第一章 ?可編程控制器簡(jiǎn)介

可編程序控制器，英文稱Programmable Controller，簡(jiǎn)稱PC。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購(gòu)到所需的PLC后，只需按說(shuō)明書的提示，做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

一、PLC的結(jié)構(gòu)及各部分的作用

????PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機(jī)、輸入/輸出接口、電源擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口等幾個(gè)主要部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ?圖1-1-1

1、主機(jī)

主機(jī)部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。CPU是PLC的核心，它用以運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如電腦、打印機(jī)等）的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。PLC的內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。

2、輸入/輸出（I/O）接口

I/O接口是PLC與輸入/輸出設(shè)備連接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備（如按鈕、傳感器、觸點(diǎn)、行程開關(guān)等）的控制信號(hào)。輸出接口是將主機(jī)經(jīng)處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。I/O點(diǎn)數(shù)即輸入/輸出端子數(shù)是PLC的一項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)，通常小型機(jī)有幾十個(gè)點(diǎn)，中型機(jī)有幾百個(gè)點(diǎn)，大型機(jī)將超過千點(diǎn)。

3、電源

????圖中電源是指為CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設(shè)備提供直流電源。

4、編程

????編程是PLC利用外部設(shè)備，用戶用來(lái)輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示PLC的工作情況。通過專用的PC/PPI電纜線將PLC與電腦聯(lián)接，并利用專用的軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。

5、輸入/輸出擴(kuò)展單元

I/O擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）連接在一起。

6、外部設(shè)備接口

此接口可將打印機(jī)、條碼掃描儀,變頻器等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)，以完成相應(yīng)的操作。

實(shí)驗(yàn)裝置提供的主機(jī)型號(hào)有西門子S7-200系列的CPU224(AC/DC/RELAY)。輸入點(diǎn)數(shù)為14，輸出點(diǎn)數(shù)為10；CPU226(AC/DC/RELAY)，輸入點(diǎn)數(shù)為26，輸出點(diǎn)數(shù)為14。

二、PLC的工作原理

PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。

PLC的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。

PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。

PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。

輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。

三、PLC的程序編制

編程元件

????PLC是采用軟件編制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求的。編程時(shí)要使用到各種編程元件，它們可提供無(wú)數(shù)個(gè)動(dòng)合和動(dòng)斷觸點(diǎn)。編程元件是指輸入寄存器、輸出寄存器、位存儲(chǔ)器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能存儲(chǔ)器等。

?PLC內(nèi)部這些存儲(chǔ)器的作用和繼電接觸控制系統(tǒng)中使用的繼電器十分相似，也有“線圈”與“觸點(diǎn)”，但它們不是“硬”繼電器，而是PLC存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元。當(dāng)寫入該單元的邏輯狀態(tài)為“1”時(shí)，則表示相應(yīng)繼電器線圈得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開。所以，內(nèi)部的這些繼電器稱之為“軟”繼電器。

S7-200系列CPU224、CPU226部分編程元件的編號(hào)范圍與功能說(shuō)明如下表所示

表1-1-1

2、編程語(yǔ)言

????所謂程序編制，就是用戶根據(jù)控制對(duì)象的要求，利用PLC廠家提供的程序編制語(yǔ)言，將一個(gè)控制要求描述出來(lái)的過程。PLC最常用的編程語(yǔ)言是梯形圖語(yǔ)言和指令語(yǔ)句表語(yǔ)言，且兩者常常聯(lián)合使用。

梯形圖（語(yǔ)言）

梯形圖是一種從繼電接觸控制電路圖演變而來(lái)的圖形語(yǔ)言。它是借助類似于繼電器的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)、線圈以及串、并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和符號(hào)，根據(jù)控制要求聯(lián)接而成的表示PLC輸入和輸出之間邏輯關(guān)系的圖形，直觀易懂。

梯形圖中常用?圖形符號(hào)分別表示PLC編程元件的動(dòng)合和動(dòng)斷觸點(diǎn)；

用 （ ） 表示它們的線圈。梯形圖中編程元件的種類用圖形符號(hào)及標(biāo)注的字母或數(shù)加以區(qū)別。觸點(diǎn)和線圈等組成的獨(dú)立電路稱為網(wǎng)絡(luò)，用編程軟件生成的梯形圖和語(yǔ)句表程序中有網(wǎng)絡(luò)編號(hào)，允許以網(wǎng)絡(luò)為單位給梯形圖加注釋。

