PLC編程,PLC編程工作原理,PLC編程基礎知識

PLC編程，PLC編程工作原理，PLC編程基礎知識

PLC編程是一種數字運算操作的電子系統，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來(lái)在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時(shí)、計數和算術(shù)運算等操作的指令，并通過(guò)數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機械或生產(chǎn)過(guò)程�？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設備，都應按易于使工業(yè)控制系統形成一個(gè)整體，易于擴充其功能的原則設計。
隨著(zhù)微處理器、計算機和數字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已擴展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域�，F代社會(huì )要求制造業(yè)對市場(chǎng)需求作出迅速的反應，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為了滿(mǎn)足這一要求，生產(chǎn)設備和自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的控制系統必須具有極高的可靠性和靈活性，PLC編程正是順應這一要求出現的，它是以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。
PLC編程工作原理
PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運行時(shí)，CPU根據用戶(hù)按控制要求編制好并存于用戶(hù)存儲器中的程序，按指令步序號(或地址號)作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執行用戶(hù)程序，直至程序結束，然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新的掃描，在每次掃描過(guò)程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。
PLC的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執行和輸出刷新三個(gè)階段。
PLC在輸入采樣階段:首先以?huà)呙璺绞桨错樞驅⑺�有暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數據讀入，并將其寫(xiě)入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入，隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執行階段。
PLC在程序執行階段:按用戶(hù)程序指令存放的先后順序掃描執行每條指令，經(jīng)相應的運算和處理后，其結果再寫(xiě)入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內容隨著(zhù)程序的執行而改變。
輸出刷新階段:當所有指令執行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過(guò)一定的方式(繼電器、晶體管或晶間管)輸出，驅動(dòng)相應輸出設備工作。
PLC編程特點(diǎn)
PLC編程的應用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)成為當代工業(yè)自動(dòng)化的主要裝置之一，在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域得到了廣泛的使用，在其他領(lǐng)域(例如民用和家庭自動(dòng)化)的應用也得到了迅速的發(fā)展。
