1、第10章 可编程序控制器及应用 10.1 PLC的发展概况和主要特点的发展概况和主要特点 10.2 PLC的基本结构与工作原理的基本结构与工作原理 10.3 PLC的指令与编程的指令与编程 10.4 编程技巧编程技巧*10.5 OMRON PLC的计算机辅助编程的计算机辅助编程 思考题与习题思考题与习题 10.1 PLC的发展概况和主要特点的发展概况和主要特点10.1.1 10.1.1 可编程序控制器的产生和现状可编程序控制器的产生和现状第一台PLC是美国数字设备公司研制生产的，并成功地应用到美国通用汽车公司(GM)的生产线上。它既具有继电控制系统的外部特性，又具有计算机的可编程性、通用性和灵
2、活性，并开创了自动控制设备的新局面。20世纪70年代中期，随着大规模集成电路和微型计算机技术的发展，美国、日本、德国等把微处理器引入PLC，使可编程序逻辑控制器具有更多的计算机功能，不仅用软件编程取代了硬连线逻辑，还增加了数字运算、数据处理和数据通信功能，并且做到了小型化。在编程方面采用了面向生产、面向用户的语言，使广大工程技术人员以及具有电工知识的人员乐于接受和应用，因此得到了迅速而广泛的推广。20世纪80年代，国外工业界把引进了微处理器的可编程序逻辑控制器正式命名为可编程序控制器(programmable controller，简称PC)。在我国，一部分技术人员为了将其与个人计算机(per
3、sonal computer，简称PC)区别开来，仍把可编程序控制器简称为PLC，本书中为了叙述方便也称其为PLC。1985年1月，国际电工委员会对可编程序控制器给出如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在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的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充的原则设计”。可编程序控制器的发展相当迅速，在发达国家的应用几乎覆盖所有工业企业。PLC的销售额年增长率在20以上，PLC
4、品种已多达数百种，世界上几十家著名的电气工厂都在生产PLC装置。目前，美国处于领先地位，著名的生产厂家有德州公司、通用电气公司、歌德公司、数字设备公司等。日本自1971年引进PLC技术后，发展也非常快，三菱公司、日立公司和立石公司是日本最大的三家PLC生产厂家。德国的西门子公司、荷兰的飞利浦公司及英国、法国等都生产自己的PLC。10.1.2 10.1.2 可编程序控制器的特点和应用可编程序控制器的特点和应用 可编程序控制器专为在工业环境下应用而设计，以用户需要为主，又采用了先进的微型计算机技术，具有以下显著特点：（1）可靠性高。PLC由于选用了大规模集成电路和微处理器，因而系统器件数大大减少，
5、并且在硬件和软件的设计制造过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，从而具有很高的可靠性。PLC控制系统平均无故障工作时间可达20 000小时以上，美国GE公司带冗余系统的PLC无故障工作时间高达40 00050 000小时。高可靠性是PLC成为通用自动控制设备的首选条件之一。（2）编程简单、使用方便。PLC的编程采用类似继电控制系统电气原理的梯形图，用串联、并联、定时、计数等人们所熟悉的概念，使计算机语言大众化，例如比较熟练的电工和熟悉工艺知识的人员几天内就能学会，这是PLC得到推广的重要原因之一。（3）通用性好，具有在线修改能力。PLC的硬件采用模块化结构，可以灵活地组
6、态以适应不同的控制对象、控制规模和控制功能的要求，给组成各种系统带来极大的方便。PLC控制系统中的控制电路是由软件编程完成的，只要对应用程序进行修改就可以满足不同的控制要求，因此PLC具有在线修改能力，功能易于扩展，给生产带来了“柔性”，具有广泛的工业通用性。（4）缩短设计、施工、投产试制周期，维护容易。目前PLC产品已实现了系列化、标准化，正朝着通用化方向发展。设计人员只需要根据控制系统的需要，选用相应的模块进行组件设计即可。用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减轻了繁重的安装和接线工作，这不仅提高了可靠性，还极大地缩短了施工周期。PLC还具有故障检测及显示功能，使故障处理时间可缩短为10
