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1、目录一、PLC的概述11.PLC的基本概念12.PLC的基本结构1二、PLC的特点及应用领域21.PLC的特点22. PLC的应用领域2三、PLC的发展历程31.早期的PLC（60年代末70年代中期）32.中期的PLC（70年代中期80年代中，后期）33.近期的PLC（80年代中、后期至今）3四、PLC的硬件31.PLC的物理结构32.CPU模块中的存储器43.I/O模块4五、PLC 的工作原理41.启动、保持、停止电路42.存储器的数据类型与寻址方式75.输出指令与其他指令96.定时器与计数器指令10七、数字量控制系统梯形图程序设计方法121.梯形图的经验设计法：122.根据继电器电路图设计
2、梯形图的方法123.顺序控制设计法与顺序功能图12八、PLC编程实现全自动洗衣机的控制141.全自动洗衣机概述142.洗衣机控制要求：147.系统检测与调试20十、参考文献2020摘要 本文主要讲述的是PLC的硬件结构特点，工作原理和程序设计基础，还重点讲述了数字量控制系统梯形图程序设计方法和顺序功能图的绘制方法，最后用一个全自动洗衣机的控制系统的设计实例来说明了PLC的整个工作过程。关键字：PLC，工作原理，程序设计，顺序功能图一、PLC的概述1.PLC的基本概念可编程序控制器（PLC）是应用最广的以计算机技术为核心的自动控制装置，现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量,多
3、品种，多规格，低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，PLC正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC的应用面广，功能强大，使用方便，已经广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其它领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。PLC仍然处于不断的发展中，其功能不断增强，更为开放，它不但是单机自动化中应用最广的设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位。可编程序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。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运
4、算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式，模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。2.PLC的基本结构PLC主要由CPU模块，输入模块，输出模块，编程器和电源模块组成（如图1-1所示）。(1) CPU模块CPU模块主要由微处理器和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存数据和程序。(2) I/O模块输入模块和输出模块简称为I/O模块，它们相当于人的眼，耳，手，脚，是联系外部现场设备和C
5、PU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输出模块用来控制接触器，电磁阀，电磁铁，指示灯，数字显示装置和报警装置等输出设备；模拟量输出模块用来控制调节阀，变频器等执行装置。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。(3) 编程器编程器用来生成用户程序，并用它来编辑，检查，修改用户程序，监视用户程序，监视用户程序的执行情况。使用编程软件可以在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令表程序，并且可以实现不同编程语言之间的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。(4) 电源PLC使用AC220V电源或DC24V电源。内部的开关电源为各模块提供不同电
6、压等级的直流电源。二、PLC的特点及应用领域1. PLC的特点（1） 编程方法简单易学（2） 功能强，性能价格比高（3） 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强（4） 可靠性高，抗干扰能力强软件措施：求和检查和奇偶校验硬件措施：滤波，隔离，屏蔽和Watch dog（5） 系统的设计，安装，调试工作量少（6） 维修工作量小，维修方便（7） 体积小，能耗低2. PLC的应用领域（1）数字量逻辑控制:PLC用”与”,”或”,”非“等逻辑控制指令来实现触点和电路的串并联，代替继电器进行组合逻辑控制，定时控制与顺序逻辑控制。（2）运动控制：PLC使用专用的运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置，速度和加
