第二章PLC工作原理以及结构特点

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1、单击此处编辑母版副标题样式 单击此处编辑母版标题样式 PLC 基础及应用 第二章 可编程序控制器工作原理和结 构特点 2 1 可编程序控制器的工作原理 2 2 可编程序控制器的性能指标 2 3 可编程序控制器的编程语言 2 4 三菱FX2N系列PLC介绍 本章主要内容 2 本章学习要求 8 掌握各种低压电器元器件 PLC的工作 原理 编程语言及三菱FX2N系列的结构特 点 8 了解可编程序控制器的性能指标及编程 语言的分类 3 交流接触器 中间继电器 时间继电器 热继电器 熔断器 主令电器 电动机启动电气原理图 开关量逻辑功能的实现 预备知识 4 交流接触器 作用 用来接通或断开电动机或其他设

2、备的主电路 构成 技术指标 额定工作电压 电流 触点数目等 触头系统 主触头 辅助触头 常开触头 动合触头 常闭触头 动断触头 电磁系统 动 静铁芯 吸引线圈和反作用弹簧 灭弧系统 灭弧罩及灭弧栅片灭弧 5 线圈 铁芯 衔铁 主触头 弹簧 辅助 触头 M 3 电机 380 动作过程 线圈通电 衔铁被吸合 触点闭合 接通电源 6 M 3 动作过程 线圈通电 衔铁被吸合 触头闭合 电机接通 电源 220 380 7 接触器的有关符号 主触点 用于主电路 流过的电流大 需加灭弧装置 辅助触点 用于控制电路 流过的电流小 无需加灭 弧装置 KM 常闭辅助触点线圈 KM 主触点 KM 常开辅助触点 KM

3、 8 中间继电器 KA KA KA 线圈 常开触头 常闭触头 p 中间继电器和接触器的结构和工作原理大致相同 p 主要区别 1 接触器的主触点可以通过大电流 2 继电器的体积和触点容量小 触点数目多 且只能通 过小电流 所以 继电器一般用于机床的控制电路中 9 时间继电器 作用 时间继电器是从得到输入信号 线圈通电或断电 起 经过一段时间延时后触头才动作的继电器 适用于定时控制 按工作原理分 空气阻尼式 电磁式 电动式 电子式等 按延时方式分 通电延时型 断电延时型 数控机床中一般由计算机软件实现时间控制 10 时间继电器的文字符号和图形符号 a b c d e f g h i KTKTKT

4、KTKTKTKTKT a 一般线圈符号 b 通电延时线圈 c 断电延时线圈 d 延时 闭合的动断触点 e 延时断开的动断触点 f 延时断开的动合 触点 g 延时闭合的动断触点 h 瞬时动合触点 i 瞬时动断 触点 11 作用 热继电器是一种利用电流的热效应来切断电路的 保护电器 专门用来对连续运转的电动机进行过载及断相保 护 以防电动机过热而烧毁 热继电器 型式 双金属片式 利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作 热敏电阻式 利用电阻值随温度变化而变化的特性制成 易熔合金式 利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器 动作 12 发热元件 I 常闭触头 双金 属片 工作原理 发热元件接入电机主

5、电路 若长时间过载 双金属片被烤热 因双金属片的下层膨胀系数大 使其向上弯 曲 扣板被弹簧拉回 常闭触头断开 扣板 结构 由发 热元件 双金属 片和触头及动作 机构等部分组成 13 热继电器的符号 发热元件 串联在主电路中 主触头 串联在控制电路中 辅助触头 常闭触头 FR FR 14 作用 短路和严重过载保护 供电线路和电气设备 分类 熔断器 瓷插式RC 螺旋式RL 有填料式RT 无填料密封式RM 快速熔断器RS 自恢复熔断器 15 1 熔体 既是感测元件又是执行元件 安装在被保护的电路 中 低熔点的金属材料 铅 锡 铜 银及其合金 丝状 带 状 片状 2 熔管 安装溶体的外壳 安装熔体和在

