控制仪表及装置第五章.ppt

控制仪表及装置控制仪表及装置控制仪表及装置控制仪表及装置第五章第五章 可编程控制器可编程控制器可编程控制器可编程控制器 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 FX系列可编程控制器系列可编程控制器 第三节第三节 S7系列可编程控制器系列可编程控制器概概 述述– 可可编程控制器编程控制器(Programmable Logic Controller) 是是在在工业自动化系统中广泛使用的通用数字式工业自动化系统中广泛使用的通用数字式 控制装置，控制装置，简称简称PLC– 按照按照 IEC的定义，该装置专为在工业环境下应的定义，该装置专为在工业环境下应 用而设计，它将逻辑运算、顺序控制、算术运用而设计，它将逻辑运算、顺序控制、算术运 算算、、定时定时、、计数等功能存储在可编程存储器中，计数等功能存储在可编程存储器中， 通过数字量或模拟量的输入和输出，控制各种通过数字量或模拟量的输入和输出，控制各种 设备和生产过程设备和生产过程 PLC的特点的特点– 可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强 能适应恶劣工业环 境，无故障时间达到数十万小时。

– 功能完善，性价比高功能完善，性价比高 能实现开关量、模拟量 控制，完成复杂控制任务 – 通用性强，组合灵活通用性强，组合灵活 产品系列化、模块化、 标准化, 有多种系列化产品和模块供用户选择– 编程简单、直观编程简单、直观 有多种编程语言，形象直观, 容易掌握，使用者不需要专门的计算机知识– 体积小、维护方便体积小、维护方便 易于安装， 具有自诊断、 故障报警功能，便于操作者检查维修PLC的工作过程的工作过程输入端子控制部件输入设备输出设备…..输入寄存器输出寄存器输出端子…..输入采样输入采样 PLC 以扫描方式顺序读入输入端的通断状态，并存入输入寄存器程序执行程序执行 读出寄存器的通断状态， 进行逻辑、算术运算，将结果存入输出寄存器输出刷新输出刷新 将输出寄存器的通断状态(即控制信号) 输至输出设备编程语言编程语言指令表指令表 与汇编语言类似的助记符, 一条指令执行一项命令PLCPLC的编程语言的编程语言由由IECIEC 61131-361131-3标准规定：标准规定： 梯形图梯形图 是布尔变量 (触点与线圈) 的连接图，类似于继电器控制逻辑图。

功能块图功能块图 是算术运算、布尔变量等功能元素和功能块的连接图顺序功能图顺序功能图 将控制任务分割为可按顺序执行的连接图结构化文本结构化文本 是类似于 PASCAL 的高级语言，可完成复杂的计算和控制任务FX系列可编程控制器系列可编程控制器 – FX型型可编程控制器包括可编程控制器包括FX1S、、FX1N、、FX1NC、、 FX2N、、FX2NC等多种系列产品，其基本功能类等多种系列产品，其基本功能类 似本节介绍广泛使用的本节介绍广泛使用的FX2N – 功能指标：功能指标：I/O点数为点数为10~256，，基本指令基本指令27条条，， 步进指令两条步进指令两条，，功能指令功能指令85~128种，执行时间种，执行时间 0.08~0.7µs/基本指令基本指令，，程序容量程序容量2000~16000步步，， 中断源中断源6~15FX2N系统组成系统组成FX2N包括基本单元、扩展单元、扩展模块、包括基本单元、扩展单元、扩展模块、特殊功能模块及编程设备特殊功能模块及编程设备FX2N开关量输入输出电路开关量输入输出电路输入电路以直流输入为主，输入电路以直流输入为主，其输入器件可为其输入器件可为无源触点或传感器的集电极开路晶体管。

