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《机电传动和控制》实验指导书

唐宏宾 李旭宇 曾志伟 编 长沙理工大学汽车和机械工程学院

2010.5

第一章 可编程控制器概述

可编程序控制器，英文称Programmable Logical Controller，简称PLC。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场使用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其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指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术和传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的复杂接线、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能和习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试和查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC使用于生产实践。 一、可编程控制器的基本结构

可编程控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成（如下图所示）。

1、CPU模块 按 钮可编程序控制器输输）和存储器组成。它用以运CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微处理器（CPU选择开关电磁阀接触器入出CPU行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成模模模块用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）限位开关指示灯块块的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，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；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的使用程序及各种暂存数据和中间结果。 2、I/O模块

电 源电 源编程装置I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟输入信号。

可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器， 可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。

3、电源

可编程序控制器一般使用220V交流电源。可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。 4、编程器

编程器是PLC的外部编程设备，用户可通过编程器输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。也可以通过专用的编程电缆线将PLC和电脑联接起来，并利用编程软件进行电脑编程和监控。 5、输入/输出扩展单元

I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元和基本单元（即主机）连接在一起。

6、外部设备接口

此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备和主机相联，以完成相应的操作。

二、可编程控制器的工作原理

可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。在运行状态，可编程序控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到STOP工作状态。

除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程序控制器还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段（如图所示）

在内部处理阶段，可编程序控制器检查CPU，模块内部 的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内 部工作。

在通信服务阶段，可编程序控制器和别的带微处理器的智 能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。

在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的接 通/断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器。

在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。

在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的通/断状态传送到输出锁存器。 三、可编程控制器的内存区域的分布及I/O配置 FX1S-20MR FX2N-48MR X000-X027 Y000-Y027 M0-M499 S0-S499 T0-T199（0.1S） T200-T245（0.01S） 输入继电器X X000-X013 输出继电器Y Y000-Y007 辅助继电器M M0-M383 状态S 定时器T S0-S127 T0-T31（0.1S） T32-T62（0.01S） T63（1MS） 内置电位器型2点 VR1：D8030 VR2：D8031 计数器 16位增量计数 C0-C15 C16-C31 32位高速可逆计数器最大6点 C235-C245（1相1输入） C246-C250（1相2输入） C251-C252（2相输入） 数据寄存器D、V、Z D0-D127（一般） D128-D255（保持用） D1000-D2499（文件用） D8000-D8255（特殊用） V7-V0（变址用） Z7-Z0（变址用） T246-T249（执行中断的保持用） T250-T255（保持用） 16位顺计数器0-32767 C0-C99 C100-C199 32位顺/倒计数器 C200-C219 C220-C234 D0-D199（一般用） D200-D511（停电保持用） D512-D7999（停电保持用） 根据参考设定，可以将D1000以下作为文件寄存器 D8000-D8255（特殊用） V0-V7（指定用） Z0-Z7（指定用） K 常数 H 16位-32768-32767 16位0-FFFFH 16位-32768-32767 16位0-FFFFH 四、可编程控制器的编程语言概述

现代的可编程控制器一般备有多种编程语言，供用户使用。IEC1131-3—可编程序控制器编程语言的国际标准详细的说明了下述可编程控制器编程语言： 1） 顺序功能图 2） 梯形图 3） 功能块图 4） 指令表 5） 结构文本

其中梯形图是使用得最多的可编程控制器图形编程语言。梯形图和继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制，主要特点如下：

1）可编程控制器梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器（即硬件继电器），而是在软件中使用的编程元件。每一编程元件和可编程序控制器存储器中元件映像寄存器的一个存储单元相对应。