6、熔体熔断时灭弧 组成 工作原理 电流热效应 1 正常 i ie 温度 ie 温度 熔点 熔体熔断 切断电路 16 熔断器图形符号 17 主令电器 l主要用于接通 分断电路 用于发送控制指令的电器 按钮 行程开关 接近开关 万能转换开关 继电器类型 18 控制按钮 常开 动合 按钮 电路符号 SB 常闭 动断 按钮 电路符号 SB 复合按钮 电路符号 SB 分类 19 按钮种类 1 颜色 红 停止 急停 绿 起动 黑 点动 黑白 白色 灰色 启动 停止交替动作 蓝色 复位 2 结构 蘑菇 急停 指示灯式 指示 钥匙 安全 平钮 一般 按钮的选择应根据使用场合 控制电路所需触点数目 及按钮颜色等要

7、求选用 20 行程开关 作用 用来控制某些机械部件的运动动行程和位置或限位保护护 结构 行程开关是由操作机构 触点系统和外壳等部分成 结构与按钮类似 但其动作要由机械撞击 常开 动合 触头 SQ 常闭 动断 触头 电路符号 SQ 21 b b 示意图示意图 未撞击未撞击撞击 撞击 a a 外形图外形图 外形图和结构 22 万能转换开关 23 接近开关 24 KM 自锁 自锁的作用 KM SB2 M 3 ABC KM FU Q SB1 起动 按钮 停车 按钮 鼠笼式电动机直接起动控制电路 按下按钮 SB2 线圈 KM 通电 即使按钮松开 线圈保持通电状态 电机连续运转 主电路 控制 电路 25

8、可编程控制器 编程器 输出单元 电源 中央处理器CPU 系统程序存储器ROM 用户程序存储器RAM 输入单元 利用PLC实现控制功能原理 26 KM SB1 KM SB2 FR M 3 ABC KM FU QS FR 异步机的直接起动 过载保护 发热 元件 热继电 器触头 27 预备知识 ABM A B M a 与 AM B 1 A B M b 或 AM 1 AM c 非 实现开关量的逻辑运算 28 2 1 可编程序控制器的工作原理 2 2 可编程序控制器的性能指标 2 3 可编程序控制器的编程语言 2 4 三菱FX2N系列PLC介绍 本章主要内容 29 2 1 PLC的工作原理 PLC采用循

9、环扫描循环扫描工作方式 它周而复 始的依一定的顺序依一定的顺序来完成PLC所承担的系 统管理工作和应用程序的执行 循环扫描工作是一种分时串行分时串行处理方 式 与继电控制系统的并行处理继电控制系统的并行处理方式是完 全不同的 30 2 1 1 PLC的工作模式 PLC 有运行 RUN 与 停止 STOP 两种基本 工作模式 工作状态 有 内部处理等五种工作处 理阶段 顺序进行 上 电 内部处理 通信服务 输入处理 程序执行 输出处理 31 上 电 内部处理 通信服务 输入处理 程序执行 输出处理 STOP STOP模式主要执行操作 1 内部处理 检查CPU内部硬 件 定时器复位及有关内部工 作

10、 2 通信服务 与编程器进行信 息交流 2 1 1 PLC的工作模式 32 上 电 内部处理 通信服务 输入处理 程序执行 输出处理 STOP RUN RUN模式执行操作 1 内部处理 2 通信服务 3 输入处理 4 程序执行 5 输出处理 2 1 1 PLC的工作模式 用户程序扫描 PLC主要在RUN模式 只有 在改变程序时在STOP模式 33 2 1 2 扫描工作过程 3 输入处理 将外部输入 电路状态集中读入输入映像 寄存器 通断的信号在映像寄存器 分别为1和0 34 2 1 2 扫描工作过程 4 程序处理 对用户程序 梯形图 按先左后右 先 上后下逐步执行程序指令 并根据执行结果不断刷

11、新映 像寄存器 35 2 1 2 扫描工作过程 5 输出处理 将内部输出 元件状态集中转存到输出锁 存寄存器 并通过外部电路 驱动实际负载 滞后时间 最大的滞后时间为2个扫描周期 36 几个概念介绍 一 扫描作用方式及特点 二 扫描周期 三 输入输出滞后时间 2 1 2 扫描工作过程 37 一 扫描作用方式及特点 PLC的这种按照工作阶段 周而复始的依一 定的顺序完成工作的方式 称做循环工作扫描方 式 不同于计算机和继电控制 2 1 2 扫描工作过程 38 计算机 等待方式 中断处理 PLC 循环扫描 周而复始 继电控制 硬件通断 并行工作 循环扫描工作方式特点是避免了继电器控制系统 中触点竞

