下一页总目录 章目录 返回 上一页可编程控制器 (PLC)
概述
2 可编程控制器的程序编制
3 可编程控制器应用举例
1 可编程控制器的结构和工作原理下一页总目录 章目录 返回 上一页第 1章 可编程控制器 (PLC)
本章要求：
1,了解可编程控制器的结构和工作原理。
2,了解可编程控制器的几种基本编程方法。
3,熟悉常用的编程指令。
4,学会使用梯形图编制简单的程序。
下一页总目录 章目录 返回 上一页第 1章 可编程控制器 （ PLC）
概述
PLC是 60年代末发展起来的一种新型的电气控制装置，它将传统的继电控制技术和计算机控制技术融为一体，被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制。
传统的继电接触控制具有结构简单、易于掌握、
价格便宜等优点，在工业生产中广泛应用。但这类控制装置体积大，耗电较多，功能少，特别是靠硬件连接构成系统，接线复杂，通用性和灵活性差。
下一页总目录 章目录 返回 上一页它的起源可以追溯到 60年代，美国通用汽车公司为了适应汽车型号不断翻新的需要，对生产线上的控制设备提出了新的要求，为此设想：把计算机的功能完善、通用灵活等优点和继电接触控制简单易懂等优点结合起来，从而提供了继电器控制系统无法比拟的灵活性。并要求把计算机的编程方法和程序输入方法加以简化，使得不熟悉计算机的人也能方便使用。但这一时期它主要是代替继电器系统完成顺序控制，逻辑运算，计时、计数、故称为可编程逻辑控制器 简称 PLC（ Programmable Logical
Controller） 。
可编程控制器的发展,
下一页总目录 章目录 返回 上一页进入 80年代，随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程控制器的功能已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，它具有数据运算、传送与处理功能和可以进行模拟量控制、位置控制，特别是远程通讯功能的实现，易于实现柔性加工和制造系统，因此将其称为可编程控制器
（ Programmable Controller） 简称 PC,但为了与个人电脑 PC相区别，仍将其称为 PLC。
目前 PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，加速了机电一体化的进程。
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1.用于逻辑控制这是 PLC的基本功能，也是最广泛的应用，如机车的电气控制、包装机械的控制、电梯的控制等。
2.用于模拟量的控制
PLC通过模拟量 I/O模块，实现模数转换，并对模拟量进行控制。如闭环系统的过程控制、位置控制和速度控制。
2.用于工业机器人的控制
PLC作为一种工业控制器，适用于工业机器人。
如自动生产线上有多个自由度的机器人控制。
11.1.1 可编程控制器的主要功能和特点主要功能下一页总目录 章目录 返回 上一页
2,PLC的主要特点
(1) 可靠性高，抗干扰能力强。 由于采用大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件的设计和制造的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，具有很高的可靠性。(2) 编程简单，使用方便。 目前大多数 PLC均采用梯形图编程语言，沿用了继电接触控制的一些图形符号，直观清晰，易于掌握。
(3) 通用性好，具有在线修改能力 。 PLC硬件采用模块化结构，可以灵活地组态以适应不同的控制对象，
控制规模和控制功能的要求。且可通过修改软件，来实现在线修改的能力，因此其功能易于扩展，具有广泛的工业通用性。
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(4) 缩短设计、施工、投产的周期，维护容量。 目前
PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计，
同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减轻了接线工作，同时 PLC还具有故障检测和显示功能，使故障处理时间缩短。
(5) 体积小，易于实现机电一体化。
下一页总目录 章目录 返回 上一页各种 PLC的具体结构虽然多种多样，但其结构和工作原理大同小异，都是以微处理器为核心的电子电气系统。 PLC各种功能的实现，不仅基于其硬件的作用，而且要靠其软件的支持。
PLC内部主要由主机、输入 /输出接口、电源、
编程器、扩展接口和外部设备接口等几部分组成。
1.2 可编程控制器的结构和工作原理
11.1.1 可编程控制器的结构及各部分的作用下一页总目录 章目录 返回 上一页模拟量输入行程开关继电器触点各种开关传感器
CPU
ROM,RAM
电源部件输出接口输入接口外设接口照明电磁装置执行机构采用光电隔离装置继电器、可控硅、
晶体管电路编程器 打印机计算机下一页总目录 章目录 返回 上一页
1,主机
CPU是 PLC的核心，一切逻辑运算及判断都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是我们常说的电脑芯片。
(1) 运行用户程序。
(2) 监控输入 /输出接口状态。
(3) 作出逻辑判断和进行数据处理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下一页总目录 章目录 返回 上一页系统程序存储器,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。
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、中间结果。
内部存储器 有两类：一类是系统程序存储器，
另一类是用户程序及数据存储器下一页总目录 章目录 返回 上一页
2,输入 /输出 (I/O)接口输入接口 用于接收输入设备（如：按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。
输出接口 用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备（如,接触器、电磁阀、指示灯等）。
3,电源电源 指为 CPU、存储器,I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源下一页总目录 章目录 返回 上一页
4,编程器编程器 是 PLC很重要的外部设备，它主要由键盘、显示器组成。编程器分简易型和智能型两类。小型 PLC常用简易编程器，大、中型 PLC多用智能编程器。编程器的作用是编制用户程序并送入 PLC程序存储器。利用编程器可检查、修改、
