第十四章 可编程控制器第十四章 可编程控制器

14.1 14.1 可编程控制器概述可编程控制器概述

可编程控制器是一种以可编程控制器是一种以 CPUCPU 为核心的计算机工为核心的计算机工业控制装置， 业控制装置，

它采用了可编程序的存储器，在其内部存储执它采用了可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的生产过程。 输出，控制各种类型的生产过程。

对于间歇加料、固体和粉末产品包装等过程对于间歇加料、固体和粉末产品包装等过程和压缩机控制、过程联锁保护等，多采用可编程和压缩机控制、过程联锁保护等，多采用可编程控制器来实现。控制器来实现。

14.1.1 14.1.1 可编程控制器可编程控制器 (PLC)(PLC) 的发展过程的发展过程

早期的可编程控制器是为取代继电接触控制早期的可编程控制器是为取代继电接触控制而设计的，用于开关量控制，具有逻辑运算、计而设计的，用于开关量控制，具有逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能，故称之为可编程 逻辑时、计数等顺序控制功能，故称之为可编程 逻辑控制器控制器 PLC (Programmable Logic Controller)PLC (Programmable Logic Controller) 。。

目前， 目前， PLCPLC 技术已经成为当今世界的潮流，技术已经成为当今世界的潮流，成为工业自动化的三大支柱 成为工业自动化的三大支柱 (PLC (PLC 技术、机器人、技术、机器人、计算机辅助设计和制造计算机辅助设计和制造 ) ) 之一。之一。

14.1.2 14.1.2 可编程控制器的功能与特点可编程控制器的功能与特点

（（ 11 ）控制程序可编程。）控制程序可编程。相对于继电接触器控制等相对于继电接触器控制等硬连接顺序控制装置而言，可编程控制器是一种硬连接顺序控制装置而言，可编程控制器是一种工业控制计算机，其控制功能通过软件编制来确工业控制计算机，其控制功能通过软件编制来确定，在生产工艺改变或生产线设备更新时，只需定，在生产工艺改变或生产线设备更新时，只需改变程序就可调整控制方案，具有良好的柔性。改变程序就可调整控制方案，具有良好的柔性。

（（ 22 ）编程方便。）编程方便。 大多数 大多数 PLCPLC 可采用类似继电控制可采用类似继电控制电路形式的 电路形式的 "" 梯形图梯形图 " " 直接进行编程，也可以直接进行编程，也可以使用简易编程器进行现场程序编制或修改，使编使用简易编程器进行现场程序编制或修改，使编程更简捷、更方便。程更简捷、更方便。

（（ 33 ）扩展灵活。）扩展灵活。 PLCPLC 产品带有扩展单元，可以方产品带有扩展单元，可以方便地调整配置，适应不同便地调整配置，适应不同 I/0I/0 点数及不同输入输点数及不同输入输出方式的需求。从几个出方式的需求。从几个 I/0I/0 点的最小型系统到几点的最小型系统到几千个点的超大型系统均可以实现，扩展灵活，组千个点的超大型系统均可以实现，扩展灵活，组合方便。合方便。

（（ 44 ）可靠性高。）可靠性高。 可编程控制器的输入输出采用了 可编程控制器的输入输出采用了光电隔离、屏蔽、滤波处理、电源调整与保护等光电隔离、屏蔽、滤波处理、电源调整与保护等措施，大大提高了抗工业环境干扰的能力，可靠措施，大大提高了抗工业环境干扰的能力，可靠性高。 性高。 PLCPLC 控制与继电接触控制相比较，特点见控制与继电接触控制相比较，特点见表表 14-114-1 。。

14.214.2 可编程控制器的基本构成及工作原可编程控制器的基本构成及工作原理理14.2.1 14.2.1 可编程控制器的基本组成可编程控制器的基本组成

图 14-1 PLC 的基本组成框图

14.2.2 14.2.2 可编程控制器的软件系统可编程控制器的软件系统

图 14-3 梯形图程序

(1) (1) 梯形图语言梯形图语言 梯形图的表达式沿用了原电气控 梯形图的表达式沿用了原电气控制系统中的继电接触控制电路图的形式，二者的制系统中的继电接触控制电路图的形式，二者的基本构思是一致的，只是使用符号和表达方式有基本构思是一致的，只是使用符号和表达方式有所区别。 所区别。

(2) (2) 助记符语言助记符语言 助记符语言又称命令语句表达式 助记符语言又称命令语句表达式语言，它常用一些助记符来表示 语言，它常用一些助记符来表示 PLCPLC 的某种操作。的某种操作。助记符语言类似微机中的汇编语言，但比汇编语助记符语言类似微机中的汇编语言，但比汇编语言更直观易懂。用户可以很容易地将梯形图语言言更直观易懂。用户可以很容易地将梯形图语言转换成助记符语言。转换成助记符语言。

可编程控制器的工作过程可编程控制器的工作过程

图 14-4 PLC 工作过程框图

14.2.3 14.2.3 可编程控制器的分类可编程控制器的分类

按容量分按容量分

按硬件结构分按硬件结构分

14.3 14.3 OMRON COMRON C 系列系列 PLCPLC

14.3.1 14.3.1 简介简介 日本日本 OMRON (OMRON ( 欧姆龙欧姆龙 ) ) 公司的公司的 PLCPLC 在中国在中国有较大的市场占有率，有较大的市场占有率， OMRON COMRON C 系列 系列 PLCPLC 有微有微型、小型、中型和大型四大类十几种型号。型、小型、中型和大型四大类十几种型号。

