可编程控制器指导书西门子.docx
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可编程控制器指导书西门子
第一章可编程控制器简介
可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），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。
PLC的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，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。
控制器和被控对象连接方便。
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，PLC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也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，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，充分利用微处理器的优点。
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，得到了广泛的应用。
一、PLC的结构及各部分的作用
可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。
通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。
1．中央处理单元（CPU）
CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。
CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。
这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。
CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。
CPU的功能有以下一些：
从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。
2．存储器（RAM、ROM）
存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。
常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。
RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。
RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。
掉电时，可有效地保持存储的信息。
EPROM、EEPROM都是只读存储器。
用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。
3．输入输出单元（I/O单元）
I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。
I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。
接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。
PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。
4．电源
PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。
PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。
5．编程器
编程器是PLC的最重要外围设备。
利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。
除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。
利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。
二、PLC的工作原理
PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。
PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。
全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。
当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。
在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。
1．输入处理
输入处理也叫输入采样。
在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。
在此输入映象寄存器被刷新。
接着进入程序执行阶段。
在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。
2．程序执行
根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。
遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。
从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。
对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。
3．输出处理
程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。
三、PLC编程语言
1．梯形图编程语言
梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，它是在电器控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的，形象、直观、实用。
梯形图的设计应注意以下三点：
（一）梯形图按从左到右、从上到下的顺序排列。
每一逻辑行起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。
（二）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”只是形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。
（三）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。
输出继电器的触点可供内部编程使用。
2．语句表编程语言
指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语言易懂易学。
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。
3．控制系统流程图编程图
控制系统流程图是一种较新的编程方法。