调试用户程序和在线监视 PLC工作状况。现在许多 PLC采用和计算机联接，并利用专用的工具软件进行编程或监控。
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6,外部设备接口
I/O扩展接口 用于将扩充外部输入 /输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。
5,输入输出扩展接口此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等外部设备与主机相连。
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11.1.3 可编程控制器的工作原理
PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，
这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段,整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。
输入端子输入锁存器输入状态寄存器输出锁存器输出状态寄存器输出端子程序执行读读写输入采样 程序执行 输出刷新下一页总目录 章目录 返回 上一页
1,输入采样阶段
PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的 通 /断 状态或输入数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入 。
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2,程序执行阶段
PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通 /断状态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。
3,输出刷新阶段在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通 /断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通 /断，这才是 PLC的实际输出。
下一页总目录 章目录 返回 上一页由 PLC的工作过程可见,在 PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，
等到一个循环周期结束,CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的 CPU输出。
因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。
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11.1.3 可编程控制器的主要技术性能
1,I/O点数指 PLC外部输入和输出端子数。
2,用户程序存储容量用来衡量 PLC所能存储用户程序的多少。
3,扫描速度指扫描 1000步用户程序所需的时间，以 ms/千步为单位。
4,指令系统条数指 PLC具有的基本指令和高级指令的种类和数量。种类数量越多，软件功能越强。
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5,编程元件的种类和数量编程元件指：输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用“字”寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等。其种类和数量是衡量 PLC的一个指标。
代表字母元件名称 编号范围输入继电器输出继电器辅助继电器定时器计数器通用,字,寄存器
X
Y
R
T
C
WR
X0～ XF 共 16点
Y0～ Y7 共 8点
R0～ R62F 共 1008点
T0～ T99 共 100点
C100～ C143 共 44点
WR0～ WR62 共 63个
FP1－ C24编程元件的表示形式及编号范围下一页总目录 章目录 返回 上一页
1.2 可编程控制器的程序编制
11.2.1 可编程控制器的编程语言同其它电脑装置一样,PLC的操作是依其程序操作进行的，而程序是用程序语言表达的，并且表达的方式多种多样，不同的生产厂家，不同的机种，
采用的表达方式不同，但基本上可归纳为：
梯形图语言语句表语言布尔代数语言流程图语言目前常用下一页总目录 章目录 返回 上一页
1,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。它继承了继电器接点、线圈、
串联、并联等术语和类似的图形符号,具有形象、
直观、实用的特点,不需学习计算机专业知识，
电气技术人员使用最方便。
下一页总目录 章目录 返回 上一页例,用 PLC组成电机起停控制电路继电接触控制图
SB1
KM
SB2
FR
KM
FR
KM
FU
Q
3~
M
.,
下一页总目录 章目录 返回 上一页
X0
X1
X2
COM
..
.
+
SB0
SB1
Y0
COM
Y2
Y1
..
.
~220V
KM
24V
PLC
(1) PLC系统图 起动按钮停止按钮如：接通 SB0，
则 X0存储单元对应的位为,1”,反之则为,0”。
下一页总目录 章目录 返回 上一页常闭接点
(2) 利用梯形图编制控制程序
Y0
X0 X1
如：按 SB0，
则 X0存储单元为,1”则其常开接点闭合，线圈通电，电机转动。
注意,这些接点或线圈并不是真实的物理继电器接点或线圈，而是在软件编程中使用的编程元件，每个编程元件与存储器中的一个存储单元相对应，该存储单元为,1”则表示梯形图中常开闭合,常闭断开，线圈通电。
[ ]Y0
状态取决于按钮是否动作如：按 1，
则 X1存储单元为,则其常闭接点断开，线圈断电，电机停车。
输出继电器 (线圈 )常开接点下一页总目录 章目录 返回 上一页梯形图和助记符语言是 PLC中最常用的编程语言，学习中应注意以下概念：
(1)梯形图中的继电器并不一定是物理继电器，而是 PLC存储器的一个存储单元，当写入该单元的逻辑状态为,1”时，表示继电器线圈通电，其动合触点闭合，动断触头断开。
(2)梯形图中流过的电流不是物理电流，而是概念电流，是程序执行的形象表示方式。
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(3)梯形图中的继电器接点在编写用户程序时（即作为逻辑接点）可根据需要在梯形图中反复使用，
没有数量限制，既可用常开也可用常闭。
(4)只有 PLC中的物理继电器才能驱动实际负载，
