PLC设计指导书.docx
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PLC设计指导书
目录
第一章可编程控制器简介2
1、PLC的结构及各部分的作用2
2、PLC的工作原理3
3、PLC的程序编制3
第二章基本指令简介5
第三章可编程控制器梯形图编程规则7
第四章演示实验8
实验一小车运料系统实验8
实验二搅拌机电控实验9
实验三三相异步电动机的星/三角换接起动控制10
实验四LED数码显示控制11
实验五五相步进电动机控制的模拟13
实验六十字路口交通灯控制的模拟14
实验七天塔之光16
实验八水塔水位控制18
实验九电动机正反转19
实验十轧钢机控制系统20
实验十一自动售货机22
第五章编程器及其应用23
第一节概述23
第二节简易编程器23
第三节简易编程器的操作24
第四节适配器和电脑的连机24
第六章可编程控制器的安装和维护25
第一章可编程控制器简介
可编程控制器是采用微机技术的通用工业自动化装置，近几年来，在国内已得到迅速推广普及。
正改变着工厂自动控制的面貌，对传统的技术改造、发展新型工业具有重大的实际意义。
可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。
其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。
根据实际应用对象，将控制内容写入控制器的用户程序内，控制器和被控对象连接也很方便。
随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的已不再是仅有逻辑判断功能，还同时具有数据处理、调节和数据通信功能。
可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。
另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。
由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。
目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。
可编程序控制器，英文称ProgrammableController，简称PC。
但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。
它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/计数和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、通用性和灵活性差的缺点，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，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而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，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
1、PLC的结构及各部分的作用
PLC的类型繁多，功能和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、编程器扩展器接口和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
主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。
CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部论断等。
PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类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和中间结果。
2、输入/输出（I/O）接口
I/O接口是PLC与输入/输出设备联接的部件。
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/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通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、编程器
编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。
除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。
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）联接在一起。
6、外部设备接口
此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。
本实验装置选用的主机型号为三菱系列的FXos-20MR。
输入点数为12，输出点数为8。
为保护主机的输出、输出接口镙口和螺钉不因学生实验时频繁的换接装拆而导致损坏，本装置设计时已将主机固定在实验面板的固定区域，并将所有的输入输出接点用固定的接线将它们连到实验面板的固定插孔（采用高可靠自锁紧的防转座）处，使实验的接线、插线更为简便。
2、PLC的工作原理
PLC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和对输出状态的刷新等工作。
PLC的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
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，经相应的运算和处理后，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。
3、PLC的程序编制
1、编程元件
PLC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和动断触点。
编程元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等。
PLC内部这些继电器的作用和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”，但它们不是“硬”继电器，而是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。
FXos-20MR编程元件的编号范围与功能说明如下表所示
元件名称
代表字母
编号范围
功能说明
输入继电器
I
I0.0～I0.7和I1.1～I1.5共14点
接受外部输入设备的信号
输出继电器
Q
Q0.0～Q0.7和Q1.0～Q1.1共10点
输出程序执行结果并驱动外部设备
辅助继电器
M
M0～M31.7
在程序内部使用，不能提供外部输出