7、速度进行控制，可以实现单轴，双轴，三轴和多轴位置控制，使运动控制与顺序控制有机的结合在一起。PLC的运动控制功能广泛地用于各种机械，例如金属切削机床，金属成形机械，装配机械，机器人，电梯等场合。（3）闭环过程控制：过程控制是指对温度，压力，流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PID闭环控制功能已经广泛地应用于塑料挤压成形机，加热炉，热处理炉锅炉等设备，以及轻工，化工，机械，冶金，电力，建材等行业。（4）数据处理：现代的PLC具有数学运算，数据传输，转换，排序和查表，位操作等功能，可以完成数据的采集，分析和处理。（5）通信联网：PLC与其它智能控制设备一起，可以组成“集中管理，分散控制“的分布式控
8、制系统。三、PLC的发展历程1.早期的PLC（60年代末70年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。2.中期的PLC（70年代中期80年代中，后期） 在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块
9、、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。3.近期的PLC（80年代中、后期至今）进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。四、PLC的硬件1.PLC的物理结构根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式.模块式和混合式：（1）整体式PLC整体式又叫做单元式或箱体式，它的体积小，
10、价格低，小型PLC一般采用整体式结构。整体式PLC将CPU模块，I/O模块和电源装在一个箱型塑料机壳内。（2）模块式PLC模块式PLC的硬件组态方便灵活，I/O点数的多少，输入点数与输出点数的比例，I/O模块的种类和块数，特殊I/O模块的使用等方面的选择余地都比整体式PLC大得多，维修时更换模式，判断故障范围也很方便，因此叫复杂的，要求较高的系统一般选用模块式PLC。 2.CPU模块中的存储器 PLC使用以下几种物理存储器：（1）随机存取存储器（RAM）RAM又叫读写存储器，它是易失性的存储器，它的电源中断后，储存的信息将会丢失，RAM的工作速度高，价格便宜，改写方便。（2）只读存储器（ROM
11、）ROM的内容只能读出，不能写入，它是非易失性的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容，ROM用来存放PLC的系统程序。（3）可以电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）EEPROM是非易失性的，但是可以用编程装置对它进行编程，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，但是将信息写入所需的时间比RAM长得多。（4）可擦除可编程只读存储器(EPROM)3.I/O模块I/O模块是联系外部现场和CPU模块的桥梁，PLC通过I/O模块与工业生产过程现场相联系。PLC的I/O模块分为开关量I/O模块和模拟量I/O模块。（1）I/O模块的外部接线方式分为汇点式、分组式和分隔式三种。（2）输入模块交流输入方
12、式工作电压较高，抗干扰能力和工作稳定性较强，适合于在有油雾、粉尘等恶劣环境下使用。（3）输出模块：继电器输出模块，双向晶闸管输出模块和场效应晶体管型输出模块。五、PLC 的工作原理1.启动、保持、停止电路起动-保持-停止电路时一种用触点和线圈实现逻辑运算的电路。图5-1 启动、保持、停止电路 按下起动按钮SB1，它的常开触点接通，电流经过SB1的常开触点和停止按钮SB2的常闭触点，经过交流接触器KM的线圈，接触器的衔铁被吸合，使主电路中KM的三对常开触点闭合，异步电动机M的三相电源接通，电动机开始运行，控制电路中接触器KM的辅助常开触点同时接通。放开起动按钮后，SB1的常开触点断开，电流经KM
13、的辅助常开触点和SB2的常闭触点流过KM的线圈，电动机继续运行。在电动机运行时按下停止按钮SB2，它的常闭触点断开，使KM得线圈失电，KM的主触点断开，异步电动机的三相电源被切断，电动机停止运行，同时控制电路中KM的辅助常开触点断开。当停止按钮SB2被放开，其常闭触点闭合后，KM的线圈仍然失电，电动机继续保持停止运行状态。2.PLC的操作模式及工作原理PLC通电后，需要对硬件和软件作一些初始化工作。为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号和输出信号的状态，初始化后PLC要反复不断地分阶段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。所以，PLC在RUN工作模式下，将采用周期性
