PLC實(shí)訓(xùn)臺(tái)可編程控制器的概述

plc實(shí)驗(yàn)臺(tái)可編程控制器的基礎(chǔ)簡(jiǎn)介
可編程序控制器，英文稱Programmable Logical Controller，簡(jiǎn)稱PLC。它是一個(gè)以微處置整理器為核心的數(shù)字運(yùn)算實(shí)操的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它應(yīng)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)算等實(shí)操指令，并經(jīng)過(guò)數(shù)字式或模仿式的寫入、輸出連接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相集合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的復(fù)雜接線、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分運(yùn)用了微處置整理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣實(shí)操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)數(shù)值數(shù)值編程語(yǔ)言知識(shí)，而是應(yīng)用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)便指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、便利易學(xué)；調(diào)節(jié)測(cè)試與查錯(cuò)也全部很便利。用戶在購(gòu)到所需的PLC后，只需按說(shuō)明書的提醒，做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶程序的編制作業(yè)，就可靈活便利地將PLC應(yīng)用來(lái)生產(chǎn)實(shí)踐。
一、可編程控制器的基礎(chǔ)構(gòu)造
可編程控制器主要采用CPU模型塊、寫入模型塊、輸出模型塊和編程器構(gòu)成（如下圖所示）。

1、CPU模型塊
CPU模型塊又叫中央處置整理單元或控制器，它主要采用微處置整理器（CPU）和存儲(chǔ)器構(gòu)成。它用以運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控寫入/輸出連接口狀態(tài)、作出邏輯判別和實(shí)行數(shù)值處置整理，即讀取寫入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種實(shí)操，將成果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機(jī)等）的請(qǐng)求以及實(shí)行各種內(nèi)部判別等。PLC的內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要放置系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)用戶程序作編譯處置整理的程序，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)值存儲(chǔ)器，主要放置用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)值和中間成果。
2、I/O模型塊
I/O模型塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模型塊的橋梁。寫入模型塊用來(lái)接收和收集寫入信號(hào)。寫入信號(hào)有兩類：一類是從按鈕、選用開(kāi)關(guān)、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等來(lái)的開(kāi)關(guān)量寫入信號(hào)；另一類是由電位器、熱電偶、測(cè)速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的連續(xù)改變的模仿寫入信號(hào)。
可編程序控制器經(jīng)過(guò)輸出模型塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)動(dòng)閥、調(diào)節(jié)速度裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯露裝置和報(bào)警裝置等。
3、電源
可編程序控制器一般使用220V交流ACAC電源?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直線DC穩(wěn)壓電源為各模型塊內(nèi)的元件提供直線DC電壓（V）。
4、編程器
編程器是PLC的外部編程設(shè)備，用戶可經(jīng)過(guò)編程器寫入、查驗(yàn)、修改、調(diào)節(jié)測(cè)試程序或監(jiān)示PLC的作業(yè)現(xiàn)象。也可以經(jīng)過(guò)專用的編程電纜線將PLC與電腦聯(lián)接起來(lái)，并運(yùn)用編程系統(tǒng)實(shí)行電腦編程和監(jiān)控。
5、寫入/輸出拓展單元
I/O拓展連接口用來(lái)將擴(kuò)充外部寫入/輸出端子數(shù)的拓展單元與基礎(chǔ)單元（即主機(jī)）連接在一起。
6、外部設(shè)備連接口
此連接口可將編程器、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)的實(shí)操。
本實(shí)驗(yàn)裝置（箱）選用的主機(jī)型號(hào)為歐姆龍CP-1H系列的主機(jī)。
二、可編程控制器的作業(yè)原理
可編程控制器有兩種基礎(chǔ)的作業(yè)狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程序控制器經(jīng)過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)完成控制功能。為了使可編程序控制器的 輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能改變的寫入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或變換到STOP作業(yè)狀態(tài)。
除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過(guò)程中，可編程序控制器還要完成內(nèi)部處置整理、通信處置整理等作業(yè)，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段（如圖所示）


在內(nèi)部處置整理階段，可編程序控制器查驗(yàn)CPU，模型塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部作業(yè)。在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處置整理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯露內(nèi)容。
在寫入處置整理階段，可編程序控制器把全部外部寫入電子回路的接通/斷開(kāi)（ON/OFF）狀態(tài)讀入寫入映像寄存器。
在程序執(zhí)行階段，即使外部寫入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了改變，寫入映像寄
存器的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變，寫入信號(hào)改變了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周
期的寫入處置整理階段被讀入。
在輸出處置整理階段，CPU將輸出映像寄存器的通/斷狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。
三、可編程控制器的內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)域的分布及I/O配備
CP1H可使用下列內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)表