國際電工委員會(huì )(IEC)在1985年的PLC標準草案第3稿中，對PLC作了如下定義：“是一種數字運算操作的電子系統，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來(lái)在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時(shí)、計數和算術(shù)運算等操作的指令，并通過(guò)數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機械或生產(chǎn)過(guò)程�？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設備，都應按易于使工業(yè)控制系統形成一個(gè)整體，易于擴充其功能的原則設計�！睆纳鲜龆�義可以看出，PLC是一種用程序來(lái)改變控制功能的工業(yè)控制計算機，除了能完成各種各樣的控制功能外，還有與其他計算機通信聯(lián)網(wǎng)的功能。
PLC編程的推廣應用在我國得到了迅猛的發(fā)展，它已經(jīng)大量地應用在各種機械設備和生產(chǎn)過(guò)程的電氣控制裝置中，各行各業(yè)也涌現出了大批應用PLC改造設備的成果。了解PLC的工作原理，具備設計、調試和維護PLC控制系統的能力，已經(jīng)成為現代工業(yè)對電氣技術(shù)人員和工科學(xué)生的基本要求。
PLC編程語(yǔ)言類(lèi)型
PLC的用戶(hù)程序，是設計人員根據控制系統的工藝控制要求，通過(guò)PLC編程語(yǔ)言的編制規范，按照實(shí)際需要使用的功能來(lái)設計的。只要用戶(hù)能夠掌握某種標準編程語(yǔ)言，就能夠使用PLC在控制系統中，實(shí)現各種自動(dòng)化控制功能。
根據國際電工委員會(huì )制定的工業(yè)控制編程語(yǔ)言標準（IEC1131-3），PLC有五種標準編程語(yǔ)言：梯形圖語(yǔ)言（LD）、指令表語(yǔ)言（IL）、功能模塊語(yǔ)言（FBD）、順序功能流程圖語(yǔ)言（SFC）、結構文本化語(yǔ)言（ST）。這五標準編程語(yǔ)言，十分簡(jiǎn)單易學(xué)。
PLC編程梯形圖語(yǔ)言
梯形圖語(yǔ)言是PLC程序設計中最常用的編程語(yǔ)言。它是與繼電器線(xiàn)路類(lèi)似的一種編程語(yǔ)言。由于電氣設計人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語(yǔ)言得到了廣泛的歡迎和應用�！√菪螆D編程語(yǔ)言的特點(diǎn)是：與電氣操作原理圖相對應，具有直觀(guān)性和對應性；與原有繼電器控制相一致，電氣設計人員易于掌握�！√菪螆D編程語(yǔ)言與原有的繼電器控制的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流不是實(shí)際意義的電流，內部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，應用時(shí)，需要與原有繼電器控制的概念區別對待。
PLC編程指令表語(yǔ)言
指令表編程語(yǔ)言是與匯編語(yǔ)言類(lèi)似的一種助記符編程語(yǔ)言，和匯編語(yǔ)言一樣由操作碼和操作數組成。在無(wú)計算機的情況下，適合采用PLC手持編程器對用戶(hù)程序進(jìn)行編制。同時(shí)，指令表編程語(yǔ)言與梯形圖編程語(yǔ)言圖一一對應，在PLC編程軟件下可以相互轉換。圖3就是與圖2PLC梯形圖對應的指令表�！≈噶畋砭幊陶Z(yǔ)言的特點(diǎn)是：采用助記符來(lái)表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤(pán)上采用助記符表示，便于操作，可在無(wú)計算機的場(chǎng)合進(jìn)行編程設計；與梯形圖有一一對應關(guān)系。其特點(diǎn)與梯形圖語(yǔ)言基本一致。
功能模塊圖語(yǔ)言
功能模塊圖語(yǔ)言是與數字邏輯電路類(lèi)似的一種PLC編程語(yǔ)言。采用功能模塊圖的形式來(lái)表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能�！」δ苣�塊圖編程語(yǔ)言的特點(diǎn)：功能模塊圖程序設計語(yǔ)言的特點(diǎn)是：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡(jiǎn)單容易；功能模塊是用圖形的形式表達功能，直觀(guān)性強，對于具有數字邏輯電路基礎的設計人員很容易掌握的編程；對規模大、控制邏輯關(guān)系復雜的控制系統，由于功能模塊圖能夠清楚表達功能關(guān)系，使編程調試時(shí)間大大減少。
PLC編程順序功能流程圖語(yǔ)言
