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1、深圳稻草人自动化培训西门子可编程控制器实验与指导第一章 可编程控制器简介可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。控制器和被控对象连接方便。随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用
2、微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与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机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。可编程控制器对用户来说，是一种无
3、触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。一、PLC的结构及各部分的作用可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。1中央处理单元（CPU）
4、CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU的功能有以下一些：从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。2存储器（RAM、ROM）存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM
5、中的用户程序可方便地修改。RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。3输入输出单元（I/O单元）I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。 4电源PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内
6、部工作电压。PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。5编程器编程器是PLC的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。二、PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描
7、一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。1输入处理输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。2程序执行根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。遇到程序跳转指令，根据
8、跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。 3输出处理 程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。三、PLC编程语言1梯形图编程语言梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，它是在电器控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上
9、简化了符号演变来的，形象、直观、实用。梯形图的设计应注意以下三点：（一）梯形图按从左到右、从上到下的顺序排列。每一逻辑行起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。（二）梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。 （三）输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。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得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接
10、口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点可供内部编程使用。2语句表编程语言指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语言易懂易学。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。第2章 可编程控制器梯形图设计规则1触点的安排梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。2串、并联的处理在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。在有几个并联回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。3线圈的安排不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。4不准双线圈输出如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈
11、输出。这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。5重新编排电路如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路，然后再进行编程就比较容易。6编程顺序对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从最左边触点开始，由上之下向右进行编程，再把程序逐段连接起来。第三章 可编程控制器基础实验实验一 位逻辑指令实验一、 实验目的1.掌握位逻辑指令的使用。2.掌握位逻辑指令参数的设置。二、实验内容1.触点标准触点：常开触点指令（LD、A和O）与常闭触点指令（LDN、AN和ON）从存储器或者过程映像寄存器中得到参考值，标准触点指令从存储器中的到参考值。当位值为1时，常开触点
12、闭合；当位值为0时，常闭触点闭合。2.线圈输出：输出指令（=）将新值写入输出点的过程映像寄存器，当输出指令执行时，可编程控制器将输出过程映像寄存器中的位接通或者断开。对下面程序进行编程练习梯形图图1-1语句表说明步 序指 令器件号说明1LDI0.0要想激活Q0.0，常开触点I0.0和I0.1必须为接通（闭合）。NOT指令作为一个但向器使用，在RUN模式下，Q0.0和Q0.1具有相反的逻辑状态。 2AI0.13=Q0.04NOT5=Q0.1实验二 时钟/通讯指令实验一、实验目的1.熟悉读实时时钟指令（TODP）和写实时时钟指令（TODW）的设置和使用。2.熟悉网络读写指令的设置和使用。二、实验内
13、容1.读实时时钟和写实时时钟 读实时时钟（TODP）指令从硬件时钟中读当前时间和日期，并把它装载到一个8字节，起始地址为T的时间缓冲区中，写实时时钟（TODW）指令将当前时间和日期写入硬件时钟，当前时钟存储在地址T开始的8字节时间缓冲区中。你必须按照BCD码的格式编码所有的日期和时间值。使END=0的错误条件：1.0006（间接寻址）2.0007（TOD数据错误），只对写实时时钟指令有效。3.000才（时钟模块不存在）时钟指令的有效操作数 表2-1输入/输出数据类型操 作 数TBYTEIB、QB、VB、MB、SMB、SB、LB、*VD、*LD、*AC2.通讯指令网络读指令（NETR）初始化一个
14、通讯操作，通过指定端口（PORT）从远程设备上采集数据并形成表（TBL），网络写指令（NETW）初始化一个通讯操作，通过指定端口（PORT）向远程设备写表（TBL）中的数据。使ENO=0的错误条件：1.0006（间接寻址）2.如果功能返回出错信息，会置位表状态字节中的E网络读指令可以从远程站点读取最多16个字节的信息，网络写指令可以向远程站点写最多16个字节的信息。在程序中，你可以使用任意条网络读写指令，但是在同一时间，最多只能有8条网络读写指令被激活。例如，在所给的可编程控制器中，可以有4条网络读指令和4条网络写指令，或者2条网络读指令和6条网络写指令在同一时间被激活。网络读写指令的有效操作
15、数 表2-2输入/输出数据类型操 作 数TBLBYTEVB、MB、*VD、*LD、*ACPORTBYTE常数 对于CPU：0TBL参数参照表 表2-3DAE0错误代码远程站地址远程站的数据区指针（I、Q、M或V）数据长度数据字节0数据字节1数据字节15D完成（操作已完成） 0=未完成 1=完成A有效（操作已被排队） 0=无效 1=有效E错误（操作返回一个错误） 0=无错误 1=错误远程站地址：被访问的PLC的地址。数据长度：远程站上被访问数据的字节数接收和发送数据区：描述的保存数据的1到16个字节。对NETR，执行NETR指令后，从远程站读到的数据放在这个数据区。对NETW，执行NETW指令前
16、，要发送到远程站的数据放在这个数据区。TBL参数的错误代码表 表2-4错误代码定 义0无错误1时间溢出错，远程站点不响应2接收错：奇偶校验错，响应时帧或校验出错3离线错：相同的站地址或无效的硬件引发冲突4队列溢出错：激活了超过8个NETR/NETW方框5违反通信协议：没有在SMB30中允许PPI，就试图执行NETR/NETW指令6非法参数：NETR/NETW表中包含非法或无效的值7没有资源：远程站点正在忙中（上装或下装程序在处理中）8第7层错误：违反应用协议9信息错误：错误的数据地址或不正确的数据长度A-F未用：（为将来的使用保留）梯形图程序 图2-1语句表说明步 序指 令器件号说明1LDSM0.1在第一个扫描周期，使能PPI主站模式，并且清除所有接收和发送缓冲区 2MOVB2，SMB303FILL+0，VW200，68