它是用像控制系统流程图一样的功能图表达一个控制过程，目前国际电工协会（IEC）正在实施发展这种新式的编程标准。
第二章基本指令简介
基本指令如表所示
名称
助记符
目标元件
说明
取指令
LD
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
常开接点逻辑运算起始
取反指令
LDN
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
常闭接点逻辑运算起始
线圈驱动指令
=
Q、M、SM、T、C、V、S、L
驱动线圈的输出
与指令
A
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
单个常开接点的串联
与非指令
AN
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
单个常闭接点的串联
或指令
O
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
单个常开接点的并联
或非指令
ON
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
单个常闭接点的并联
置位指令
S
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
使动作保持
复位指令
R
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
使保持复位
正跳变
ED
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
输入信号上升沿产生脉冲输出
负跳变
EU
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
输入信号下降沿产生脉冲输出
空操作指令
NOP
无
使步序作空操作
一、标准触点LD、A、O、LDN、AN、ON、
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。
LDN，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。
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。
O，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。
二、正、负跳变ED、EU
ED，在检测到一个正跳变（从OFF到ON）之后，让能流接通一个扫描周期。
EU，在检测到一个负跳变（从ON到OFF）之后，让能流接通一个扫描周期。
三、输出=
=，在执行输出指令时，映像寄存器中的指定参数位被接通。
四、置位与复位指令S、R
S，执行置位（置1）指令时，从bit或OUT指定的地址参数开始的N个点都被置位。
R，执行复位（置0）指令时，从bit或OUT指定的地址参数开始的N个点都被复位。
置位与复位的点数可以是1-255，当用复位指令时，如果bit或OUT指定的是T或C时，那么定时器或计数器被复位，同时当前值将被清零。
五、空操作指令NOP
NOP指令不影响程序的执行，执行数N（1-255）。
第三章可编程控制器梯形图设计规则
1．触点的安排
梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。
2．串、并联的处理
在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。
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。
3．线圈的安排
不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。
4．不准双线圈输出
如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。
这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。
5．重新编排电路
如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路，然后再进行编程就比较容易。
6．编程顺序
对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从最左边触点开始，由上之下向右进行编程，再把程序逐段连接起来。
实验一喷泉的模拟控制
一、实验目的
用PLC构成喷泉控制系统
二、实验内容
1．控制要求
隔灯闪烁：
L1亮0.5秒后灭，接着L2亮0.5秒后灭，接着L3亮0.5秒后灭，接着L4亮0.5秒后灭，接着L5、L9亮0.5秒后灭，接着L6、L10亮0.5秒后灭，接着L7、L11亮0.5秒后灭，接着L8、L12亮0.5秒后灭，L1亮0.5秒后灭，如此循环下去。
2．I/O分配
输入输出
起动按钮：
I0.0L1：
Q0.0L5、L9：
Q0.4
停止按钮：
I0.1L2：
Q0.1L6、L10：
Q0.5
L3：
Q0.2L7、L11：
Q0.6
L4：
Q0.3L8、L12：
Q0.7
3．按图所示的梯形图输入程序。
4．调试并运行程序。
图1-1喷泉控制示意图
三、喷泉控制语句表
0
LD
I0.0
16
TON
T38，+5
31
LD
M10.6
1
O
M1.0
17
LD
T38
32
=
Q0.5
2
AN
T37
18
=
M0.0
33
LD
M10.7
3
A
I0.1
19
LD
M0.0
34
=
Q0.6
4
=
M1.0
20
SHRB
M10.0，M10.0，+8
35
LD
M11.0
5
LD
M1.0
36
=
Q0.7
6
TON
T37，+5
21
LD
M10.1
37
LDN
I0.1
7
LD
T37
22
=
Q0.0
38
R
M10.1，8
8
O
M11.0
23
LD
M10.2
9
=
M10.0
24
=
Q0.1
10
LD
I0.0
25
LD
M10.3
11
O
M0.1
26
=
Q0.2
12
A
I0.1
27
LD
M10.4
13
=
M0.1
28
=
Q0.3
14
LD
M0.1
29
LD
M10.5
15
AN
M0.0
30
=
Q0.4
四、喷泉控制梯形图
图1-2喷泉梯形图
实验二数码显示的模拟控制
一、实验目的
用PLC构成数码显示控制系统
二、实验内容
1．控制要求
A→B→C→D→E→F→G→H→ABCDEF→BC→ABDEG→ABCDG→BCFG→ACDFG→ACDEFG→ABC→ABCDEFG→ABCDFG→A→B→C……循环下去
2．I/O分配
输入输出
起动按钮：
I0.0A：
Q0.0E：
Q0.4
停止按钮：
I0.1B：
Q0.1F：
Q0.5
C：
Q0.2G：
Q0.6
D：
Q0.3H：
Q0.7
3．按图所示的梯形图输入程序。
4．调试并运行程序。
图2-1数码显示控制示意图
三、数码显示控制语句表
1
LD
I0.0
31
O
M12.2
62
Q
Q0.3
2
O
M0.1
32
=
Q0.0
63
LD
M10.5
3
A
I0.1
33
LD
M10.2
64
O
M11.1
4
=
M0.1
34
O
M11.1
65
O
M11.3
5
LD
M0.1
35
O
M11.2
66
O
M11.7
6
AN
M0.0
36
O
M11.3
67
O
M12.1
7
TON
T37，+20
37
O
M11.4
68
=
Q0.4
8
LD
T37