其它继电器只能作为一种逻辑来使用，故称为“软继电器”。
(3)输入继电器用于接收外部输入信号，它不能由
PLC内部其它继电器的触头来驱动。
下一页总目录 章目录 返回 上一页
2,语句表语言这种编程语言与汇编语言类似，不同的厂家其语句表有所不同，这里以日本松下可编程控制器为例，
对上述电机起、停控制进行编程（即将梯形图转换成语句表语言）。
ST X0
OR Y0
AN/ X1
OT Y0
注意：按梯形图从左到右，从上到下的顺序编程。
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1.2.2 可编程控制器的编程原则和方法
1,编程原则
（ 1） PLC编程元件的触点在编程过程中可以无限次使用，每个继电器的线圈在梯形图中只能出现一次，
它的触点可以使用无数次。
（ 2）梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止于右母线。线圈总是处于最右边，且不能直接与左边母线相连。
[ ]
[ ] [ ]
[ ]
下一页总目录 章目录 返回 上一页
（ 3）编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左重右轻”。
[ ]
不合理 合理
[ ]
（ 4）两个或两个以上的线圈可以并联，但不可以串联。
[ ][ ]
X0 X0 Y1
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2,编程方法
(1)确定 I/O点数及分配
(2)编制梯形图和指令语句表
(5)程序以 END指令结束，程序的执行是从第一个地址到 END指令结束，在调试的时候，可以利用这个特点将程序分成若干个块，进行分块调试，
直至程序全部调试成功。
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1.2.3 可编程控制器的指令系统
ST 起始指令
ST/ 起始反指令
OT 输出指令指 令可使用的编程元件
X Y R T C
1,起始指令 ST,ST/与输出指令 OT
X Y R T C
Y R T C
下一页总目录 章目录 返回 上一页功能,读入指定常开接点（ X1）的 ON/OFF信息。
在每一条逻辑线或一个程序段的开始都要使用 ST
指令或 ST/指令。
ST X1
ST/ X1
功能,读入指定常闭接点（ X1）的 ON/OFF信息。
X1
[ ]
X1
[ ]
功能,将逻辑运算结果去驱动一个指定的线圈，
输出指令可并列使用 。 OT指令不能用于输入继电器 X，也不能直接用于左母线。
OT Y1
Y1
[ ]
下一页总目录 章目录 返回 上一页例：当输入接点 X0 ON时，使输出继电器 Y0,Y1
动作，当接点 X1 OFF时，使继电器 Y2动作。
梯形图对应的助记符程序
ST X0
OT Y0
OT Y1
ST/ X1
OT Y2
[ ]
[ ]
Y0X0
[ ]Y2
X1
梯形图程序
Y1
下一页总目录 章目录 返回 上一页
AN X1
功能,该指令是触点串联连接指令。用于单个动合触点的串联，即完成逻辑“与” 运算。
2,触点串联指令 AN,AN/与触点并联指令 OR,OR/
X1X
[ ]
AN 与
AN/ 与非
OR 或指 令可使用区域
X Y R T C
OR/ 或非
X Y R T C
下一页总目录 章目录 返回 上一页例：当输入条件 R0和 R1及 R2同时为 ON时 Y3被输出的程序。
助记符程序
ST R0
AN R1
AN R2
OT Y3
时序图
R0
R1
R2
Y3
[ ]
R1R0 R2 Y3
梯形图程序下一页总目录 章目录 返回 上一页
AN/ X1
功能,该指令是接点串联连接指令。用于单个动断触点的串联，即完成逻辑“与非” 运算。
[ ]
X1X
例：当输入条件 R0为 ON,R1和 R2为 OFF时
Y3被输出程序。
梯形图程序
[ ]
R1R0 R2 Y3
下一页总目录 章目录 返回 上一页例：当输入条件 R0为 ON,R1和 R2为 OFF时
Y3被输出程序。
时序图
R0
R1
R2
Y3
助记符程序
ST R0
AN/ R1
AN/ R2
OT Y3
梯形图程序
[ ]
R1R0 R2 Y3
下一页总目录 章目录 返回 上一页例：当输入条件 R0或 R1或 R2为 ON时 Y3被输出程序。
OR X1
功能,该指令是接点并联连接指令。用于单个动合触点的并联，完成逻辑,或” 运算。
[ ]
X1
X
下一页总目录 章目录 返回 上一页助记符程序
ST R0
OR R1
OR R3
OT Y3
梯形图程序时序图
R0
R1
R2
Y3
[ ]
R1
R0
R2
Y3
下一页总目录 章目录 返回 上一页例：当输入条件 R0为 ON,或 R1或 R2为 OFF
时 Y3被输出程序。
OR/ X1
功能,该指令是接点并联连接指令。用于单个动断触点的并联，完成逻辑,或非” 运算。
[ ]
X1
X
下一页总目录 章目录 返回 上一页助记符程序
ST R0
OR/ R1
OR/ R2
OT Y3
时序图
R0
R1
R2
Y3
梯形图程序
[ ]
R1
R0
R2
Y3
下一页总目录 章目录 返回 上一页例 1,利用 PLC实现正反转控制
1.要求,SB1按钮为正转按钮,SB2为反转按钮，
SB0为停止按钮。
2.系统图
SB0
SB1
SB2
~
KMF
KMR
PLC
X0
X1
X2
COM
.
.,COM
Y0
Y1.
..
下一页总目录 章目录 返回 上一页
3,梯形图程序互锁接点自锁接点助记符程序
ST X1
OR Y0
AN/ X0
AN/ Y1
OT Y0
ST X2
AN/ X0
AN/ Y0
OT Y1
OR Y1
正转反转
Y0
X1 X0 Y1
[ ]
Y1X2 X0 Y0
Y1
[ ]
Y0
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3,块串联指令 ANS与块并联指令 ORS
[ ]X0 X1
X2 X3
Y0
指令块 1 指令块 2
语句表指令
ST X0
OR X2
ST X1
OR/ X3
ANS
OT Y0
用于电路块与前面电路块的串联在使用 ANS指令前，应先完成电路块的内部连接。
ANS指令是一条独立指令，不带元件符号。
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3,块串联指令 ANS与块并联指令 ORS
指令块 1
指令块 2
语句表指令
ST X0
AN X2
ST X2
AN/ X3
ORS
OT Y0
[ ]X0 X1
X2 X3
Y0
用于电路块与前面电路块的并联在使用 ORS指令前，应先完成电路块的内部连接。
ORS指令是一条独立指令，不带元件符号。
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4,置位、复位指令 SET,RST
