PLC电气控制系统程序设计.ppt

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1、清华大学电机系电工学教研组唐庆玉2003年10月16日编版权所有禁止盗版剽窃,PLC电气控制系统程序设计,什么是PLC?,PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。,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。,2,PL

2、C应用领域,机床电器 纺织机械 塑料机械 包装机械烟草机械 冲压机械 铸造机械 运输带食品工业 化学工业 陶瓷工业 环保设备电力自动化设备 电梯 中央空调 真空装置 恒压供水系统各种电机 各种电磁阀,3,1.抗干扰、可靠性高。2.模块化组合式结构，使用灵活方便。3.编程简单，便于普及。4.可进行在线修改。5.网络通讯功能，便于实现分散式测控系统。6.与传统的控制方式比较，线路简单。,优点,4,PLC的结构和工作原理,一、PLC结构示意图,5,二、各组成部分的作用,2.存储器,1.CPU,(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令。(2)将各种输入信号取入。(3)把运算结果送到输出端。(4)

3、响应各种外部设备的请求。,RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。,6,3.输入、输出接口：采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。,输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。,输出三种形式：继电器-低速大功率 可控硅-高速大功率 晶体管-高速小功率,输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。,7,编程设备:个人计算机。,4.编程设备,编程软件：STEP7-Micro/WIN

4、32,8,工作方式,CPU：等待命令。,PLC：运行（RUN)后循环扫描。CPU从第一条指令开始执行，执行完最后一条指令又返回第一条，不断循环。,9,1.I/O点数：各128位2.程序存储器 E2PROM 2K3.数据存储器 1K3.指令执行速度 0.37 s/指令4.高速计数（30MHz)6.有中断7.可联网，离线编程,S7-200主要功能,有四种CPU:CPU221,CPU222,CPU224,CPU226,8.可扩展9.模拟量的输入输出10.指令类型：,10,编程语言,11,位（触点）：寄存器和存储器的每一位都是一个“继电器触点”。,触点通断与寄存器（存储器）位的赋值关系：,PLC中有两

5、类“触点”：常开触点和常闭触点。符号分别为：,12,(1)装载指令 LD（LOAD)，非装载指令 LDN（LOAD NOT)从母线开始一个新逻辑行时，或开始一个逻辑块时，输入的第一条指令。LD：以常开触点开始 LDN：以常闭触点开始,可编程控制器S7-200基本指令,输入I0.0的值，输出给Q0.0。若按钮动作（合），I0.0=1，Q0.0 1；若按钮不动作（开），I0.0=0，Q0.0 0。,输入I0.0的值并取反，输出给Q0.0。若按钮动作（合），I0.0=1，Q0.0=0；若按钮不动作（开),I0.0=0,Q0.0=1,13,(2)输出指令 输出到输出寄存器，同时输出到对应的输出端口,可

6、编程控制器S7-200基本指令,若Q0.0=1，输出继电器闭合；若Q0.0=0，输出继电器释放,14,逻辑关系 梯形图 语句表,LD I0.0A I0.1=Q0.0,A,当 I0.0 与 I0.1 都“ON”时，则输出 Q0.0“ON”。,（3）与指令（A）(AND)，非与指令（AN）（AND NOT）,说明：先输入I0.0的值；再输入I0.1的值，并将I0.0和I0.1的值相与；与的结果输出到Q0.0,LD I0.0AN I0.1=Q0.0,AN,当 I0.0“ON”，I0.1“OFF”时则输出 Q0.0“ON”。,说明：先输入I0.0的值；再输入I0.1的值并取反，将I0.0的值和I0.1

7、的取反值相与；与的结果输出到Q0.0,15,逻辑关系 梯形图 语句表,LD I0.0O I0.1=Q0.0,O,当 I0.0“ON”或者 I0.1“ON”时，则输出 Q0.0“ON”。,（4）或指令（O，ON）(OR),说明：先输入I0.0的值；再输入I0.1的值，并将I0.0和I0.1的值相或；或的结果输出到Q0.0,LD I0.0ON I0.1=Q0.0,ON,当 I0.0“ON”，或者I0.1“OFF”时，则输出 Q0.0“ON”。,说明：先输入I0.0的值；再输入I0.1的值并取反，将I0.0的值和I0.1的取反值相或；或的结果输出到Q0.0,16,逻辑关系 梯形图 语句表,（5）非指

8、令（NOT）,LD I0.0NOT=Q0.0,NOT,说明：先输入I0.0的值；再将I0.0的值求反，1变0，0变1；求反的结果输出到Q0.0,将其左边电路的结果求反,17,逻辑关系 梯形图 语句表,LD I0.0O I0.2LD I0.1O I0.3ALD=Q0.0,先“I0.0或I0.2”，再“I0.1或I0.3”，再将两块的逻辑运算结果相与，与的结果输出到Q0.0,ALD,OLD,（6）块与指令（ALD）（7）块或指令（OLD),先“I0.0与I0.1”，再“I0.2与I0.3的反”，再将两块的逻辑运算结果相或，或的结果输出到Q0.0,LD I0.0A I0.1LD I0.2AN I0.