順序功能流程圖語(yǔ)言是為了滿(mǎn)足順序邏輯控制而設計的編程語(yǔ)言。編程時(shí)將順序流程動(dòng)作的過(guò)程分成步和轉換條件，根據轉移條件對控制系統的功能流程順序進(jìn)行分配，一步一步的按照順序動(dòng)作。每一步代表一個(gè)控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內含有用于完成相應控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語(yǔ)言使程序結構清晰，易于閱讀及維護，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調試時(shí)間。用于系統的規模校大，程序關(guān)系較復雜的場(chǎng)合。順序功能流程圖編程語(yǔ)言的特點(diǎn)：以功能為主線(xiàn)，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對用戶(hù)程序理解；避免梯形圖或其他語(yǔ)言不能順序動(dòng)作的缺陷，同時(shí)也避免了用梯形圖語(yǔ)言對順序動(dòng)作編程時(shí)，由于機械互鎖造成用戶(hù)程序結構復雜、難以理解的缺陷；用戶(hù)程序掃描時(shí)間也大大縮短。
PLC編程結構文本化語(yǔ)言
結構化文本語(yǔ)言是用結構化的描述文本來(lái)描述程序的一種編程語(yǔ)言。它是類(lèi)似于高級語(yǔ)言的一種編程語(yǔ)言。在大中型的PLC系統中，常采用結構化文本來(lái)描述控制系統中各個(gè)變量的關(guān)系。主要用于其他編程語(yǔ)言較難實(shí)現的用戶(hù)程序編制。
結構化文本編程語(yǔ)言采用計算機的描述方式來(lái)描述系統中各種變量之間的各種運算關(guān)系，完成所需的功能或操作。大多數PLC制造商采用的結構化文本編程語(yǔ)言與BASIC語(yǔ)言、PASCAL語(yǔ)言或C語(yǔ)言等高級語(yǔ)言相類(lèi)似，但為了應用方便，在語(yǔ)句的表達方法及語(yǔ)句的種類(lèi)等方面都進(jìn)行了簡(jiǎn)化�！〗Y構化文本編程語(yǔ)言的特點(diǎn)：采用高級語(yǔ)言進(jìn)行編程，可以完成較復雜的控制運算；需要有一定的計算機高級語(yǔ)言的知識和編程技巧，對工程設計人員要求較高。直觀(guān)性和操作性較差。
PLC編程算法
PLC編程算法一 開(kāi)關(guān)量的計算
1、開(kāi)關(guān)量也稱(chēng)邏輯量，指僅有兩個(gè)取值，0或1、ON或OFF。它是最常用的控制，對它進(jìn)行控制是PLC的優(yōu)勢，也是PLC最基本的應用。
開(kāi)關(guān)量控制的目的是，根據開(kāi)關(guān)量的當前輸入組合與歷史的輸入順序，使PLC產(chǎn)生相應的開(kāi)關(guān)量輸出，以使系統能按一定的順序工作。所以，有時(shí)也稱(chēng)其為順序控制。而順序控制又分為手動(dòng)、半自動(dòng)或自動(dòng)。而采用的控制原則有分散、集中與混合控制三種。這是用OMRON的開(kāi)關(guān)量編寫(xiě)的一個(gè)“單按鈕啟�！背绦�。
2、 模擬量是指一些連續變化的物理量，如電壓、電流、壓力、速度、流量等。
PLC是由繼電控制引入微處理技術(shù)后發(fā)展而來(lái)的，可方便及可靠地用于開(kāi)關(guān)量控制。由于模擬量可轉換成數字量，數字量只是多位的開(kāi)關(guān)量，故經(jīng)轉換后的模擬量，PLC也完全可以可靠的進(jìn)行處理控制。由于連續的生產(chǎn)過(guò)程常有模擬量，所以模擬量控制有時(shí)也稱(chēng)過(guò)程控制。模擬量多是非電量，而PLC只能處理數字量、電量。所有要實(shí)現它們之間的轉換要有傳感器，把模擬量轉換成數電量。如果這一電量不是標準的，還要經(jīng)過(guò)變送器，把非標準的電量變成標準的電信號，如4—20mA、1—5V、0—10V等等。同時(shí)還要有模擬量輸入單元（A/D），把這些標準的電信號變換成數字信號；模擬量輸出單元（D/A），以把PLC處理后的數字量變換成模擬量——標準的電信號。所以標準電信號、數字量之間的轉換就要用到各種運算。這就需要搞清楚模擬量單元的分辨率以及標準的電信號。
例如：PLC模擬單元的分辨率是1/32767，對應的標準電量是0—10V，所要檢測的是溫度值0—100℃。那么0—32767對應0—100℃的溫度值。然后計算出1℃所對應的數字量是327.67。如果想把溫度值精確到0.1℃，把327.67/10即可。
模擬量控制包括：反饋控制、前饋控制、比例控制、模糊控制等。這些都是PLC內部數字量的計算過(guò)程。
3、 脈沖量是其取值總是不斷的在0（低電平）和1（高電平）之間交替變化的數字量。每秒鐘脈沖交替變化的次數稱(chēng)為頻率。
