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本课件为《电工学》第6章可编程控制器，沿可编程控制器的结构和工作方式、可编程控制器的程序编制*、应用举例主线展开，讲解分析方法与工程应用，配合例题说明重点难点，适用于电类工科专业课堂学习与课后复习。
第6章可编程控制器
第6章可编程控制器6.1可编程控制器的结构和工作方式6.2可编程控制器的程序编制*6.3应用举例
第6章可编程控制器由于继电接触器控制系统机械触点多、接线复杂、可靠性低、通用性差，因此已不能满足现代化生产过程复杂多变的控制要求。
可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术发展起来的一种工业控制器。
专门用于工业现场的自动控制装置。
PLC具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单以及功耗低、体积小、重量轻等优点。
但它存储容量小，价格高。
本章只为初学者提供PLC基础知识，重点是基本工作原理以及简单程序编制方法。
6.1.1可编程控制器的结构及各部分的作用PLC一般由主机、输入/输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几个主要部分构成。
PLC可看作一个系统，外部的各种开关信号或模拟信号均为输入量，它们经输入接口寄存到PLC内部的数据存储器中，而后按用户程序要求进行逻辑运算和数据处理，最后以输出变量的形式送到输出接口，从而控制输出设备。
PLC硬件系统结构图电源I/O扩展接口I/O扩展单元CPU存储器用户程序系统程序输入设备输出设备输出接口外部设备接口输入接口编程器打印机磁带机计算机扫描仪电磁阀电磁线圈指示灯·按钮行程开关触点·主机PLC数据
CPU是PLC的核心，主要用来运行用户程序，监控输入/输出接口状态。
PLC内部存储器系统程序存储器用户程序及数据存储器系统程序存储器，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。
用户不得更改。
用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序输入输出变量及各种暂存数据和中间结果。
一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰。
编程器是PLC重要的外部设备，用于手持编程。
输入/输出扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与主机连接在一起。
外部设备接口将外部设备与主机相连，以完成相应操作。
6.1.2可编程控制器的工作方式扫描周期的长短视用户程序的指令条数及执行一条指令所需时间而定，一般不超过100ms。
PLC采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作。
其工作过程分为输入取样、程序执行和输出刷新三个阶段，并进行周期循环。
6.1.3可编程控制器的主要技术指标指PLC的外部输入和输出端子数。
通常小型机有几十点，中型机有几百个点，而大型机超过千点。
一个地址单元一般占两个字节。
有时也用扫描一步指令的时间计，如μs/步。
6.1.3可编程控制器的主要技术指标5．编程元件的种类和数量编程元件是指输入继电器、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，其种类和数量的多少是衡量PLC硬件功能强弱的一个指标。
PLC内部“继电器”是存储器的存储单元。
当写入该单元逻辑状态为1时，则表示相应“继电器”的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。
所以PLC内部这些“继电器”称为“软”继电器。
FP1-C24可编程控制器编程元件的编号范围与功能说明元件名称代表字母编号范围功能说明输入继电器输出继电器辅助继电器通用“字”寄存器计数器定时器XYRTCWRX0∼XF共16点接收外部输入的信号输出程序执行结果给外部输出设备在程序内部使用，不能提供外部输出延时定时继电器，其触点在程序内部使用减法计数继电器，其触点在程序内部使用每个WR由相应的16个辅助继电器R构成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
可编程控制器的程序编制6.2.1可编程控制器的编程语言PLC的程序有系统程序和用户程序两种。
系统程序用户不能修改。
用户程序是用户根据控制要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言和指令编写的应用程序。