SET
功能,当输入条件变为 ON时，使指定线圈保持 ON
状态,此后即使输入变为 OFF，该输出仍保持 ON状态 。
RST
功能,当输入条件变为 ON时，使指定线圈保持
OFF状态,此后即使输入变为 OFF，该输出仍保持 OFF状态 。
< S >Y0
< R >
Y0
用于对 Y和 R的置位和复位下一页总目录 章目录 返回 上一页例：
< S >
< R >
R0
R1
Y0
Y0
ST R0
SET Y0
ST R1
RST Y0
语句表指令时序图
R0
R1
Y0
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5,定时器指令 TM
定时器分为下列三种类型
TMR:定时单位为 0.01s的定时器。
TMX:定时单位为 0.1s的定时器。
TMY:定时单位为 1s的定时器。
定时器为通电延时型。
[ ]TMX 502
[ ]
X0
T2 Y0
设置值定时器号语句表指令
ST X0
TMX 2
K 50
ST T2
OT Y0
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5,定时器指令 TM
t
通电延时时间
=50*定时单位输入信号 X0
定时器接点输出信号 T2
[ ]TMX 502
X0 T2 [ ]Y0
如果需要也可构成延时断电的定时器。
Y0
X0
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6,计数器指令 CT
[ ]RC CT 4100X1X0
C100 [ ]Y0
设置值计数器号语句表指令
ST X0
ST X1
CT 100
K 4
ST C100
OT Y0
X0
X1
Y0
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7,微分指令 DF,DF/
DF
例：
功能,当检测到触发信号上升沿时，线圈接通 1个扫描周期
[ ]( DF )
[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF ) R0
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[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF ) R0
1个扫描周期
X0
时序图
R0
Y0
虚线部分为自锁产生的输出下一页总目录 章目录 返回 上一页
DF/
功能,当检测到触发信号下降沿时，线圈接通 1个扫描周期
[ ]( DF/ )
[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF/ ) R0
例：
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X0
R0
Y0
1个扫描周期虚线部分为自锁产生的输出
[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF/ ) R0
例：
时序图下一页总目录 章目录 返回 上一页
8,空操作指令 NOP
[ ]
NOP
Y0R0
语句表指令
ST R1
NOP
OT Y0
NOP指令的使用对程序运行的结果没有任何影响，
一般为了方便阅读。
9,移位指令 SR
X0
X1
X2
SR WR2IN
C
CLR
语句表指令
ST X0
ST X1
ST X2
SR WR2
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10,堆栈指令 PSHS,RDS,POPS
PSHS用于压入堆栈,RDS用于读出堆栈，
POPS用于弹出堆栈。
[ ]
X1
X2
X3
Y1
[ ]Y0
[ ]Y2
X0
PSHS
RDS
POPS
语句表指令
ST X0
PSHS
AN X1
OT Y0
RDS
AN X2
OT Y1
POPS
AN X3
OT Y2
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12.3 可编程控制器应用举例分析控制对象确定控制内容选择 PLC类型硬件设计 软件设计系统总装统调符合设计要求投入运行调整硬件否调整软件否是下一页总目录 章目录 返回 上一页
12.3.1 利用 PLC实现电动机的 Y- 起动
1.要求
SB1按钮为起动按钮，
SB0按钮为停止按钮
KM1为电动机电源接触器，
KM2为三角形运行接触器，
KM3为星形启动接触器
KM1
KM3
KM2
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X1
X4
X3
X2
.
..
SB1
SB2
Y1
Y4
Y3
Y2
.
..
程序
KM3 (Y)
接触器
KM1
接触器
KM2( )
接触器
2.系统图下一页总目录 章目录 返回 上一页
3.梯形图程序 Y1 接通电源,Y2 △ 形连接,Y3 星形连接
[ ]
[ ]
[ ]TMX 500
[ ]
R0
T0 Y3
[ ]TMX 101
[ ]
T0
T1 Y2
X2
R0
X1 R0
Y2
T0
Y1
R0
Y3
( ED )
4.语句表指令
ST X2
OR R0
AN/ X1
OT R0
ST Y2
OR/ T0
ANS
OT Y1
ST R0
TMX 0
K 50
ST R0
AN/ T0
OT Y3
ST T0
TMX 1
K 10
ST T1
AN/ Y3
OT Y2
ED
下一页总目录 章目录 返回 上一页启动时，按下 SB2,X2常开闭合，此时 R0接通，定时器接通,Y1,Y3也接通,KM1,KM3
接触器接通，电动机进入星形降压启动。
延时 5秒后，定时器 T0动作，其常闭触点断开，
使 Y1,Y3断开,KM1,KM2断开。
T0的常开触点闭合，接通定时器 T1，延时 1
秒后,T1动作,Y1,Y2接通,KM1,KM2接通，
电动机三角形联结，进入正常工作。
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12.3.2 加热炉自动上料控制
1.系统要求系统启动时，先将炉门打开，当炉门打开到最大时，给料机进，送料入炉。给料后，给料机退回到原位，并将炉门关闭。
SB1为停车按钮
SB2为启动按钮
STa为炉门上限位开关
STb为给料机前限位开关
STc为给料机后限位开关
STd为炉门下限位开关
KMF1为炉门开启接触器
KMR1为炉门闭合接触器
KMF2为给料机前进接触器
KMR2为给料机后退接触器下一页总目录 章目录 返回 上一页
X1
X4
X3
X2
.
SB1
SB2
Y1
Y4
Y3
Y2
.
..
程序
STa
STb
STc
STd
X5
X6
.
