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1、清华大学电机系电工学教研组唐庆玉清华大学电机系电工学教研组唐庆玉2003年年10月月16日编版权所有禁止盗版剽窃日编版权所有禁止盗版剽窃PLCPLC电气控制系统程序设计电气控制系统程序设计 什么是什么是PLC ?PLC ?PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。是一种专门用于工业控制的计算机。早期的早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要用于是用来替代继电器、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，顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控被称为可编程逻辑控制器制器（Programmable logic controller，略写略写 PLC )随着电子技
2、术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功随着电子技术、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。被称为能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器可编程控制器（Programmable controller，略写略写PC)。为区别于。为区别于Personal Computer (PC)，故沿用，故沿用PLC 这个略写。这个略写。2PLC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31. 抗干扰、可靠性高。
3、抗干扰、可靠性高。2. 模块化组合式结构，使用灵活方便。模块化组合式结构，使用灵活方便。3. 编程简单，便于普及。编程简单，便于普及。4. 可进行在线修改。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。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。与传统的控制方式比较，线路简单。 优点优点4 PLC PLC的结构和工作原理的结构和工作原理一、一、 PLC结构示意图结构示意图中中央央处处理理单单元元数数据据存存储储器器输输出出接接口口地址总线地址总线 控制总线控制总线数据总线数据总线编程编程单元单元灯光指示灯光指示电磁阀门电磁阀门接触器接触器电源电源输
4、输入入接接口口模拟量输入模拟量输入行程开关行程开关继电器接点继电器接点各种开关各种开关程序存储器程序存储器警报器警报器电机电机模拟量输出模拟量输出5二、各组成部分的作用二、各组成部分的作用2. 存储器存储器1. CPU(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令。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。将各种输入信号取入。(3) 把运算结果送到输出端。把运算结果送到输出端。(4) 响应各种外部设备的请求。响应各种外部设备的请求。RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的
5、程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。63. 输入、输出接口：输入、输出接口：采用光电隔离，实现了采用光电隔离，实现了PLC的内的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。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：输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可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。算机与外部强电隔离。输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器 - 低速大功率低速大功率 可控硅可控硅 - 高速大功率高速大
6、功率 晶体管晶体管 - 高速小功率高速小功率输入接口作用：输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产将按钮、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。生的信号，转换成数字信号送入主机。7编程设备编程设备: 个人计算机。个人计算机。4. 编程设备编程设备编程软件：编程软件：STEP7-Micro/WIN32PLC输入按钮输入按钮接触器线圈接触器线圈指示灯指示灯电磁阀线圈电磁阀线圈PC/PPI通信电缆通信电缆8工作方式工作方式CPU：等待命令。等待命令。PLC：运行（运行（RUN)后循环扫描。后循环扫描。CPU从第一条指令开始执行，执行完最后一从第一条指令开始执行，执行完最后一条指令又
7、返回第一条，不断循环。条指令又返回第一条，不断循环。一个扫描周期一个扫描周期执行指令执行指令91. I/O点数点数 ：各：各128位位2. 程序存储器程序存储器 E2PROM 2K3. 数据存储器数据存储器 1K3.指令执行速度指令执行速度 0.37 s /指令指令4. 高速计数（高速计数（30MHz)6. 有中断有中断7. 可联网，离线编程可联网，离线编程S7-200主要功能主要功能有四种有四种CPU: CPU221, CPU222, CPU224, CPU2268. 可扩展可扩展9. 模拟量的输入输出模拟量的输入输出10. 指令类型：指令类型：（1）位逻辑指令（2）比较指令（3）定时器指令
8、（4）计数器指令（5）时钟指令（6）整数运算指令（7）实数运算指令（8）数学功能指令（9）传送指令（10）表功能指令（11）逻辑运算指令（12）移位指令（13）转换指令（14）程序控制指令（15）中断/通讯指令（16）逻辑堆栈指令10编程语言编程语言梯形图梯形图(LAD)顺序功能图顺序功能图指令表指令表(STL)功能块图功能块图(FBD)结构文本结构文本 11位（触点）：位（触点）：寄存器和存储器的每一位都是一个寄存器和存储器的每一位都是一个 “继电器继电器触点触点”。触点通断与寄存器（存储器）位的赋值关系：触点通断与寄存器（存储器）位的赋值关系：PLC中有两类中有两类“触点触点”：常开触点常
9、开触点和和常闭触点。常闭触点。符号分别为：符号分别为：Q0.0Q0.0=1 常开触点接通常开触点接通ON 同时常闭触点断开同时常闭触点断开Q0.0Q0.0=0 常开触点断开常开触点断开OFF 同时常闭触点接通同时常闭触点接通12(1) 装载指令装载指令 LD （LOAD)，非装载指令，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。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：以常开触点开始 LDN：以常闭触点开始：以常闭触点开始可编程控制器可编程控制器S7-200基本指令基本指令I0.0Q0.
