《PLC基础指令》课件

基础指令PLC可编程逻辑控制器是现代工业自动化的核心技术，本课程将深入讲解PLC指令系统的基础知识与实际应用通过系统学习，学员将掌握工业控制PLC领域最重要的编程技能，为成为合格的自动化工程师奠定坚实基础课程按照国家标准编制，确保内容的权威性和实用性GB/T15969课程内容概述1基本概念与发展历史PLC从继电器控制到可编程控制器的技术演进，了解在工业时代PLC

4.0的重要地位2指令分类与功能特点掌握基本逻辑指令、功能指令、通信指令等完整指令体系结构3基本逻辑指令详解深入学习触点、线圈、逻辑运算等核心指令的原理与应用4功能指令与应用实例通过实际工程案例，掌握定时器、计数器、数据处理等高级功能基本概念PLC定义与特点应用场景对比优势可编程逻辑控制器是一种专门为工业环广泛应用于制造业自动化生产线、化工相比传统继电器控制，具有编程灵PLC境设计的数字化电子系统它具有强大过程控制、电力系统监控、建筑智能化活、维护简便、可靠性高、功能强大等的逻辑控制能力、丰富的输入输出接口管理等领域从简单的开关控制到复杂显著优势一台可以替代数百个继PLC和灵活的编程方式能够在恶劣的的运动控制，都能胜任各种工业控电器，大大简化了控制系统的硬件结构PLC PLC工业环境中稳定工作，抗干扰能力强制任务发展历史PLC1年诞生1968美国通用汽车公司为解决汽车生产线控制问题，提出开发可编程控制器的需求，标志着技术的起源PLC2年代1970-1980技术快速发展，从简单的逻辑控制扩展到算术运算、数据PLC处理和通信功能，逐步替代传统继电器控制系统3现代发展融入工业理念，集成物联网、云计算、人工智能等先进技术，

4.0向智能化、网络化方向发展基本结构PLC处理器存储器系统输入输出模块CPU负责执行用户程序、处包括程序存储器和数据实现与外部设备的PLC理数据运算、协调各模存储器，用于存储用户信号连接，包括数字量块工作，是的核心程序、系统程序和运行和模拟量的输入输出处PLC控制单元数据理通信接口支持多种通信协议，实现与上位机、其他PLC及智能设备的数据交换工作原理PLC输入采样程序执行首先读取所有输入端子的状态，将按照用户程序的逻辑顺序，对输入PLC CPU外部信号转换为内部数字信号并存储到信号进行逻辑运算和数据处理，生成控输入映像区制输出输出刷新循环扫描将程序运算结果写入输出映像区，然后周而复始地执行扫描循环，同时处理中统一输出到外部负载，完成一个扫描周断事件和特殊功能，确保系统实时响应期编程语言概述梯形图指令表LD IL最常用的图形化编程语言，类似文本型编程语言，采用类似汇编电气控制原理图，易于理解和掌语言的指令格式编程效率高，握使用触点、线圈等图形符号程序结构紧凑，适合有一定编程表示控制逻辑，直观反映控制思基础的工程师使用路功能块图FBD图形化编程语言，使用功能块连接表示控制逻辑特别适合复杂的算术运算和数据处理应用，程序结构清晰直观指令分类PLC特殊功能指令中断处理、通信控制、运动控制等高级功能1功能指令2定时器、计数器、数据处理等扩展功能基本逻辑指令3触点、线圈、逻辑运算等核心指令基本指令系统结构数据处理指令算术运算、逻辑运算、数据转换等高级操作定时计数指令时间控制和计数功能的核心指令集逻辑处理指令复杂逻辑运算和程序流程控制基本逻辑运算触点、线圈等最基础的控制元素基本逻辑运算指令一取指令LD启动一个新的逻辑运算链，相当于电气图中的常开触点用于读取输入状态或内部继电器状态，是构建控制逻辑的起始指令在梯形图中表现为左母线连接的第一个触点取反指令LDI启动逻辑运算链并对信号取反，相当于常闭触点当指定位为时，OFF指令结果为；当指定位为时，指令结果为常用于实现ON