14、循环扫描、分时操作的工作方式，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。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。图5-2 PLC的扫描过程PLC的RUN工作模式和STOP工作模式下完成的扫描过程工作任务如图5-2所示。(1)读取输入（输入采样）PLC把所有输入电路的接通/断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器中寄存起来，作为程序执行时的条件。在程序执行期间，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。(2)执行用户程序PLC逐条顺序扫描执行用户程序（如果程序用梯形图表示
15、，则按先上后下，先左后右的顺序扫描执行）。执行程序指令时，所需要的输入状态或其它编程元件的状态分别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，而执行结果写入到元件映像寄存器中，这就是说，对于每个编程元件来说，元件映像寄存器中寄存的内容，会随程序执行的进程而变化。(3)通信处理可编程序控制器与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。(4)CPU自诊断测试在内部处理阶段，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。(5)改写输出（输出刷新）输出刷新阶段，当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元件映像寄存器中所有的输出
16、继电器的状态转存到输出锁存电路，再通过输出模块去驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。(6)中断程序的处理如果程序中使用了中断，中断事件发生时，CPU停止执行正常的扫描工作方式，立即执行中断程序。中断功能可以提高PLC对某些事件的响应速度。(7)立即I/O处理在程序执行过程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O点。用立即I/O指令读入输入点的值时，相应的输入映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令来改写输出点时，相应的输出映像寄存器的值被更新。(8)扫描周期PLC在RUN工作模式下，执行一次完整的扫描工作操作所需的时间称为扫描工作周期。扫描时间取决于扫描速度和用户程序的长短，其典型
17、值为1100ms。它由扫描工作过程中的五个工作阶段分时操作过程组成。当PLC的CPU模块确定后，扫描速度就确定下来了。除用户程序执行时间外，其它四个工作过程所花时间即基本确定了。而用户程序执行时间则与用户程序的指令数量有关，用户程序越长，指令数量越多，PLC的扫描工作周期越长。如日本欧姆龙公司的C系列P型PLC，其内部处理时间为1.26ms；执行编程器等外部通信时间为12ms，没有外部设备与PLC相连时该段时间为零；输入/输出处理时间1ms；每条指令平均执行时间为30us.西门子S7-200系列PLC使用的CPU扫描速度较快，其指令的平均执行时间为0.22us。(9)输入/输出滞后时间输入/输
18、出时间又称系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。数字量输入模块的RC滤波器用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作时产生的抖动引起的不良影响。滤波电路的时间常熟决定了输入滤波时间的长短，其典型值为10ms左右。S7-200型PLC集成的输入点的输入滤波器的延迟时间可以用编程软件在系统块中来设置。输出模块的滞后时间与模块的类型有关。继电器型输出电路的滞后时间一般在10ms左右；场效应晶体管型输出电路的滞后时间为数us至100多us；双
19、向可控硅型输出电路在负载接通时的滞后时间约为1ms，负载由导通到断开的最大滞后时间为10ms。由于PLC在一个扫描工作周期的各个阶段采用分时操作的工作方式，引起的滞后时间最长可达两三个扫描周期。六PLC程序设计基础1.PLC的编程语言与程序结构PLC的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。各厂家的PLC的编程语言和指令系统的功能和表达方式也不一致。IEC（国际电工委员会）于1994年5月公布了PLC标准，它由以下五个部分组成：通用信息、设备与测试要求、编程语言、用户指南和通信。其中的第三部分是PLC的编程语言标准，它详细地说明了句法、语义和下述五种编程语言：（1）PLC有五种编程语言：1
20、）顺序功能图2）梯形图3）功能块图4）指令表5）结构文本图6-1 PLC的编程语言 顺序功能图梯形图功能块图指令表结构文本梯形图和功能块图是图形语言，指令表和结构文本是文字语言。顺序功能图：对目前大多数PLC来说，它仅仅作为组织编程的工具使用。梯形图：梯形图是使用得最多的PLC图形编程语言。它被称为电路或程序，是一种软件信息，与传统的继电器控制系统硬件电路不同。梯形图由触电、线圈和用方框表示的功能块组成。触点代表逻辑输入条件，线圈通常代表逻辑输出结果，用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的标志位等，功能块用来表示定时器、计数器或者数学运算等指令。在梯形图网络中，程序的逻辑运算按从左到右的方向
