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1、第四章可编程控制器及其应用41可编程控制器概述一.可编程序控制器的产生及发展1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程序控制器。它主要用来替代继电器实现逻辑控制。简称为PLC（ProgrammableLogicalController）。20世纪70年代未至80年代初，可编程序控制器的处理速度大大提高，不仅可以进行逻辑控制，而且可以对模拟量进行控制。美国电器制造协会（NEMA）将可编程序控制器命名为PC（ProgrammableController）。20世纪80年代以来，以16位和32位微处理器为核心的可编程序控制器得到迅速发展。这时的PLC具有了高速计数、中断技术、PID
2、调节和数据通信等功能。二.可编程序控制器的定义是一种数字运算操作的电子装置，可直接用于工业环境。采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。三.可编程序控制器的特点可靠性高，抗干扰能力强采用模块化结构，使系统组合灵活方便使用方便编程语言简单、易学，便于掌握对生产工艺改变适应性强系统设计安装简单、调试方便、维护工作量小四.PLC的应用形式开关量逻辑控制模拟量控制过程控制定时和计数控制顺序控制数
3、据处理通信和联网单元式（整体式）:把PLC的各组成部分安装在一块或少数几块印刷电路板上，并连同电源一起装在机壳内形成一个单一的整体，称之为主机或基本单元。基本单元由中央处理单元、存储器、输入输出单元、电源等组成，因此是一个独立的完整的PLC，也可根据控制系统要求与扩展单元、扩展模块以及特殊功能模块配合构成一个PLC系统。小型机或超小型机采用此结构。模块式:把CPU（含存储器）、输入模块、输出模块、电源模块等组装在一个具有标准尺寸并带有若干插槽的机架内。大、中型机采用此结构。42可编程控制器的基本组成一.可编程控制器的硬件及分类放大11放大10放大9放大518POWERRUNCPU.EPROG.
4、EBATT.E185112439110867121513141716扩展单元、特殊单元扩展模块、特殊模块基本单元MTSUBISH-PLC的硬件结构主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（IO）接口、电源及外围编程设备等几大部分构成。（一）可编程控制器的硬件1中央处理单元CPUCPU在地址总线、控制总线、数据总线的配合下从程序存贮器中逐一读取指令，并进行逻辑运算、算术运算、数据传送、数据转换等指令所规定的操作。2.存储器系统存储器（只读ROM)存放系统程序。系统程序主要包括自诊断程序和监控程序，它是由PLC制造厂提供给用户并固化在只读存储器ROM中的系统管理程序。用户
5、存储器(随机读写RAM)存放用户程序，用户程序是使用者根据PLC应用系统的控制要求编写的符合该PLC语法规则的一组控制程序。3输入输出接口电路（输入输出单元）两个主要的要求：有良好的抗干扰能力。能满足工业现场各类信号的匹配要求。(1)开关量输入接口：作用：是把现场的开关量信号变成PLC内部处理的标准信号。接受的外信号电源有直流输入、交流输入和交流直流输入。输入接口中都有滤波电路及耦合隔离电路，滤波有抗干扰的作用，耦合有抗干扰及产生标准信号的作用。(2)开关量输出接口：作用：是把PLC内部的标淮信号转换成现场执行机构所需的开关量信号。分：继电器型晶体管型晶闸管型各类输出接口中也都具有隔离耦合电路