定时继电器
T
T0～T255
延时定时继电器，触点在程序内部使用
计数继电器
C
C0～C255
减法计数继电器，触点在程序内部使用
特殊寄存器
SM
SM0.0～SM29.7
分只读区域和可读区域
2、编程语言
所谓程序编制，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最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言，且两者常常联合使用。
1）梯形图（语言）
梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言。
它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和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编程元件的动断和动合接点；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。
梯形图的设计应注意到以下三点：
①梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。
每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。
②梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。
这个“概念电流”只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输入继电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继电器的触点，而不出现其线圈。
输出继电器则输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不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。
输出继电器的触点也可供内部编程使用。
2）指令语句表
指令语句表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是指令语句表。
一条指令语句是由步序、指令语和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：
KMQ0.0步序指令语器件号
SSSTI0.0I0.10LDI0.0
KMQ0.01ORQ0.0
2ANII0.1
（1）继电接触控制线路图
（2）梯形图3OUTQ0.0
第二章基本指令简介
基本指令如表所示：
类型
指令名称
指令描述
装载
LDN
装载
LDIN
立即装载
LDNN
取反后装载（电路开始常闭触点）
LDNIN
取反后立即装载
与
AN
与（串联的常开触点）
AIN
立即与
ANN
取反后与
ANIN
取反后立即与
或
ON
或（并联的常开触点）
OIN
立即或
ONN
取反后或（并联的常闭触点）
ONIN
取反后立即或
定时器
TONTXXX，PT
接通延时定时器
TOFTXXX，PT
断开延时定时器
TONRTXXX，PT
保持型接通延时定时器
BITMOUT
启动间隔定时器
CITMIN，OUT
计算间隔定时器
计数器
CTUCXXX，PV
加计数器
CTDCXXX，PV
减计数器
CTUDCXXX，PV
加/减计数器
传送
MOVBIN，OUT
字节传送
MOVWIN，OUT
字传送
MOVDIN，OUT
双字传送
MOVRIN，OUT
实数传送
移位
SHRBDATA，S-BIT，N
移位寄存器
SRBOUT，N
字节右移N位
SRWOUT，N
字右移N位
SRDOUT，N
双字右移N位
SLBOUT，N
字节左移N位
SLWOUT，N
字左移N位
SLDOUT，N
双字左移N位
RRBOUT，N
字节循环右移N位
RRWOUT，N
字循环右移N位
RRDOUT，N
双字循环右移N位
RLBOUT，N
字节循环左移N位
RLWOUT，N
字循环左移N位
RLDOUT，N
双字循环左移N位
置位
SBit,N
置位一个区域
SIBit,N
立即置位一个区域
复位
RBit,N
复位一个区域
RIBit,N
立即复位一个区域
一、逻辑取及线圈驱动指令LD、LDI
LD，取指令。
表示一个与输入母线相连的常开接点指令，即常开接点逻辑运算起始。
LDI，取反指令。
表示一个与输入母线相连的常闭接点指令，即常闭接点逻辑运算起始。
OUT，线圈驱动指令，也叫输出指令。
LD、LDI两条指令的目标元件是X、Y、M、S、T、C，用于将接点接到母线上。
也可以与后述的ANB指令、ORB指令配合使用，在分支起点也可使用。
OUT是驱动线圈的输出指令，它的目标元件是Y、M、S、T、C。
对输入继电器不能使用。
OUT指令可以连续使用多次。
程序有=号表示
LD、LDI是一个程序步指令，这里的一个程序步即是一个字。
OUT是多程序步指令，要视目标元件而定。
二、接点串联指令A、AN、ALD
A与指令。
用于单个常开接点的串联。
AN，与非指令，用于单个常闭接点的串联。
ALD，块“与”操作指令，用于两个或两个以上触点并联在一起的电路块的串联连接。
使用说明如下：
1将并联电路块串联接进行“与”操作时，电路块开始用LD或LDI指令，电路块结束后用ALD指令连接起来。
2ALD不带元件编号，是一条独立指令。
ALD指令可以串联多个并联电路块，支路数量没有限制。
三、接点并联指令O、ON
OR，或指令，用于单个常开接点的并联。
ON，或非指令，用于单个常闭接点的并联。
O与ON指令可作为并联一个触点指令，紧接在LD/LDN指令之后，可连接使用。
可以对I、Q、M、SM、T、C、V、S的触点进行逻辑“或”操作，和“=”指令组成纵向输出。
四、串联电路块的并联连接指令OLD
两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块。
串联电路块并联连接时，分支开始用LD、LDI指令，分支结束用OLD指令。
OLD指令与后述的ANB指令均为无目标元件指令，而两条无目标元件指令的步长都为一个程序步。
ALD有时也简称或块指令。
OLD指令的使用方法有两种：
一种是在要并联的每个串联电路后加OLD指令；另一种是集中使用OLD指令。
对于前者分散使用OLD指令时，并联电路块的个数没有限制，但对于后者集中使用ALD指令时，这种电路块并联的个数不能超过8个（即重复使用LD、LDI指令的次数限制在8次以下），所以不推荐用后者编程。
五、逻辑堆栈操作指令
LPS：
逻辑堆指令，它是将栈顶值复制后压入堆栈，栈中原来数据依次下移一层，栈底值压出丢失。
LRD：
逻辑读栈指令，它是将逻辑堆栈第二层的值复制到栈顶，2～9层数据不变，堆栈没有压入和弹出，但原栈顶值丢失。
LPP：
逻辑堆出指令，它是将堆栈弹出一级，原来第二级的值变为新的栈顶值，原栈顶数据从栈内丢失。
六、定时器指令
TON：
接通延时定时器。
接通延时定时器用于单一间隔的定时，输入端IN、时间设定输入端PT及定时器编号Tn构成;语句表中由定时器标TON,时间设定值输入端PT和定时器编号Tn构成.