ON OFF反向逻辑控制输出指令OUT将运算结果输出到指定的线圈或寄存器当运算结果为时，输ON出线圈得电；当运算结果为时，输出线圈失电是实现控制OFF动作的关键指令基本逻辑运算指令二与指令AND实现串联触点逻辑，只有当前面的运算结果和指定位都为时，整个ON运算结果才为ON与反指令ANI实现串联常闭触点逻辑，当前面运算结果为且指定位为时，整ON OFF个运算结果为ON或指令OR实现并联触点逻辑，当前面的运算结果或指定位任一为时，整个运ON算结果为ON或反指令ORI实现并联常闭触点逻辑，当前面运算结果为或指定位为时，整ON OFF个运算结果为ON基本逻辑运算指令三置位指令复位指令SETRST当运算结果为时，将指定线圈置为当运算结果为时，将指定线圈置为ON ONON OFF状态并保持，具有记忆功能状态，常与指令配合使用SET空操作指令取反指令NOPINV不执行任何操作，常用于程序调试和为将来对当前运算结果进行取反操作，变，ON OFF功能扩展预留空间变OFF ON触点串并联指令应用实例多条件逻辑多路径逻辑复合逻辑应用AND OR在电机启动控制中，需要同时满足急停报警系统设计中，温度超限、压力异常、在复杂的生产线控制中，经常需要组合按钮未按下、温度传感器正常、压力在液位过高任一条件满足都应触发报警使用串联和并联逻辑正确理解运算优允许范围内等多个条件，才能启动电机通过指令实现多种故障状态的统一处先级和逻辑关系，避免因括号使用不当OR使用指令实现多重安全保护理，确保系统安全导致的逻辑错误AND功能指令电路块指令并接电路块指令ORB将多个串联电路块进行并联连接，简化复杂梯形图的编程过程串接电路块指令ANB将多个并联电路块进行串联连接，实现分层次的逻辑控制结构使用规则电路块指令必须成对使用，严格按照从内到外的嵌套顺序编程嵌套技巧合理使用多层嵌套可以大大简化复杂控制逻辑的编程工作量电路块指令编程规则831最大嵌套层数基本编程步骤关键原则和指令最多可以嵌套层，满足识别电路结构、确定嵌套关系、按顺序编遵循先内后外的编程原则，确保逻辑关ORB ANB8绝大多数复杂控制需求写指令的标准流程系正确无误电路块指令应用实例问题分析识别复杂梯形图中的串联和并联关系结构划分将复杂电路分解为若干个基本电路块指令编写按照嵌套规则编写和指令ORB ANB验证测试通过仿真验证逻辑关系的正确性功能指令微分输出指令上升沿脉冲下降沿脉冲PLSPLF当输入信号从变为时，当输入信号从变为时，OFF ONON OFF产生一个扫描周期的脉冲输出产生一个扫描周期的脉冲输出广泛应用于计数触发、状态切常用于设备停止检测、状态复换等场合，能够捕捉瞬间的信位等应用，与指令配合使PLS号变化用效果更佳功能指令脉冲边沿检查指令指令名称功能描述应用场合取上升沿检出点动控制启动LDP取下降沿检出按钮释放检测LDF串接上升沿检出多条件边沿触发ANDP串接下降沿检出安全停止确认ANDF并接上升沿检出多路触发源ORP并接下降沿检出多重停止信号ORF边沿检测指令应用实例点动控制利用上升沿检测实现电机点动运行，按下按钮电机启动一个周期，松开按钮电机立即停止避免了按钮长按导致的连续运行问题，提高操作安全性信号捕捉在高速运行的生产线上，使用边沿检测捕捉产品通过传感器的瞬间信号即使信号持续时间很短，也能准确检测并触发相应的控制动作脉冲序列通过组合使用上升沿和下降沿检测，可以生成复杂的脉冲序列在步进电机控制、编码器信号处理等应用中发挥重要作用功能指令堆栈指令进栈指令MPS将当前运算结果压入堆栈保存读栈指令MRD读取栈顶数据但不移除出栈指令MPP读取并移除栈顶数据堆栈指令应用实例多输出控制程序简化常见错误在一个控制条件需要驱动多个输出的场复杂的梯形图往往包含重复的逻辑条件，堆栈指令使用时要注意配对平衡，每个合，使用堆栈指令可以避免重复编写相合理使用堆栈指令可以大大减少程序长都应该有对应的堆栈深度有MPS