21、执行，与能流的方向一致。各网络按从上到下的顺序执行，执行完所有的网络后，下一个扫描周期返回最上面的网络重新执行。梯形图的一个网络中只能有一块独立电路。功能块图：功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言。语句表：S7序列PLC将指令表称为语句表，语句表由若干条指令组成，指令由操作码和操作数组成，操作数由标识符和参数组成。结构文本：结构文本是为IEC61131-3标准创建的一种专门的高级编程语言。与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。（2）程序结构包括主程序，子程序和中断程序。1）主程序主程序是程序的主体，每一个项目都必须并且只能有一个主程序。在主程序中可以调用子程序和
22、中断程序。2）子程序子程序是可选的，仅在被其他程序调用时执行，同一个子程序可以再不同的地方被多次调用。3）中断程序中断程序用来及时处理与用户程序的执行时序无关的操作，或者不能事先预测何时发生的中断事件。中断程序不是由用户程序调用，而是在中断事件发生时由操作系统调用。2.存储器的数据类型与寻址方式（1） 数据在存储器中存取的方式1）用一位二进制数表示开关量：S7200的位存储单元的地址由字节地址和位地址组成，这种存取方式称为“字节.位”寻址方式。2） 多位二进制数：用2#来表示二进制常数3）十六进制数：可以用十六进制数来表示多位二进制数，可以用数字后面加”H”来 表示十六进制常数，用数字前面的“
23、16#”来表示十六进制常数。4）字节，字与双字：8位二进制数组成一个字节，其中的第0位为最低有效位（LSB），第七位位最高有效位（MSB）。相邻的两个字节组成一个字，VW100是由VB100和VB101组成的一个字，V为区域标识符，W表示字，100为起始字节的地址，注意V100是高位字节。相邻的四个字节组成一个双子，VD100是由VB100VB103组成的双子，V为区域标识符，D表示双子，100为起始字节的地址，注意VB100是最高位的字节。5）负数的表示方法：PLC一般用二进制补码来表示有符号数，其最高位为符号位，最高位为零时表示正数，为一时为负数。正数的补码是它本身，将正数的补码逐位取反后
24、加一，得到绝对值与它相同的负数的补码。6）BCD码：BCD码是二进制编码的十进制数的缩写，BCD码用四位二进制数的组合来表示一位十进制数，3.CPU的存储区重点讲了以下几种：1）输入过程映像寄存器（I）：PLC通过光耦合器，将外部信号的状态读入并存储在输入过程映像寄存器中，外部输入电路接通时对应的映像寄存器为1状态，反之为0状态。输出过程映像寄存器（Q）：在扫描周期的末尾，CPU将输出过程映像寄存器的数据传送给输出模块，再由输出模块驱动外围负载。2） 变量存储区（V）3） 位存储区（M）4）定时器存储区（T）：定时器位用来描述定时器的延时动作的触点的状态，定时器位为1时，梯形图中对应的定时器的
25、常开触点闭合，常闭触点断开；为0时则触点的状态相反。5）计数器存储区（C）：来累计其计数输入脉冲电平由低到高的次数，CPU提供加计数器，减计数器和加减计数器。6）特殊存储器（SM）：特殊存储器用于CPU与用户之间交换信息，例如SM0.0一直为1状态，SM0.1仅在执行用户程序的第一个扫描周期为1状态，SM0.4和SM0.5分别提供周期为1min和1s的时钟脉冲。4.位逻辑指令（1）触点指令标准触点指令：常开触点对应的存储器地址位为1状态时，该触点闭合，在语句表中，分别用LD，A，O指令来表示开始，串联和并联的常开触点。常闭触点对应的存储器地址位为0状态时，该触点闭合，在语句表中，分别用LDN,
26、AN,ON来表示开始，串联和并联的常闭触点。图6-2 标准触点指令 （2）堆栈的基本概念（3）装载或（OLD）指令：OLD指令用逻辑“或“操作对堆栈第一层和第二层的数据相”或“，即将两个串联电路块并联，并将运算结果存入堆栈的顶部，第三至九层中的数据依次向上移动一位。（4）堆栈与（ALD）指令：ALD指令用逻辑“与“操作对堆栈第一层和第二层的数据相”与“，即将两个串联电路块串联，并将运算结果存入堆栈的顶部，第三至九层中的数据依次向上移动一位。（5）其它堆栈操作指令：逻辑入栈（LPS）指令复制栈顶的值并将其压入堆栈的下一层，栈中原来的数据依次向下一层推移，栈底值被推出丢失。逻辑读栈（LRD）指令将
27、堆栈中的第二层的数据复制到栈顶。第2-9层的数据不变，但是原栈顶值消失。逻辑出栈（Logic Pop,LPP）指令使栈中各层的数据向上移动一层，第二层的数据称为堆栈的栈顶值，栈顶原来的数据从栈内消失。转载堆栈（Load Stack,n=1-8，LDS n）指令复制堆栈内第n层的值到栈顶。栈中原来的数据依次向下一层推移，栈底值被推出丢失。（6）立即触点立即（Immediate）触点指令只能用于输入量I，执行立即触点指令时，立即读入物理输入点的值，根据该值决定触点的接通/断开状态，但是并不更新该物理输入点的输入过程映像寄存器。在语句表中，分别用LDI、AI、OI来表示开始、串联和并联的常开立即出点