數(shù)值區(qū)			字	位		功能
IR區(qū)1	寫入?yún)^(qū)		IR 000-IR 009 （10個(gè)字）	IR 00000-IR 00915 （160位）		這些位可以分配給外部I/O端。
	輸出區(qū)		IR 100-IR 019 （10個(gè)字）	IR 0100-IR 0915（160位）
	作業(yè)區(qū)		IR 020-IR 049 IR 200-IR 227 （58個(gè)字）	IR 02000-IR 04915 IR 20000-IR 22715（928位）		在程序中可隨意使用作業(yè)位。
SR區(qū)			SR 228-SR 255 （28字）	SR 22800-SR 25515（448位）		這些位用來(lái)特定功能，如標(biāo)識(shí)和控制位。
TR區(qū)			——	TR 0-TR 7 （8位）		這些位用來(lái)存檔程序分支中的ON/OFF狀態(tài)。
HR區(qū)2			HR 00-HR 19 （20個(gè)字）	HR 0000-HR 1915 （320位）		這些位用來(lái)存檔數(shù)值，可以在電源關(guān)閉后保持ON/OFF狀態(tài)不變。
AR區(qū)2			AR 00-AR 23 （24個(gè)字）	AR 0000-AR 2315 （384位）		這些位用來(lái)特定功能，如標(biāo)識(shí)和控制位。
LR區(qū)1			LR 00-LR 15 （16個(gè)字）	LR 0000-LR 1515 （256位）		用來(lái)與其他PC實(shí)行1：1數(shù)值鏈接。
定時(shí)器/計(jì)數(shù)器區(qū)2			TC 000-TC 255（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器標(biāo)號(hào)）3			同一標(biāo)號(hào)既可用來(lái)定時(shí)器，也可用來(lái)計(jì)數(shù)器。
DM區(qū) DM區(qū)		讀/寫2	DM 0000-DM 1999 DM 2022-DM 2047 （2，026個(gè)字）		——	DM區(qū)只能以字為單位實(shí)行訪問(wèn)。在電源關(guān)閉后，其值保持不變。
		錯(cuò)誤日志2	DM 2000-DM 2021 （22個(gè)字）		——	用來(lái)存檔所發(fā)生錯(cuò)誤的錯(cuò)誤代碼。當(dāng)不使用錯(cuò)誤日志功能時(shí)，可當(dāng)作普通讀/寫DM區(qū)使用權(quán)用。
		只讀4	DM 6144-DM 6599 （456個(gè)字）		——	不可在程序中重新寫入。
		PC設(shè)定4	DM 6600-DM 6655 （56個(gè)字）		——	用來(lái)存檔控制PC運(yùn)行的各種功能數(shù)值。

CP1HX型

型號(hào)	規(guī)格
	電源	輸出	寫入
CP1H-X40DR-A	AC100~250V	繼電器輸出16點(diǎn)	DC24V 24點(diǎn)
CP1H-X40T1-D	DC24V	晶體管輸出漏型 16點(diǎn)	DC24V 24點(diǎn)
CP1H-X40DT1-D		晶體管輸出源型 16點(diǎn)

CP1HXA型

型號(hào)	規(guī)格
	電源	輸出	寫入
CP1H-XA40DR-A	AC100~250V	繼電器輸出16點(diǎn)	DC24V 24點(diǎn)
CP1H-XA40T1-D CP1H-XA40DT1-D	DC24V	晶體管輸出漏型 16點(diǎn)	DC24V 24點(diǎn)
		晶體管輸出源型 16點(diǎn)
CP1H-Y20DT-D	DC24V	晶體管輸出漏型8點(diǎn)	DC24V 12點(diǎn)

四、可編程控制器的編程語(yǔ)言基礎(chǔ)簡(jiǎn)介
現(xiàn)代的可編程控制器一般備有多種編程語(yǔ)言，供用戶使用。IEC1131-3—可編程序控制器編程語(yǔ)言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)的說(shuō)明了下述可編程控制器編程語(yǔ)言：
順序功能圖
梯形圖
功能塊圖
指令表
構(gòu)造文本
其中梯形圖是使用得最多的可編程控制器圖形編程語(yǔ)言。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電子回路圖很相似，設(shè)定有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電氣人員掌控把握，特別適用來(lái)開(kāi)關(guān)量邏輯控制。
梯形圖的主要特別點(diǎn)：
1）可編程控制器梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如寫入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器（即硬件繼電器），而是在系統(tǒng)中使用的編程元件。每一編程元件與可編程序控制器存儲(chǔ)器中元件映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。
2）梯形圖兩側(cè)的垂直共同共用線稱為共同共用母線（BUS bar）。在解析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電子回路的解析方法，可以想象左右兩側(cè)母線之間有一個(gè)左正右負(fù)的直線DC電源電壓（V），當(dāng)圖中的觸點(diǎn)接通時(shí)，有一個(gè)假想的"概念電流（A）"或"能流（Power flow）從左到右流動(dòng)，這一方向與執(zhí)行用戶程序時(shí)的邏輯運(yùn)算的順序是一致的。
3）按照梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左到右的順序?qū)嵭械摹?br /> 4）梯形圖中的線圈和其他輸出指令應(yīng)放在最右邊。
5）梯形圖中各編程元件的常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均可以無(wú)限多次地使用。
五、可編程控制器的編程步驟
（1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作及完成這些動(dòng)作的順序。
（2）分配寫入輸出設(shè)備，即確定哪些外圍設(shè)備是送信號(hào)到PLC，哪些是外圍設(shè)備是接收來(lái)自PLC信號(hào)的。并將PLC的寫入、輸出口與之對(duì)應(yīng)實(shí)行分配。
（3）設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。梯形圖體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系。
（4）完成用計(jì)算機(jī)數(shù)值數(shù)值對(duì)PLC的梯形圖直接編程。
（5）對(duì)程序?qū)嵭姓{(diào)節(jié)測(cè)試（模仿和現(xiàn)場(chǎng)）。
（6）存檔已完成的程序。
顯然，在建立一個(gè)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，必須首先把系統(tǒng)的需要的寫入、輸出數(shù)量確定下來(lái)，然后按需要確定各種控限限制動(dòng)作作作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。確定控制上的相互關(guān)系之后，就可實(shí)行編程的第二步──分配寫入輸出設(shè)備，在分配了PLC的寫入輸出點(diǎn)、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器之后，就可以設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時(shí)要注意每個(gè)從左邊母線開(kāi)始的邏輯行必須終止于一個(gè)繼電器線圈或定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，與實(shí)際的電子回路圖不一樣。梯形圖畫好后，使用編程系統(tǒng)直接把梯形圖寫入計(jì)算機(jī)數(shù)值數(shù)值并下載到PLC實(shí)行模仿調(diào)節(jié)測(cè)試，修改→下載直至符合控制要求。這便是程序設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。
可編程控制器基礎(chǔ)指令簡(jiǎn)介
CP1H系列PLC主機(jī)基礎(chǔ)指令表