7、分钟，对维护人员的技术水平要求也不太高。（5）体积小。由于采用了微型计算机技术，因而使PLC实现了小型化和超小型化，很容易装入机械设备内部，便于实现机电一体化。由于上述特点，PLC作为通用自动控制设备，可用于单一机电设备的控制，也可用于工艺过程的控制，而且控制精度相当高，操作简便，又具有很大的灵活性和可扩展性。因此，PLC广泛应用于机械制造、冶金、化工、交通、电子、电力、纺织、印刷及食品等几乎所有工业行业。PLC的应用可以归纳为以下几方面：（1）开关逻辑控制，这是PLC最初也是最基本的应用范围。可以用PLC取代继电控制用于机床电气、自动生产线、高炉上料系统、电梯及自动生产线等控制系统中。（2）
8、闭环控制PLC可用于闭环的位置控制和速度控制，如轧钢机、自动焊机等。大型PLC都配有PID调节功能，能完成诸如锅炉、冷冻、反应堆、水处理及酿酒等闭环系统的过程控制。（3）机械加工的数字控制。（4）机器人控制。目前，机器人在工厂自动化网络中和生产线上得到越来越多的普遍使用。（5）组成多级分布式控制系统。PLC控制技术已在世界范围内广为流行，国际市场竞争相当激烈，产品更新也很快，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。10.1.3 10.1.3 可编程序控制器的分类及发展趋势可编程序控制器的分类及发展趋势1.1.可编程序控制器的分类可编程序控制器的分类1)按照点数、功能不同分类 根据输入/输出（I
9、/O）点数、存储器容量和功能，PLC分为小型、中型和大型三类。小型PLC又称为低档PLC。它的输入/输出点数一般从20点到128点，用户程序存储器容量小于2 KB，具有逻辑运算、定时、计数、移位等功能，可以用来进行条件控制、定时计数控制，通常用来代替继电器、接触器，在单机或小规模生产过程中使用。由于用途广泛，小型PLC产品是PLC中量大而面广的产品，例如立石公司的C20及C系列P型PLC，三菱公司的F、F1、F2系列，德州仪器公司的T1100，通用电气公司的GE1，上海香岛机电制造公司的ACMYS256和ACMYS80系列。中型PLC的输入输出点数一般在128512之间，用户存储器容量为28
10、K字节，兼有开关量和模拟量的控制功能。它除了具备小型PLC的功能外，还具有数字计算、过程参数调节(如比例、积分、微分调节)、模拟定标、查表等功能，同时辅助继电器数量增多，定时计数范围扩大，适用于较为复杂的开关量控制（如大型注塑机控制、配料及称重等小型连续生产过程控制等）场合。常见的中型PLC产品有立石公司的C500、C2000H，三菱公司的MELSECA1/A2/A3，歌德公司的484型PLC等。大型PLC又称为高档PLC，其IO点数超过512点，最多可达8192点，进行扩展后还能增加，用户存储容量在8K字节以上，具有逻辑运算、数字运算、模拟调节、联网通信、监视、记录、打印、中断控制、智能控制
11、及远程控制等功能，用于大规模过程控制(如钢铁厂、电站)、分布式控制系统和工厂自动化网络。常见的大型PLC产品有立石公司的C1000、C2000，歌德公司的584型等。2)按照结构形状分类根据PLC各组件的组合结构，可将PLC分为整体式和机架模块式两种。整体式PLC将中央处理机、输入/输出部件和电源部件集中于一体，装在一个金属或塑料外壳之中。输入/输出接线端子及电源进线分布在机箱的两侧，并有相应的发光二极管显示输入/输出状态。这种结构的PLC具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低和易于装入工业设备内部等优点，适用于单机控制，小型PLC通常采用这种结构。机架模块式的PLC，各功能模块独立存在，如主机
12、模块、输入模块、输出模块、电源模块等，各模块做成插件式，在机架底板上有多个插座，使用时将选用的模块插入底板就构成PLC。这种PLC结构配置灵活，装配和维修都很方便，也便于功能扩展，大、中型PLC通常采用这种结构。3)按照使用情况分类根据使用情况又可将PLC分为通用型和专用型两类。通用型PLC可供各工业控制系统选用，通过不同的配置和应用软件的编制可满足不同的需要，是用作标准工业控制装置的PLC，如前面所给出的各种型号的PLC。专用型PLC是为某类控制系统专门设计的PLC，如数控机床专用型PLC就有美国AB公司的8200CNC、8400CNC，德国西门子公司的专用型PLC等。2.PLC的发展趋势的