28、。用LDNI、ANI、ONI来表示开始、串联和并联的常闭立即触点。触点符号中间的“I”和“/I”用来表示立即常开触点和立即常闭触点。5.输出指令与其他指令表6-1 输出指令与其它指令语句描述= bit输出=I bit立即输出S bit,N置位SI bit,N立即置位R bit,N复位RI bit,N立即复位（1）输出指令输出指令（=）与线圈相对应，驱动线圈的触点电路接通时，线圈流过“能流”，指定位对应的映像寄存器位1，反之则为0。执行输出指令时，将栈顶值复制到对应的映像寄存器。（2）立即输出指令执行立即输出指令时，将栈顶值立即写入指定的物理输出位和对应的输出过程映像寄存器。该指令只能用于输出位
29、（Q），线圈符号中的“I”用来表示立即输出。（3）置位与复位指令S（Set）是置位指令，R（Reset）是复位指令。执行置位指令或复位指令时，从指定的位地址开始的N各连续的位地址都被置位（变为1）或复位（变为0），N=1-255。置位指令与复位指令最重要的特点是有记忆和保持功能。如果被指定复位的是定时器（T）或计数器（C），将清楚定时器/计数器的当前值，它们的位变为0状态。（4）立即置位与立即复位指令执行立即置位（Set Immediate,SI）或立即复位（Reset Immediate,RI）指令时，从指定位地址开始的N个连续的物理输出点将被立即置位或复位，N=1-128。线圈中的I表示立
30、即。该指令只能用于输出量（Q），新值被同时写入对应的物理输出点和输出过程映像寄存器。（5）其他指令表6-2 其他指令语句描述NOT取反EU正跳变ED负跳变NOP N空操作1）取反指令取反（NOT）触点将存放在堆栈顶部的左边电路的逻辑运算结果取反，运算结果若为1则变为0，为0则变为1，该指令没有操作数。在梯形图中，能流到达该触点时即停止；若能流未到达该触点，该触点给右侧供给能流。2）跳变触点指令正跳变触点检测到一次正跳变（触点的输入信号由0变为1）时，或负跳变触点检测到一次负跳变（触点的输入信号由1变为0）时，触点接通一个扫描周期。正/负跳变指令的助记符分别为EU（Edge Up,上升沿）和ED
31、（Edge Down,下降沿），它们没有操作数，触点符号中间的“P”和“N”分别表示正跳变和负跳变。3）空操作指令空操作指令（NOP N）不影响程序的执行，操作数N=0-255。6.定时器与计数器指令定时器与计数器的指令见表6-3：表6-3 定时器与计数器指令语句描述语句描述TON TXXX,PT接通延时定时器CTU CXXX,PV加计数器TOF TXXX,PT断开延时定时器CTD CXXX,PV减计数器TONR TXXX,PT保持型接通延时定时器CTUD CXXX,PV加减计数器1.定时器指令（1）接通延时定时器定时器、计数器的当前值、设定值均为16位有符号整数（INT），允许的最大值为32
32、767。接通延时定时器（TON）的使能输入端（IN）的输入电路接通时开始定时。当前值大于等于预知时间（Preset Time,PT）端指定的设定值（1-35767）时，定时器位变为ON，梯形图中该定时器的常开触点闭合，常闭触点断开。达到设定值后，当前值仍然继续增大，直到最大值32767。输入电路断开时，定时器自动复位，当前值被清零，定时器位变为OFF。CPU第一次扫描时，定时器位被清零。定时器有1ms、10ms和100ms三种分辨率。定时器的设定时间等于设定值与分辨率的乘积。（2）断开延时定时器图6-3 断开延时定时器 接在断开延时定时器（TOF）IN输入端的输入电路接通时，定时器位变位ON，
33、当前值被清零。输入电路断开后，开始定时，当前值从0开始增大，当前值等于设定值时，输出位变为OFF，当前值保持不变，直到输入电路接通。用于设备停机后的延时，如图6-3所示。（3）保持型接通延时定时器图6-4 接通延时定时器 保持型接通延时定时器（TONR）接通时，开始定时。当前值大于等于PT端指定的设定值时，定时器位变为ON。达到设定值后，当前值仍然继续计数，直到最大值32767。输入电路断开时，当前值保持不变。可以用TONR来累计输入电路接通的若干个时间间隔，如图6-4所示。2.计数器指令（1）加计数器（CTU）图6-5 加计数器当接在R输入端的复位输入电路断开时（见图6-5），接在CU输入端
34、的加计数脉冲输入电路由断开变为接通（即在CU信号的上升沿），计数器的当前值加1.直至计数最大值32767。当前值大于等于设定值PV时，计数器位被置1.当复位输入R为ON或执行复位指令时，计数器被复位，计数器位变为OFF，当前值被清零。计数器的编号范围位C0-C255。不同类型的计数器不能共用同一计数器号。在语句表中，栈顶值是复位输入R，加计数脉冲输入CU放在栈顶下面一层。（2）减计数器图6-6 减计数器在减计数脉冲输入信号的上升沿（从OFF到ON），从设定值开始，计数器的当前值减1，减至0 时，停止计数，计数器位被置1（见图6-6）。装载输入LD为1状态时，计数器位被复位为0，并把设定值装入当