助記符	名稱	功能
LD	裝載	指定位用來(lái)指令行的開(kāi)始或使用權(quán)用AND LD和ORLD指令時(shí)定義邏輯塊。
AND	與	指定位與執(zhí)行條件實(shí)行邏輯與運(yùn)算。
AND LD	邏輯塊與	前面程序塊實(shí)行邏輯與運(yùn)算的成果。
AND NOT	與非	指定位的非與執(zhí)行條件實(shí)行邏輯與運(yùn)算。
OR	或	指定位與執(zhí)行條件實(shí)行邏輯或運(yùn)算。
OR NOT	或非	指定位的非與執(zhí)行條件實(shí)行邏輯或運(yùn)算。
OUT	輸出	在執(zhí)行條件為ON時(shí)使實(shí)操數(shù)位變ON；在執(zhí) 行條件為OFF時(shí)使實(shí)操數(shù)位變OFF。
SET	置位	在執(zhí)行條件為ON時(shí)使實(shí)操數(shù)位變ON，在執(zhí)行條件為OFF時(shí)不影響實(shí)操位的狀態(tài)。
RSET	復(fù)位	在執(zhí)行條件為ON時(shí)使實(shí)操位數(shù)變OFF, 在執(zhí)行條件為OFF時(shí)不影響實(shí)操數(shù)位的狀態(tài)。
NOP	空實(shí)操	不作任何實(shí)操，程序轉(zhuǎn)移到下一個(gè)指令。
END	結(jié)束	用來(lái)程序結(jié)束。
JMP	跳轉(zhuǎn)	如果跳轉(zhuǎn)條件為OFF，則JMP（04）與JME（05）之間的全部指令均被忽略
JME	跳轉(zhuǎn)結(jié)束
SFT	移位寄存器	生成一個(gè)位移位寄存器
KEEP	保持	將一個(gè)位定義為由置位寫入和復(fù)位寫入控制的鎖存。
TIM	定時(shí)器	ON延遲（減數(shù)）定時(shí)器實(shí)操。
CNTR	可逆計(jì)數(shù)器	多加或減少寫入信號(hào)由OFF變ON時(shí)，多加或減小PV值。
DIFU	上升沿微分	在寫入信號(hào)的上升沿時(shí)刻將某個(gè)指定位變ON一個(gè)循環(huán)周期。
DIFD	下降沿微分	在寫入信號(hào)的下降沿時(shí)刻將某個(gè)指定位變ON一個(gè)循環(huán)周期。
@MOV	傳送	將源數(shù)值（字或常數(shù)）復(fù)制到目標(biāo)字中。
@ASL	算術(shù)左移	將單字?jǐn)?shù)值中的每一位向左實(shí)行帶CY移位。
@ASR	算術(shù)右移	將單字?jǐn)?shù)值中的每一位向右實(shí)行帶CY移位。
AND LD	邏輯塊與	前面程序塊實(shí)行邏輯與運(yùn)算的成果。
OR LD	邏輯塊或	前面程序塊實(shí)行邏輯或運(yùn)算的成果。
NETR NETW	TABLE,PORT TABLE,PORT	互聯(lián)網(wǎng)讀 互聯(lián)網(wǎng)寫
SLCR SLCT SLCE	N N	順控繼電器段的啟動(dòng) 順控繼電器段的變換 順控繼電器段的結(jié)束