KMF1
KMR1
KMF2
KMR2
2.系统图下一页总目录 章目录 返回 上一页
3.梯形图程序
[ ]X6 X2 Y1
Y1
[ ]X3 Y3
Y3
[ ]X4 Y4
Y4
[ ]X5 Y2
Y2
(ED)
X1 X3 Y2
X1 X4 Y4
X1 X5 Y3
X1 X6 Y1
4.指令语句表
ST X6
AN X2
OR Y1
AN/ X1
AN/ X3
AN/ Y2
OT Y1
ST X3
OR Y3
AN/ X1
AN/ X4
AN/ Y4
OT Y3
ST X4
OR Y4
AN/ X1
AN/ X5
AN/ Y3
OT Y4
ST X5
OR Y2
AN/ X1
AN/ X6
AN/ Y1
OT Y2
ED
概述
2 可编程控制器的程序编制
3 可编程控制器应用举例
1 可编程控制器的结构和工作原理下一页总目录 章目录 返回 上一页第 1章 可编程控制器 (PLC)
本章要求：
1,了解可编程控制器的结构和工作原理。
2,了解可编程控制器的几种基本编程方法。
3,熟悉常用的编程指令。
4,学会使用梯形图编制简单的程序。
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概述
PLC是 60年代末发展起来的一种新型的电气控制装置，它将传统的继电控制技术和计算机控制技术融为一体，被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制。
传统的继电接触控制具有结构简单、易于掌握、
价格便宜等优点，在工业生产中广泛应用。但这类控制装置体积大，耗电较多，功能少，特别是靠硬件连接构成系统，接线复杂，通用性和灵活性差。
下一页总目录 章目录 返回 上一页它的起源可以追溯到 60年代，美国通用汽车公司为了适应汽车型号不断翻新的需要，对生产线上的控制设备提出了新的要求，为此设想：把计算机的功能完善、通用灵活等优点和继电接触控制简单易懂等优点结合起来，从而提供了继电器控制系统无法比拟的灵活性。并要求把计算机的编程方法和程序输入方法加以简化，使得不熟悉计算机的人也能方便使用。但这一时期它主要是代替继电器系统完成顺序控制，逻辑运算，计时、计数、故称为可编程逻辑控制器 简称 PLC（ Programmable Logical
Controller） 。
可编程控制器的发展,
下一页总目录 章目录 返回 上一页进入 80年代，随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程控制器的功能已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，它具有数据运算、传送与处理功能和可以进行模拟量控制、位置控制，特别是远程通讯功能的实现，易于实现柔性加工和制造系统，因此将其称为可编程控制器
（ Programmable Controller） 简称 PC,但为了与个人电脑 PC相区别，仍将其称为 PLC。
目前 PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，加速了机电一体化的进程。
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1.用于逻辑控制这是 PLC的基本功能，也是最广泛的应用，如机车的电气控制、包装机械的控制、电梯的控制等。
2.用于模拟量的控制
PLC通过模拟量 I/O模块，实现模数转换，并对模拟量进行控制。如闭环系统的过程控制、位置控制和速度控制。
2.用于工业机器人的控制
PLC作为一种工业控制器，适用于工业机器人。
如自动生产线上有多个自由度的机器人控制。
11.1.1 可编程控制器的主要功能和特点主要功能下一页总目录 章目录 返回 上一页
2,PLC的主要特点
(1) 可靠性高，抗干扰能力强。 由于采用大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件的设计和制造的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，具有很高的可靠性。(2) 编程简单，使用方便。 目前大多数 PLC均采用梯形图编程语言，沿用了继电接触控制的一些图形符号，直观清晰，易于掌握。
(3) 通用性好，具有在线修改能力 。 PLC硬件采用模块化结构，可以灵活地组态以适应不同的控制对象，
控制规模和控制功能的要求。且可通过修改软件，来实现在线修改的能力，因此其功能易于扩展，具有广泛的工业通用性。
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(4) 缩短设计、施工、投产的周期，维护容量。 目前
PLC产品朝着系列化、标准化方向发展，只需根据控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计，
同时用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减轻了接线工作，同时 PLC还具有故障检测和显示功能，使故障处理时间缩短。
(5) 体积小，易于实现机电一体化。
下一页总目录 章目录 返回 上一页各种 PLC的具体结构虽然多种多样，但其结构和工作原理大同小异，都是以微处理器为核心的电子电气系统。 PLC各种功能的实现，不仅基于其硬件的作用，而且要靠其软件的支持。
PLC内部主要由主机、输入 /输出接口、电源、
编程器、扩展接口和外部设备接口等几部分组成。
1.2 可编程控制器的结构和工作原理
11.1.1 可编程控制器的结构及各部分的作用下一页总目录 章目录 返回 上一页模拟量输入行程开关继电器触点各种开关传感器
CPU
ROM,RAM
电源部件输出接口输入接口外设接口照明电磁装置执行机构采用光电隔离装置继电器、可控硅、
晶体管电路编程器 打印机计算机下一页总目录 章目录 返回 上一页
1,主机
CPU是 PLC的核心，一切逻辑运算及判断都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是我们常说的电脑芯片。
(1) 运行用户程序。
(2) 监控输入 /输出接口状态。
(3) 作出逻辑判断和进行数据处理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下一页总目录 章目录 返回 上一页系统程序存储器,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。
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、中间结果。
内部存储器 有两类：一类是系统程序存储器，
另一类是用户程序及数据存储器下一页总目录 章目录 返回 上一页
2,输入 /输出 (I/O)接口输入接口 用于接收输入设备（如：按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。
输出接口 用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备（如,接触器、电磁阀、指示灯等）。