无源触点或传感器的集电极开路晶体管输出电路有三种形式：输出电路有三种形式：继电器输出型、晶体继电器输出型、晶体管输出型和双向晶闸管输出型管输出型和双向晶闸管输出型编程元件编程元件PLCPLC的的编编程程元元件件包包括括触触点点、、继继电电器器、、定定时时器器、、计数器等计数器等：： 输入触点、继电器输入触点、继电器(X0~X177) 用来接收外部开关信号输出触点、继电器输出触点、继电器(Y0~Y177) 用来传送信号到外部负载COM X0COM Y0线圈~负载端子端子输入信号外部电源辅助触点、继电器辅助触点、继电器(M0~M499等) 相当于继电器控制系统的中间继电器,但这些触点不能直接驱动外部负载常数常数(K/H) 十进制常数用K表示，十六进制常数用H表示定时器定时器(T0~T255) 定时时间由时间脉冲累积计时确定，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作定时时间常数一般由常数K设定计数器计数器(C0~C255) 分为加计数器、减计数器等，计数脉冲从端子输入,当所计数等于设定值时, 其输出触点动作计数常数也由常数K设定PLC指令和编程方法指令和编程方法FXFX系系列列PLCPLC的的指指令令包包括括基基本本指指令令、、步步进进指指令令和和功功能能指指令令，，以以下下例例举举常常用用的的基基本本指指令令（（用用梯梯形图和指令表描述）形图和指令表描述）：： 逻辑取及线圈驱动逻辑取及线圈驱动 分别为逻辑取分别为逻辑取LD、逻辑取逻辑取反反LDI和输出和输出OUT 。

0 LD X0 1 OUT Y0 2 LDI X1 3 OUT M1 4 OUT Y1X0X1Y0M1Y1触点串联触点串联 分别为逻辑与AND和逻辑与非和逻辑与非ANI0 LD X0 1 AND X2 2 OUT Y3 3 ANI X3 4 OUT M1 5 OUT T0 K19 6 LD T0 7 OUT Y1X0X3Y3M1T0X2Y3K19Y1T0触点并联触点并联 分别为逻辑或分别为逻辑或OR和逻辑或非ORI0 LD X4 1 OR X6 2 ORI M2 3 OUT Y5 4 LDI Y5 5 AND X7 6 OR M3 7 ANI X10 8 OR M10 9 OUT M3X4Y5X7X6M2M3Y5M3M10X10串联电路块的并联串联电路块的并联 （（ORB）0 LD X0 1 AND X1 2 LD X2 3 AND X3 4 ORB 5 LDI X4 6 AND X5 7 ORB 8 OUT Y3X0X3Y3X1X2 串联电路块X5X4并联电路块的串联并联电路块的串联 （（ANB）0 LD X0 1 OR X1 2 LD X2 3 AND X3 4 LDI X4 5 AND X5 6 ORB 7 OR X6 8 ANB 9 OR X3 10 OUT Y3X2Y3X3X1 并联电路块X6X3X0X4X5自保持与解除自保持与解除 （（SET/RST）0 LD X0 1 SET Y0 2 LD X1 3 RST Y0 4 LD X2 5 SET M0 6 LD X3 7 RST M0 8 LD X4 9 SET S0 10 LD X5 11 RST S0X0SETX1X2X3Y0RSTY0SETM0RSTM0X4X5SETS0RSTS0X0X1Y0脉冲输出脉冲输出 （（PLS/PLF）0 LD X0 1 PLS M0 3 LD M0 4 SET Y0 5 LD X1 6 PLF M1 8 LD M1 9 RST Y0X0PLSM0X1M1M0SETY0PLFM1RSTY0X0X1Y0M0M1空操作空操作 （（NOP） 该指令使此程序步作空操作。

该指令使此程序步作空操作程序结束程序结束 （（END）该指令表示程序结束该指令表示程序结束编程注意的问题编程注意的问题– 合适的编程顺序合适的编程顺序 在设计并联电路时，串联触 点多的电路应尽量放在上部； 在设计串联电路 时, 并联触点多的电路应尽量放在左边X0X2Y0X14.ORB1.LD2.LD 3.AND5.OUTX0X2Y0X1不需要ORB指令3.OR1.LD 2.AND4.OUT– 重新排列不能编程的电路重新排列不能编程的电路 有些电路较复杂，如桥路, 不能直接编程，必须重新排列，然后再进行编程12Y03Y04553251413常用电路编程举例常用电路编程举例瞬时接通延时断开电路瞬时接通延时断开电路0 LD X0 1 OR Y0 2 ANI T0 3 OUT Y0 4 LD Y0 5 ANI X0 6 OUT T0 7 K30 X0Y0T0T0Y0K30Y0X0X0Y03s延时接通延时断开电路延时接通延时断开电路0 LD X0 1 OUT T0 2 K30 3 LD Y1 4 ANI X0 5 OUT T1 6 K60 7 LD T0 8 OR Y1 9 ANI T1 10 OUT Y1 X0T0Y1X0Y1K60T0T1X0Y13sT1K30Y16s多谐振荡电路多谐振荡电路0 LD X1 1 ANI T22 OUT T1 3 K30 4 LD T1 5 OUT T2 6 K10 7 OUT Y2 X1T1Y2K10T1T2X1Y23sT2K301s定时器的扩展定时器的扩展0 LD X0 1 ANI T0 2 OUT T0 3 K30 4 LD T0 5 OUT C0 6 K1000 7 LD C0 8 OUT Y4 X0T0C0T0K1000T0X0Y45000sK50C0Y4T0触点5s步进指令概述步进指令概述FX2N有两条步进指令有两条步进指令STL和和RET，，可编制类似可编制类似于于SFC语言的程序。