9、3OLD=Q0.0,18,助记符语句表LD I0.1O Q0.0AN I0.0=Q0.0,助记符语句表LDN I0.0LD I0.1O Q0.0ALD=Q0.0,“块与ALD”指令练习,课堂练习:试写出语句表,19,“块与”、“块或”指令练习：写出下列梯形图的语句表,LDN I1.4A I0.3LD I3.2AN T16OLDLDN C24ON I1.2ALDO Q3.4=Q0.3,20,M3,A,B,C,KM,FU,QS,FR,异步机的直接起动+过载保护继电器接触器控制,主电路,控制电路,采用PLC控制时，主电路接线不变,21,例1：异步机直接启动停止PLC控制,PLC I/O分配：I0.0

10、:停车SB1 I0.1:启动SB2 Q0.0：KM,继电器接线图（对照）,22,异步机直接启动停止PLC控制:语句表及动作过程分析,助记符语句表LD I0.1O Q0.0AN I0.0=Q0.0,（1）RUN后，语句表循环执行 假设SB1、SB2都不按下,（3）假设SB2按下，,（5）假设电机启动后，再按下 SB1，,（4）假设电机启动后，SB1、SB2 都不按下，,23,PLC外部接线限制,S7-200 CPU224 PLC控制器输入接线端子只有14点：I0.0I0.7，I1.0I1.5输出接线端子只有10点：Q0.0Q0.7，Q1.0Q1.1,24,电机的正反转继电器接触器控制,KMR,M

11、3,A,B,C,KMF,FU,Q S,FR,主电路,控制电路,25,PLC I/O分配：SB1 I0.0 SBF I0.1 SBR I0.2 KMF Q0.0 KMR Q0.1,例2：三相异步电动机的正反转PLC控制,26,LDI0.1OQ0.0AN I0.0AN Q0.1=Q0.0LDI0.2OQ0.1AN I0.0AN Q0.0=Q0.1,三相异步电动机的PLC正反转控制编程,27,（8）堆栈操作及堆栈操作指令（LPS,LRD,LPP,LDS）,堆栈结构:共9个单元，每个单元1位,堆栈操作:先进后出,28,（8）堆栈操作及堆栈操作指令（LPS,LRD,LPP,LDS）（续）,CPU自动堆栈

12、操作：,29,助记符语句表LD I0.3A I0.5=Q0.0=Q0.1=Q0.2,CPU自动堆栈操作：,30,（8）堆栈操作及堆栈操作指令（LPS,LRD,LPP,LDS）（续）,LPS指令：,操作：复制栈顶第0层的值，并向下压一层,31,（8）堆栈操作及堆栈操作指令（LPS,LRD,LPP,LDS）（续）,LRD指令,操作：复制第1层的值，装到第0层,32,（8）堆栈操作及堆栈操作指令（LPS,LRD,LPP,LDS）（续）,LPP指令,操作：将第0层的值弹出，其他层依次上移一层,33,（8）堆栈操作及堆栈操作指令（LPS,LRD,LPP,LDS）（续）,LDS n指令,操作：复制第n层到

13、栈顶，原来各层值依次下压一层 例：LDS 2,34,（8）堆栈操作指令（LPS,LRD,LPP,LDS）举例（续）,LPS：复制栈顶第0层的值，向下压一层,LRD：复制第1层的值，装到第0层,LPP：将第0层的值弹出，其他层依次上移一层,35,（8）堆栈操作指令（LPS,LRD,LPP,LDS）举例（续）,助记符语句表LD I0.3A I0.5LPSAN I0.1=Q0.0LRDA T16=Q0.1LPPAN I0.1=Q0.2,36,（9）定时器及定时器指令,时间常数（1-32767）,定时器编号37时钟周期100ms,（1）当输入触点断开，IN0，定时器复位，当前值0。（2）当输入触点接通

14、，IN1，定时器开始定时，每一个时钟，当前值加1。（3）当当前值设定值时间常数时，定时器常开触点ON，常闭触点OFF。（4）定时时间=时钟周期时间常数。（5）若IN仍为1，则当前值仍继续计数，直到最大值32767。（6）若输入触点断开，定时器复位(常开触点断开，常闭触点闭合，当前值 清0)。（7）当前值、设定值都是16位有符号整数。（8）时钟周期有三种，见下表：,说明：,通电延时定时器,通电延时定时器TON断电延时定时器TOF保持型通电延时定时器TONR,输入触点,37,（9）定时器及定时器指令,注：T0NR保持型通电延时定时器（输入触点接通时开始定时，输入触点断开时，定时器位复位，当前值不清

