【正文】 PLC的原理、編程與應(yīng)用 重慶大學(xué) 廖常初 1 概 述 國際電工委員會(huì) (IEC)對 PLC的定義： “ 可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng) ， 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì) 。 它采用可編程序的存儲(chǔ)器 ， 用來在其內(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 ，并通過數(shù)字式 、 模擬式的輸入和輸出 ， 控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程 。 可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備 ， 都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體 ， 易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì) 。” PLC的特點(diǎn) ： 1. 2. 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高 3. 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 4. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 5. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少 6. 7. 體積小，能耗低 主要的 PLC生產(chǎn)廠家： 美國 Rockwell（ AB） 公司 ， GEFanuc公司 德國的西門子公司 法國的施耐德 (Schneider)公司 日本的三菱公司 ， 歐姆龍 (OMRON)公司 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 ： 1. 開關(guān)量邏輯控制 2. 閉環(huán)過程控制 3. 數(shù)據(jù)處理 4. 通信聯(lián)網(wǎng) 5. 運(yùn)動(dòng)控制 可編程序控制器的發(fā)展趨勢 1． 向高性能 、 高速度 、 大容量發(fā)展 三菱的 AnA系列使用單芯片實(shí)現(xiàn) PLC全部功能的 32位微處理器 ， 每條基本指令 ?s 。 松下的 FP10SH系列采用 32位 5級流水線 RISC結(jié)構(gòu)的 CPU，可以同時(shí)處理 5條指令 ， 順序指令的執(zhí)行速度高達(dá) ?s/步 。 PID指令 、 PID模塊 、 模糊控制 、 自適應(yīng) 、 參數(shù)自整定 。 2． 大力發(fā)展微型可編程序控制器 西門子的 LOGO！通用邏輯模塊 , 價(jià)格便宜，有的集成有ASi 接口。 10/20個(gè) I/O點(diǎn)。類似的有三菱的 ALPHA、富士的ELC、 OMRON的 ZEN。 OMRON 的 ZEN簡單邏輯控制器， 70 90mm， 18DI， 16DO。梯形圖編程，有編程軟件。 3．大力開發(fā)智能型 I/O模塊和分布式 I/O子系統(tǒng) 模擬量 I/O、高速計(jì)數(shù)輸入、中斷輸入、運(yùn)動(dòng)控制、溫度檢測、條碼閱讀器、 BCD碼輸入 /輸出、模糊控制器、 PID回路控制、通信等模塊。 Siemens的 ET 200是基于 PROFIBEUS現(xiàn)場總線的分布式 I/O控制系統(tǒng)。 4 基于 PC的編程軟件取代手持式編程器 5 PLC編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化 ， IEC11313 PLC編程語言標(biāo)準(zhǔn) 。 6 PLC通信的易用化和 “ 傻瓜化 ” 7 PLC的軟件化與 PC化 符合 IEC11313標(biāo)準(zhǔn)在 PC上運(yùn)行的軟件包 (軟件 PLC)，亞控公司的 KingACT、研華公司的 ADAM5501/P31。 GEFanuc公司推出了類似于筆記本電腦的 PC，使用Windows CE，可實(shí)現(xiàn) PLC的 CPU模塊功能，可與以太網(wǎng)和 I/O模塊通信，在工業(yè)現(xiàn)場使用。 