语言的程序STL用于步进开始，用于步进开始，RET为为步进结束步进结束 以下为以下为状态转移图、梯形图和指令表状态转移图、梯形图和指令表 状态状态S22有效有效时输出时输出Y2接通接通, 当当X2接通接通, 状态由状态由S22转到转到S23，，Y2断开S22S22X2Y2S22Y2RSTS0X2S23STL S22 OUT Y2 LD X2 SET S23 STL S23STLLD功能指令概述功能指令概述FX2N有丰富的功能指令，例如：有丰富的功能指令，例如：程序流控制：程序流控制：实现程序转移、调用、中断、循环实现程序转移、调用、中断、循环等功能传送和比较：传送和比较：包括比较包括比较、、传送传送、、交换交换、、变换等指令变换等指令运算：运算：实现四则运算和逻辑运算的功能实现四则运算和逻辑运算的功能数据处理：数据处理：包括区间复位、平均值等指令包括区间复位、平均值等指令高速处理：高速处理：有刷新、脉宽调制、脉冲输出等指令有刷新、脉宽调制、脉冲输出等指令外部外部I/O处理处理：：有有10键输入键输入、、16键输入键输入、、七段译码七段译码、、读特殊功能模块等指令。

读特殊功能模块等指令外部设备处理：外部设备处理：有串行通信、有串行通信、PID控制等指令控制等指令S7系列可编程控制器系列可编程控制器 – SIMATIC S7系列系列PLC包括包括S7-200、、300、、400等等 品种，品种，本节介绍本节介绍S7-300 – 功能指标：数字量功能指标：数字量I/O通道数为通道数为256 ~ 65536, 模模 拟量拟量I/O通道数为通道数为64 ~ 4096, 工作存储器容量为工作存储器容量为 16 ~ 512kB，，共有共有350多条指令，位操作指令执多条指令，位操作指令执 行时间为行时间为0.05 ~ 0.2µs S7-300系统组成系统组成S7-300 包括包括 CPU模块、接口模块（模块、接口模块（IM））、、信信号模块（号模块（SM））、、功能模块（功能模块（FM））、、通信处理通信处理器（器（CP））及电源模块（及电源模块（PS））等模块安装在专用的机架即导轨（模块安装在专用的机架即导轨（RACK））上，上，模块上集成了背板总线模块上集成了背板总线，，通过背板总线和总线通过背板总线和总线连接器将各模块相连接。

连接器将各模块相连接电源PSCPUIMSMSM……CP编程语言编程语言S7-300使用使用STEP 7编程语言编程语言, 有指令表有指令表（（STL））梯形图梯形图（（LAD））、、功能块图功能块图（（FBD）、）、结构结构化控制语言化控制语言（（SCL）、）、顺序控制顺序控制（（GRAPH））、、状态图状态图（（HiGRAPH））及连续功能图及连续功能图（（CFC））等通常使用指令表、梯形图、功能块图语言通常使用指令表、梯形图、功能块图语言，，以以下例举常用的位逻辑下例举常用的位逻辑、、定时器和计数器的指令，定时器和计数器的指令，及相应的梯形图和功能块图的表示法及相应的梯形图和功能块图的表示法位位逻辑逻辑“与与”和和“与非与非” （（A、、AN））A I0.0 A I1.0 AN M1.0 = Q3.0I0.0I0.1M0.1Q0.1&=I0.0I0.1M0.1Q3.0“或或”和和“或非或非” （（O、、ON））O I0.0 ON I0.1 O Q0.1 = Q3.0I0.0I0.1Q0.1>=1=I0.0I0.1Q1.0Q3.0Q1.0梯形图功能块图指令表“异或异或”和和“异或非（同或）异或非（同或）” （（X、、XN））I1.0I1.0Q4.0I1.1I1.1X I1.0X I1.1 = Q3.0I1.0I1.0Q4.0I1.1I1.1X I1.0XN I1.1 = Q3.0异或逻辑同或逻辑电路块的串联和并联电路块的串联和并联I1.0I1.2Q4.0I1.1I1.3A(O I1.0O I1.1 )A(O I1.2O I1.3 )AN M1.0= Q4.0先并后串M1.0I1.0I1.2Q4.0I1.1I1.3A I1.0A I1.1 O A I1.2A I1.3ON M1.0= Q4.0M1.0先串后并置位和复位置位和复位A I1.0 S Q4.0 A I1.1 R Q4.0I1.0I1.1Q4.0Q4.0RSI1.0I1.1Q4.0RS触发器触发器I1.0I1.1Q4.0RSSRQM1.0I1.0I1.1Q4.0RSSRQM1.0=A I1.0R M1.0 A I1.1S M1.0A M1.0= Q4.0梯形图功能块图指令表定时器定时器有脉冲定时器有脉冲定时器、、扩展定时器扩展定时器、、接通延时定时器、接通延时定时器、断电延时定时器等多种形式。

