的R1与R2间的动作关联，即R0动作X10检知→R1动作。有的时候，为了确保动作的到位，还在检知的后面加时间继电器延缓下一步动作。,,可编程控制器实现的F-F回路,可编程控制器的梯形图程序源自继电器控制电路，现代计算机技术的高速发展赋予了更多、更强大的功能，如计算、比较等功能。抛开这些高级功能不提，可编程控制器的顺序性继电器控制要强得多，它严格按照其程序的地址顺序执行，能取出条件上升沿、下降沿，所以在考虑控制动作的时序、时间竞争上要相对容易些。在继电器控制的典型回路中提到的F-F回路，用可编程控制器来实现要简单得多,,指令DF是关键所在，它把输入按钮的信号转化成在前面的输入信号X“ON”的上升沿时仅“ON”一个扫描周期的瞬时输出信号，消除了时间竞争，使得可编程控制器的扫描处理结果得以确定。,,公司PLC程序典型组成部分,在我公司主要使用的可编程控制器为NAISFP系列的PLC，包括FP-MFP-0FP-1FP-2FP-3FP-5FP-10FP-10SH等，其程序大多数为使用基本指令编写的，程序的尺寸（步骤数）的大小依照设备的功能及动作的复杂而复杂，少则二百余步，多则五六千步。对于功能及动作复杂的设备其程序都是有固定组成结构的，模块化的结构也是为了便于编写和修改。模块之间使用LBL标号指令予以标明加以分别，程序常见的组成模块主要有报警模块、停机模块、启动模块、原位置模块、数据通讯模块、机构动作模块，下面就以TX1弯曲包装机的程序为例加以介绍。,报警模块报警模块主要内容是各种应避免发生的状况的描述以及需要通知操作人员故障发生的内容。,停机模块主要包括各种异常、报警、人为等停机的程序，该部分是能使设备自动运转中停止下来的程序。,启动模块启动模块是包含有设备能够自动运转的所有条件的程序。,全原位模块该模块描述的是设备各部分的原位置情况，是设备在启动和停止时必不可少的条件。,FP1-C56可编程控制器,FP3可编程控制器,FP10可编程控制器,北京松下控制装置有限公司,制造部制造技术课编制2005年7月,BMAC,