plc實驗臺可編程控制器的基礎(chǔ)簡介
可編程序控制器，英文稱Programmable Logical Controller，簡稱PLC。它是一個以微處置整理器為核心的數(shù)字運算實操的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，它應(yīng)用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等實操指令，并經(jīng)過數(shù)字式或模仿式的寫入、輸出連接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相集合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點的復(fù)雜接線、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分運用了微處置整理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣實操維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機(jī)數(shù)值數(shù)值編程語言知識，而是應(yīng)用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡便指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、便利易學(xué)；調(diào)節(jié)測試與查錯也全部很便利。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提醒，做少量的接線和簡易的用戶程序的編制作業(yè)，就可靈活便利地將PLC應(yīng)用來生產(chǎn)實踐。
一、可編程控制器的基礎(chǔ)構(gòu)造
可編程控制器主要采用CPU模型塊、寫入模型塊、輸出模型塊和編程器構(gòu)成（如下圖所示）。

1、CPU模型塊
CPU模型塊又叫中央處置整理單元或控制器，它主要采用微處置整理器（CPU）和存儲器構(gòu)成。它用以運行用戶程序、監(jiān)控寫入/輸出連接口狀態(tài)、作出邏輯判別和實行數(shù)值處置整理，即讀取寫入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種實操，將成果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機(jī)等）的請求以及實行各種內(nèi)部判別等。PLC的內(nèi)部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要放置系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處置整理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)值存儲器，主要放置用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)值和中間成果。
2、I/O模型塊
I/O模型塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模型塊的橋梁。寫入模型塊用來接收和收集寫入信號。寫入信號有兩類：一類是從按鈕、選用開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)量寫入信號；另一類是由電位器、熱電偶、測速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的連續(xù)改變的模仿寫入信號。
可編程序控制器經(jīng)過輸出模型塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)動閥、調(diào)節(jié)速度裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯露裝置和報警裝置等。
3、電源
可編程序控制器一般使用220V交流ACAC電源?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直線DC穩(wěn)壓電源為各模型塊內(nèi)的元件提供直線DC電壓（V）。
4、編程器
編程器是PLC的外部編程設(shè)備，用戶可經(jīng)過編程器寫入、查驗、修改、調(diào)節(jié)測試程序或監(jiān)示PLC的作業(yè)現(xiàn)象。也可以經(jīng)過專用的編程電纜線將PLC與電腦聯(lián)接起來，并運用編程系統(tǒng)實行電腦編程和監(jiān)控。
5、寫入/輸出拓展單元
I/O拓展連接口用來將擴(kuò)充外部寫入/輸出端子數(shù)的拓展單元與基礎(chǔ)單元（即主機(jī)）連接在一起。
6、外部設(shè)備連接口
此連接口可將編程器、打印機(jī)、條碼掃描儀,變頻器等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)，以完成相應(yīng)的實操。
本實驗裝置（箱）選用的主機(jī)型號為歐姆龍CP-1H系列的主機(jī)。
二、可編程控制器的作業(yè)原理
可編程控制器有兩種基礎(chǔ)的作業(yè)狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)，可編程序控制器經(jīng)過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制功能。為了使可編程序控制器的 輸出及時地響應(yīng)隨時可能改變的寫入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或變換到STOP作業(yè)狀態(tài)。
除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可編程序控制器還要完成內(nèi)部處置整理、通信處置整理等作業(yè)，一次循環(huán)可分為5個階段（如圖所示）


在內(nèi)部處置整理階段，可編程序控制器查驗CPU，模型塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部作業(yè)。在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處置整理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯露內(nèi)容。
在寫入處置整理階段，可編程序控制器把全部外部寫入電子回路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入寫入映像寄存器。
在程序執(zhí)行階段，即使外部寫入信號的狀態(tài)發(fā)生了改變，寫入映像寄
存器的狀態(tài)也不會隨之而變，寫入信號改變了的狀態(tài)只能在下一個掃描周
期的寫入處置整理階段被讀入。
在輸出處置整理階段，CPU將輸出映像寄存器的通/斷狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。
三、可編程控制器的內(nèi)部存儲區(qū)域的分布及I/O配備
CP1H可使用下列內(nèi)部存儲區(qū)表