38
O
M11.5
69
LD
M10.6
9
=
M0.0
39
O
M12.0
70
O
M11.1
10
LD
M0.1
40
O
M12.1
71
O
M11.5
11
TON
T38，+30
41
O
M12.2
72
O
M11.6
12
AN
T38
42
=
Q0.1
73
O
M11.7
13
=
M1.0
43
LD
M10.3
74
O
M12.1
14
LD
M1.0
44
O
M11.1
75
O
M12.2
15
O
M0.2
45
O
M11.2
76
=
Q0.5
16
=
M10.0
46
O
M11.4
77
LD
M10.7
17
LD
M12.2
47
O
M11.5
78
O
M11.3
18
TON
T39，+20
48
O
M11.6
79
O
M11.4
19
AN
T39
49
O
M11.7
80
O
M11.5
20
=
M0.2
50
O
M12.0
81
O
M11.6
21
LD
M0.0
51
O
M12.1
82
O
M11.7
22
SHRB
M10.0，M10.1，+18
52
O
M12.2
83
O
M12.1
53
=
Q0.2
84
O
M12.2
23
LD
M10.1
54
LD
M10.4
85
=
Q0.6
24
O
M11.1
55
O
M11.1
86
LD
M11.0
25
O
M11.3
56
O
M11.3
87
=
Q0.7
26
O
M11.4
57
O
M11.4
88
LDN
I0.1
27
O
M11.6
58
O
M11.6
89
R
M10.1，18
28
O
M11.7
59
O
M11.7
29
O
M12.0
60
O
M12.1
30
O
M12.1
61
O
M12.2
四、数码显示控制梯形图
图2-2数码显示控制梯形图
图2-2（续）
实验三舞台灯光的模拟控制
一、实验目的
用PLC构成舞台灯光控制系统
二、实验内容
3．控制要求
L1、L2、L9→L1、L5、L8→L1、L4、L7→L1、L3、L6→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7、L8、L9→L1、L2、L6→L1、L3、L7→L1、L4、L8→L1、L5、L9→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7、L8、L9→L1、L2、L9→L1、L5、L8……循环下去
4．I/O分配
输入输出
起动按钮：
I0.0L1：
Q0.0L6：
Q0.5
停止按钮：
I0.1L2：
Q0.1L7：
Q0.6
L3：
Q0.2L8：
Q0.7
L4：
Q0.3L9：
Q1.0
L5：
Q0.4
3．按图所示的梯形图输入程序。
4．调试并运行程序。
图3-1舞台灯光控制示意图
三、舞台灯光控制语句表
1
LD
I0.0
27
O
M10.5
53
=
Q0.4
2
O
M0.1
28
O
M11.0
54
LD
M10.4
3
A
I0.1
29
O
M11.1
55
O
M10.7
4
=
M0.1
30
O
M11.2
56
O
M11.0
5
LD
M0.1
31
O
M11.3
57
O
M11.6
6
AN
M0.0
32
O
M11.4
58
=
Q0.5
7
TON
T37，+5
33
=
Q0.0
59
LD
M10.3
8
LD
T37
34
LD
M10.1
60
O
M10.7
9
=
M0.0
35
O
M10.6
61
O
M11.1
10
LD
M0.1
36
O
M11.0
62
O
M11.6
11
TON
T38，+10
37
O
M11.5
63
=
Q0.6
12
AN
T38
38
=
Q0.1
64
LD
M10.2
13
=
M1.0
39
LD
M10.4
65
O
M10.7
14
LD
M1.0
40
O
M10.6
66
O
M11.2
15
O
M0.2
41
O
M11.1
67
O
M11.6
16
=
M10.0
42
O
M11.5
68
=
Q0.7
17
LD
M11.6
43
=
Q0.2
69
LD
M10.1
18
TON
T39，+5
44
LD
M10.3
70
O
M10.7
19
AN
T39
45
O
M10.6
71
O
M11.3
20
=
M0.2
46
O
M11.2
72
O
M11.6
21
LD
M0.0
47
O
M11.5
73
=
Q1.0
22
SHRB
M10.0，M10.1，+14
48
=
Q0.3
74
LDN
I0.1
23
LD
M10.1
49
LD
M10.2
75
R
M10.1，14
24
O
M10.2
50
O
M10.6
25
O
M10.3
51
O
M11.3
26
O
M10.4
52
O
M11.5
四、舞台灯光控制梯形图
图3-2舞台灯光梯形图
实验四天塔之光的模拟控制
一、实验目的
用PLC构成天塔之光控制系统
二、实验内容
5．控制要求
L12→L11→L10→L8→L1→L1、L2、L9→L1、L5、L8→L1、L4、L7→L1、L3、L6→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7、L8、L9→L1、L2、L6→L1、L3、L7→L1、L4、L8→L1、L5、L9→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7、L8、L9→L12→L11→L10……循环下去
6．I/O分配
输入输出
起动按钮：
I0.0L1：
Q0.0L7：
Q0.6
停止按钮：
I0.1L2：
Q0.1L8：
Q0.7
L3：
Q0.2L9：
Q1.0
L4：
Q0.3L10：
Q1.1
L5：
Q0.4L11：
Q1.2
L6：
Q0.5L12：
Q1.3
3．按图所示的梯形图输入程序。
4．调试并运行程序。
图4-1天塔之光控制示意图
三、天塔之光控制语句表
1
LD
I0.0
31
O
M11.7
62
O
M11.6
2
O
M0.1
32
O
M12.0
63
O
M12.3
3
A
I0.1
33
O
M12.1
64
=
Q0.6
4
=
M0.1
34
=
Q0.0
65
LD
M10.4
5
LD
M0.1
35
LD
M10.6
66
O
M10.7
6
AN
M0.0
36
O
M11.3
67
O
M11.4
7
TON
T37，+5
37
O
M11.5
68
O
M11.7
8
LD
T37
38
O
M12.2
69
O
M12.3
9
=
M0.0
39
=
Q0.1
70
=
Q0.7
10
LD
M0.1
40
LD
M11.1
71
LD
M10.6
11
TON
T38，+10
41
O
M11.3
72
O
M11.4
12
AN
T38
42
O
M11.6
73
O
M12.0
13
=
M1.0
43
O
M12.2
74
O
M12.3
14
LD
M1.0
44
=
Q0.2
75
=
Q1.0
15
O
M0.2
45
LD
M11.0
76
LD
M10.3
16
=
M10.0
46
O
M11.3
77
=
Q1.1
17
LD
M12.3
47
O
M11.7
78
LD
M10.2
18
TON
T39，+5
48
O
M12.2
79
=
Q1.2
19
AN
T39
49
=
Q0.3
80
LD
M10.1
20
=
M0.2
50
LD
M10.7
81
=
Q1.3
21
LD
M0.0
51
O
M11.3
82
LDN
I0.1
22
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