任务2　认识可编程控制器

任务布置

·PLC的基本构成及工作原理。

·汇川PLC的种类及性能。

·AutoShop编程软件的使用。

可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它主要将外部的输入信号，如按键、感应器、开关及脉冲等的状态读取后，依据这些输入信号的状态或数值并根据内部存储的预先编写的程序，以微处理器执行逻辑、顺序、计时、计数及算术运算，产生相对应的输出信号，如继电器的开关、控制机械设备的操作。通过计算机或程序读写器可轻易地编辑、修改程序及监控装置状态，进行现场程序的维护与试机调整。

任务训练

1.PLC的基本构成及工作原理

PLC的核心是一台单板机（即CPU板），在单板机的外围配置了相应的接口电路（硬件），在单板机中配置了监控程序（软件）。图1-12为PLC的基本结构框图。

（1）中央处理器（CPU）

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

（2）I/O模块

PLC的对外功能，主要是通过各种I/O模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

（3）电源模块

有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24 V的工作电源。电源按其输入类型有：交流电源220V或110V；直流电源24V。

（4）底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块；机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

（5）PLC的外围设备

外围设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类：

①编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程，对系统做一些设定，监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。

②监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。

③存储设备：有存储卡、存储磁带、磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。

④输入/输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读入器、输入模拟量的电位器、打印机等。

（6）PLC的通信联网

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

PLC虽具有微机的许多特点但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，有键按下或I/O动作则转入相应的子程序；无键按下则继续扫描。PLC则采用循环扫描工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，如CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。整个过程可分为五个阶段：自诊断、通信处理、扫描输入、执行程序、刷新输出，其工作过程示意图如图1-13所示。

2.汇川PLC的种类及性能

汇川PLC的产品族谱如图1-14所示。汇川PLC主流产品是H0U-XP（显控一体化）、H1U-XP（经济型）和H2U-XP（通用性）。H3U-XP（高性能型）和AM600（中型机）也即将向市场推广。

（1）H0U-XP系列PLC

H0U-XP系列控制器是具备可编程控制器（PLC）和可编程文本显示器（TOD）功能的工业用控制器，均给用户提供了开放的二次编程功能。其中，逻辑编程软件为AutoShop，文本编程软件为HTodEditor，两者均由汇川公司开发及发行。用户可通过运用相应的编程软件，实现对H0U的逻辑或文本上的程序控制。其硬件配置功能丰富，集中的开关量输入/输出端口、模拟量输入/输出端口、可编程通信端口，以及可编程中英文显示液晶屏界面，功能强大实用，可用于恒压供水、螺杆空压机、拉丝机等工业设备上，尤其是与MD320系列变频器配合工作，使得控制系统更简洁，功能更强大。H0U-XP系列PLC的型号见表1-1。H0U-XP系列PLC具有三个通信接口，如图1-15所示。

（2）H1U-XP/H2U-XP系列PLC

H1U-XP/H2U-XP系列PLC是汇川控制技术有限公司研发的高性价比控制产品，指令丰富，高速信号处理能力强，运算速度快，允许的用户程序容量H2U-XP系列PLC可达24千步（H1U-XP系列PLC可达12千步），且不需外扩存储设备。H1U-XP/H2U-XP系列PLC的型号分别见表1-2、表1-3。控制器提供了多种编程语言，用户可选用梯形图、指令表、步进梯形图、SFC顺序功能图等编程方法。指令系统为广大工程技术人员所熟悉，而汇川公司提供的AutoShop编程环境，更是融合了众多PLC编程环境的优点，丰富的在线帮助信息，使得编程时无须查找说明资料，方便易用。AutoShop提供了严密的用户程序保密功能，子程序单独加密功能，方便用户特有控制工艺的知识产权保护。对高速输出信号的处理部分，H1U-XP系列PLC标配3路高速输出，H2U-XP系列PLC部分MT版本具有3路高速输出功能，MTQ版本则提供了6路高速脉冲输入、5路高速脉冲输出功能，处理能力增强。H1U-XP/H2U-XP系列PLC都具有丰富的通信接口，支持多种通信协议，如图1-16、图1-17所示。

续表

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H1U-XP/H2U-XP系列PLC通信功能应用举例。

①Modbus主/从协议通信，能直接和支持Modbus的设备进行数据交换。作为主站，既可以指令方式编程，也可以配置方式编程，不用写指令，可以直接在软件内选表设置。硬件连接示意图，如图1-18所示。