13、发展趋势 目前PLC的发展大致有以下几方面的趋势：(1)向小型化、专用化方向发展。当前开发出许多简易、经济、超小型PLC，适用于单机控制和机电一体化，真正成为继电器的替代品。(2)向大型化、复杂化、高功能化、分散型、多层分布式工厂自动化网络方向发展。PLC的输入/输出容量已超过32 K，扫描速度小于1 ms千步，新增容错功能可适应高可靠控制场合。(3)编程语言和编程工具朝着标准化和高级化方向发展。PLC是近十几年发展起来的一种新型工业控制器，但已步入成熟阶段。这种工业专用微机系统是高精技术普及的典范，使计算机进入工业各行业。PLC将成为工业控制的主要手段和重要的基础控制设备。在未来的工业生产中
14、，作为自动化的三大支柱(PLC技术、机器人、数控技术)之一的PLC技术将跃居主导地位。10.2 PLC的基本结构与工作原理的基本结构与工作原理 10.2.1 10.2.1 可编程序控制器的组成和等效电路可编程序控制器的组成和等效电路1.1.可编程序控制器的组成可编程序控制器的组成可编程序控制器的组成基本同计算机一样，由电源、中央处理机、输入接口、输出接口及外围设备接口构成。图10.2.1给出了可编程序控制器的结构框图。1)输入接口输入接口是可编程序控制器与控制现场的接口界面的输入通道。输入接口由光电耦合输入电路和微处理器输入接口电路组成，见图10.2.2。光电耦合输入电路隔离输入信号，防止现场
15、的强电干扰进入可编程序控制器，见图10.2.3和图10.2.4。对交流输入信号还可采用变压器或继电器隔离。微处理器输入接口电路把隔离后的输入信号转换成微处理器能接收的信号。有许多种可编程序控制器还有滤波环节来增强抗干扰性能。图10.2.1 可编程序控制器的结构框图 图10.2.2 输入接口示意图 图10.2.3 直流输入电路 图10.2.4 交流输入电路 图10.2.5 继电器输出 2)输出接口输出接口接收主机的输出信号，并进行功率放大和隔离，经过输出接线端子向现场的输出部分输出相应的控制信号。输出接口电路一般由微处理器输出接口和隔离电路、功率放大电路组成。可编程序控制器的输出元件有三种形式，
16、即继电器输出、双向晶闸管输出和晶体管输出，如图10.2.5、图10.2.6和图10.2.7所示。前者属于触点型输出，后两种是无触点型输出。用户可根据执行部件的需要来选择。图10.2.6 双向晶闸管输出 图10.2.7 晶体管输出3)微处理器中央处理机包括微处理器和存储器等。微处理器是具有运算和控制功能的大规模集成电路，又称CPU，它控制所有其它部件的操作，是PLC的核心。其作用是：(1)按照系统程序赋予的功能接收并存储由编程器键入的用户程序和数据，诊断电源及可编程序控制器内部电路的工作状态和编程中出现的语法错误。(2)用扫描方式工作，监视和接收现场输入信号，从存储器中逐条读取并执行用户程序，完
17、成用户程序所规定的逻辑或算术运算等操作，根据运算结果控制输出。不同型号的可编程序控制器可能使用不同种类的微处理器。常用的通用微处理器有单片机和双极型位片式微处理器。在小型可编程序控制器中大多采用8位微处理器，中型机多采用16位微处理器，大型机多采用高速位片机。不同的微处理器只能执行各自的机器语言所编写的程序。4)存储器存储器是具有记忆功能的半导体集成电路，用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它信息。系统程序是控制和完成可编程序控制器各种功能的程序，由控制器制造厂家编写。用户程序是根据生产过程和工艺要求设计的控制程序，由可编程序控制器的使用者编写。可编程序控制器中使用的存储器分为ROM、RA
18、M和EPROM。只读存储器（ROM）中一般存放着系统程序。系统程序具有开机自检、工作方式选择、键盘输入处理、信息传递以及对用户程序的翻译和解释等功能。系统程序关系到可编程序控制器的性能，由制造厂家用微机的机器语言编写并在出厂时已固化在ROM或EPROM芯片中，用户不能直接读取。随机存储器（RAM）又称可读可写存储器。读出时，RAM中的内容保持不变；写入时，新写入的信息覆盖了原来的内容。因此，RAM用来存放既要读出又需经常修改的内容。可编程序控制器中的RAM一般存放用户程序、逻辑变量和其它一些信息。RAM中的内容在掉电后要消失，因此可编程序控制器对RAM提供备用电池供电电路。一般备用电池为锂电池
19、，使用期35年左右。如果调试通过的用户程序要长期使用，可用专用的EPROM写入器把程序固化在EPROM芯片内，再把该芯片插入可编程序控制器上的EPROM专用插座中。不同型号可编程序控制器的存储器容量是不同的。在可编程序控制器的技术特性中，通常给出的是与用户编程和使用有关的指标，如可编程器件数、允许用户程序的最大长度等，这些指标间接地反映了RAM的容量。至于ROM容量，则与可编程序控制器的种类和性能有关。5)外围设备接口 外围设备不能直接与中央处理机相连，必须通过可编程序控制器的外围设备接口才能与中央处理机连接。常用的接口有外存储器接口、用于与EPROM和盒式磁带机连接的接口、远程通信接口，以及