TONR:
保持型定时器,保持型定时器用于多次间隔累计定时,其工作原理与接通延时类似,不同之处在于保持型定时器在使能端为0时,当前值将被保持;当使能端有效时在原保持值上继续递增.
TOF:
断开延时,断开延时定时器用于断开或故障事件后的单一间隔定时,其构成类似前两者定时器.
七、置位与复位指令S、R
S为置位指令，使动作保持；RST为复位指令，使操作保持复位。
S指令的操作目标元件为Y、M、S。
而R指令的操作元件为Y、M、S、D、V、Z、T、C。
这两条指令是1～3个程序步。
用R指令可以对定时器、计数器、数据寄存、变址寄存器的内容清零。
八、脉冲生成指令
EU：
正跳变触发指令，某操作数出现由0到1的上升沿时，使触点闭合，形成一个扫描周期的的脉冲，驱动后面的输出线圈。
ED：
负跳变触发指令，某操作数出现由0到1的下降沿时，使触点闭合，形成一个扫描周期的的脉冲，驱动后面的输出线圈。
九、RS触发器指令
SR:
置位优先触发器指令,当置位信号S1和复位信号R都为真时,输出为真.
RS:
复位优先触发器指令,当置位信号S和复位信号R1都为真时,输出为真.
十、程序结束指令END
END是一条无目标元件的1程序步指令。
PLC反复进行输入处理、程序运算、输出处理，若在程序最后写入END指令，则END以后的程序就不再执行，直接进行输出处理。
在程序调试过程中，按段插入END指令，可以按顺序扩大对各程序段动作的检查。
采用END指令将程序划分为若干个段，在确认处于前面电路块的动作正确无误之后，依次删去END指令。
要注意的是在执行END指令时，也刷新监视时钟。
第三章可编程控制器梯形图编程规则
编程的八个步骤
（一）决定系统所需的动作及次序。
当使用可编程控制器时，最重要的一环是决定系统所需的输入及输出，这主要取决于系统所需的输入及输出接口分立元件。
输入及输出要求：
（1）第一步是设定系统输入及输出数目，可由系统的输入及输出分立元件数目直接取得。
本实验装置的输入输出点数是：
输入12点，输出8点。
（2）第二步是决定控制先后、各器件相应关系以及作出何种反应。
（二）将输入及输出器件编号
每一输入和输出，包括定时器、计数器、内置继电器等都有一个唯一的对应编号，不能混用。
（三）画出梯形图。
根据控制系统的动作要求，画出梯形图。
梯形图设计规则
（1）触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。
应根据自左自右、自上而下的原则和对输出线圈的几种可能控制路径来画。
（2）不包含触点的分支应放在垂直方向，不可放在水平位置，以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径。
（3）在有几个串联回路相并联时，应将触头多的那个串联回路放在梯形图的最上面。
在有几个并联回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。
这种安排，所编制的程序简洁明了，语句较少。
（4）不能将触点画在线圈的右边，只能在触点的右边接线圈。
（四）将梯形图转化为程序
把继电器梯形图转变为可编程控制器的编码，当完成梯形图以后，下一步是把它编码成可编程控制器能识别的程序。
这种程序语言是由地址、控制语句、数据组成。
地址是控制语句及数据所存储或摆放的位置，控制语句告诉可编程控制器怎样利用数据作出相应的动作。
（五）在编程方式下用键盘输入程序。
（六）编程及设计控制程序。