6、。输出接口本身都不带电源，而且在考虑外驱动电源时，还需考虑输出器件的类型。继电器型的输出接口可用于交流及直流两种电源，但接通断开的频率低。晶体管型的输出接口有较高的接通断开频率，但只适用于直流驱动的场合。晶闸管型的输出接口仅适用于交流驱动场合。注意：(3)模拟量输入接口作用：把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合PLC内部处理的由若干位二进制数字表示的信号。模拟量输入接口接受标准模拟信号。(4)模拟量输出接口作用：将PLC运算处理后的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出。模拟量输出接口一般由光电隔离、DA转换和信号驱动等环节组成。智能输入输出接口PID控制单元高速计数器工作单元温度控制
7、单元等特点：大多是独立的工作单元。一般带有单独的CPU。有专门的处理能力。4.外部设备（1）编程器手持的专用的编程器台式的PLC机身上自带编程器个人计算机:个人计算机上运行PLC相关的编程软件简易型:联机编程智能型:联机编程和脱机编程（2）其他外围设备盒式磁带机：用以记录程序或信息。打印机：用以打印程序或制表。EPROM写入器：用以将程序写入用户EFR()M中。高分辨率大屏幕彩色图形监控系统：用以显示或监视有关部分的运行状态。5.电源PLC的电电源为为PLC的CPU、存储储器以及输输入输输出单单元提供各自所需的直流电压电压。PLC一般直接接入220伏单单相交流电电源，因此PLC内部必须须具有包
8、括降压压、整流、滤滤波、稳压稳压等环节环节构成的电电源。为PLC工作单元供电的开关电源。为掉电保护电路供电的后备电源。锂离子电池包含：（二）可编程控制器的分类按应用规模和功能按硬件结构类型小型机：适合于控制单台设备，开发机电一体化产品中型机：适合于有温度控制和开关动作要求复杂的机械以及连续生产过程控制的场合大型机:适用于设备自动化控制、过程自动化控制和过程监控系统整体式结构：一个完整的PLC安装在一个机箱中模块式结构：系统构成非常灵活，安装、扩展和维修都很方便，但是体积比较大叠装式结构：将整体式结构和模块式结构的特点相结合二.可编程序控制器的软件两大部分系统软件应用软件：又叫用户软件，是用户为
9、达到某种控制目的、采用PLC厂家提供的编程语言自主编制的程序。系统的管理程序用户指令的解释程序专用标准程序块等三.可编程序控制器的工作原理采用循环扫描工作方式：系统周而复始地依一定的顺序完成一系列的具体的工作，称为循环扫描工作方式。PLC系统正常工作所要完成的任务包括：PLC内部各工作单元的调度、监控；PLC与外围设备间的通信；用户程序所要完成的工作等。用户程序的完成可分为以下三个阶段：输入处理阶段PLC顺序读入输入端子的状态，并将它们存入内存中所对应的输入映像寄存器。程序执行阶段根据PLC梯形图程序的扫描原则，逐句扫描，执行程序。将输出映像寄存器中寄存器的状态，转存到输出锁存器，向外界输出控
10、制信号，驱动外负载。输出处理阶段PLC用户程序扫描工作过程：输入部分逻辑部分输出部分输入部分：收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。逻辑部分：处理输入部分取得的信息，并按照被控对象实际的动作要求作出反映。输出部分：提供正在被控制的许多装置中，哪几个设备需要实时操作处理。43FX2N系列可编程序控制器基本单元：CPU、存储器、输入输出口及电源一.FX2N系列可编程序控制器的基本组成基本单元型号名称组成及种类：FX2NM系列名称输入输出点数基本单元输出形式其他区分包括内部电源、输入输出口、CPU及存储器扩展单元（扩展IO口，内部有电源）扩展单元型号名称组成及种类FX2NE系列名称输入输出点数扩展
11、单元输出形式其他区分包括内部电源和输入输出口特殊功能模块单元（温度控制模块、计数控制模块等）扩展模块（扩展IO口，内部有电源）扩展模块型号名称组成及种类FX2NE系列名称输入输出点数扩展设备输入输出形式包括输入输出口，由基本单元或扩展单元供电输入输出点数：指基本单元、扩展单元或扩展模块的输入输出总数。基本单元、扩展单元输出形式：R：继电器输出，有接点，交流、直流负载两用；S：三端双向可控硅开关元件输出，无接点，交流负载用；T：晶体管输出，无接点，直流负载用。扩展模块输入输出形式：X：输入专用，无输出；YR：继电器输出专用，无输入；YT：晶体管输出专用，无输入；YS：三端双向晶闸管开关元件输出专