數(shù)值區(qū)			字	位		功能
IR區(qū)1	寫入?yún)^(qū)		IR 000-IR 009 （10個字）	IR 00000-IR 00915 （160位）		這些位可以分配給外部I/O端。
	輸出區(qū)		IR 100-IR 019 （10個字）	IR 0100-IR 0915（160位）
	作業(yè)區(qū)		IR 020-IR 049 IR 200-IR 227 （58個字）	IR 02000-IR 04915 IR 20000-IR 22715（928位）		在程序中可隨意使用作業(yè)位。
SR區(qū)			SR 228-SR 255 （28字）	SR 22800-SR 25515（448位）		這些位用來特定功能，如標(biāo)識和控制位。
TR區(qū)			——	TR 0-TR 7 （8位）		這些位用來存檔程序分支中的ON/OFF狀態(tài)。
HR區(qū)2			HR 00-HR 19 （20個字）	HR 0000-HR 1915 （320位）		這些位用來存檔數(shù)值，可以在電源關(guān)閉后保持ON/OFF狀態(tài)不變。
AR區(qū)2			AR 00-AR 23 （24個字）	AR 0000-AR 2315 （384位）		這些位用來特定功能，如標(biāo)識和控制位。
LR區(qū)1			LR 00-LR 15 （16個字）	LR 0000-LR 1515 （256位）		用來與其他PC實行1：1數(shù)值鏈接。
定時器/計數(shù)器區(qū)2			TC 000-TC 255（定時器/計數(shù)器標(biāo)號）3			同一標(biāo)號既可用來定時器，也可用來計數(shù)器。
DM區(qū) DM區(qū)		讀/寫2	DM 0000-DM 1999 DM 2022-DM 2047 （2，026個字）		——	DM區(qū)只能以字為單位實行訪問。在電源關(guān)閉后，其值保持不變。
		錯誤日志2	DM 2000-DM 2021 （22個字）		——	用來存檔所發(fā)生錯誤的錯誤代碼。當(dāng)不使用錯誤日志功能時，可當(dāng)作普通讀/寫DM區(qū)使用權(quán)用。
		只讀4	DM 6144-DM 6599 （456個字）		——	不可在程序中重新寫入。
		PC設(shè)定4	DM 6600-DM 6655 （56個字）		——	用來存檔控制PC運行的各種功能數(shù)值。

CP1HX型

型號	規(guī)格
	電源	輸出	寫入
CP1H-X40DR-A	AC100~250V	繼電器輸出16點	DC24V 24點
CP1H-X40T1-D	DC24V	晶體管輸出漏型 16點	DC24V 24點
CP1H-X40DT1-D		晶體管輸出源型 16點

CP1HXA型

型號	規(guī)格
	電源	輸出	寫入
CP1H-XA40DR-A	AC100~250V	繼電器輸出16點	DC24V 24點
CP1H-XA40T1-D CP1H-XA40DT1-D	DC24V	晶體管輸出漏型 16點	DC24V 24點
		晶體管輸出源型 16點
CP1H-Y20DT-D	DC24V	晶體管輸出漏型8點	DC24V 12點