PLC脈沖量的控制目的主要是位置控制、運動(dòng)控制、軌跡控制等。例如：脈沖數在角度控制中的應用。步進(jìn)電機驅動(dòng)器的細分是每圈10000，要求步進(jìn)電機旋轉90度。那么所要動(dòng)作的脈沖數值=10000/（360/90）=2500。
PLC編程算法二 模擬量的計算
1、 -10—10V。-10V—10V的電壓時(shí)，在6000分辨率時(shí)被轉換為F448—0BB8Hex(-3000—3000)；12000分辨率時(shí)被轉換為E890—1770Hex(-6000—6000)。
2、 0—10V。0—10V的電壓時(shí)，在6000分辨率時(shí)被轉換為0—1770Hex(0—6000)；12000分辨率時(shí)被轉換為0—2EE0Hex(0—12000)。
以上僅做簡(jiǎn)單的介紹，不同的PLC有不同的分辨率，并且您所測量物理量實(shí)現的量程不一樣。計算結果可能有一定的差異。
注：模擬輸入的配線(xiàn)的要求
1、使用屏蔽雙絞線(xiàn)，但不連接屏蔽層。
2、當一個(gè)輸入不使用的時(shí)候，將V IN 和COM端子短接。
3、模擬信號線(xiàn)與電源線(xiàn)隔離 (AC 電源線(xiàn)，高壓線(xiàn)等)。
4、當電源線(xiàn)上有干擾時(shí)，在輸入部分和電源單元之間安裝一個(gè)濾波器。
5、確認正確的接線(xiàn)后，首先給CPU單元上電，然后再給負載上電。
6、斷電時(shí)先切斷負載的電源，然后再切斷CPU的電源。
PLC編程算法三 脈沖量的計算
脈沖量的控制多用于步進(jìn)電機、伺服電機的角度控制、距離控制、位置控制等。以下是以步進(jìn)電機為例來(lái)說(shuō)明各控制方式。
1、步進(jìn)電機的角度控制。首先要明確步進(jìn)電機的細分數，然后確定步進(jìn)電機轉一圈所需要的總脈沖數。計算“角度百分比=設定角度/360°（即一圈）”“角度動(dòng)作脈沖數=一圈總脈沖數*角度百分比�！�
公式為：
角度動(dòng)作脈沖數=一圈總脈沖數*（設定角度/360°）。
2、步進(jìn)電機的距離控制。首先明確步進(jìn)電機轉一圈所需要的總脈沖數。然后確定步進(jìn)電機滾輪直徑，計算滾輪周長(cháng)。計算每一脈沖運行距離。最后計算設定距離所要運行的脈沖數。
公式為：
設定距離脈沖數=設定距離/[（滾輪直徑*3.14）/一圈總脈沖數]
3、步進(jìn)電機的位置控制就是角度控制與距離控制的綜合。
以上只是天天自動(dòng)化簡(jiǎn)單的分析步進(jìn)電機的控制方式，可能與實(shí)際有出入，僅供各位同仁參考。伺服電機的動(dòng)作與步進(jìn)電機的一樣，但要考慮伺服電機的內部電子齒輪比與伺服電機的減速比。有些事情說(shuō)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但實(shí)際應用就有難度了。請大家在實(shí)際的工作中領(lǐng)悟其中的道理。
PLC編程入門(mén)
PLC是一種在工業(yè)中被廣泛應用的自動(dòng)控制元件。然而PLC應用與編程人才短缺已經(jīng)成為制約我國自動(dòng)控制領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。通過(guò)學(xué)習PLC可編程控制器程序設計使學(xué)員掌握可編程序控制器的工作原理和PLC控制系統硬件軟件的設計方法，可編寫(xiě)復雜的PLC程序，為從事PLC控制系統的設計、調試和改造工作打下基礎�？梢元毩⒊袚�相關(guān)項目的設計與開(kāi)發(fā)。讓您由一位電工升級為貨真價(jià)實(shí)的工程師！
隨著(zhù)現代工業(yè)設備自動(dòng)化，越來(lái)越多的工廠(chǎng)設備將采用PLC人機界面等自動(dòng)化器件來(lái)控制，因此設備自動(dòng)化程度越來(lái)越高。對設備的維護人員的技術(shù)要求越來(lái)越嚴格。作為一名合格的技術(shù)員，需要掌握的技能也越來(lái)越多，越來(lái)越全面性，以此來(lái)滿(mǎn)足自動(dòng)化的發(fā)展及要求，
學(xué)習PLC編程一點(diǎn)也不難。有的初學(xué)者在理論上花了很多功夫，結果半年下來(lái)還是沒(méi)有把PLC搞懂，其實(shí)他們只是缺少了一些PLC的實(shí)踐經(jīng)驗，只要再進(jìn)行一些實(shí)際的梯形圖編寫(xiě)、程序下載、調試等操作，增加對PLC的感性認識，很快就可以掌握PLC這項技術(shù)了。開(kāi)始階段可以先學(xué)習一種品牌的PLC，因為所有的PLC原理都是差不多的，掌握了一種PLC其它的只要翻閱一下手冊也就能上手使用了。