????梯形圖的設(shè)計(jì)應(yīng)注意到以下三點(diǎn)：

????①梯形圖按從左到右、自上而下地順序排列。每一邏輯行（或稱梯級(jí)）起始于左母線，然后是觸點(diǎn)的串、并聯(lián)接，最后是線圈。

????②梯形圖中每個(gè)梯級(jí)流過的不是物理電流，而是“概念電流”，從左流向右，其兩端沒有電源。這個(gè)“概念電流”只是用來(lái)形象地描述用戶程序執(zhí)行中應(yīng)滿足線圈接通的條件。

????③輸入寄存器用于接收外部輸入信號(hào)，而不能由PLC內(nèi)部其它繼電器的觸點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)。因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入寄存器的觸點(diǎn)，而不出現(xiàn)其線圈。輸出寄存器則輸出程序執(zhí)行結(jié)果給外部輸出設(shè)備，當(dāng)梯形圖中的輸出寄存器線圈得電時(shí)，就有信號(hào)輸出，但不是直接驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備，而要通過輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實(shí)現(xiàn)。輸出寄存器的觸點(diǎn)也可供內(nèi)部編程使用。

2）指令語(yǔ)句表

????指令語(yǔ)句表是一種用指令助記符來(lái)編制PLC程序的語(yǔ)言，它類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，但比匯編語(yǔ)言易懂易學(xué)，若干條指令組成的程序就是指令語(yǔ)句表。一條指令語(yǔ)句是由步序、指令語(yǔ)和作用器件編號(hào)三部分組成。

下例為PLC實(shí)現(xiàn)三相鼠籠電動(dòng)機(jī)起/停控制的兩種編程語(yǔ)言的表示方法：

?KM ?I0.0?I0.1 Q0.0 ?步序 ??指令語(yǔ) ???器件號(hào)

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
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第二章 ?基本指令簡(jiǎn)介

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S7-200的SIMATIC基本指令簡(jiǎn)表：

?????(其他指令見附表)

一、標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)指令

LD動(dòng)合觸點(diǎn)指令，表示一個(gè)與輸入母線相連的動(dòng)合觸點(diǎn)指令，即動(dòng)合觸點(diǎn)邏輯運(yùn)算起始。

LDN動(dòng)斷觸點(diǎn)指令，表示一個(gè)與輸入母線相連的動(dòng)斷觸點(diǎn)指令，即動(dòng)斷觸點(diǎn)邏輯運(yùn)算起始。

A 與動(dòng)合觸點(diǎn)指令，用于單個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)的串聯(lián)。

AX 與非動(dòng)斷觸點(diǎn)指令，用于單個(gè)動(dòng)斷觸點(diǎn)的串聯(lián)。

O 或動(dòng)合觸點(diǎn)指令，用于單個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)的并聯(lián)。

ON 或非動(dòng)斷觸點(diǎn)指令，用于單個(gè)動(dòng)斷觸點(diǎn)的并聯(lián)。

LD、LDN、A、AN、O、ON觸點(diǎn)指令中變量的數(shù)據(jù)類型為布爾(BOOC)型。LD、LDN兩條指令用于將接點(diǎn)接到母線上，A、AN、O、ON指令均可多次重復(fù)使用，但當(dāng)需要對(duì)兩個(gè)以上接點(diǎn)串聯(lián)連接電路塊的并聯(lián)連接時(shí)，要用后述的OLD指令。

例子：

?

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二、串聯(lián)電路塊的并聯(lián)連接指令OLD

兩個(gè)或兩個(gè)以上的接點(diǎn)串聯(lián)連接的電路叫串聯(lián)電路塊。串聯(lián)電路塊并聯(lián)連接時(shí)，分支開始用LD、LDN指令，分支結(jié)束用OLD指令。OLD指令與后述的ALD指令均為無(wú)目標(biāo)元件指令，而兩條無(wú)目標(biāo)元件指令的步長(zhǎng)都為一個(gè)程序步。OLD有時(shí)也簡(jiǎn)稱或塊指令。

三、并聯(lián)電路的串聯(lián)連接指令A(yù)LD

兩個(gè)或兩個(gè)以上接點(diǎn)并聯(lián)電路稱為并聯(lián)電路塊，分支電路并聯(lián)電路塊與前面電路串聯(lián)連接時(shí)，使用ALD指令。分支的起點(diǎn)用LD、LDN指令，并聯(lián)電路結(jié)束后，使用ALD指令與前面電路串聯(lián)。ALD指令也簡(jiǎn)稱與塊指令，ALD也是無(wú)操作目標(biāo)元件，是一個(gè)程序步指令。

四、輸出指令 =

1、= 輸出指令是將繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等的線圈與梯形圖右邊的母線直接連接，線圈的右邊不允許有觸點(diǎn)，在編程中，觸點(diǎn)以重復(fù)使用，且類型和數(shù)量不受限制。