12、争和时序失陪的问题 可靠性高 抗干 扰能力强 但存在着相应滞后 反应不及时的问 题 2 1 2 扫描工作过程 39 二 扫描周期 PLC在RUN工作模式时 执行一次从内部处理到输出 处理五个阶段扫描操作所需的时间叫扫描周期 扫描周期越短越好 主要与用户程序执行有关和PLC 中CPU的主频有关 从8位到16位到32位 扫描周期一般在100ms以内 大于200ms就不能用 需 优化程序 2 1 2 扫描工作过程 40 三 输入输出滞后时间 输入输出滞后时间又称系统响应时间 是指PLC 的外部输入信号发生变化的时刻到它控制的相关 输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔 一般情况下影响不大 PID一般需

13、考虑 2 1 2 扫描工作过程 41 2 2 PLC的主要性能指标 性能 含义及指标 I O点数 PLC控制系统所能接入的I O最大数量 存储容量 存放应用程序的存储器容量 用K步表示 扫描速度 执行1000条基本指令的时间 用ms K步表示 编程语言 能使用编程语言的种数 指令功能 指令的多少及综合性指令的数量 42 2 3 PLC的编程语言 PLC是一种工业控制计算机 其软件必然是通过 编程语言来编辑的 目前PLC常用的编程语言有梯形图 指令语句表 和顺序功能图 功能块图和结构文本高级语言则存在于某些PLC 中 部分编程语言的指令将以三菱PLC为例介绍 43 一 指令表 IL 指令语句表也

14、叫助记符或列 表 是基于字母符号的一种语言 类似于计算机的汇编语言 指令语句表编程语言具有容 易记忆 便于操作的特点 可直 接用简易编程器进行编程 无需 任何编程软件 通过编译程序转 化成二进制执行 与其它语言多有一一对应的关系 指令语句表是最基本的编程 语言 其缺点是可连续性较差 0 LD X0 1OR Y0 2ANI X1 3OUT Y0 4END 逻辑代数表达式 程序步 操作码 助记符 操作数 44 二 梯形图 LD 梯形图与继电控制电器原理图很 相似 是一种基于梯级的图形符 号逻辑语言 具有直观易懂 容 易理解和阅读的编程语言 梯形图是目前使用最多的PLC编 程语言 也是我们要求必须熟

15、练 掌握的语言 在编程软件上 梯形图和指令表 可直接互相进行编译 X1 Y0 Y0 END X0 45 注 梯形图表示的并不是一个实际电路而只是一个控制程序 其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系 即所谓 软接线 常开触点 常闭触点 线圈 它们并非是物理实体 而是 软继电器 每个 软继电器 仅对 应PLC存储单元中的一位 该位状态为 1 时 对应的继电器 线圈接通 其常开触点闭合 常闭触点断开 状态为 0 时 对应的继电器线圈不通 其常开 常闭触点保持原态 二 梯形图 LD 46 梯形图的编程格式 1 梯形图执行从上至下编写 每一行从左往右顺序编写 PLC程序执行顺序与梯形图的编写顺序一致 2

16、图左边为起始母线 右边为终止母线 每一逻辑行必须从 起始母线开始画起 终止于继电器线圈或终止母线 有些 PLC终止母线可以省略 3 梯形图的起始母线与线圈之间一定要有触点 而线圈与终 止母线之间则不能有任何触点 4 程序结束时要有结束符 END 47 三 顺序功能图 SFC 顺序功能图是一种位于其他编程 语言之上的图形语言 主要用来 编制顺序控制程序 其特点是程序控制直观 条理清 楚 比梯形图更方便于程序人员 之间理解和沟通 在PLC中 顺序功能图仅是一种 辅助编程工具 必须将它转换成 梯形图才能送入PLC中执行 S0 S20 X0 X1 S21 X2 S22 M8002 Y0 M0 Y2 48 四 功能块图 功能块图是一种对应于逻辑电路的图形语言 它是用图形 化的方法 以功能模块为单位 描述控制功能 其表达简练 逻辑关系清晰 使控制方案的分析和理解变 得容易 广泛地应用于规模较大 控制关系复杂的过程控 制中 功能块图仅在部分PLC中使用 西门子S7 300 S7 400 X0 Y0 X1 Y0 ORAND 49 五 结构文本 结构文本语言是一种与Basic pasical或C语言等