20、与CRT、打印机连接的接口等。6)电源电源将交流电压信号转换成微处理器、存储器及输入/输出接口正常工作所需要的直流电源。由于可编程序控制器主要用于工业现场的自动控制，直接处于工业干扰的影响之中，因而为了保证可编程序控制器内的主机可靠工作，电源中包含有较多的滤波环节，还采用集成电压调整器调整供电电压以适应交流电网的电压波动，对过电压和欠电压都有一定的保护作用。另外，电源中还采用了较多的屏蔽措施来防止工业环境中的空间电磁干扰。常用的电源电路有串联稳压电路、开关式稳压电路和设有变压器的逆变式电源等。供电电源的电压等级常见的有AC100 V、220 V，DC100 V、48 V、24 V等。PLC是一
21、种可根据生产需要人为灵活变更控制规律的控制装置，它与各种生产机械配套可组成各种工业控制设备，实现对生产过程或某些工艺参数的自动控制。PLC主机实质是一台工业专用微机，并具有普通微机所不具备的特点，已成为各种开环、闭环系统控制器的首选方案之一。综上所述，PLC主机在构成实际系统时，至少需要建立两种双向的信息交换通道，即完成主机与生产机械之间、主机与人之间的信息交换。在PLC与生产现场进行连接后，含有工况信息的电信号通过输入通道送入主机，经过处理、计算产生输出控制信号，通过输出通道控制执行元件工作。外围设备完成人机对话工作。其中编程器是很重要的外围设备之一，它可用来写入和读出用户程序，并可监控PL
22、C的运行状态。2.2.可编程序控制器的等效电路可编程序控制器的等效电路 可编程序控制器的等效电路可分为三部分，即输入部分、内部控制电路和输出部分。输入部分采集输入信号，输出部分是系统的执行部件，这两部分与继电器控制电路相同；内部控制电路是由编程实现的逻辑电路，用软件编程代替继电器电路的功能。PLC的等效电路简图如图10.2.8所示。1)输入部分这一部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端驱动输入继电器。一个输入端对应一个等效电路中的输入继电器，它可提供任意个动合和动断触点供PLC内部控制电路编程用。输入回路的电源可以用PLC电源提供的直流100 V
23、、48 V、24 V电压，也可由独立的220 V和100 V交流电源供电。2)内部控制电路这部分电路是由用户程序形成的，即用软件代替硬件电路。它的作用是按照程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行运算、处理和判断，然后得到相应的输出。用户程序通常根据梯形图进行编制。梯形图类似于继电控制电气原理图，只是图中元件符号与继电器回路的元件符号不相同。图10.2.9给出了几个元件的对应梯形图图符。图10.2.8 PLC的等效电路简图 图10.2.9 几个元件的对应梯形图图符 继电器控制线路中，继电器的触点可以瞬时动作，也可以延时动作。而PLC电路中的触点是瞬时动作的，延时由定时器实现，即定时器
24、的触点延时动作，且延时时间远远大于继电器延时的时间范围，延时时间由编程设定。PLC中还设有计数器、辅助继电器等。PLC的这些器件提供的逻辑控制功能在编程时由用户选择，只能在PLC内部控制电路中使用。3)输出部分输出部分由与内部控制电路隔离的输出继电器的外部动合触点、输出接线端子和外部电路组成，用来驱动外部负载。PLC内部控制电路中有许多输出继电器，每个输出继电器除了有为内部控制电路提供编程使用的动合、动断触点外，还为输出电路提供一个动合触点与输出接线端相连。驱动外部负载的电源由外部电源提供。在PLC输出端子上，有接输出电源用的公共端(COM)。下面以简单的交流三相笼形感应电动机起动、停止控制电
25、路为例说明由PLC构成控制系统的基本工作过程。图10.2.10是该电动机的起动、停止继电器控制电路。当按下起动按钮SB1时，交流接触器线圈KM通电，主触点闭合，电动机转动，辅助常开触点KM闭合，接触器自保持；当按下停止按钮SB2时，接触器线圈断电，触点释放，电动机停止运转。图10.2.10 三相笼形感应电动机起动、停止继电器控制电路 图10.2.11所示为由PLC组成的电动机起动、停止控制电路，该电路控制的主回路仍如图10.2.10所示。在PLC的输入端0000接起动按钮SB1，0001端接停止按钮SB2，PLC的输出端0500与交流接触器KM相连。输入回路电源由PLC直流24 V提供，输出电