3,电源电源 指为 CPU、存储器,I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源下一页总目录 章目录 返回 上一页
4,编程器编程器 是 PLC很重要的外部设备，它主要由键盘、显示器组成。编程器分简易型和智能型两类。小型 PLC常用简易编程器，大、中型 PLC多用智能编程器。编程器的作用是编制用户程序并送入 PLC程序存储器。利用编程器可检查、修改、
调试用户程序和在线监视 PLC工作状况。现在许多 PLC采用和计算机联接，并利用专用的工具软件进行编程或监控。
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6,外部设备接口
I/O扩展接口 用于将扩充外部输入 /输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。
5,输入输出扩展接口此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等外部设备与主机相连。
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11.1.3 可编程控制器的工作原理
PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，
这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段,整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。
输入端子输入锁存器输入状态寄存器输出锁存器输出状态寄存器输出端子程序执行读读写输入采样 程序执行 输出刷新下一页总目录 章目录 返回 上一页
1,输入采样阶段
PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的 通 /断 状态或输入数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入 。
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2,程序执行阶段
PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通 /断状态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。
3,输出刷新阶段在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通 /断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通 /断，这才是 PLC的实际输出。
下一页总目录 章目录 返回 上一页由 PLC的工作过程可见,在 PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，
等到一个循环周期结束,CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的 CPU输出。
因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。
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11.1.3 可编程控制器的主要技术性能
1,I/O点数指 PLC外部输入和输出端子数。
2,用户程序存储容量用来衡量 PLC所能存储用户程序的多少。
3,扫描速度指扫描 1000步用户程序所需的时间，以 ms/千步为单位。
4,指令系统条数指 PLC具有的基本指令和高级指令的种类和数量。种类数量越多，软件功能越强。
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5,编程元件的种类和数量编程元件指：输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用“字”寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等。其种类和数量是衡量 PLC的一个指标。
代表字母元件名称 编号范围输入继电器输出继电器辅助继电器定时器计数器通用,字,寄存器
X
Y
R
T
C
WR
X0～ XF 共 16点
Y0～ Y7 共 8点
R0～ R62F 共 1008点
T0～ T99 共 100点
C100～ C143 共 44点
WR0～ WR62 共 63个
FP1－ C24编程元件的表示形式及编号范围下一页总目录 章目录 返回 上一页
1.2 可编程控制器的程序编制
11.2.1 可编程控制器的编程语言同其它电脑装置一样,PLC的操作是依其程序操作进行的，而程序是用程序语言表达的，并且表达的方式多种多样，不同的生产厂家，不同的机种，
采用的表达方式不同，但基本上可归纳为：
梯形图语言语句表语言布尔代数语言流程图语言目前常用下一页总目录 章目录 返回 上一页
1,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。它继承了继电器接点、线圈、
串联、并联等术语和类似的图形符号,具有形象、
直观、实用的特点,不需学习计算机专业知识，
电气技术人员使用最方便。
下一页总目录 章目录 返回 上一页例,用 PLC组成电机起停控制电路继电接触控制图
SB1
KM
SB2
FR
KM
FR
KM
FU
Q
3~
M
.,
下一页总目录 章目录 返回 上一页
X0
X1
X2
COM
..
.
+
SB0
SB1
Y0
COM
Y2
Y1
..
.
~220V
KM
24V
PLC
(1) PLC系统图 起动按钮停止按钮如：接通 SB0，
则 X0存储单元对应的位为,1”,反之则为,0”。
下一页总目录 章目录 返回 上一页常闭接点
(2) 利用梯形图编制控制程序
Y0
X0 X1
如：按 SB0，
则 X0存储单元为,1”则其常开接点闭合，线圈通电，电机转动。
注意,这些接点或线圈并不是真实的物理继电器接点或线圈，而是在软件编程中使用的编程元件，每个编程元件与存储器中的一个存储单元相对应，该存储单元为,1”则表示梯形图中常开闭合,常闭断开，线圈通电。
[ ]Y0
状态取决于按钮是否动作如：按 1，
则 X1存储单元为,则其常闭接点断开，线圈断电，电机停车。
输出继电器 (线圈 )常开接点下一页总目录 章目录 返回 上一页梯形图和助记符语言是 PLC中最常用的编程语言，学习中应注意以下概念：
(1)梯形图中的继电器并不一定是物理继电器，而是 PLC存储器的一个存储单元，当写入该单元的逻辑状态为,1”时，表示继电器线圈通电，其动合触点闭合，动断触头断开。
(2)梯形图中流过的电流不是物理电流，而是概念电流，是程序执行的形象表示方式。
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(3)梯形图中的继电器接点在编写用户程序时（即作为逻辑接点）可根据需要在梯形图中反复使用，
没有数量限制，既可用常开也可用常闭。
(4)只有 PLC中的物理继电器才能驱动实际负载，