MPP同的逻辑条件通过保存运算结果，度不仅提高了编程效率，还使程序结限制，避免嵌套过深导致堆栈溢出错误MPS使用或分别驱动不同的输出线构更加清晰易懂MRD MPP圈功能指令主控指令主控指令受控程序区域MC根据控制条件启动主控区域，当条件满位于和之间的程序段，受主控MC MCR足时区域内指令正常执行条件的统一控制嵌套控制主控复位MCR支持多级主控嵌套，实现分层的条件控结束主控区域，恢复正常的程序执行流制结构程主控指令应用实例安全联锁控制在危险区域，只有当安全门关闭、急停按钮复位、安全光幕正常等所有安全条件都满足时，整个生产程序才能执行条件执行程序块根据工艺要求，某些程序段只在特定模式下执行使用主控指令可以方便地实现手动、自动、维护等不同模式的切换分级权限控制在大型系统中，不同级别的操作员具有不同的操作权限通过嵌套主控指令实现分级授权管理定时器指令延时接通延时断开累计定时器TONTOFTONR输入信号接通后，经过设定时间延时输入信号断开后，经过设定时间延时具有累计功能的定时器，输入信号断才输出信号常用于电机软启动、才输出信号适用于风机延时停开后定时值保持不变，再次接通时继ON OFF延时保护等场合定时时间到达前输止、照明延时关闭等应用输入断开续累计常用于设备运行时间统计、出保持状态，时间到达后输出变后输出先保持，延时时间到后变为保养周期计算等场合OFF ON为ONOFF定时器应用实例定时器在工业控制中应用广泛电机延时启动避免了多台电机同时启动对电网的冲击；脉冲发生器为系统提供精确的时基信号；定时采样确保数据采集的时间同步性，是构建稳定可靠控制系统的重要基础计数器指令可逆计数器CTUD同时具备加计数和减计数功能减计数器CTD每次脉冲输入时计数值递减，到零时输出加计数器CTU每次脉冲输入时计数值递增，达到设定值时输出计数器应用实例产品计数分拣在生产线上使用光电传感器检测产品通过信号，计数器累计产品数量当达到包装数量时自动切换到下一个包装单元，实现自动分拣包装功能循环控制系统在多工位循环加工系统中，使用计数器记录当前工位位置结合可逆计数器实现正反向定位控制，确保加工流程的准确执行频率检测应用通过在固定时间窗口内对脉冲信号进行计数，可以实现频率测量功能广泛应用于转速监测、流量计算等工业测量场合数据处理指令数据传送比较指令算术运算指令MOVCMP将源数据复制到目标地比较两个数值的大小关包括加法、减法ADD址，支持不同数据类型系，输出等于、大于、、乘法、除SUB MUL之间的传送操作，是数小于三种结果，为条件法等基本运算，支DIV据处理的基础指令控制提供判断依据持整数和浮点数运算高级数学函数三角函数、对数函数、开方等复杂数学运算，满足高精度控制和科学计算需求数据处理指令应用实例模拟量处理阈值控制系统生产统计分析温度传感器输出信号，需要转在液位控制系统中，使用比较指令判断利用数据处理指令计算生产效率、合格4-20mA换为实际温度值使用算术运算指令进当前液位与设定值的关系当液位低于率、平均值等统计参数通过数据累加、行线性转换，再通过比较指令实现温度下限时启动进水泵，高于上限时停止进计数、除法运算，为生