PLC的编程语言以梯形图语言和指令语句表语言最为常用，并且两者之间一一对应，可以相互转换。
它是借助于继电器的动合触点、动断触点、线圈以及串联与并联等术语和符号，根据控制要求连接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形。
KM12SB1SB2KM(ED)X2X1Y1Y1连接线路梯形图PLC输入继电器动断触点动合触点输出继电器线圈动合触点
6.2.1可编程控制器的编程语言几点说明(1)梯形图中的继电器不是“硬”继电器，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，则表示相应继电器的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。
每一逻辑行(或称梯级)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连。
这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中满足线圈接通的条件。
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接通时，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“硬”继电器、晶体管或晶闸管才能实现。
输出继电器的触点也可供内部编程使用。
若干条指令组成的程序就是指令语句表。
笼型电动机直接起动控制的指令语句表ST起始指令(取指令)：从左母线(即输入公共线)开始取用动合触点作为该逻辑行运算的开始，图中取用 X2。
梯形图左母线AN/触点串联反指令(也称与非指令)：用于单个动断触点的串联，图中串联X1。
OR触点并联指令(也称或指令)：用于单个动合触点的并联，图中并联 Y1。
ED程序结束指令。
图中标注与公式片段：(ED)X2X1Y1Y10STX21 OR Y12AN/X14OTY15 ED指令地址
各种元件的线圈接于右母线。
不正确接线正确接线(3)编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左重右轻”以符合“从左到右、自上而下”的执行程序的顺序，并易于编写指令语句。
不合理合理6.2.2可编程控制器的编程原则和方法
X3Y2X5X4X1Y1X2X4X2Y1X3X1X5X1Y2X3X2无法编程(5)应避免同一继电器线圈在程序中重复输出，否则引起误操作。
电动机直接起动继电接触控制线路X2X1Y1Y1(6)外部输入设备动断触点的处理。
KMSB1SB2KMFRSB1SB2EX2X1Y1COMPLCCOMKMFRPLC控制(a)SB1仍接成动断，接在PLC输入继电器的X1端子上，则在编制梯形图时，用的是动合触点X1。
未施加按动SB1的停止动作时，因SB1闭合，对应的输入继电器接通，这时它的动合触点X1是闭合的。
按下SB1，断开输入继电器，动合触点X1才断开。
KMSB1SB2KMFRSB1SB2EX2X1Y1COMPLCCOMKMFR电动机直接起动继电接触控制线路X2X1Y1Y1PLC控制(b)SB1接成动合形式，则在梯形图中，用的是动断触点X1。
未施加按动SB1的停止动作时，因SB1断开，这时对应的输入继电器断开，其动断触点X1仍然闭合。
按下SB1，接通输入继电器，动断触点X1才断开。
SB1SB2EX2X1Y1COMPLCCOMKMFRPLC控制通常由PLC内部电源提供外接两边各自的公共端子FR的触点只能接成动断的，并且不作为PLC的输入信号，而将其直接通断接触器线圈。
为了使梯形图和继电接触器控制电路一一对应，PLC输入设备的触点应尽可能接成动合形式。
笼型电动机正反转的控制线路KMFFRFUSB1SBFKMFKMFFRQSM3 ~KMRKMRSBRKMRKMFKMR2．编程方法以此电路为例，介绍PLC控制的编程方法。
6.2.3可编程控制器的指令系统1．起始指令ST，ST/与输出指令OT指令使用说明：ST/起始反指令：从左母线开始取用动断触点作为该逻辑行运算开始。
指令地址0 ST X01 OT Y02 ST/ X13 OT R0(1)ST，ST/指令可使用的编程元件为X，Y，R，T，C；
OT指令可使用的编程元件为Y，R。
图中标注与公式片段：X0Y0X1R0
X0Y0Y1Y2指令地址0STX01OTY02OTY13OTY2当X0闭合时，则Y0，Y1，Y2均接通。
OR，OR/指令分别用于单个动合和动断触点的并联。
指令使用说明：