15、0。若输入触点又接通，则继续定时，定时时间到，定时器位置位）TON通电延时定时器（输入触点断开时，定时器位复位，当前值清0。输入触点接通时开始定时，定时时间到，定时器位置位）TOF断电延时定时器（输入触点接通时，定时器位复位，当前值清0。输入触点断开时开始定时，定时时间到，定时器位置位）,38,动作说明：当I0.1闭合后，定时器T37开始定时。经过100ms100=10s后，T37的常开触点闭合,Q0.0=1，同时T37的常闭触点断开,Q0.1=0。,定时器指令举例：,LD I0.1TON T37,100LD T37=Q0.0LDN T37=Q0.1,用定时器指令编写的助记符语句表,39,例3

16、：定时器应用举例(高频加热时间控制）,PLC分配I/O：I0.0 SB1I0.1 SB2Q0.0 KMT37 KT,40,PLC分配I/O：I0.0 SB1I0.1 SB2Q0.0 KMT37 KT,高频加热时间控制,41,例4：定时器应用举例：用PLC控制三相异步电动机的Y-起动。,Y 起动继电器控制电路,I/O分配：SB1 I0.0SB2 I0.1KM Q0.0KMY Q0.1KM Q0.2KT T33,时间常数=500延时0.01s 500=5s,42,用PLC控制三相异步电动机的Y-起动,I/O分配：SB1 I0.0SB2 I0.1KM Q0.0KMY Q0.1KM Q0.2KT T3

17、3,继电器控制图,43,用PLC控制三相异步电动机的Y-起动,I/O分配：SB1 I0.0SB2 I0.1KM Q0.0KMY Q0.1KM Q0.2KT T33,清华大学电机系电工学教研组唐庆玉编2003年10月16日,44,用PLC控制三相异步电动机的Y-起动编程,根据梯形图和接线进行编程,LD I0.1O Q0.0AN I0.0LPS=Q0.0AN Q0.2TON T33,500LRDAN T33AN Q0.2=Q0.1,LPPLD T33O Q0.2ALDAN Q0.1=Q0.2,；块与,45,（10）计数器及计数器指令,个数：与定时器共用256个，C0C255三种类型：加计数器CTU

18、，减计数器CTD，加减计数器CTUD,说明：当复位输入（R）电路断开，CU端电路接通，CU输入有一个上升沿，计数器当前值加1。当当前值设定值PV时，计数器常开触点闭合，常闭触点打开。当R端ON时，计数器复位，当前值清0。,LD I0.0LD I0.2CTD C5,100,LD I0.0LD I0.2CTU C4,100,LD I0.0LD I0.1LD I0.2CTUD C6,100,说明：当CD端电路接通，CD输入有一个上升沿，从设定值开始，当前值减1。当当前值减至0时，停止计数，计数器常开触点闭合，常闭触点打开。当LD端ON时，计数器复位，设定值PV重装入当前值。,说明：CU端的上升沿，当

19、前值加1；CD端的上升沿，当前值减1。当当前值设定值PV时，计数器位置位。当R端ON时，计数器复位，当前值清0。,46,计数器指令梯形图与时序图,I0.0,I0.2,CU,CTU,PV,50,C4,R,C4,(Q0.1),47,（11）跳变检测指令,语句表LD I0.0EU=M0.0LD I0.1ED=M0.1,检测正跳变,检测负跳变,注：M 位存储器，用于保存继电器的中间 操作状态，M0.0M31.7,48,例5.计数器应用举例：产品数量检测,（每24个产品机械手动作1次,每次时间2秒）,49,电机起动后，M0.0产生宽度为一个扫描周期的正脉冲，使C100复位,手动起、停传送带电机,产品数量

20、检测PLC控制梯形图,每检测到一个产品，I0.2产生一个正脉冲，使C100计一个数,C100每计24个数，机械手动作一次,机械手动作后，延时2秒，将机械手 电磁铁切断，同时将C100复位。C100 复位后，Q0.1和T37也复位,50,产品数量检测PLC控制编程语句表,LD I0.1O Q0.0AN I0.0=Q0.0LD Q0.0EU=M0.0LD I0.2A Q0.0LD M0.0O T37CTU C100,24,LD C100AN T37=Q0.1LD C100TON T37,20,51,(12)置位（S）和复位（R）指令,如果I0.0闭合，从Q0.0开始的N位都被置位并保持该状态，既使I0.O又断开。N=1255,如果I0.1闭合，从Q0.0开始的N位都被复位并保持该状态，既使I0.1又断开。N=1255,LD I0.0S Q0.0,1LD I0.1R Q0.0,1,52,