产管理提供准确报警和控制功能公式为温度（电流水泵，实现自动液位调节的数据支持=值）×量程最小值-4/16+数据转换指令转换指令浮点数操作BCD实现码与二进制之间的相互转换，支持位浮点数的各种运算操作，满足BCD32用于数码管显示和数字输入处理高精度计算要求格式转换字符串处理不同数据格式之间的转换，确保系统间字符串连接、查找、替换等文本处理功数据交换的兼容性能，用于报表生成和通信特殊功能指令高速计数指令处理高频脉冲信号，频率可达数十，用于编码器信号处理和高速计kHz数应用位移寄存器指令实现数据的移位操作，常用于流水线跟踪、显示控制等序列控制应LED用跳转指令与子程序实现程序流程控制，提高程序执行效率，便于模块化编程和代码复用中断处理指令响应外部紧急事件，实现实时控制，确保系统在异常情况下的安全响应三菱指令特点PLC400+325指令总数基本指令数编程语言三菱提供超过条指令，覆盖各种包含条基本逻辑指令，构成编程的核心支持种标准编程语言，PLC400325IEC61131-3工业控制需求基础适应不同用户习惯西门子指令特点PLC功能块概念强调模块化编程，功能块可重复调用数据块结构独特的数据块管理方式，实现数据封装网络通信强大的工业以太网通信能力系统集成完整的自动化解决方案集成平台欧姆龙指令特点PLC指令优化指令执行速度快，扫描周期短，适合高速控制应用场合网络功能丰富的现场总线接口，支持多种工业网络协议视觉集成与机器视觉系统深度集成，在检测和定位应用中优势明显基本指令综合应用PLC故障诊断报警集成多种传感器信号，实现系统状态监控联锁保护逻辑确保设备安全运行，防止误操作顺序控制系统按预定顺序执行各项工艺流程实际案例电机控制正反转控制软启动控制使用互锁指令确保正转和反转不能同时利用定时器指令实现电机分级启动，降进行，避免电机反相短路通过延时指低启动电流对电网的冲击星三角启动、令实现换向时的停顿保护自耦减压启动等方式保护功能变频控制过载、过流、超温等保护逻辑，使用比通过模拟量输出指令控制变频器，实现较指令监测各项参数，确保电机安全运电机无级调速结合指令可实现闭PID行环速度控制实际案例温度控制控制实现数据采集处理多区控制策略PID使用功能指令实现温度的精确控制模拟量输入指令读取温度传感器信号，在多区域温度控制系统中，使用循环程PID通过比例、积分、微分三个参数的调节，通过数据转换指令将电压或电流信号转序分别处理各区域的控制逻辑通过主使系统既有快速响应能力又保持稳定性换为温度值使用滤波算法消除干扰，控指令实现区域的独立启停，满足不同设定值与实际值的偏差经过运算后输提高测量精度工艺要求PID出控制量实际案例传送带控制速度控制与同步多条传送带需要保持同步运行，使用高速计数器检测编码器反馈信号，通过控制调节各带速度当物料从一条带转移到PID另一条带时，确保速度匹配避免物料堆积或拉伸物料检测分拣光电传感器检测物料通过信号，结合定时器指令计算物料在传送带上的位置根据物料特征信息，在适当位置控制气缸动作，实现自动分拣功能故障处理保护监测传送带打滑、堵料、跑偏等故障状态使用比较指令判断电机电流是否异常，通过位移指令检测跑偏情况，及时停机并发出报警信号实际案例液位控制液位检测处理使用压力传感器或超声波传感器检测液位高度，模拟量输入指令读取传感器信号通过线性转换将信号转换为实际液位值，实现精确的液位测量和显示多泵轮换控制为延长水泵使用寿命，设计多泵轮换工作制度使用计数器记录各泵运行时间，定时器控制轮换周期，确保各泵工作时间均衡，避免单泵过度使用溢出保护报警设置多级液位报警，当液位接近上