35、前值寄存器。在语句表中，栈顶值是装载输入LD，减计数输入CD放在栈顶下面一层。（3）加减计数器图6-7 加减计数器在加计数输入脉冲CU的上升沿，计数器的当前值加1，在减计数输入脉冲CD的上升沿，计数器的当前值减1，当前值大于等于设定值（PV）时，计数器位被置位（见图6-7）。若复位输入（R）为ON，或对计数器执行复位（R）指令时，计数器被复位。当前值为最大值32767时，下一个CU输入的上升沿使当前值加1，变为最小值-32768.当前值为-32768时，下一个CD输入的上升沿使当前值减1，变为最大值32767。在语句表中，栈顶值是复位输入R，减计数输入CD在堆栈的第2层，加计数输入CU在堆栈的
36、第3层。七、数字量控制系统梯形图程序设计方法1.梯形图的经验设计法：可以用设计继电器电路图的方法来设计比较简单的数字量控制系统的梯形图，即在一些典型的电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，增加一些中间编程元件和触电，最后才能得到一个较为满意的结果。这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是唯一的，设计所用的时间，设计的质量与设计者的经验有很大关系，它可以用于叫简单的梯形图的设计。经验设计法中常用的基本电路时有记忆功能的电路和定时器应用电路2.根据继电器电路图设计梯形图的方法 这种设计方法一般不需
37、要改动控制面板，保持了系统原有的外部特性，操作人员不用改变长期形成的操作习惯。根据继电器电路图设计PLC的外部接线图和梯形图时应注意以下问题：（1） 应遵守语言中的语法规定（2） 设置中间单元（3） 尽量减少PLC的输入信号和输出信号（4） 设立外部联锁电路（5） 梯形图的优化设计（6） 外部负载的额定电压3. 顺序控制设计法与顺序功能图（1）所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先预定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。顺序控制系统的特点：有很强的时序性，即先做什么后做什么，前面的工作没做完，则不能做后面的工作，其中有很多的联锁
38、，互锁等逻辑关系。顺序控制设计法设计过程：首先根据被控系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图设计出梯形图程序。有的PLC为用户提供了顺序功能图语言，在编程软件中生成顺序功能图便完成了编程工作，编程软件会自动生成对应的梯形图程序。顺序控制设计法的优点：这是一种先进的设计方法，设计过程规律性强，容易接受和掌握，可以极大地提高设计效率，是顺序控制的生产现场设计PLC梯形图程序的主要方法，它用输入量X控制代表各步的编程元件（如辅助继电器M）,再用它们控制输出量Y，设计出的程序可读性强，程序的调试、修改和维护方便，要重点学习和掌握。顺序功能图是描述控制系统的控制过程，功能和特性的一种图形，也
39、是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。顺序功能图主要由步，有向连线，转换，转换条件和动作（或命令）组成。（2）步与动作步的基本概念：顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，并用编程元件来代表各歩。步是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一部之内，各输出量的ON/OFF状态不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的。初始步：与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。与步对应的动作或命令：可以将一个控制系统划分为被控系统和施控系统。对于被控系统，
40、在某一步中要完成某些“动作“；对于施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”。活动步：当系统正处在某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。（3）有向连线与转换条件有向连线:在画顺序功能图时,将代表各歩的方框按它们成为活动步的先后次序顺序排列,并用有向连线将它们连接起来.步的活动状态习惯的进展方向是从上到下或从左至右,在这两个方向有向连线上的箭头可以省略.如果不是上述的方向,应在有向连线上用箭头注明进展方向。转换:转换用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示,转换将相邻两步分隔开.步的活
