第一章 可编程控制器简介
可编程序控制器,英文称Programmable Controller,简称PC 。但由于PC 容易与个人计算机(Personal Computer)混淆,故人们仍习惯地用PLC 作为可编程序控制器的缩写。它就是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数与算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程。PLC 就是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性与灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别就是PLC 的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而就是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学;调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC 后,只需按说明书的提示,做少量的接线与简易的用户程序编制工作,就可灵活方便地将PLC 应用于生产实践。
一、PLC 的结构及各部分的作用
PLC 的类型繁多,功能与指令系统也不尽相同,但结构与工作原理则大同小异,通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口与外部设备接口等几个主要部分组成。PLC 的硬件系统结构如下图所示:
1、主机 CPU 就是PLC 的核心,(如电,一类就是系统程序存储器,,系统程序已由厂家固定,用户不能更改;另一类就是用户程序及数据存储器,主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据与中间结果。
2、输入/输出(I/O)接口
I/O 接口就是PLC 与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备(如按钮、传感器、触点、行程开关等)的控制信号。输出接口就是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备(如接触器、电磁阀、指示灯等)。I/O 接口一般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰,从而提高了可靠性。I/O 点数即输入/输出端子数就是PLC 的一项主要技术指标,通
接触器
电磁阀指示灯电源
电源 限位开关选择开关按钮
常小型机有几十个点,中型机有几百个点,大型机将超过千点。
3、电源
图中电源就是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源,通常也为输入设备提供直流电源。
4、编程
编程就是PLC利用外部设备,用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。通过专用的PC/PPI电缆线将PLC与电脑联接,并利用专用的软件进行电脑编程与监控。
5、输入/输出扩展单元
I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元(即主机)连接在一起。
6、外部设备接口
此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联,以完成相应的操作。
实验装置提供的主机型号有西门子S7-200系列的CPU224(AC/DC/RELAY)。输入点数为14,输出点数为10;CPU226(AC/DC/RELAY),输入点数为26,输出点数为14。
二、PLC的工作原理
PLC就是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束。然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样与对输出状态的刷新等工作。
PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行与输出刷新三个阶段。
PLC在输入采样阶段:首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入,并将其写入各对应的输入状态寄存器中,即刷新输入。随即关闭输入端口,进入程序执行阶段。
PLC在程序执行阶段:按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算与处理后,其结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
输出刷新阶段:当所有指令执行完毕,输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中,并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶闸管)输出,驱动相应输出设备工作。
三、PLC的程序编制
1、编程元件
PLC就是采用软件编制程序来实现控制要求的。编程时要使用到各种编程元件,它们可提供无数个动合与动断触点。编程元件就是指输入寄存器、输出寄存器、位存储器、定时器、
计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。
PLC内部这些存储器的作用与继电接触控制系统中使用的继电器十分相似,也有“线圈”与“触点”,但它们不就是“硬”继电器,而就是PLC存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为“1”时,则表示相应继电器线圈得电,其动合触点闭合,动断触点断开。所以,内部的这些继电器称之为“软”继电器。
S7-200系列CPU224、CPU226部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示
2、编程语言
所谓程序编制,就就是用户根据控制对象的要求,利用PLC厂家提供的程序编制语言,将一个控制要求描述出来的过程。PLC最常用的编程语言就是梯形图语言与指令语句表语言,且两者常常联合使用。
1）梯形图(语言)
梯形图就是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言。它就是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语与符号,根据控制要求联接而成的表示PLC输
I0、0 入与输出之间逻辑关系的图形,直观易懂。
梯形图中常用 图形符号分别表示PLC 编程元件的动合与动断触点; 用 ( ) 表示它们的线圈。梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别。触点与线圈等组成的独立电路称为网络,用编程软件生成的梯形图与语句表程序中有网络编号,允许以网络为单位给梯形图加注释。 梯形图的设计应注意到以下三点:
①梯形图按从左到右、自上而下地顺序排列。每一逻辑行(或称梯级)起始于左母线,然后就是触点的串、并联接,最后就是线圈。
②梯形图中每个梯级流过的不就是物理电流,而就是“概念电流”,从左流向右,其两端没有电源。这个“概念电流”只就是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。 ③输入寄存器用于接收外部输入信号,而不能由PLC 内部其它继电器的触点来驱动。因此,梯形图中只出现输入寄存器的触点,而不出现其线圈。输出寄存器则输出程序执行结果给外部输出设备,当梯形图中的输出寄存器线圈得电时,就有信号输出,但不就是直接驱动输出设备,而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出寄存器的触点也可供内部编程使用。 2)指令语句表
指令语句表就是一种用指令助记符来编制PLC 程序的语言,它类似于计算机的汇编语言,但比汇编语言易懂易学,若干条指令组成的程序就就是指令语句表。一条指令语句就是由步序、指令语与作用器件编号三部分组成。
下例为PLC 实现三相鼠笼电动机起/停控制的两种编程语言的表示方法: KM 步序 指令语 器件号
SS ST 0 LD I0、0 KM Q0、0 1 O Q0、0 2 AN I0、1 (1)继电接触控制线路图、0
4 END
图1-1-2
第二章 基本指令简介
S7-200的SIMATIC 基本指令简表:
助记符
节点命令
功能说明
I0、1 Q0、0