其它继电器只能作为一种逻辑来使用，故称为“软继电器”。
(3)输入继电器用于接收外部输入信号，它不能由
PLC内部其它继电器的触头来驱动。
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2,语句表语言这种编程语言与汇编语言类似，不同的厂家其语句表有所不同，这里以日本松下可编程控制器为例，
对上述电机起、停控制进行编程（即将梯形图转换成语句表语言）。
ST X0
OR Y0
AN/ X1
OT Y0
注意：按梯形图从左到右，从上到下的顺序编程。
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1.2.2 可编程控制器的编程原则和方法
1,编程原则
（ 1） PLC编程元件的触点在编程过程中可以无限次使用，每个继电器的线圈在梯形图中只能出现一次，
它的触点可以使用无数次。
（ 2）梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止于右母线。线圈总是处于最右边，且不能直接与左边母线相连。
[ ]
[ ] [ ]
[ ]
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（ 3）编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左重右轻”。
[ ]
不合理 合理
[ ]
（ 4）两个或两个以上的线圈可以并联，但不可以串联。
[ ][ ]
X0 X0 Y1
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2,编程方法
(1)确定 I/O点数及分配
(2)编制梯形图和指令语句表
(5)程序以 END指令结束，程序的执行是从第一个地址到 END指令结束，在调试的时候，可以利用这个特点将程序分成若干个块，进行分块调试，
直至程序全部调试成功。
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1.2.3 可编程控制器的指令系统
ST 起始指令
ST/ 起始反指令
OT 输出指令指 令可使用的编程元件
X Y R T C
1,起始指令 ST,ST/与输出指令 OT
X Y R T C
Y R T C
下一页总目录 章目录 返回 上一页功能,读入指定常开接点（ X1）的 ON/OFF信息。
在每一条逻辑线或一个程序段的开始都要使用 ST
指令或 ST/指令。
ST X1
ST/ X1
功能,读入指定常闭接点（ X1）的 ON/OFF信息。
X1
[ ]
X1
[ ]
功能,将逻辑运算结果去驱动一个指定的线圈，
输出指令可并列使用 。 OT指令不能用于输入继电器 X，也不能直接用于左母线。
OT Y1
Y1
[ ]
下一页总目录 章目录 返回 上一页例：当输入接点 X0 ON时，使输出继电器 Y0,Y1
动作，当接点 X1 OFF时，使继电器 Y2动作。
梯形图对应的助记符程序
ST X0
OT Y0
OT Y1
ST/ X1
OT Y2
[ ]
[ ]
Y0X0
[ ]Y2
X1
梯形图程序
Y1
下一页总目录 章目录 返回 上一页
AN X1
功能,该指令是触点串联连接指令。用于单个动合触点的串联，即完成逻辑“与” 运算。
2,触点串联指令 AN,AN/与触点并联指令 OR,OR/
X1X
[ ]
AN 与
AN/ 与非
OR 或指 令可使用区域
X Y R T C
OR/ 或非
X Y R T C
下一页总目录 章目录 返回 上一页例：当输入条件 R0和 R1及 R2同时为 ON时 Y3被输出的程序。
助记符程序
ST R0
AN R1
AN R2
OT Y3
时序图
R0
R1
R2
Y3
[ ]
R1R0 R2 Y3
梯形图程序下一页总目录 章目录 返回 上一页
AN/ X1
功能,该指令是接点串联连接指令。用于单个动断触点的串联，即完成逻辑“与非” 运算。
[ ]
X1X
例：当输入条件 R0为 ON,R1和 R2为 OFF时
Y3被输出程序。
梯形图程序
[ ]
R1R0 R2 Y3
下一页总目录 章目录 返回 上一页例：当输入条件 R0为 ON,R1和 R2为 OFF时
Y3被输出程序。
时序图
R0
R1
R2
Y3
助记符程序
ST R0
AN/ R1
AN/ R2
OT Y3
梯形图程序
[ ]
R1R0 R2 Y3
下一页总目录 章目录 返回 上一页例：当输入条件 R0或 R1或 R2为 ON时 Y3被输出程序。
OR X1
功能,该指令是接点并联连接指令。用于单个动合触点的并联，完成逻辑,或” 运算。
[ ]
X1
X
下一页总目录 章目录 返回 上一页助记符程序
ST R0
OR R1
OR R3
OT Y3
梯形图程序时序图
R0
R1
R2
Y3
[ ]
R1
R0
R2
Y3
下一页总目录 章目录 返回 上一页例：当输入条件 R0为 ON,或 R1或 R2为 OFF
时 Y3被输出程序。
OR/ X1
功能,该指令是接点并联连接指令。用于单个动断触点的并联，完成逻辑,或非” 运算。
[ ]
X1
X
下一页总目录 章目录 返回 上一页助记符程序
ST R0
OR/ R1
OR/ R2
OT Y3
时序图
R0
R1
R2
Y3
梯形图程序
[ ]
R1
R0
R2
Y3
下一页总目录 章目录 返回 上一页例 1,利用 PLC实现正反转控制
1.要求,SB1按钮为正转按钮,SB2为反转按钮，
SB0为停止按钮。
2.系统图
SB0
SB1
SB2
~
KMF
KMR
PLC
X0
X1
X2
COM
.
.,COM
Y0
Y1.
..
下一页总目录 章目录 返回 上一页
3,梯形图程序互锁接点自锁接点助记符程序
ST X1
OR Y0
AN/ X0
AN/ Y1
OT Y0
ST X2
AN/ X0
AN/ Y0
OT Y1
OR Y1
正转反转
Y0
X1 X0 Y1
[ ]
Y1X2 X0 Y0
Y1
[ ]
Y0
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3,块串联指令 ANS与块并联指令 ORS
[ ]X0 X1
X2 X3
Y0
指令块 1 指令块 2
语句表指令
ST X0
OR X2
ST X1
OR/ X3
ANS
OT Y0
用于电路块与前面电路块的串联在使用 ANS指令前，应先完成电路块的内部连接。
ANS指令是一条独立指令，不带元件符号。
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3,块串联指令 ANS与块并联指令 ORS
指令块 1
指令块 2
语句表指令
ST X0
AN X2
ST X2
AN/ X3
ORS
OT Y0
[ ]X0 X1
X2 X3
Y0
用于电路块与前面电路块的并联在使用 ORS指令前，应先完成电路块的内部连接。
ORS指令是一条独立指令，不带元件符号。
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4,置位、复位指令 SET,RST
SET
功能,当输入条件变为 ON时，使指定线圈保持 ON
状态,此后即使输入变为 OFF，该输出仍保持 ON状态 。
RST
功能,当输入条件变为 ON时，使指定线圈保持