26、源由交流电源供给。用编程器将图10.2.11(b)所示的梯形图程序送至PLC，PLC就可按规定的逻辑工作。当SB1按下时，输入继电器0000线圈接通，内部控制电路中0000动合触点闭合，输出继电器0500线圈接通(ON)，它在内部控制电路中的0500动合触点闭合自锁，0500线圈在输出电路中的动合触点闭合，使接触器KM线圈通电，电动机运转。当停止按钮SB2闭合时，输入继电器0001通电，它在内部控制电路中的动断触点0001断开，输出继电器0500断开(OFF)，同时它的输出接点断开，接触器KM线圈失电，电动机停止转动。图10.2.11 PLC实现三相感应电动机起动、停止控制电路(a)接线图；(
27、b)梯形图 10.2.2 10.2.2 可编程序控制器的工作方式可编程序控制器的工作方式可编程序控制器靠执行用户程序来实现控制要求。我们将运算、处理、输入和输出步骤的助记符号称为指令，把实现一定功能的指令集合称为程序。为了便于执行程序，在存储器中设置了输入状态表寄存器区和输出状态表寄存器区，分别保存执行程序之前的各输入端状态和执行程序过程及结果的状态。PLC对用户程序的执行过程是以微处理器的周期性循环扫描（集中采样、程序执行、输出刷新）的方式进行的。PLC开始运行时，首先清除输入/输出状态寄存器原来的内容，然后进行自诊断，自检CPU及IO组件，确认工作正常后开始循环扫描。PLC的每一个扫描过程
28、分为三个阶段，见图10.2.12。图10.2.12 PLC的循环扫描示意图 1.1.输入采样阶段输入采样阶段这是PLC循环扫描的第一阶段。不论输入端接线与否，CPU顺序读取全部输入端，将读出的输入继电器的状态(接通1，断开0)写入输入状态表(即输入寄存器)中。2.2.程序执行阶段程序执行阶段CPU进行用户程序扫描。CPU按存放顺序，逐步读取指令，并根据输入/输出状态表中的内容和有关数据执行指令，将执行结果写入输出状态表(即输出寄存器)中。3.3.输出刷新阶段输出刷新阶段全部指令执行完之后，把输出状态表中所有输出继电器的1(通)、0(断)状态，经过输出部分送到输出锁存电路，以驱动输出继电器线圈，
29、控制执行部件的相应动作。然后，CPU又返回进行下一个循环的扫描。PLC的这种顺序扫描工作方式简单、直观，也简化了用户程序的设计。由于PLC在程序执行阶段只根据输入/输出状态表中的内容执行指令，与外电路相隔离，因而为PLC的可靠运行提供了保证。PLC完成一个完整工作周期（即从读入输入状态到发出输出信号）所用的时间称为扫描时间或扫描周期。PLC的扫描周期与PLC的时钟频率(CPU工作由时钟控制)、用户程序的长短及系统配置有关。一般输入采样和输出刷新只需要12 ms，因此扫描时间主要由用户程序执行的时间决定。通常扫描时间在十至几十毫秒之间，这对工业控制对象来说几乎是瞬时完成的。在PLC内部设有扫描周
30、期监视定时器，监视每次扫描是否超过规定的时间。如果主机出现故障，则扫描时间变长，会发出报警信号；超过一定限度，PLC将停止工作，并发出报警信号。由于输入信号只在输入阶段读入，在程序执行阶段，即使输入信号发生变化，输入状态表的内容也不会改变，因而在本次循环不能得到响应，这就是PLC的输入/输出响应滞后现象。最大滞后时间为23个扫描周期，具体与编程方法有关。这种滞后响应在一般工业控制系统中是完全允许的。某些需要输入/输出快速响应的场合，可以采用快速响应模块、高速计数模块以及中断处理措施来尽量减少滞后时间。在继电器接触器控制系统中不存在这种时间滞后现象。PLC的信息刷新方式，因机型不同而有差别，前面
31、所介绍的是一般情况。有的PLC除了在输入采样阶段更新输入状态表的内容外，还在程序执行阶段定时采样更新。有些PLC的输出刷新除了在输出阶段进行外，还在程序执行阶段有输出指令的地方立即进行一次输出刷新，以实现输入/输出快速响应。通过前面两节内容的学习，可以将PLC与继电器控制系统进行简单比较，它们的相同之处是：（1）电路的结构大致相同。（2）梯形图沿用了继电控制电路元件符号，个别有所不同。（3）信号的输入与输出控制功能相同。它们的差别是：（1）组成的器件不同。继电器控制线路由许多真正的继电器组成，而PLC梯形图中的继电器是软继电器，其实质是存储器中的位触发器，没有机械触点被电蚀损坏的问题。（2）工