10、0LD I0.0= Q0.0I0.0Q0.0LDN I0.0= Q0.0I0.0Q0.0I0.1Q0.1LD I0.0= Q0.0LD I0.1= Q0.1LD I0.0LD I0.1I0.0I0.1Q0.1I0.2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=113(2) 输出指令输出指令 输出到输出寄存器，同时输出到对应的输出端口输出到输出寄存器，同时输出到对应的输出端口可编程
11、控制器可编程控制器S7-200基本指令基本指令I0.0Q0.0LD I0.0= Q0.0若若Q0.0=1，输出继电器闭合；若，输出继电器闭合；若Q0.0=0，输出继电器释放，输出继电器释放Q0.0输出继电器Q0.0输出寄存器CPUI0.0输入寄存器14逻辑关系逻辑关系 梯形图梯形图 语句表语句表Q0.0I0.0I0.1LD I0.0A I0.1= Q0.0A当当 I0.0 与与 I0.1 都都 “ON” 时，时，则输出则输出 Q0.0 “ON”。（3）与指令（）与指令（A） (AND)，非与指令（，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.
12、0和I0.1的值相与；与的结果输出到Q0.0LD I0.0AN I0.1= Q0.0AN当当 I0.0 “ON” ，I0.1“OFF”时时则输出则输出 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的取反值相与；与的结果输出到Q0.0Q0.0I0.0I0.115逻辑关系逻辑关系 梯形图梯形图 语句表语句表LD I0.0O I0.1= Q0.0O当当 I0.0 “ON” 或者或者 I0.1 “ON” 时，则输出时，则输出 Q0.0 “ON”。（4）或指令（）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I
13、0.1的值相或；或的结果输出到Q0.0LD I0.0ON I0.1= Q0.0ON当当 I0.0 “ON” ，或者，或者I0.1“OFF”时，则输出时，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Q0.0Q0.0I0.0I0.1Q0.0I0.0I0.116逻辑关系逻辑关系 梯形图梯形图 语句表语句表（5）非指令（）非指令（NOT） LD I0.0NOT= Q0.0NOT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将其左边电路的结果求反Q0.0
14、I0.0NOT17逻辑关系逻辑关系 梯形图梯形图 语句表语句表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Q0.0ALDOLD（6）块与指令（）块与指令（ALD） （7）块或指令（）块或指令（OLD)Q0.0I0.3I0.2I0.1I0.0I0.0Q0.0I0.3I0.2I0.1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Q0.0LD I0.0A I0.1LD I0.2AN I0.3OLD= Q0.018电机起动停止控制梯
15、形图电机起动停止控制梯形图I0.0I0.0Q0.0Q0.0I0.1I0.1（Q0.0）助记符语句表助记符语句表LD I0.1LD I0.1O Q0.0O Q0.0AN I0.0AN I0.0= Q0.0= Q0.0（Q0.0）Q0.0Q0.0I0.1I0.1I0.0I0.0助记符语句表LDN I0.0LD I0.1O Q0.0ALD= Q0.0“块与块与ALD”指令练习指令练习课堂练习课堂练习: 试写出语句表试写出语句表19“块与块与”、“块或块或”指令练习指令练习：写出下列梯形图的语句表：写出下列梯形图的语句表LDN I1.4A I0.3LD I3.2AN T16OLDLDN C24ON I
16、1.2ALDO Q3.4= Q0.3（ Q0.3 ）T16I3.2I0.3I1.4C24I1.2Q3.420M3ABCKMFUQSFR异步机的直接起动异步机的直接起动 + 过载保护继电器接触器控制过载保护继电器接触器控制KMSB1KMSB2FR主电路主电路控制电路控制电路采用采用PLC控制时，主电路接线不变控制时，主电路接线不变21例例1 1：异步机直接启动停止：异步机直接启动停止PLCPLC控制控制PLC I/OPLC I/O分配：分配： I0.0: 停车停车SB1SB1 I0.1: I0.1: 启动启动SB2SB2 Q0.0 Q0.0：KMKM梯形图梯形图I0.0I0.0Q0.0Q0.0I0.1I0.1（Q0.0）KMSB1KMSB2FR继电器接线图（对照）继电器接线图（对照）注意：按钮全接常开！注意：按钮全接常开！I0.1I0.1I0.0I0.0COMOCOMOQ0.0Q0.0COMICOMIKMKMSB2SB2SB1SB1 220V220VPLCPLC外部接线图外部接线图FR24V22异步机直接启动停止异步机直接启动停止PLCPLC控制控制: : 语句表及动作过程分析语句表及动