OFF状态,此后即使输入变为 OFF，该输出仍保持 OFF状态 。
< S >Y0
< R >
Y0
用于对 Y和 R的置位和复位下一页总目录 章目录 返回 上一页例：
< S >
< R >
R0
R1
Y0
Y0
ST R0
SET Y0
ST R1
RST Y0
语句表指令时序图
R0
R1
Y0
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5,定时器指令 TM
定时器分为下列三种类型
TMR:定时单位为 0.01s的定时器。
TMX:定时单位为 0.1s的定时器。
TMY:定时单位为 1s的定时器。
定时器为通电延时型。
[ ]TMX 502
[ ]
X0
T2 Y0
设置值定时器号语句表指令
ST X0
TMX 2
K 50
ST T2
OT Y0
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5,定时器指令 TM
t
通电延时时间
=50*定时单位输入信号 X0
定时器接点输出信号 T2
[ ]TMX 502
X0 T2 [ ]Y0
如果需要也可构成延时断电的定时器。
Y0
X0
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6,计数器指令 CT
[ ]RC CT 4100X1X0
C100 [ ]Y0
设置值计数器号语句表指令
ST X0
ST X1
CT 100
K 4
ST C100
OT Y0
X0
X1
Y0
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7,微分指令 DF,DF/
DF
例：
功能,当检测到触发信号上升沿时，线圈接通 1个扫描周期
[ ]( DF )
[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF ) R0
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[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF ) R0
1个扫描周期
X0
时序图
R0
Y0
虚线部分为自锁产生的输出下一页总目录 章目录 返回 上一页
DF/
功能,当检测到触发信号下降沿时，线圈接通 1个扫描周期
[ ]( DF/ )
[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF/ ) R0
例：
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X0
R0
Y0
1个扫描周期虚线部分为自锁产生的输出
[ ]
X0
R0
Y0
Y0
[ ]( DF/ ) R0
例：
时序图下一页总目录 章目录 返回 上一页
8,空操作指令 NOP
[ ]
NOP
Y0R0
语句表指令
ST R1
NOP
OT Y0
NOP指令的使用对程序运行的结果没有任何影响，
一般为了方便阅读。
9,移位指令 SR
X0
X1
X2
SR WR2IN
C
CLR
语句表指令
ST X0
ST X1
ST X2
SR WR2
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10,堆栈指令 PSHS,RDS,POPS
PSHS用于压入堆栈,RDS用于读出堆栈，
POPS用于弹出堆栈。
[ ]
X1
X2
X3
Y1
[ ]Y0
[ ]Y2
X0
PSHS
RDS
POPS
语句表指令
ST X0
PSHS
AN X1
OT Y0
RDS
AN X2
OT Y1
POPS
AN X3
OT Y2
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12.3 可编程控制器应用举例分析控制对象确定控制内容选择 PLC类型硬件设计 软件设计系统总装统调符合设计要求投入运行调整硬件否调整软件否是下一页总目录 章目录 返回 上一页
12.3.1 利用 PLC实现电动机的 Y- 起动
1.要求
SB1按钮为起动按钮，
SB0按钮为停止按钮
KM1为电动机电源接触器，
KM2为三角形运行接触器，
KM3为星形启动接触器
KM1
KM3
KM2
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X1
X4
X3
X2
.
..
SB1
SB2
Y1
Y4
Y3
Y2
.
..
程序
KM3 (Y)
接触器
KM1
接触器
KM2( )
接触器
2.系统图下一页总目录 章目录 返回 上一页
3.梯形图程序 Y1 接通电源,Y2 △ 形连接,Y3 星形连接
[ ]
[ ]
[ ]TMX 500
[ ]
R0
T0 Y3
[ ]TMX 101
[ ]
T0
T1 Y2
X2
R0
X1 R0
Y2
T0
Y1
R0
Y3
( ED )
4.语句表指令
ST X2
OR R0
AN/ X1
OT R0
ST Y2
OR/ T0
ANS
OT Y1
ST R0
TMX 0
K 50
ST R0
AN/ T0
OT Y3
ST T0
TMX 1
K 10
ST T1
AN/ Y3
OT Y2
ED
下一页总目录 章目录 返回 上一页启动时，按下 SB2,X2常开闭合，此时 R0接通，定时器接通,Y1,Y3也接通,KM1,KM3
接触器接通，电动机进入星形降压启动。
延时 5秒后，定时器 T0动作，其常闭触点断开，
使 Y1,Y3断开,KM1,KM2断开。
T0的常开触点闭合，接通定时器 T1，延时 1
秒后,T1动作,Y1,Y2接通,KM1,KM2接通，
电动机三角形联结，进入正常工作。
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12.3.2 加热炉自动上料控制
1.系统要求系统启动时，先将炉门打开，当炉门打开到最大时，给料机进，送料入炉。给料后，给料机退回到原位，并将炉门关闭。
SB1为停车按钮
SB2为启动按钮
STa为炉门上限位开关
STb为给料机前限位开关
STc为给料机后限位开关
STd为炉门下限位开关
KMF1为炉门开启接触器
KMR1为炉门闭合接触器
KMF2为给料机前进接触器
KMR2为给料机后退接触器下一页总目录 章目录 返回 上一页
X1
X4
X3
X2
.
SB1
SB2
Y1
Y4
Y3
Y2
.
..
程序
STa
STb
STc
STd
X5
X6
.
KMF1
KMR1
KMF2
KMR2
2.系统图下一页总目录 章目录 返回 上一页
3.梯形图程序
[ ]X6 X2 Y1
Y1
[ ]X3 Y3
Y3
[ ]X4 Y4
Y4
[ ]X5 Y2
Y2
(ED)
X1 X3 Y2
X1 X4 Y4
X1 X5 Y3
X1 X6 Y1
4.指令语句表
ST X6
AN X2
OR Y1
AN/ X1
AN/ X3
AN/ Y2
OT Y1
ST X3
OR Y3
AN/ X1
AN/ X4
AN/ Y4
OT Y3
ST X4
OR Y4
AN/ X1
AN/ X5
AN/ Y3
OT Y4
ST X5
OR Y2
AN/ X1
AN/ X6
AN/ Y1
OT Y2
ED