32、作方式不同。当电源接通时，继电器控制线路中各继电器都处于受约状态。不应吸合的继电器都因受某条件限制不能吸合，该吸合的继电器都应吸合。而在梯形图控制线路中，图中各继电器都处于周期性循环扫描接通过程中，每个继电器受条件制约，接通时间是短暂的。（3）触点数目不同。继电器控制线路中的继电器触点数目是有限的，一般一个中间继电器的触点只有48对。而PLC软继电器的触点数是无限的，因为存储器中的内容可读取任意次。（4）联锁方式不同。在继电器控制线路中为了达到某种控制目的，既要求操作安全可靠，又要节约继电器的触点，因此往往要设置许多具有制约关系的联锁电路。而PLC使用扫描工作方式，不存在几个并列支路同时动作的
33、可能性，因此大大简化了电路设计。（5）编程方式不同。继电器控制线路中的程序由固定的线路确定，功能专一，不灵活。而PLC的控制电路由软件编程来实现，可以灵活变化，具有功能多样、通用性强和可以在线修改等特点。10.2.3 C10.2.3 C系列系列P P型可编程序控制器的内部资源分配型可编程序控制器的内部资源分配可以把PLC看成由许多继电器、定时器和计数器等器件组成的集合体，这些器件就称为PLC器件。它们有许多常开触点、常闭触点。这些触点和继电器线圈经过软件编程，连接组成内部逻辑控制电路。PLC器件只在编程时使用，它们的接通(ON)或断开(OFF)状态是用存储器对应位的1或0来保存的。为了与继电控
34、制系统中真正的继电器相区分，又把它们称为软继电器或者内部继电器。PLC器件一般包括输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器，有的还具有数据存储区。不同型号PLC的器件种类和数量是不同的。为了方便使用，PLC制造厂商给器件分配不同的编号。不同型号的PLC器件编号方法也不大相同，有的用三位数表示，有的用四位数表示。C系列P型PLC机一般用四位十进制数表示器件编号，如表10.2.1所示。表表10.2.1 P型型PLC的内部器件的内部器件 器件名称 数量 编号代码及范围 输入继电器 80 0000-0015 0200-0215 0100-0115 0300-0315 0400-0415 输出继电器 60
35、/80 0500-0515 0700-0715 0600-0615 0800-0815 01000-01015 内部辅助继电器 136 1000-1015 1300-1315 1600-1615 1100-1115 1400-1415 1700-1715 1200-1215 1500-1515 1800-1815 专用内部辅助继电器 8 1808-11007 暂时存储继电器 8 TR0-TR7 保持继电器 160 HR000-HR015 HR400-HR415 HR700-HR715 HR100-HR115 HR500-HR515 HR800-HR815 HR200-HR215 HR600-H
36、R615 HR1000-HR1015 HR300-HR315 定时器/计数器 48 TIM/CNT00-TIM/CNT47 数据存储区 64 DM00-DM63 从表10.2.1中可以看出，P型PLC器件有8种，分别是输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器、专用内部辅助继电器、暂时存储继电器、保持继电器、定时器计数器和数据存储区。PLC中继电器的操作是以个(即存储器的一位)为单位进行的。器件编号由通道(CH)号和通道内序号共四位数组成。其中高二位数字表示通道号，低二位数字表示通道内序号。每个通道有16位，因此通道内序号是0015。PLC中数据操作是以通道为单位的，用一位或二位数来代表通道号。1
37、.1.输入继电器输入继电器(IR)(IR)输入继电器用来接收外部传感器或开关传送来的输入信号，并把它传给PLC。它等效地与PLC输入接线端相连，一旦某一输入端子上的外部信号与公共端(COM)、输入电源形成通路，则相应的输入继电器动作。IR提供无数对动合、动断触点供内部电路编程使用。输入继电器只能由外部输入信号来驱动，编程指令不能控制它。不同品种PLC的输入继电器个数不同，在数量上等于输入点数。例如，C20P有12个输入点，编号为00000011；C28P有16个输入继电器，编号为00000015；C60P有32个输入继电器，编号为00000015和01000115。实际系统输入继电器的数量和编