五、置位與復(fù)位指令S、R

S為置位指令，使動(dòng)作保持；R為復(fù)位指令，使操作保持復(fù)位。從指定的位置開始的N個(gè)點(diǎn)的寄存器都被置位或復(fù)位,N=1～255如果被指定復(fù)位的是定時(shí)器位或計(jì)數(shù)器位,將清除定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值。

六、跳變觸點(diǎn)EU,ED

正跳變觸點(diǎn)檢測(cè)到一次正跳變(觸點(diǎn)的入信號(hào)由0到1)時(shí),或負(fù)跳變觸點(diǎn)檢測(cè)到一次負(fù)跳變(觸點(diǎn)的入信號(hào)由1到0)時(shí),觸點(diǎn)接通到一個(gè)掃描周期.正/負(fù)跳變的符號(hào)為EU和ED,他們沒有操作數(shù),觸點(diǎn)符號(hào)中間的”P”和”N”分別表示正跳變和負(fù)跳變

七、空操作指令NOP

NOP指令是一條無(wú)動(dòng)作、無(wú)目標(biāo)元件的一個(gè)序步指令。空操作指令使該步序?yàn)榭詹僮鳌Ｓ肗OP指令可替代已寫入指令，可以改變電路。在程序中加入NOP指令，在改動(dòng)或追加程序時(shí)可以減少步序號(hào)的改變。

八、程序結(jié)束指令END

END是一條無(wú)目標(biāo)元件的一序步指令。PLC反復(fù)進(jìn)行輸入處理、程序運(yùn)算、輸出處理，在程序的最后寫入END指令，表示程序結(jié)束，直接進(jìn)行輸出處理。在程序調(diào)試過程中，可以按段插入END指令，可以按順序擴(kuò)大對(duì)各程序段動(dòng)作的檢查。采用END指令將程序劃分為若干段，在確認(rèn)處于前面電路塊的動(dòng)作正確無(wú)誤之后，依次刪去END指令。要注意的是在執(zhí)行END指令時(shí)，也刷新監(jiān)視時(shí)鐘。

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第三章 ?可編程控制器梯形圖編程規(guī)則

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一、編程的幾個(gè)步驟

（一）決定系統(tǒng)所需的動(dòng)作及次序。

????當(dāng)使用可編程控制器時(shí)，最重要的一環(huán)是決定系統(tǒng)所需的輸入及輸出。輸入及輸出要求：

第一步是設(shè)定系統(tǒng)輸入及輸出數(shù)目。

第二步是決定控制先后、各器件相應(yīng)關(guān)系以及作出何種反應(yīng)。

（二）對(duì)輸入及輸出器件編號(hào)

????每一輸入和輸出，包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、內(nèi)置寄存器等都有一個(gè)唯一的對(duì)應(yīng)編號(hào)，不能混用。

（三）畫出梯形圖。

????根據(jù)控制系統(tǒng)的動(dòng)作要求，畫出梯形圖。

????梯形圖設(shè)計(jì)規(guī)則

（1）觸點(diǎn)應(yīng)畫在水平線上，并且根據(jù)自左至右、自上而下的原則和對(duì)輸出線圈的控制路徑來(lái)畫。

（2）不包含觸點(diǎn)的分支應(yīng)放在垂直方向，以便于識(shí)別觸點(diǎn)的組合和對(duì)輸出線圈的控制路徑。

（3）在有幾個(gè)串聯(lián)回路相并聯(lián)時(shí)，應(yīng)將觸頭多的那個(gè)串聯(lián)回路放在梯形圖的最上面。在有幾個(gè)并聯(lián)回路相串聯(lián)時(shí)，應(yīng)將觸點(diǎn)最多的并聯(lián)回路放在梯形圖的最左面。這種安排，所編制的程序簡(jiǎn)潔明了，語(yǔ)句較少。

（4）不能將觸點(diǎn)畫在線圈的右邊。

（四）將梯形圖轉(zhuǎn)化為程序

????把繼電器梯形圖轉(zhuǎn)變?yōu)榭删幊炭刂破鞯木幋a，當(dāng)完成梯形圖以后，下一步是把它的編碼編譯成可編程控制器能識(shí)別的程序。

????這種程序語(yǔ)言是由序號(hào)（即地址）、指令（控制語(yǔ)句）、器件號(hào)（即數(shù)據(jù)）組成。地址是控制語(yǔ)句及數(shù)據(jù)所存儲(chǔ)或擺放的位置，指令告訴可編程控制器怎樣利用器件作出相應(yīng)的動(dòng)作。

（五）在編程方式下用鍵盤輸入程序。

（六）編程及設(shè)計(jì)控制程序。

（七）測(cè)試控制程序的錯(cuò)誤并修改。

（八）保存完整的控制程序。