12、用，无输入。二.FX2N系列可编程序控制器主要元件用户使用的每一个输入输出端子及内部的每一个单元都称为元件。每一种可编程控制器的元件数都是有限的。元件和继电接触器的元件类似、具有线圈和常开常闭触点。当线圈披选中（通电）时，常开触点闭合，常闭触点断开，当线圈失电时，常闭接通，常开断开。PLC的编程元件可以有无数多个常开、常闭触点。1输入继电器（元件）X（X0X177）输入继电器接收外部发来的信号。它与输入端子连接，其常开、常闭传递使用的次数不限。FX2的输入继电器最大可达64点。X0X077：X0X7，X10X17，X20X27.COMX0X0输入信号Y0X0Y0X1X1X1Y0COMY0PLC
13、说明：输入继电器只能由外部信号所驱动，而不能用程序（指令）驱动，其触点也不能直接输出带动负载。(输入、输出继电器的元件号按八进制编号，其它元件的元件号按十进制编号。)2输出继电器Y（Y0Y077）外部信号无法直接驱动Y，它只能在程序内部用指令驱动。输入输出继电器（FX2N系列输入、输出继电器总点数不能超过256点。）说明：型号FX2N-16MFX2N-32MFX2N-48MFX2N-64MFX2N-80MFX2N-128M扩扩展时时输输入X000X0078点X000X01716点X000X02724点X000X03732点X000X04740点X000X07764点X000X267184点输输
14、出Y000Y0078点Y000Y01716点Y000Y02724点Y000Y03732点Y000Y04740点Y000Y07764点Y000Y267184点3辅助继电器M这类辅助继电器的线圈与输出继电器一样有无数的电子常开和常闭触点。该触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动要通过输出继电器进行。如果在PLC运行过程中停电，输出继电器及一般用辅助继电器都断开。(1)一般通用辅助继电器：M0M499（500点）掉（停）电保持型通用辅助继电器：M500M3071PLC在运行中发生停电，Y和一般通用辅助继电器M全部成为断开状态。（掉电保持型由PLC内装的后备电池支持）辅助继电器M分为：通用辅助继电器
15、和特殊辅助继电器。触点利用型特殊辅助继电器(2)特殊辅助继电器（系统用）M8000M8255线圈驱动型特殊辅助继电器4.状态继电器S通用型（S0S499）失电保持型用（S500S899）报警型（S900S999）其中：S0S9一般用于步进梯形图的初始状态，S10S19一般用作返回原点的状态是在编制步进顺控所使用的基本元件，与STL指令结合使用。5.定时器T定时器相当于继电器系统中的时间继电器，可在程序中用于延时控制。定时器累计PLC内1ms、10ms、100ms等的时钟脉冲，当达到所定的设定值时，输出触点动作。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以将数据寄存器（D）的内容用作设
16、定值。100ms定时器：T0T199设定值：0.1-3276.7秒10ms定时器：T200T245设定值：0.01-327.67秒1ms积算型定时器：T246T249执行中断保持设定值：0.001-32.767秒100ms积算形定时器：T250T255定时中断保持设定值：0.13276.7sT200为非积算型定时器T250积算型定时器6计数器C（1）内部信号计数器：对机内元件的信号计数16位增计数器:通用型：C0C99；断电保持型：C100C199设定值在K1K32767范围内有效。32位增减双向计数器:通用型：C200C219；断电保持型：C220C234设定值为-2147483648+2147483647。计数器的当前值由-6-5增加时，输出触点被置位，由-5-6减少时，输出触点被复位。利用计数输入X014驱动C200线圈，可增计数或减计数。（增减可由特殊辅助继电器M8200设置）（2）高速计数器（C235C