38、号由系统的配置来决定。主机单元的输入继电器从0000开始，逐一增加；扩展单元的输入通道起始号等于主机单元结束通道号加1。系统最大输入点数不得超过编号范围，即80点。2.2.输出继电器输出继电器(OR)(OR)输出继电器将PLC的输出信号通过它的一对动合触点传送给负载，并且具有一定的负载能力。这对动合触点通过PLC输出接线端与被控电器(例接触器线圈、电磁阀线圈、电磁铁线圈、指示灯等)相连，还需要根据被控电器的额定电流和电压外接负载电源。PLC输出端有接负载电源的公共端COM。另外，它还为编程提供任意对内部动合、动断接点。为输出继电器分配的通道为CH0005CH0915。不同品种PLC的输出继电器
39、数量不同，它等于输出点数，其编号与输出端号相同。实际系统中的输出继电器数由系统配置决定，是各单元输出继电器数之和。需要特别指出的是，主机单元或扩展单元中每个输出通道的1215四个输出继电器没有外接输出端子，因此不能带负载，可当作内部辅助继电器使用。3.3.内部辅助继电器内部辅助继电器(AR)(AR)内部辅助继电器实质是一些存储器单元，它不能直接控制外部负载，只起中间继电器的作用，没有使用的输出点，可以作为辅助继电器使用。内部辅助继电器只有CPU单元有，分配的通道为CH1000CH1807，共136个。4.4.专用内部辅助继电器专用内部辅助继电器(SR)(SR)专用内部辅助继电器是有特殊作用的内
40、部辅助继电器，为用户提供特殊信号，一共有16个，编号范围为18081815、1100011007，其功能说明如下。（1）1808：PLC备用电池电压监视继电器，当电池电压较低时接通，把这个继电器接到输出指示器上。当备用电池电压 偏低时可给出报警指示。1808继电器的应用如图10.2.13 所示。图10.2.13 1808继电器的应用（2）1809：PLC扫描时间监视继电器。当P型PLC的扫描周期在100130 ms之间时，该继电器接通，PLC继续工作。若扫描周期超过130 ms，则PLC停止工作。（3）1810：PLC高速计数器复位继电器。若使用高速计数器指令，当硬件置“0”信号来到时，它接通
41、一个扫描周期。（4）1811、1812、1814：这三个继电器当PLC处于运行状态时断开，可作为PLC运行动断触点使用。（5）1813：当PLC处于运行状态时接通，可用作PLC运行监视器。（6）1815：当PLC开始运行时，这个继电器接通一个扫描周期，可用作PLC上电复位信号。（7）11000、11001、11002：时钟脉冲继电器。其中：11000提供0.1 s时钟脉冲(见图10.2.14（a）)；11001提供0.2 s时钟脉冲(见图10.2.14（b）)；11002提供1 s时钟脉冲(见图10.2.14（c）)。图10.2.14 时钟脉冲（8）11003：BCD码监视继电器。当算术运算指
42、令中的操作数不是BCD码或数制转换指令BINBCD或BCDBIN中的操作数大于10101010时，该继电器接通。（9）11004：进位标志(CY)继电器。当执行算术运算指令时，加法产生进位或减法产生借位使它接通。用置位指令STC或清进位指令CLC可以强制这个继电器接通或断开。（10）11005、11006、11007：比较标志继电器。其中：11005在执行比较指令CMP时，若比较结果为大于()则接通；11006在执行比较指令时，若比较结果为相等（=）则接通；11007在执行比较指令时，若比较结果为小于()则接通。注意：1100311007这5个继电器在执行结束(END)指令时被复位，因此编程器
43、不能监视它们的状态。5.暂存继电器暂存继电器(TR)P型PLC提供了8个暂存继电器TR0TR7，当形成分支电路时，用暂存继电器暂时存储分支点状态。在同一段程序内，不得重复使用相同的TR；PLC最多只能使用8个TR；在不同的程序段，可以使用相同号的暂存继电器。如图10.2.15所示电路，当要从一个点分出几个电路，而分支点之后要连接接点时，必须使用暂存继电器。图10.2.15 暂存继电器 6.6.保持继电器保持继电器(HR)(HR)当电源出现故障时，还能保持原来状态的继电器叫保持继电器。P型PLC共有160个保持继电器，构成010保持通道，其编号为HR0000HR0915。7.7.定时器计数器定时
44、器计数器(TIM(TIMCNT)CNT)P型PLC中有48个定时器计数器，编号为0047。这些器件既可编程为定时器，也可编程为计数器。当选作定时器时，前面加字母TIM；当用作计数器时，前面加CNT。但同一编号不能同时用作定时器和计数器。当选作定时器时，可用作普通定时器或高速定时器；当选作计数器时，可用作计数器或可逆计数器。当电源掉电时，定时器复位，而计数器的值保持不变。8.8.数据存储区数据存储区(DM)(DM)数据操作以通道为单位，因此DM的编号只用两位数字。P型PLC中共有64个数据通道，编号为DM00DM63。数据存储器用来保持16位数据。DM32DM63这32个通道当使用高速计数器时用