图 14-8 CPM1A C * *P外观图 图 14-9 C200H 外形示意图

14.3.2 14.3.2 OMRON PLCOMRON PLC 指令指令14.3.2.1 14.3.2.1 OMRON PLCOMRON PLC 的基本指令的基本指令

(1) (1) LDLD 和和 LD NOTLD NOT 指令 指令

(2) (2) OUTOUT 和和 OUT NOTOUT NOT 指令 指令

(3) (3) ANDAND 和和 AND NOTAND NOT 指令 指令

(4) (4) OROR 和和 OR NOTOR NOT 指令 指令

(5) (5) AND LDAND LD 指令 指令

(6) (6) OR LDOR LD 指令 指令

(7) (7) ENDEND 指令指令

14.3.2.2 14.3.2.2 几个功能指令几个功能指令

(1) (1) 保持指令保持指令 KEEP KEEP

(2) (2) 微分指令 微分指令 DIFU(13)DIFU(13) 和和 DIFD(14) DIFD(14)

(3) (3) 定时器 定时器

(4) (4) 计数器 一般为递减型，而计数器 一般为递减型，而 SIMENSSIMENS 的的 PLCPLC 为为

增加型。增加型。

14.4 14.4 应用示例应用示例

PLCPLC 可编程控制器在工业生产中广泛应用，本可编程控制器在工业生产中广泛应用，本

节以节以 PLCPLC 完成液位控制、过程变量越限报警控制完成液位控制、过程变量越限报警控制

和自动包装机控制为例，简单说明和自动包装机控制为例，简单说明 PLCPLC 在企业的在企业的

应用情况。应用情况。

14.4.1 14.4.1 水箱液位控制水箱液位控制

为了保证水箱液位保持在一定范围，分别在为了保证水箱液位保持在一定范围，分别在

控制的上限和下限设置检测传感器，用 控制的上限和下限设置检测传感器，用 PLCPLC 控控

制注入水电磁阀。当液位低于下限时，下限检测制注入水电磁阀。当液位低于下限时，下限检测

开关断开，打开电磁阀开始注水开关断开，打开电磁阀开始注水 ; ; 当注水达到上当注水达到上

限位置时，上限检测开关闭合，切断电磁限位置时，上限检测开关闭合，切断电磁

阀。阀。 PLCPLC 采用采用 OMRONOMRON 的的 CPM2A-60CDRCPM2A-60CDR 。。工艺工艺

要求如图要求如图 14-1414-14所示。所示。

图 14-14 水箱液位控制示意图

输入、输出点分配如下：输入、输出点分配如下： 上限检测开关 上限检测开关 0.000.00 下限检测开关 下限检测开关 0.01 0.01 电磁阀 电磁阀 10.00 10.00 控制接线如图控制接线如图 14-1514-15 所示，图所示，图 14-1614-16为液位为液位控制梯形图。当低于液位下限时，下限开关与上限控制梯形图。当低于液位下限时，下限开关与上限开关均断开，开关均断开， 0.000.00 与与 0.010.01常闭触点闭合，使输出常闭触点闭合，使输出继电器 继电器 10.0010.00导通，注水电磁阀打开；一旦超过导通，注水电磁阀打开；一旦超过下限液位下限液位 , , 虽然虽然 0.010.01 触点断开，但由于触点断开，但由于 10.0010.00 触触点的自锁作用，仍保证注水阀打开，直至上限检测点的自锁作用，仍保证注水阀打开，直至上限检测

开关闭合，开关闭合， 0.000.00 的常闭触点断开，输出继电器的常闭触点断开，输出继电器 110.000.00断开，注水阀关闭。断开，注水阀关闭。

图 14-15 控制接线示意图 图 14-16 液位控制梯形图

14.4.2 14.4.2 闪光报警系统闪光报警系统

如图如图 14-2114-21 所示的加热炉的安全联锁保护系统所示的加热炉的安全联锁保护系统中，共有三个联锁报警点，分别为：燃料流量下中，共有三个联锁报警点，分别为：燃料流量下限、原料流量下限和火焰检测 限、原料流量下限和火焰检测 (( 熄火时检测装置熄火时检测装置触点导通触点导通 )) 。要求用三个指示灯指示三个报警点。。要求用三个指示灯指示三个报警点。无论哪一变量工艺超限，立即联锁，切断压缩空无论哪一变量工艺超限，立即联锁，切断压缩空气，且指示灯闪光、蜂呜器响，以示报警。当按气，且指示灯闪光、蜂呜器响，以示报警。当按下消音按钮后，灯光变为平光，蜂鸣器不响；只下消音按钮后，灯光变为平光，蜂鸣器不响；只有在事故解除后，人工复位，才能解除联锁，灯有在事故解除后，人工复位，才能解除联锁，灯

光熄灭。按下实验按钮光熄灭。按下实验按钮 , , 灯变为平光，蜂鸣器灯变为平光，蜂鸣器

响。 响。

在整个系统中有三个工艺检测输入、一个复位在整个系统中有三个工艺检测输入、一个复位

按钮、一个实验按钮和一个消音按钮，输出有三按钮、一个实验按钮和一个消音按钮，输出有三

个 指示灯和 一 个 电磁阀。若采 用个 指示灯和 一 个 电磁阀。若采 用 OMRON OMRON

CPM2A60CDR PLCCPM2A60CDR PLC 来控制，则输入、输出点分配来控制，则输入、输出点分配

如表如表 14-214-2所示。所示。

图 14-21 加热炉的安全联锁保护系统

按照前面的控制要求和输入、输出点分配情况，按照前面的控制要求和输入、输出点分配情况，设计系统接线示意图如图设计系统接线示意图如图 16-2216-22 所示所示 , , 控制梯形控制梯形图较复杂，在此省略。图较复杂，在此省略。