（七）测试控制程序的错误并修改。
（八）保存完整的控制程序。
第四章演示实验
实验一小车运料系统实验
一、实验目的
1.熟悉PLC实验装置。
2.练习手持编程器的使用。
3.熟悉系统操作。
二、实验内容
输入程序，连接好I/O接线图，实验本程序
三、控制要求
在基本指令的编程练习实验区完成本实验。
当按下启动按钮SB1（I0.0）时，小车从C开始运行，10S后小车运行到B地装料，C指示灯灭，B点指示灯亮，同时低位开始向小车倒料，10S后料装满，小车将料运行到A地，A指示灯亮，B和低点指示灯灭。
四、指令表
网络1
网络2
网络3
网络4
1
LDI0.0
OM0.0
ANI0.1
ANQ0.1
=M0.0
=Q0.0
7
LDM0.0
TONT37,100
13
LDT37
OQ0.1
OQ0.3
LPS
ANQ0.2
=Q0.1
LPP
ANQ0.2
=Q0.3
22
LDQ0.1
AQ0.3
TONT38,100
2
8
14
23
3
9
15
24
4
10
16
网络5
5
11
17
25
LDT38
OQ0.2
=Q0.2
6
12
18
26
19
27
20
21
五、输入输出分配表
输入
输出
启动按钮SB1
I0.0
C
Q0.0
停止按钮SB2
I0.1
B
Q0.1
A
Q0.2
低位
Q0.3
实验二搅拌机电控实验
一、实验目的
1.熟悉PLC实验装置。
2.练习手持编程器的使用。
3.熟悉系统操作。
4、熟悉定时器的使用
二、实验内容
输入程序，连接好I/O接线图，实验本程序
三、控制要求
在基本指令的编程练习实验区完成本实验。
当按下启动按钮SB1（I0.0）时低水位指示灯亮，同时液体1和液体2开始向缸里输送液体，5S后中液指示灯亮，同时搅拌电机开始运行，8S后高液位指示灯亮，中液位和搅拌电机指示灯灭，同时混合液体开始向外面输送液体，混合指示灯亮。
四、指令表
网络1
网络2
网络3
20
ANT38
ANI0.1
=Q0.1
=M0.3
1
LDI0.0
OQ0.0
ANQ0.1
ANI0.1
=Q0.0
=M0.1
`7
LDM0.1
OQ0.2
ANQ0.5
ANI0.1
=Q0.2
=Q0.3
=M0.2
14
LDM0.2
TONT37,+50
21
2
8
15
22
3
9
网络4
23
4
10
16
LDT37
LDNQ0.4
OQ0.1
ALD
5
11
17
6
12
18
`
13
19
网络5
网络6
网络8
24
LDM0.3
OQ0.4
ANI0.1
ANQ0.6
=Q0.4
=M0.4
30
LDM0.4
TONT38,+80
39
LDM0.5
OQ0.6
ANI0.1
=Q0.6
25
31
40
26
网络7
41
27
32
LDT38
ANI0.1
LDNQ0.6
OQ0.5
ALD
SQ0.5,1
=M0.5
42
28
33
29
34
35
36
37
38
。
五、输入输出分配表
输入
输出
启动SB1
I0.0
低液位
Q0.0
停止SB2
I0.1
中液位
Q0.1
液体1
Q0.2
液体2
Q0.3
搅拌电机
Q0.4
高液位
Q0.5
混合液
Q0.6
实验三三相异步电动机的星/三角换接起动控制
由于电机正反转换接时，有可能因为电动机容量较大或操作不当等原因，使接触器主触头产生较为严重的起弧现象，如果电弧还未完全熄灭时，反转的接触器就闭合，则
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