②N∶N网络协议通信，支持一台主机与最多七台从机组网运行，PLC之间可进行数据交换，利用此协议，可实现多台PLC协同工作，简化了复杂系统和分布式控制的编程工作。N∶N网络协议通信具有增强的通信检验功能。其硬件连接示意图，如图1-19所示。

③1∶1并联协议通信，实现两台PLC之间进行快速数据交换，主、从机配置，可轻松实现高可靠性的1+1冗余备份，如果一台PLC发生故障，可以无缝切换到另一台PLC继续工作，保证设备的可靠运行。硬件连接示意图，如图1-20所示。

④CANlink协议通信，提供了CAN通信指令；采用汇川特有的CANlink协议，可实现PLC、变频器、伺服等产品之间的快速连接，编程简单；采用CANlink通信配置方式编程，可使得应用系统效率显著提高。硬件连接示意图，如图1-21所示。

⑤PLC程序的异地下载与调试，通过局域网、广域网、3G/GPRS通信网络可以对异地PLC进行用户程序升级、监控调试，还可进行多方联合调试，解决了工程师到现场才能调试的麻烦。硬件连接示意图，如图1-22所示。

（3）AM600系列中型PLC

AM600系列中型PLC在总线运动控制方面的特点如下：

①将EtherCAT总线与运动控制算法相结合；

②最多可连接32个伺服从站；

③同步周期1ms最多可支持五轴同步控制；

④两伺服从站最长可达100m距离；

⑤支持多轴电子凸轮/电子齿轮联动；

⑥实轴与虚轴可同时相结合控制；

⑦丰富的运动控制指令可通过五种PLCopen标准语言编程设计；

⑧凸轮表与IEC程序相结合控制编程，可实现变量趋势跟踪；

⑨可在上位机设计HMI界面与PLC程序相结合。

AM600系列中型PLC在集散系统应用方面的特点如下：

①支持数字输入、数字输出、模拟输入、模拟输出、温度控制模块；

②每个机架最多可带16个I/O扩展模块；

③系统可通过分布式I/O方式扩展机架，最多可扩展125个机架；

④分布式I/O可通过PROFIBUS-DP/CANopen/EtherCAT总线扩展机架；

⑤系统最多可支持32000个数字式I/O；

⑥系统最多可支持16000个模拟通道；

⑦两机架最远可达100m。

AM600系列中型PLC通信网络连接示意图，如图1-23所示。

3.AutoShop编程软件的使用

AutoShop编程软件为汇川控制技术公司研发的编程后台软件，在该软件环境下，可进行H1U-XP/H2U-XP系列PLC用户程序的编写、下载和监控等功能。

（1）编程与用户程序下载

AutoShop环境提供了梯形图、步进梯形图、SFC、指令表等编程语言，用户可选用自己熟悉的编程语言进行编程，根据PLC应用系统的控制工艺要求，设计程序。编程过程中，可随时进行编译，及时检查和修正编程错误。AutoShop编辑界面如图1-24所示。

在工具栏中从左往右的功能依次为：编译、全部编译、运行、停止、下载、上传、监控、在线修改。

在程序输入区中编写梯形图，程序设计完毕后，在PLC和计算机正常连接，并已通电的情况下，单击按钮将程序进行编译，在信息窗口提示编译信息和通信信息，如果没有错误即可下载用户程序，程序下载完毕，将PLC上RUN/STOP拨动开关拨至RUN位置，PLC即可开始运行用户程序。

在PLC运行用户程序时，单击按钮即可进行运行的停止和运行命令操作；单击按钮可在线监控PLC内各种继电器和寄存器D的状态和读数，并在当前编程界面上显示出来，方便程序调试。

（2）软件的编程功能

在图1-25所示的“工程管理”窗格中，提供了一些快捷的编辑功能：

①主程序（MAIN）、子程序（SBR_01）、中断子程序（INT_01）独立编写：可以右击“程序块”选择“插入子程序”和“插入中断子程序”，如图1-25所示。

②逐行注释，极大方便程序阅读与存档。

③“符号表”允许给变量定义别名，提高编程效率，减少出错。

④“交叉引用表”方便程序检查、分析、阅读。

⑤所有指令均提供了“指令向导”，编程时无须时刻查阅手册。

⑥“信息输出窗口”可提示程序每一个错误位置，使得编程查错变得轻松，如图1-26所示。

⑦实时监控功能，方便程序调试。

1.通过网站了解汇川PLC的型号、性能、应用。

2.通过官网下载AutoShop编程软件并安装。

3.建立一个工程，完成电动机点动及长动控制的梯形图程序。