断电延时定时器等多种形式定时器的定时时间由时基（时间基准）和定时定时器的定时时间由时基（时间基准）和定时值组成预装定时时间的两种方式：预装定时时间的两种方式：L W#16#wxyz W#16#表示16进制字,w为时基,xyz为时间值L S5T#aH_bM_cS_dMS S5T表示SIMATIC时间, H、M、S、MS分别 为小时、分、秒和毫秒a,b,c,d 为设置值脉冲定时器（脉冲定时器（SP））A I1.1 L S5T#2M2S SP T1 A I1.2 R T1A T1= Q4.0I1.1I1.2T1T1RSPS5T#2M2ST1Q4.0I1.1I1.2Q4.0RSQT1=S5T#2M2STVB1BCDS_PULSEt脉冲定时器时序I1.1I1.2Q4.0T1接通延时定时器（接通延时定时器（SD））A I1.1 L S5T#2M2S SD T1 A I1.2 R T1A T1= Q4.0I1.1I1.2T1T1RSPS5T#2M2ST1Q4.0I1.1I1.2Q4.0RSQT1=S5T#2M2STVB1BCDS_ODTt接通延时定时器时序I1.1I1.2Q4.0T1计数器计数器有加计数器、减计数器和可逆计数器。

计数范有加计数器、减计数器和可逆计数器计数范围为围为0~999，，计数值达到上限计数值达到上限999时时，，累加停止，累加停止，计数值达到下限计数值达到下限0时，不再减小时，不再减小使用复位指令使用复位指令R可复位计数器可复位计数器，，其计数值被清其计数值被清0计数器输出状态也为计数器输出状态也为0加加计数器计数器A I1.0 CU C5 A I1.1 L C#100 S C5A I1.2R C5 A C5= Q4.0I1.0I1.2C5C5RCUT1Q4.0I1.1I1.2Q4.0RSQC5=C#100TVCVBCDS_CUDI1.1C5SCI1.0CU程序结构程序结构线性化编程线性化编程整个用户程序编写在一个指令连续的块中整个用户程序编写在一个指令连续的块中,CPU按顺序周期地扫描程序的每一条指令按顺序周期地扫描程序的每一条指令模块化编程模块化编程将用户程序分成相对独立的程序块，每个块包将用户程序分成相对独立的程序块，每个块包含一些设备和任务的逻辑指令，各块的执行顺含一些设备和任务的逻辑指令，各块的执行顺序由组织块中的指令决定。

序由组织块中的指令决定结构化编程结构化编程整个程序含有若干个通用的独立程序块，可按整个程序含有若干个通用的独立程序块，可按要求反复调用，且通用数据和代码可以共享要求反复调用，且通用数据和代码可以共享适合于复杂控制任务的编程适合于复杂控制任务的编程组织块组织块是操作系统和用户程序的接口，由操作系统调是操作系统和用户程序的接口，由操作系统调用，用于控制扫描循环与中断程序的执行等用，用于控制扫描循环与中断程序的执行等用户程序中的块用户程序中的块组织块组织块(OB)操作系统和用户的接口系统功能块系统功能块(SFB)通过SFB调用一些重要的系统功能系统功能系统功能(SFC)通过SFC调用一些重要的系统功能功能块功能块(FB)用户编写的经常使用的子程序(有存储器)功能功能 (FC)用户编写的经常使用的子程序(无存储器)背景数据块背景数据块(DI)调用FB和SFB时用于传递参数的数据块共享数据块共享数据块(DI)存储用户数据的数据区域, 供所有块享用。