限时发出预警，达到危险液位时立即关闭进水阀门同时启动应急排水程序，防止液体溢出造成安全事故和环境污染实际案例工业机器人控制工业机器人控制涉及多轴协调运动、精确位置控制和安全防护等复杂功能位置控制通过脉冲输出指令驱动伺服电机，实现机器人关节的精确定位多轴协调运动需要插补算法，确保机器人末端按预定轨迹运动安全防护系统监测工作区域，一旦检测到人员进入立即停止所有运动调试与故障排除在线监控技巧使用编程软件的在线监控功能，实时查看程序执行状态和变量数值变化通过强制输入输出功能验证硬件连接正确性，逐步排查问题根源监控扫描时间确保系统实时性要求常见错误分析程序逻辑错误、硬件故障、参数设置错误是最常见的问题类型使用诊断指令检查系统状态，查看错误日志分析故障原因建立故障现象与原因的对应关系，提高排故效率系统恢复措施建立完善的备份和恢复机制，定期备份程序和参数制定应急处理预案，明确故障处理流程和责任分工培训操作人员掌握基本的故障判断和处理技能编程最佳实践注释与文档详细的程序注释和技术文档代码优化提高程序执行效率和可读性结构化设计3模块化编程和分层设计理念编程安全注意事项PLC输出互锁设计相互冲突的输出必须设置软件互锁，防止同时动作造成设备损坏如正反转控制、上下运动等对立动作故障安全设计系统故障时应自动转入安全状态，采用常闭触点作为安全输入，确保断线时系统能够安全停机可靠性保障冗余设计、定期自检、故障诊断等措施提高系统可靠性，关键控制回路需要备用方案应急处理设计紧急停止功能，确保在任何情况下都能快速安全地停止系统运行，保护人员和设备安全通信与网络功能通信以太网集成多层架构MODBUS广泛应用的工业通信协议，工业以太网提供高速、可靠现代工业网络采用分层架构，支持和两种模式的数据传输支持从现场设备层到企业管理层RTU TCPTCP/IP通过指令可以与协议栈，可以直接与企业网作为重要节点，承担设MODBUS PLC各种智能设备进行数据交换，络集成，实现远程监控和管备控制和数据汇聚的双重职实现分布式控制系统理功能责无线通信、等无线技术WiFi4G/5G的应用，使系统更加灵PLC活特别适合移动设备控制和临时监测点的数据采集需求与集成PLC HMI数据交换建立与之间的数据通道PLC HMI变量映射定义控制变量与显示变量的对应关系界面设计设计友好的操作界面和监控画面报警系统实现故障报警和历史记录功能与数据库集成PLC数据采集存储历史数据查询生产管理追溯通过、等协议将数据实建立高效的数据查询机制，支持按时间、记录产品生产过程中的关键参数和质量OPC MQTTPLC时传输到数据库服务器支持关系型数设备、参数等多维度查询提供数据报数据，建立完整的生产追溯体系通过据库和时序数据库，满足不同类型数据表生成功能，自动生成日报、月报等统条码或技术实现产品身份识别，追RFID的存储需求定时采集生产数据，为分计报表，辅助生产管理决策踪产品从原料到成品的全过程信息析决策提供数据基础未来发展趋势PLC智能化升级集成人工智能算法，具备自学习和自优化能力通过机器学习技术优化控制参数，提高生产效率和产品质量云端管理支持云平台部署，实现远程监控、维护和升级边缘计算与云计算相结合，提供更强大的数据处理能力工业互联网深度融入工业互联网生态，支持设备互联、数据共享、协同制造等新模式，推动制造业数字化转型实践练习与思考题10基础练习题涵盖基本指令应用的编程练习，巩固理论知识5综合案例结合实际工程的复合应用案例分析与讨论3创新设计开放性设计题目，培养创新思维和解决问题能力20仿真实验小时的上机实践操作，掌握编程和调试技巧。