41、动状态的进展是由转换的实现来完成的,并与控制过程的发展相对应。转换条件:使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件,转换条件可以是外部的输入信号,例如按钮,指令开关,限位开关的接通或断开等,也可以是PLC内部产生的信号,例如定时器,计数器常开触点的接通等,转换条件还可能是若干个信号的与,或,非逻辑组合.在顺序功能图中,只有当某一步的前级步是活动步时,该步才有可能变为活动步。(5) 顺序功能图的基本结构单序列: 由一系列相继激活的步组成，每一步之后仅有一个转换，每一个转换之后也仅有一个步。选择序列: 选择系列的开始称为分支，其结构是某一步之后在不同转换条件的控制之下，当某个转换条件满足时，可以由
42、该步有选择地进入到后续的某一步所对应的分支系列中。该步转换符号只能标注于水平线之下。选择系列的结束称为合并。几个选择系列合并到一个公共系列时，用需要重新组合的系列相同数量的转换符号和水平连线来表示。转换符号只允许标注于水平连线之上。并行序列: 用来表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况。当转换的实现导致几个系列同时激活时，这些系列称为并行系列。并行系列的开始部分称为分支, 并行系列的结束称为合并。在表示同步的水平双线之下，只允许有一个转换符号。复杂的顺序功能图: 顺序功能图中同时具有单系列、选择系列和并行系列等结构的顺序功能图称为复杂顺序功能图。(6) 顺序功能图中转换实现的基本原则a.转
43、换实现的条件:1)该转换所有的前级步都是活动步2)相应的转换条件得到满足b.转换实现应完成的操作:1)使所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步;2)使所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步都变为不活动步.c.绘制顺序功能图时的注意事项：1）功能表图中，两个步不能直接相连，必须用一个转换将它们隔开；2）两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们隔开。3）顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待起动的初始状态，初始步是必不可少的；4）顺序功能图中不能有“到此为止”的死胡同。顺序控制设计法的本质：顺序控制设计法是用输入量I控制代表各歩的编程，再用它们控制输出量Q。八、PLC编程实现全自
44、动洗衣机的控制1.全自动洗衣机概述波轮式全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安装的。外桶固定，作盛水用，内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。内桶的四周有许多小孔，使内外桶水流相通。洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时，控制系统使进水电磁阀打开，将水注入外桶；排水时，使排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤和脱水由同一台电机拖动，通过电磁阀离合器来控制，将动力传递给洗涤波轮或甩干桶（内桶）。电磁离合器失电，电动机带动洗涤波轮实现正、反转，进行洗涤；电磁离合器得电，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干（此时波轮不转）。水位高低分别由高低水位开关进行检测。启动按钮
45、用来启动洗衣机工作。2.洗衣机控制要求：启动时，首先进水，到高位时停止进水，开始洗涤。正转洗涤15S，暂停3S后反转洗涤15S，暂停3S后再正转洗涤，如此反复30次。洗涤结束后开始排水，当水位下降到低水位时，进行脱水（同时排水），脱水时间为10S。这样完成一次从进水到脱水的大循环过程。经过3次上述大循环后（第2、3次为漂洗），进行洗衣完成报警，报警10S后结束全部过程，自动停机。3.系统性能分析根据系统控制功能的描述，该系统可分为9个工步，每一步实现的功能见表8-1:表8-1 工步功能分配表工步实现功能M0.0复位大循环计数器C1M0.1注水，同时复位小循环计数器C0M0.2正转洗涤，同时计时
46、15SM0.3暂停3SM0.4反转洗涤，同时计时15SM0.5暂停3S，同时用C0计数M0.6排水M0.7继续排水，控制脱水的电磁离合器上电，并驱动正转，脱水15S，同时计数器C1计数M1.0响铃10S4.系统的输入输出（I/O）分配根据系统各工步所实现的功能，用相应的输入输出信号来控制和实现各工步的功能如下表，并结合实际，画出PLC实现整个系统功能的外部接线图，如下表所示，从而绘制出PLC的外部接线图，如图8-2所示。表8-2 输入输出分配表输入信号I0.0 启动洗衣机I0.1 注水达到高水位线I0.2 排水到低水位线输出信号Q0.0 注水Q0.1 控制脱水桶的电磁离合器上电Q0.2 正转洗涤Q0.3 反转洗涤Q0.4 排水Q0.5 响铃图8-1 PLC外部接线图 5.系统的顺序功能图根据各个工步所实现的功能以及系统输入输出的分布，用顺序控制设计法，按照全自动洗衣机预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在洗衣机的运转中各个执行机构自动地有秩序地进行操作，从而绘制出系统的顺序功能图：图8-2 全自动洗衣机的顺序功能图 6.用以