指令地址0 ST X01 AN X12 OT Y03 ST X24 AN/ X35 OT Y16 ST X47 OR X58 OT Y29 ST X610 OR/ X711 OT Y32．触点串联指令AN，AN/与触点并联指令OR，OR/X1Y0Y1X2X0Y2Y3X3X4X5X6X7(1)AN，AN/，OR，OR/指令的使用元件为X，Y，R，T，C。
OR，OR/指令可多次连续并联使用。
串联或并联次数没有限制。
指令使用说明
反之，则相反。
ORS用于将两组串联的触点(指令块1和指令块2)并联。
X5X2X0Y0X1X3X4X6X7[解]指令语句表如右图所示。
TMX：定时单位为0.1s的定时器；
TMY：定时单位为1s的定时器。
TM指令用法当定时触发信号发出后，触点X0闭合，定时开始，5s后定时时间到，定时器触点T2闭合，线圈Y0也就接通。
如果X0闭合时间不到5s，则无输出。
X0Y0T2TMX 502X0Y05 s2 s动作时序图TMR和TMX指令各占三个地址号，TMY指令占四个地址号。
定时器编号定时器设置值定时时间50×0.1 s = 5 s
(定时器的时钟脉冲CP由PLC内部产生)(3)如果在定时器工作期间，X0断开，则运行中断，定时器复位，回到原始值，同时其动合、动断触点恢复常态。
[解]利用两个TMX指令的定时器T1和T2，其定时设置值K分别为30和40，即延时分别为3s和4s。
梯形图动作时序图指令语句表X0X0Y0Y0T2TMX 301Y0TMX 402T1(ED)X0Y03s4s
计数设置值计数脉冲输入端复位脉冲端输入端CT指令占三个地址号C100X0Y0CT 4100X1CR计数器编号
[例3]试编制实现下述控制要求的梯形图。
用一个开关来通断输入触点X0而获得计数脉冲以控制三个灯Y1，Y2，Y3的亮灭；
开关(X0)闭合一次，Y1点亮；
闭合两次，Y2点亮；
闭合三次，Y3点亮；
再闭合一次，三个灯全灭。
[解]R0是内部辅助继电器Y1Y2X0Y3Y1C101Y2C102Y3C103(ED)C104R0Y1Y2Y3CT 1X0101X1R0X0CT 2102X1R0X0CT 3103X1R0X0CT 4104X1R0
图中标注与公式片段：PSHSRDSPOPSX0Y2Y1Y0X3X2X1
分支结束用POPS指令，它读出和清除PSHS指令存储的运算结果；
在两个指令之间的分支均用RDS指令，它读出PSHS指令存储的运算结果。
PSHS，POPS在程序中各出现一次(开始和结束时)，而RDS在程序中视连接在同一点的支路数目的多少可多次使用。
DF/：当检测到触发信号下降沿时，线圈接通一个扫描周期。
X0Y1Y0X1(DF)(DF/)指令用法梯形图指令语句表
当X0闭合时，Y0接通一个扫描周期；
当X1断开时，Y1接通一个扫描周期。
触点X0、X1分别称为上升沿和下降沿微分指令的触发信号。
X0Y0Y1X1一个扫描周期
RST：触发信号X1闭合时，Y0断开。
指令用法X0Y0X1SY0R梯形图动作时序图指令语句表Y0X1X0
不管触发信号随后如何变化，线圈将保持接通(断开)。
图中标注与公式片段：X0Y0X1SY0R
当X0闭合时，指定继电器线圈Y0接通并保持；
当X1闭合时，Y0断开复位。
图中标注与公式片段：X0Y0X1KPSR
*11．移位指令SRX0X1移位指令SR实现对内部移位寄存器WR(通用“字”寄存器)中的数据移位。
指令用法X2SRWR0INCCLR数据输入端移位脉冲输入端复位端0 ST X01 ST X12 ST X23 SR WR0指令地址
每个WR都由相应的16个辅助寄存器构成，例如WR0由R0~RF构成，R0是最低位。
当移位触发脉冲信号和复位触发信号同时出现时，以复位信号优先。
*6.3应用举例6.3.1三相异步电动机Y-Δ换接起动控制外部接线图(1)I/O点分配输入输出SB1X1 KM1Y1SB2X2 KM2Y2KM3Y3KM2KM1U1V1W1U2V2W2KM3主电路SB2EX2Y3COMPLCCOMKM3FRY2KM2SB1X1KM1Y1
梯形图X1X2Y1T0R0TMX 500(ED)R0Y2R0R0T0Y3TMX 101T0T1Y3Y20 ST X21 OR R02 AN/ X13 OT R04 ST Y25 OR/ T06 ANS7 OT Y18 ST R09TMX 0K 50指令地址指令地址指令语句表12 ST R013 AN/ T014 OT Y315 ST T016 TMX 1K 1019 ST T120 AN/ Y321 OT Y222 ED
起动时按下SB2X2闭合Y1断开Y3接通R0接通Y起动Y1接通Y3断开T0接通断开Y起动Δ起动Y2接通Y1接通使用定时器T1，可保证KM3断开后，KM2才能接通，两者不会同时接通，使电源短路。
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