初學(xué)時(shí)可以編一些簡(jiǎn)單的梯形圖，如觸點(diǎn)的與、或、輸出等，在PLC的機器里運行一下。成功了就會(huì )增加你學(xué)習的興趣、和信心。然后再把PLC的主要功能逐個(gè)運用一次，比如高速計數器，你可以用PLC本身的脈沖輸出端接到高速計數器的輸入端，下載編好的梯形圖，打開(kāi)變量觀(guān)察窗口，運行程序，觀(guān)察計數的值是否正確。經(jīng)過(guò)了這樣的實(shí)踐，你基本上知道PLC到底能做哪些事情了，在實(shí)際的工控應用中就能做到胸有成竹了。
1.電工原理和電機原理一定要懂，簡(jiǎn)單的就記背也要背下來(lái)，比如馬達容量1KW2A，正反轉，星三角接線(xiàn)，電線(xiàn)容量。電阻，電感，電容的特性等
2.液壓和氣動(dòng)也要掌握，比如壓力換算，壓力和電流的比例換算，這在有壓力控制上都要用到
3. 電線(xiàn)截面要會(huì )看，線(xiàn)拿到手就知道幾平方的，還有什么電器上該用什么線(xiàn)，比如馬達就用4線(xiàn)的，3根主線(xiàn)1根接地。從變頻器上出來(lái)的要用屏蔽線(xiàn)。
4. 機修也要會(huì )做，特別是螺絲，一看就知道用幾的內角扳手或外六角扳手（別小看了它，平常維修固定螺絲是少不了它的，這樣能節約時(shí)間）
5. PLC編程自己可以模擬編，簡(jiǎn)單的如紅綠燈，控制小車(chē)走等
6. 做人要會(huì )做，要謙虛，不可能你樣樣都會(huì )。
7. 心態(tài)要好，保持一顆平常的心
8. 平常要多干，就是在苦在累也要，這樣技術(shù)才能學(xué)到手能解決實(shí)際問(wèn)題，反之你只不過(guò)是紙上談兵
PLC編程對于做項目的
1. 四大常用PLC要會(huì )，基本指令和功能指令要熟
2. 通訊接口要懂
3.電氣市場(chǎng)行情要熟，好的和壞的要會(huì )區分，列如買(mǎi)到個(gè)2手40點(diǎn)的PLC怎么判斷它是好的呢？
4.變頻器和單片機要懂，變頻調速和伺服控制要懂
5. 常用電器元件和傳感器要知道
6. 要會(huì )CAD電氣制圖。
PLC掃描周期和響應時(shí)間
PLC在運行狀態(tài)時(shí)，執行一個(gè)掃描操作所需要的時(shí)間為一個(gè)周期，這個(gè)是PLC的重要指標之一，其值為0.5~100ms。
掃描周期T=（輸入—點(diǎn)時(shí)間*輸入端子數）+（指令執行速度*指令的條數）+（輸出一點(diǎn)時(shí)間*輸出端子數）+故障診斷時(shí)間+通訊時(shí)間
從上式可看出，掃描周期已經(jīng)決定了：
1.CPU執行指令的速度
2.執行每條指令所占用的時(shí)間
3.程序中指令條數的多少
指令執行所需的時(shí)間和用戶(hù)程序的長(cháng)短、指令的種類(lèi)和CPU執行速度是有很大關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)掃描的過(guò)程中，故障診斷時(shí)間，通信時(shí)間，輸入采樣和輸出刷新所占的時(shí)間較少，執行的時(shí)間是占了絕大部分。
PLC的響應時(shí)間是指PLC外部輸出信號的改變時(shí)刻起止由它控制的有關(guān)外部輸出信號變化的時(shí)刻之間的間隔，稱(chēng)為滯后時(shí)間，這個(gè)是由輸入電路時(shí)間常數，輸出電路的時(shí)間常數，用戶(hù)語(yǔ)句的安排和指令的使用，plc的循環(huán)掃描方式及PLC對I/O的刷新方式等部分組成。這個(gè)現象稱(chēng)為I/O延遲時(shí)間效應。
由于PLC的這種周期循環(huán)掃描工作方式，決定了相應時(shí)間的長(cháng)短與收到輸入信號的時(shí)刻有關(guān)。相應時(shí)間就分為最短和最長(cháng)。
（1）最短的響應時(shí)間
如果在一個(gè)掃描周期剛結束之前收到一個(gè)輸入信號，在下一個(gè)掃描周期之前輸入采樣階段，這個(gè)信號也就被采樣，是輸入更新，這個(gè)響應時(shí)間最短。
（2）最長(cháng)響應時(shí)間
如果收到的是一個(gè)輸入信號經(jīng)輸入延遲后，剛好錯過(guò)了I/O刷新的時(shí)間，在該周期內輸入信號就被視為無(wú)效，就要等下一個(gè)掃描周期才會(huì )被讀入，這個(gè)時(shí)間是最長(cháng)的了。