45、来设置计数的上、下限区；当电源掉电时，DM内容保持不变。上述8种器件中的后6种只用于CPU单元中。10.3 3 PLC的指令与编程的指令与编程 10.3.1 10.3.1 可编程序控制器程序设计语言可编程序控制器程序设计语言 1.1.梯形图梯形图梯形图是在继电控制系统电气原理图基础上开发出来的一种图形语言。它沿用了继电器、触点、串并联等术语和类似的图形符号，信号流向清楚、简单、直观、容易看懂，不需要学习计算机专业知识。梯形图在PLC中用得非常普遍，通常各厂家、各类型PLC都把它作为第一用户语言。2.2.逻辑功能图逻辑功能图逻辑功能图是在数字逻辑电路设计基础上开发出来的一种图形语言。它采用了数字
46、电路中的图符，逻辑功能清晰，输入/输出关系明确，适合于有逻辑代数基础和熟悉数字电路的系统设计人员使用。3.3.指令语句表指令语句表这是一种用特定的指令书写的编程语言，它类似于计算机中的汇编语言，但经过了简化处理，程序以指令语句表格(又称为编码表)形式表示。各种PLC几乎都有这种编程语言。4.4.逻辑代数式逻辑代数式这种设计语言适合于熟悉逻辑代数式和逻辑电路的人员使用。图10.3.1 是用上述四种语言编程的示例。图10.3.1 几种编程语言的示例 除上述四种编程语言以外，在大、中型PLC中还采用了计算机高级语言，如BASIC、PASCAL等，使PLC还具有数据处理、PID调节等更强的功能。目前，
47、各种类型PLC基本上同时具备两种或两种以上的编程语言，其中以梯形图和编码表用得最多。各厂家、各型号PLC的梯形图略有差别，指令字符及条数不完全相同，器件的编号也不尽相同，但是指令的功能、编程原理和方法是一致的。C系列P型PLC的指令系统共有37条指令，其中基本指令12条，应用(功能)指令25条。由于采用的编程器不同，因而程序送入PLC内存的语言也不同。当采用图形编程器时，可以用梯形图直接编程。如果采用袖珍编程器，则必须把梯形图转换成指令表，把指令表送入PLC内存才能执行。指令由序号、指令字符和数据三段组成。序号是指令在内存中存放的顺序代号，用四位十进制数字表示，通常0000表示第一条语句(有的
48、书又将序号称为步号或地址编号)。指令字符是指令的助记符号，常用英文单词的缩写字母表示，由24个字母组成，可简称为指令。数据则是执行该指令所选用的继电器号、通道号、定时器计数器设定值或一些常数。我们在讲指令时，仅讲后两部分；在讲程序时，因为有指令顺序问题，才在编码表中给出完整格式。P型PLC的37条指令中有10条没有数据段。10.3.2 10.3.2 基本指令基本指令P型PLC中的基本指令可以用袖珍编程器上相对应的指令键输入。袖珍编程器上的指令键有：LD、AND、OR、NOT、OUT、CNT、TIM、TR、HR、SFT。表10.3.1列出了基本指令梯形图用符号。表表10.3.1 基本指令梯形图用
49、符号基本指令梯形图用符号 1.1.取指令取指令 指令符：LD。数据：接点号（除了数据通道之外，PLC的其余继电器号都可以）。功能：读入逻辑行(又称为支路)的第一个常开接点。编程操作：LD、接点号(相应的数字键)。2.2.取反指令取反指令 指令符：LD NOT。数据：接点号，同LD指令。功能：读入逻辑行的第一个常闭接点。编程操作：LD、NOT、接点号。在梯形图中，每一逻辑行必须以接点开始，因此必须使用LD或LD NOT指令。此外，这两条指令还用于电路块中每一支路的开始或分支点后分支电路的起始，并与其它一些指令配合使用。3.3.与指令与指令指令符：AND。数据：接点号（除了暂存继电器接点外，其余继
50、电器接点都可以）。功能：逻辑与操作，即串联一个常开接点。编程操作：AND、接点号。4.4.与非指令与非指令指令符：AND NOT。数据：接点号，同AND指令。功能：逻辑与非操作，即串联一个常闭接点。编程操作：AND、NOT、接点号。5.5.或指令或指令 指令符：OR。数据：接点号，范围同AND指令。功能：逻辑或操作，即并联一个常开接点。编程操作：OR、接点号。6.6.或非指令或非指令 指令符：OR NOT。数据：接点号，范围同AND指令。功能：逻辑或非操作，即并联一个常闭接点。编程操作：OR、NOT、接点号。7.7.输出指令输出指令 指令符：OUT。数据：继电器线圈号，范围为05001807、