四、可編程控制器的編程語言基礎(chǔ)簡介
現(xiàn)代的可編程控制器一般備有多種編程語言，供用戶使用。IEC1131-3—可編程序控制器編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)的說明了下述可編程控制器編程語言：
順序功能圖
梯形圖
功能塊圖
指令表
構(gòu)造文本
其中梯形圖是使用得最多的可編程控制器圖形編程語言。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電子回路圖很相似，設(shè)定有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電氣人員掌控把握，特別適用來開關(guān)量邏輯控制。
梯形圖的主要特別點：
1）可編程控制器梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如寫入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器（即硬件繼電器），而是在系統(tǒng)中使用的編程元件。每一編程元件與可編程序控制器存儲器中元件映像寄存器的一個存儲單元相對應(yīng)。
2）梯形圖兩側(cè)的垂直共同共用線稱為共同共用母線（BUS bar）。在解析梯形圖的邏輯關(guān)系時，為了借用繼電器電子回路的解析方法，可以想象左右兩側(cè)母線之間有一個左正右負(fù)的直線DC電源電壓（V），當(dāng)圖中的觸點接通時，有一個假想的"概念電流（A）"或"能流（Power flow）從左到右流動，這一方向與執(zhí)行用戶程序時的邏輯運算的順序是一致的。
3）按照梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左到右的順序?qū)嵭械摹?br /> 4）梯形圖中的線圈和其他輸出指令應(yīng)放在最右邊。
5）梯形圖中各編程元件的常開觸點和常閉觸點均可以無限多次地使用。
五、可編程控制器的編程步驟
（1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動作及完成這些動作的順序。
（2）分配寫入輸出設(shè)備，即確定哪些外圍設(shè)備是送信號到PLC，哪些是外圍設(shè)備是接收來自PLC信號的。并將PLC的寫入、輸出口與之對應(yīng)實行分配。
（3）設(shè)計PLC程序畫出梯形圖。梯形圖體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系。
（4）完成用計算機(jī)數(shù)值數(shù)值對PLC的梯形圖直接編程。
（5）對程序?qū)嵭姓{(diào)節(jié)測試（模仿和現(xiàn)場）。
（6）存檔已完成的程序。
顯然，在建立一個PLC控制系統(tǒng)時，必須首先把系統(tǒng)的需要的寫入、輸出數(shù)量確定下來，然后按需要確定各種控限限制動作作作的順序和各個控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。確定控制上的相互關(guān)系之后，就可實行編程的第二步──分配寫入輸出設(shè)備，在分配了PLC的寫入輸出點、內(nèi)部輔助繼電器、定時器、計數(shù)器之后，就可以設(shè)計PLC程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時要注意每個從左邊母線開始的邏輯行必須終止于一個繼電器線圈或定時器、計數(shù)器，與實際的電子回路圖不一樣。梯形圖畫好后，使用編程系統(tǒng)直接把梯形圖寫入計算機(jī)數(shù)值數(shù)值并下載到PLC實行模仿調(diào)節(jié)測試，修改→下載直至符合控制要求。這便是程序設(shè)計的整個過程。
可編程控制器基礎(chǔ)指令簡介
CP1H系列PLC主機(jī)基礎(chǔ)指令表

助記符	名稱	功能
LD	裝載	指定位用來指令行的開始或使用權(quán)用AND LD和ORLD指令時定義邏輯塊。
AND	與	指定位與執(zhí)行條件實行邏輯與運算。
AND LD	邏輯塊與	前面程序塊實行邏輯與運算的成果。
AND NOT	與非	指定位的非與執(zhí)行條件實行邏輯與運算。
OR	或	指定位與執(zhí)行條件實行邏輯或運算。
OR NOT	或非	指定位的非與執(zhí)行條件實行邏輯或運算。
OUT	輸出	在執(zhí)行條件為ON時使實操數(shù)位變ON；在執(zhí) 行條件為OFF時使實操數(shù)位變OFF。
SET	置位	在執(zhí)行條件為ON時使實操數(shù)位變ON，在執(zhí)行條件為OFF時不影響實操位的狀態(tài)。
RSET	復(fù)位	在執(zhí)行條件為ON時使實操位數(shù)變OFF, 在執(zhí)行條件為OFF時不影響實操數(shù)位的狀態(tài)。
NOP	空實操	不作任何實操，程序轉(zhuǎn)移到下一個指令。
END	結(jié)束	用來程序結(jié)束。
JMP	跳轉(zhuǎn)	如果跳轉(zhuǎn)條件為OFF，則JMP（04）與JME（05）之間的全部指令均被忽略
JME	跳轉(zhuǎn)結(jié)束
SFT	移位寄存器	生成一個位移位寄存器
KEEP	保持	將一個位定義為由置位寫入和復(fù)位寫入控制的鎖存。
TIM	定時器	ON延遲（減數(shù)）定時器實操。
CNTR	可逆計數(shù)器	多加或減少寫入信號由OFF變ON時，多加或減小PV值。
DIFU	上升沿微分	在寫入信號的上升沿時刻將某個指定位變ON一個循環(huán)周期。
DIFD	下降沿微分	在寫入信號的下降沿時刻將某個指定位變ON一個循環(huán)周期。
@MOV	傳送	將源數(shù)值（字或常數(shù)）復(fù)制到目標(biāo)字中。
@ASL	算術(shù)左移	將單字?jǐn)?shù)值中的每一位向左實行帶CY移位。
@ASR	算術(shù)右移	將單字?jǐn)?shù)值中的每一位向右實行帶CY移位。
AND LD	邏輯塊與	前面程序塊實行邏輯與運算的成果。
OR LD	邏輯塊或	前面程序塊實行邏輯或運算的成果。
NETR NETW	TABLE,PORT TABLE,PORT	互聯(lián)網(wǎng)讀 互聯(lián)網(wǎng)寫
SLCR SLCT SLCE	N N	順控繼電器段的啟動 順控繼電器段的變換 順控繼電器段的結(jié)束