8 組態(tài)軟件引發(fā)的上位計(jì)算機(jī)編程革命 組態(tài)軟件面向工業(yè)控制，生成人機(jī)界面，通信不需編程，Intach， iFix，組態(tài)王、力控、的 WINCC、 CIMPLICITY等。 2 可編程序控制器的硬件與工作原理 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) PLC的物理結(jié)構(gòu)：整體式、模塊式與疊裝式 存儲(chǔ)器分類： RAM、 ROM、 EPROM、 EEPROM 輸出模塊模塊輸入模塊可編程序控制器按 鈕選擇開關(guān)限位開關(guān)電 源編程裝置C P U 接觸器電磁閥指示燈電 源 ~ 圖 2 1 P L C 控 制 系 統(tǒng) 示 意 圖 擴(kuò)展模塊CPU 模塊電源與輸出端子狀態(tài)LED存儲(chǔ)器卡通信口底部端子蓋輸入端子與圖22 S7200 PLC頂部端子蓋傳感器電源端子前蓋導(dǎo)軌I / O 模塊CPU電源 機(jī)架圖2 3 S 7 4 0 0 模塊式P L C輸出電流與負(fù)載類型的關(guān)系 P L C 0 . 01M1K5 . 6 K圖 2 4 輸 入 電 路 內(nèi) 部 電 路 P L CD C 2 4 V~P L C( ) ab( ) 1L+0 . 2 U0 . 11L負(fù)載負(fù)載繼電器圖2 5 P L C 的輸出電路 內(nèi) 部 電 路 內(nèi) 部 電 路 1L0 . 01M0 . 0 S 7 2 0 0 C P U D C 2 4 VL+ML1PEN 1L.01M.0 E M 2 2 2L1N L+M 1M0 . 01M0 . 0 S 7 2 0 0 C P U D C 2 4 VML1PEM1M.01M.0 E M 2 2 3L+N 1L+1L+ACDC L +ML+........................數(shù)字量擴(kuò)展模塊 數(shù)字量擴(kuò)展模塊電源圖2 1 3 交流電源系統(tǒng)的外部接線 圖2 1 4 直流電源系統(tǒng)的外部接線 PLC內(nèi)部 、 外部電路的配合 可編程序控制器的工作原理 D C 2 4 VP L C 1L+0 . 2 C O MX0FX2N 內(nèi) 部 電 路( ) ( ) ( ) amp。b ca≥1 I 0 . 0 I 0 . 1 I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4Q 0 . 0 Q 0 . 1 Q 0 . 2Q 0 . 2Q 0 . 1Q 0 . 0I 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4 ( ) ( )( )與 或 非 PLC的工作方式 RUN方式執(zhí)行用戶程序 ， “ RUN” LED亮 。 STOP方式不執(zhí)行用戶程序 ， 可將用戶程序和硬件設(shè)置信息下載到 PLC。 TERM(終端 )方式與通信有關(guān) 。 可用 CPU模塊上的方式開關(guān)改變工作方式 ， 方式開關(guān)在STOP或 TERM位置時(shí)上電 ， 自動(dòng)進(jìn)入 STOP方式；在 RUN位置上電自動(dòng)進(jìn)入 RUN方式 。 PC PLC之間建立起通信連接后 ， 若方式開關(guān)在 RUN或TERM位置 , 可用編程軟件改變 CPU的工作方式 。 在程序中插入 STOP指令 ， 可使 CPU由 RUN方式進(jìn)入 STOP方式 。 中斷程序的處理與立即 I/O指令可提高響應(yīng)速度。 RUNSTOP狀態(tài) 智能模塊通信通信信息處理自診斷檢查修改輸出 執(zhí)行用戶程序讀取輸入狀態(tài) 智能模塊通信通信信息處理自診斷檢查修改輸出讀取輸入 圖 2 9 掃 描 過 程 LD O AN = KMKM S B 1S B 2KM~ 3 8 0 VS B 1S B 2KM~ 380VM FRFR S B 1S B 20 . 10 . 21M1L0 . 0KMA C 2 2 0 V I 0 . 1I 0 . 2Q 0 . 0I 0 . 1 I 0 . 2Q 0 . 0Q 0 . 0FRL+MD C 2 4 V( )輸入映像寄存器輸出映像寄存器 停止起動(dòng) S7200的主要特點(diǎn) CPU模塊 CPU221/222/224/226： I/O點(diǎn) 10/14/24/40點(diǎn) ， 最大 DI/DO：256/256點(diǎn) ， AI/AO： 32/32點(diǎn) ， 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器： 256/256點(diǎn) ， 程序空間 2048/4096字 ， 高速計(jì)數(shù)器： 4/6點(diǎn) ， 30kHz， 高速輸出： 2點(diǎn) ， 20kHz， 模擬電位器 1/2個(gè) ， 實(shí)時(shí)鐘 ， RS485： 1/2個(gè) ，輸入中斷 4點(diǎn) ， 定時(shí)中斷 2個(gè) (1～ 255ms)。 PPI, MPI、 自由通信口協(xié)議和 PROFIBUS點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議 ，STEP 7Micro/WIN 32編程軟件 擴(kuò)展模塊 數(shù)字量 I/O： 8DI、 8DO、 4/ 8/ 16/16 DI/DO，模擬量I/O模塊： 12位， 4AI、 2AO、 4AI/1AO，熱電偶、熱電阻模塊 15位， 4AI、 2AI， EM277 PROFIBUSDP通信模塊，調(diào)制解調(diào)器模塊， CP 2432： ASi主站，它最多可以連接 31個(gè) ASi從站 C P U 2 2 4 Q 2 . 2I 2 . 2I 0 . 0I 0 . 1I 1 . 5Q 0 . 0Q 0 . 1Q 1 . 1……I 2 . 0I 2 . 1I 2 . 3Q 2 . 0Q 2 . 1Q 2 . 34 A I1 A OQ 3 . 0Q 3 . 1Q 3 . 7…I 3 . 0I 3 . 1I 3 . 7…A I W 0A I W 2A I W 4A I W 6A Q W 0 A I W 8A I W 1 0A I W 1 2A I W 1 4A Q W 44 A I1 A O4輸 入4輸 出8輸 入 8輸 出模塊0 模塊1 模塊2 模塊3 模塊4 圖212 CPU 224的I/O地址分配舉例 填空 (1) 可編程序控制器主要由 、 、 和 組成 。 (2) 繼電器的線圈 “ 斷電 ” 時(shí) ， 其常開觸點(diǎn) ， 常閉觸點(diǎn) 。 (3) 外部的輸入電路接通時(shí) ， 對應(yīng)的輸入映像寄存器為 狀態(tài) ， 梯形圖中對應(yīng)的常開觸點(diǎn) ， 常閉觸點(diǎn) ____。 (4) 若梯形圖中輸出 Q的線圈 “ 斷電 ” ， 對應(yīng)的輸出映像寄存器為 狀態(tài) ， 在修改輸出階段后 ， 繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈 ， 其常開觸點(diǎn) ，外部負(fù)載 。 3 可編程序控制器程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 動(dòng)作1動(dòng)作2步1步2步3轉(zhuǎn)換1轉(zhuǎn)換2圖32 順序功能圖 Simatic指令集與 IEC11313指令集 I 0 . 1I . 2M 0 . 3Q 1 . 1ORA N D I 0 . 1I 0 . 2M 0 . 3Q 1 . 1LDO A N = I 0 . 1M 0 . 3I 0 . 2Q 1 . 1( )能流圖 3 3 梯 形 圖 圖 3 4 功 能 塊 圖 與 語 句 表 順序功能圖梯形圖功能塊圖指令表結(jié)構(gòu)文本 圖 3 1 P L C 的 編 程 語 言 I E C 1 1 3 1 3 的基本數(shù)據(jù)類型基本數(shù)據(jù)類型 名 稱 數(shù)據(jù)范圍BOO L （ 1 位） 布爾型 0 或 1BYT E （ 8 位） 無符號(hào)字節(jié) 0 ～ 2 5 5BYT E （ 8 位） 有符號(hào)字節(jié) 1 2 8 ～ + 1 2 7W O RD （ 16 位） 無符號(hào)整數(shù) 0 ～ 6 5 5 3 5I N T （ 16 位） 有符號(hào)整數(shù) 3 2 7 6 8 ～ + 3 2 7 6 7D W O RD （ 32 位） 無符號(hào)雙整數(shù) 0 ～ +232 1D I N T （ 32 位） 有符號(hào)雙整數(shù) 231～ +231 1REA L （ 32 位）